无线电之父背后的男人~
无线电技术与我们的生活密切相关，这在广播、电视、手机、互联网、雷达和导航中都能找到。
无线电是指电磁波在空气或真空中传播，无线电技术是指利用无线电波传输信号的技术，是电磁学最重要的应用。
从电磁力的发现到无线电的广泛使用，许多物理学家都做出了重要贡献。其中，两位开创无线电技术研究的科学家还获得了1909年诺贝尔物理学奖。
无线通信技术应用实例(来源：新浪)
01
一步一步无线通信
19世纪末，在法拉第、麦克斯韦、赫兹等科学家的不懈努力下，电磁学取得了长足的进步。
一次偶然的机会，意大利物理学家马可尼发现电磁波可以在没有有线介质的情况下远距离传输信息。其实这种通过看不见的电磁波传递信息的方式就是无线电通信。
马可尼是正宗的“富二代”，启蒙教育在家完成。10多岁开始对物理感兴趣，特别喜欢读麦克斯韦、洛奇、赫兹等前辈的著作。
1895年，21岁的他在自己的庄园里做了人生中第一次电磁实验；他设计了发射机，实现了2.4公里距离的无线电信号传输。他也是世界上第一个发现电磁波可以传递信息并付诸实践的科学家。
马可尼设计的发射机(来源：搜狐)
不久，马可尼将无线电通讯的距离增加到13公里，并开始根据电报代码做发电机的电键，进行远距离无线通讯的实验。
为了进一步研究无线电的商业应用，他创办了无线电报通信公司(马可尼无线电公司的前身)。
1898年，长达45公里的英吉利海峡无线电报通信实验成功，双方电报通信得以顺利进行。马可尼的下一个目标是让无线电穿越大西洋！
无线电报穿越大西洋是一个巨大的挑战。
大西洋跨度3700公里，是真正的超远距离无线传输；而且当时很多人认为电磁波像光一样直线传播，大西洋的曲面不可能传播电磁波。
做了之后，马可尼用这种心态做了很多实验。
1901年，他从加拿大大西洋彼岸的英国发射台收到了无线电电报。这个实验震惊了世界。
很快，新闻就会从美国通过无线电传到英国的《泰晤士报》，当天就可以报道。许多国家的大多数军事要塞和海港船只都配备了无线电设备，例如在大西洋航线上行驶的邮船。
美国政府请马可尼主持建设大功率发射台，美国总统向英国国王发出第一份无线电报。无线电已经成为一项全球性的事业。
历史上第一个跨大西洋电报通信图，来自马可尼的诺贝尔奖演讲(资料来源：物理双月刊)
马可尼的成就举世瞩目。许多人称他为“无线电之父”。毫不奇怪，他站在了1909年诺贝尔物理学奖的领奖台上。
在马可尼的无线电飞遍全球的过程中，很多科学家都在背后默默付出，其中德国物理学家布劳恩最为耀眼。他改进了无线电报，从而与马可尼分享了年度诺贝尔物理学奖。
02
克服无线电技术问题
卡尔弗丁纳德布劳恩(Karlferdinand Braun)出生于德国富尔达，父亲是地道的公务员。从小衣食无忧，接受了良好的教育。
1868年，16岁的布劳恩进入德国马尔堡大学，开始接触自然科学。1872年，他在柏林大学获得物理学博士学位。次年，他进入莱比锡的一所中学教数学和自然。
在这个不知名的学校里，他开始系统地研究振荡电流，迈出了电磁学研究的第一步。
之后，他在马尔堡大学、斯特拉斯堡大学和卡尔斯鲁厄大学担任物理学教授，并于1895年回到斯特拉斯堡担任物理研究所所长。从这些经历来看，布劳恩具备了进行电磁实验的条件。
布劳恩对电学的第一个贡献是阴极射线管的发明。
19世纪末，许多科学家都在研究阴极射线，其中许多人取得了成就。德国物理学家伦琴发现X射线，英国物理学家唐慕孙发现电子的消息传来，布劳恩也投身于这一领域。
1897年，他在真空玻璃管的一端安装了一个电极，这样阴极发射的电子在静电力的影响下就会发射出电子束(阴极射线)。当磁场改变时，电子束会偏转，从而在屏幕上获得波动的图像。
科学家称这种玻璃管为阴极射线管(CRT)，又称布劳恩管。布劳恩管也就是通常所说的显像管，因为后来的几代人改进了这种显像管，使其可以用于电视和电脑等电子设备的图像显示。
实验用布劳恩管(来源：花瓣网)
阴极射线管在实验中的广泛应用使布朗感到兴奋。得知马可尼正在推广无线电后，他致力于无线电技术的研究。
研究了电台论文和相关报道，发现当时的电台技术存在两个问题。一个是电磁波不能在指定的方向发射。换句话说，之前的马可尼无线传输实验只是结果，没有物理控制过程。
经过多次实验，马可尼发明了定向天线。它可以保证无线电波按指定方向发射，从而有效降低能耗。1902年，他使用定向天线系统接收定向传输信号。
第二个问题是缺乏可靠的电报接收机和发射机。
为此，布劳恩在接收器中增加了一个晶体探测器，以提高接收灵敏度。在发射机方面，马可尼只发明了具有基本功能的发射机，因为他的研究过于复杂，忙于推广无线电。
布劳恩反复研究马尔科夫发射机，并对其进行了修改。新型发射机由电容和闭路线圈组成，线圈与天线连接无火花。不同的电容振荡产生不同的电流。
同时，这台机器的频带很窄。这样发射机就可以发出不同信息的电磁波，然后接收机就可以把它转出来。马可尼在1901年通过无线电横渡大西洋的壮举主要归功于布劳恩改进的发射机和接收机。
定向天线传播示意图(来源：NAND网络)
布劳恩解决了早期无线电技术的两个问题后，无线电技术进入了快速发展的快车道。
如果马可尼让无线电飞遍全世界，布劳恩让它飞得更快。相比他们的贡献，诺贝尔物理学奖真的微不足道。
马可尼和布劳恩的诺贝尔官方照片(来源：物理双月刊网)
科学家并没有我们想象的那么遥远。其中会有很多有趣的故事，蝌蚪君会继续分享他们的经历和故事。
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[参考文献]
1.《诺贝尔物理学奖一百年》书，上海科普出版社2002年出版，沈著。
2.论文《20世纪物理学的伟大缩影》，作者郭怡伶，清华大学，《物理研究》，2009年第2期。
3.数据《1909年诺贝尔物理学奖简介》，见《物理通报》，第2期，2017。
4.马可尼的故事：http://story.kedo.gov.cn/c/2018-05-20/918465.shtml.
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蝌蚪杖原文/转载注明出处
编辑/小华
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