История радио
День рождения радио отмечается в нашей стране 7 мая. В этот день в 1895 году российский физик Александр Попов осуществил первый в мире сеанс радиосвязи с помощью созданного им радиоприемника. Прошло всего 120 лет – и мы уже не представляем свою жизнь без радио и его продолжений: телевидения, мобильной связи, Интернета, то есть видов связи, основанных на передаче физического (электрического или электромагнитного) сигнала. Попробуем кратко проследить эволюцию технической мысли: от мечты человечества до ее современной реализации.
Сигнальные огни и воздушные змеи
Необходимость передавать информацию на большие расстояния возникла у человечества еще на заре первобытной цивилизации. Поначалу для этого использовали дым костра или отраженный солнечный свет, сигнальные огни или голубиную почту. Этими способами люди обходились на протяжении тысячелетий, вплоть до изобретения флажковой сигнализации (в конце XVIII века) и телеграфа (в 1832 году).
Британская голубиная почта
Слово «радио» в переводе с латинского radiare означает «излучать, испускать лучи». Основой радио являются электромагнитные волны. Сегодня это известно каждому школьнику, но человечество догадалось об их существовании лишь в конце XVII века – и то смутно. Потребовалось еще два столетия, чтобы английский ученый Майкл Фарадей в конце 1830-х годов, наконец, уверенно заявил об обнаружении электромагнитных волн. Еще через 30 лет другой ученый из Великобритании Джеймс Максвелл закончил построение теории электромагнитного поля, которая и нашла свое применение в физике.
Примерно в это же время американский дантист Малон Лумис (Mahlon Loomis) заявил о том, что открыл способ беспроволочной связи. Сигнал передавался при помощи двух воздушных змеев, к которым были прикреплены электрические провода.
В 1880–1890 годы практически одновременно ряд ученых провели успешные эксперименты по использованию электромагнитных волн, применив при этом усовершенствованные элементы. Вот почему сегодня сразу несколько стран претендуют на звание изобретателя радио.
В Германии первооткрывателем способов передачи и приема электромагнитных волн считают Генриха Герца. Он сделал это в 1888 году. Кстати, сами волны длительное время назывались «волнами Герца» (Hertzian Waves).
Усиливающий передатчик Тесла
В США уверены, что заслуга изобретения радио принадлежит Николе Тесле, запатентовавшему в 1893 году передатчик, а в 1895-м – приемник.
Кстати, в 1943 году его приоритет перед Маркони был признан в судебном порядке. Это связано с тем, что аппарат Маркони и Попова позволял осуществлять только сигнальную функцию, используя в том числе азбуку Морзе. А устройство Теслы могло преобразовывать радиосигнал в акустический звук. Такую конструкцию имеют и все современные радиоустройства, в основе которых лежит колебательный контур.
Гульельмо Маркони
И все же большинство стран считает создателем первой успешной системы обмена информацией с помощью радиоволн (радиотелеграфии) итальянского инженера Гульельмо Маркони. Он добился этого в 1895 году. Российский физик Александр Попов отстал от него всего на один месяц.
Радио в России
7 мая 1895 года Александр Степанович выступил на заседании Русского физико-химического общества в Санкт-Петербурге с лекцией «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям», на которой, воспроизводя опыты Лоджа c электромагнитными сигналами, продемонстрировал прибор, схожий в общих чертах с тем, который ранее использовался Лоджем.
Попов внес в конструкцию усовершенствования: в его радиоприемнике молоточек, встряхивавший когерер (трубку Бранли), работал не от часового механизма, а от радиоимпульса.
Первое радио Попова
Современники Попова признавали, что его конструкция представляла собой прибор, который впоследствии был использован для беспроводной телеграфии. Сам Попов приспособил прибор для улавливания атмосферных электромагнитных волн и назвал его «грозоотметчик».
Устройство Попова отличалось чувствительностью и надежностью. В первых опытах по радиосвязи, проведенных в физическом кабинете, а затем в саду Минного офицерского класса, приемник обнаруживал излучение радиосигналов, посылаемых передатчиком, на расстоянии до 60 м.
В апреле 1896 года опять же на заседании Русского физико-химического общества Попов, используя вибратор Герца и приемник собственной конструкции, передал на расстояние 250 м радиограмму: «Генрих Герц».
Таким образом, можно считать, что именно Попов первым сумел продемонстрировать возможность передавать радиосигнал, который нес в себе определенную информацию.
Первые радиостанции в России были заказаны царем у французской компании «Дюкрет». Консультантом при выполнении этих работ был Попов.
К 1917 году радио уже стало средством массовой информации. А вскоре Российское телеграфное агентство стало рассылать информацию подписчикам за установленную плату.
В 1918 году появилась радиостанция «Вестник РОСТА», а с 1921 года стала возможна передача музыки и голосового вещания. В эфире Советского Союза зазвучали стихи призывного характера, сатирические рассказы, а в 1923-м был дан первый радиоконцерт.
Во время Великой Отечественной войны в эфир выходили передачи «Письма с фронта», «На фронт» и сводки от Советского информационного бюро, а 24 июня 1945 года была проведена трансляция Парада Победы на Красной площади.
В 1945 году 7 мая в СССР широко праздновалось 50-летие со дня изобретения радио. В связи с этим правительство страны приняло решение считать эту дату ежегодным Днем радио.
Уже не просто радио
Сегодня День радио – это профессиональный праздник не только тех, кто занимается передачей информации. Непосредственное отношение к нему имеют и те, кто занимается защитой информации, создает устройства радиоэлектронной борьбы (РЭБ), системы навигации и прочее сложнейшее радиоэлектронное оборудование. Перечислить все невозможно, расскажем лишь о трех, самых новых разработках.
В 2014 году для российского YotaPhone была создана система защиты информации при помощи технологии ViPNet. Благодаря этому устройству, смартфон становится недоступен для взлома не только обычным злоумышленникам, но и профессиональным организациям и даже, возможно, спецслужбам других стран.
Из-за массовой компьютеризации и повсеместного внедрения сетевых технологий огромную актуальность приобретают разработки в области кибербезопасности.
И наконец, новый комплекс средств коротковолновой связи для высших звеньев управления Сухопутных войск «Антей», серийное производство которого началось в феврале 2015 года. Он обеспечивает передачу данных на расстояние до 4 тыс. км (полевой радиоцентр) и до 8 тыс. км (стационарные радиоцентры) даже в сложной помеховой обстановке. «Антей» создан специалистами Объединенной приборостроительной корпорации. Подобных разработок в отечественной радиопромышленности не было около 30 лет.
кратко и понятно о вечном споре – Москва 24, 07.05.2018
Сегодня трудно представить нашу жизнь без радио: кто-то слушает его с утра до вечера на работе, кто-то включает в автомобиле по дороге домой, чтобы послушать любимую музыку, а кто-то – только чтобы узнать последние новости. Но мало кто знает, кто и что стоит за изобретением самого радиоприемника.
Фото: depositphotos/[email protected]
На заседании Русского физико-химического общества в Петербурге 7 мая 1895 года Александр Попов продемонстрировал «прибор, предназначенный для показывания быстрых колебаний в атмосферном электричестве». Другими словами – радиоприемник, и осуществил первый сеанс радиосвязи. Полувековой юбилей этого события в СССР отмечали накануне Победы, 7 мая 1945 года. Тогда же и было принято решение сделать День радио ежегодным праздником.
Изобретателем радиотелеграфии Попова считают в странах постсоветского пространства. В других странах примерно в то же время лучшие ученые также работали над созданием подобных устройств.
Поэтому в США изобретателем считают Николу Теслу, в Германии – Генриха Герца, во Франции – Эдуарда Бранли, в Бразилии – Ланделя де Муру, в Англии – Оливера Джозефа Лоджа, а в Индии – Джагадиша Чандру Боше.
Со скоростью света
Мировое сообщество никак не может определиться: кем же все-таки было изобретено радио, потому что все эти великие ученые так или иначе внесли свой вклад в развитие науки. Краткая хронология открытий такова: в 1845 году английский физик и химик Майкл Фарадей открыл электромагнитное поле, и это было одним из самых важных открытий человечества в XIX веке. Спустя 20 лет после этого англичанин Джеймс Кларк Максвелл вывел теорию электромагнитного поля и рассчитал, что скорость электромагнитных волн равна скорости света. Его открытия сыграли ключевую роль в развитии физики и послужили фундаментом специальной теории относительности.
Спустя еще 20 лет Генрих Герц создал генератор и резонатор электромагнитных колебаний и продемонстрировал наличие электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве.
По сути, этот прибор и был предшественником радио, но конструкция Герца передавала и принимала электромагнитные сигналы лишь на расстоянии нескольких метров. В Индии радиопередачу в миллиметровом диапазоне впервые продемонстрировали в ноябре 1894 года, за год до Александра Попова. Автором индийского изобретения стал Джагадиш Чандра Боше.
Фото: depositphotos/agcuesta1
Поэтому с технической точки зрения русский изобретатель Александр Попов и итальянский ученый Гульельмо Маркони не открыли ничего нового, а лишь создали прибор, взяв за основу открытия других своих предшественников. Однако идея радио пришла этим ученым примерно в одно и то же время.
Пальма первенства
Главными претендентами на звание изобретателя радиоприемника являются Попов, Маркони и Тесла. Все трое ученых никак не были связаны друг с другом и, проживая в разных странах, одновременно работали над одним и тем же изобретением.
Александр Попов изобрел радиопередатчик для целей военно-морского флота.
В 1895 году на собрании российских физиков он прочел лекцию «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям» и продемонстрировал свое устройство, способное передавать сигналы азбукой Морзе. Ученый занялся усовершенствованием работы прибора и дальности приема и передачи сигнала от 60-ти до 250 метров, добившись вскоре увеличения расстояния до 600. А в 1899 году была обнаружена возможность приема сигналов с помощью телефона, изобретения Александра Белла, запатентованного еще в середине 1870-х.
Однако Попов не стремился рассказать всему миру о своих исследованиях, не спешил публиковать статьи о своем изобретении, интересуясь в основном практической частью. Поэтому, продемонстрировав работу радио-приемника в 1895 году, документально свое изобретение он никак не оформил.
Патент № 7777
Гульельмо Маркони изобрел свой радиоприемник и подал заявку на получение патента лишь в июне 1896 года. Бумага была выдана 2 июля 1897-го, спустя два года после демонстрации Поповым своей работы.
Маркони получил документ, юридически закрепляющий его авторство, именно поэтому некоторые историки встают на его сторону и отдают ему пальму первенства. В 1900 году Маркони получил патент № 7777 на систему настройки радио, а 12 декабря 1901 он провел первый сеанс трансатлантической радиосвязи между Англией и Ньюфаундлендом на расстояние 3200 километров, что до этого казалось невозможным.
Радиоприемник «Звезда-54», представленный на выставке «Советский дизайн 1950-1980-х» в ЦВЗ «Манеж». Фото: ТАСС/ Александра Мудрац
Очередь американцев
А в 1943 году в спор о том, кем изобретено радио, вмешались американцы. В суде им удалось доказать, что их соотечественник, великий ученый Никола Тесла, первым запатентовал радиопередатчик – это произошло в 1893-м, а спустя два года – в 1895-м – радиоприемник. Его прибор работал по тому же принципу, по которому работают современные устройства, преобразовывая радиосигнал в акустический звук, а изобретения Попова и Маркони могли передавать и принимать радиосигналы только с азбукой Морзе.
С тех пор, конечно, изменилось и радиовещание, и сами радиоприемники. Когда-то радио будило гимном всю страну в шесть утра, сегодня эстеты слушают джаз, а коллекционеры готовы отдать большие деньги за винтажные радиоприемники. Но никто не подвергает сомнению значимость этого изобретения: кто бы его ни создал первым, принцип, на котором основывалась работа приемника, впоследствии сделал возможным изобретение мобильной связи, беспроводного интернета и дистанционного управления электронными устройствами, без которых мы сегодня не можем представить нашу жизнь.
Кинякина Екатерина
культура общество история
Кто на самом деле изобрел радио?
BBC News, Русская службаПерейти к содержанию
- <a href=http://www.bbc.co.uk/russian/topics/blog_krechetnikov><b>Артем Кречетников</b></a>
- Би-би-си, Москва
Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.
Автор фото, RIA Novosti
Подпись к фото,Александр Попов и его передатчик (рисунок неизвестного художника)
120 лет назад, 24 марта 1896 года, российский ученый Александр Попов на закрытом заседании Русского физико-химического общества в Петербурге впервые в мире осуществил передачу радиотелеграммы. С помощью передатчика и приемника собственной конструкции он передал набранные азбукой Морзе слова Heinrich Hertz (Генрих Герц).
За титул изобретателя радио с ним соперничают итальянец Гульельмо Маркони, серб Никола Тесла, немец Генрих Герц и британец Оливер Лодж.
Ряд историков утверждает, что убедительно обосновать свое первенство Попову помешал режим секретности, которым он был связан, работая на военный флот.
Другие полагают, что однозначно определить приоритет на одно из главных изобретений человечества невозможно в принципе. Каждый из ученых внес свой вклад. Продолжающиеся по сей день споры свидетельствуют, что идея витала в воздухе, а великие умы мыслят параллельно.
Интересные факты
- Как многие русские интеллигенты той эпохи, Александр Степанович Попов вышел из духовного сословия. Его отец был священником, сам он окончил семинарию, но предпочел науку, поступив на физико-математический факультет Петербургского университета.
- Во время создания радио Попов служил в военно-морском ведомстве в качестве преподавателя физики Морского технического училища в Кронштадте и ориентировался в своих разработках на нужды флота.
- Первая в России радиостанция была смонтирована под его руководством в Севастополе. Во время маневров 7 сентября 1899 года с нее была установлена связь с военными кораблями «Георгий Победоносец», «Три Святителя» и «Капитан Сакен», находившимися в 14 км от берега. Место, где находилась станция, получило название «Радиогорка».
- В том же году радиостанции были установлены в Котке (Финляндия) и на новом ледоколе «Ермак».
В ноябре 1899 года благодаря радиостанции «Ермака» впервые были спасены люди — группа рыбаков, унесенных на льдине в районе острова Готланд. - День радио отмечается в России 7 мая (25 апреля по старому стилю). В этот день в 1895 году, примерно за год до первой радиопередачи, Попов прочитал в спортивном зале Петербургского университета лекцию «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям», где обосновал возможность радиосвязи. 7 мая 1995 года ЮНЕСКО по инициативе России отметила 100-летие радио.
- Профессор физики Технического университета в Карлсруэ Генрих Герц в 1887 году открыл электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света, провел и описал опыты по их передаче на расстояние без проводов при помощи созданных им генератора и резонатора. Об использовании открытия Герц не думал, заявив: «Это абсолютно бесполезно. Мы всего-навсего имеем таинственные электромагнитные волны, которые не можем видеть глазом, но они есть».
- Никола Тесла, к тому времени работавший в США, в 1893 году в ходе исследований атмосферного электричества изобрел заземленную мачтовую антенну, а впоследствии успешно экспериментировал с передатчиками и приемниками собственной конструкции.
- Оливер Лодж 14 августа 1894 года в Оксфордском университете продемонстрировал передачу радиосигнала из одного здания в другое на расстояние 40 метров. Для практического применения аппаратуру следовало усовершенствовать, но Лодж заниматься этим не стал, уступив пальму первенства Попову и Маркони. <image/>
- Инженер и изобретатель из Болоньи Гульельмо Маркони занялся конструированием радиопередатчиков и приемников в декабре 1894 года и подал заявку на изобретение 2 июня 1896 года, то есть через два месяца и восемь дней после первой радиопередачи Попова.
- 2 сентября в Солсбери под Лондоном он публично продемонстрировал свою аппаратуру, передав при этом не два слова, а целый текст, и на расстояние в 3 км, то есть в 12 раз дальше, чем Попов.
- Будучи, по его словам, связан режимом секретности, Попов открыто сообщил о своих работах лишь 19/31 октября 1897 года, когда о достижениях Маркони уже знал весь мир, причем и тогда признал их незавершенными. «Здесь собран прибор для телеграфирования. Связной телеграммы мы не сумели послать, потому что все детали приборов нужно еще разработать», — заявил он в докладе в Петербургском электротехническом институте.
- Первая публичная демонстрация передатчика и приемника Поповым произошла 18 декабря 1897 года. Российский патент он оформил лишь в 1901 году, но до самой кончины в декабре 1905 году отстаивал свой приоритет перед Маркони.
- Маркони стал крупным предпринимателем, получил Нобелевскую премию (1909 год) и титул маркиза Итальянского королевства. Попов был избран почетным членом Русского технического общества, получил чин статского советника, орден святой Анны II степени и Большую золотую медаль Всемирной выставки в Париже 1900 года. В 1921 году Совнарком РСФСР назначил его вдове пенсию.
- Многие авторы предпочитают говорить об «изобретении радио Поповым и Маркони». В мире больше знают имя итальянского ученого, в России наоборот. В Большой Советской Энциклопедии 1955 года Маркони вообще не упоминался.
В ноябре 1899 года благодаря радиостанции «Ермака» впервые были спасены люди — группа рыбаков, унесенных на льдине в районе острова Готланд.
В 1921 году Совнарком РСФСР назначил его вдове пенсию.Хронология радио
- В 1897 году Маркони учредил в Британии фирму «The Wireless Telegraph & Signal Company» и построил первую стационарную радиостанцию на острове Уайт, а в 1898 году открыл в Англии радиозавод, на котором работали 50 человек.
- В январе 1898 года мир впервые узнал по радио сенсационную новость — о тяжелом заболевании в его доме в Уэльсе бывшего британского премьера Уильяма Гладстона (телефонный провод был оборван снежной бурей).
- Первый сеанс трансатлантической радиосвязи произошел 14 января 1906 года.
- В апреле 1909 года калифорнийский изобретатель Чарльз Херролд запатентовал технологию, позволяющую передавать по радио не только сигналы азбуки Морзе, но и человеческий голос и музыку, и ввел в обращение термин broadcasting (публичное вещание).
- Количество жертв гибели «Титаника» в ночь с 14 на 15 апреля 1912 года было бы намного больше, если бы корабельная радиостанция не передала сигнал SOS и координаты места катастрофы. Вскоре в США был принят закон, обязывающий все морские суда поддерживать радиосвязь с берегом, а спустя год Международная конференция по охране человеческой жизни на море сделала это правило общемировым.
- 8 ноября 1917 года большевики обнародовали по радио текст Декрета о мире (с помощью азбуки Морзе).
- 27 февраля 1919 года в Нижнем Новгороде состоялась первая в России передача голоса по радио.
- 20 августа 1920 года Эдвард Скрипп получил первую лицензию на открытие частной коммерческой радиостанции в Детройте, работающей поныне.
- В 1924 году Би-би-си начала трансляцию по радио сигналов точного времени.
- В 1930 году компания Motorola выпустила первый автомобильный приемник. <image/>
- В 1933 году патрульные полицейские машины в городе Байонне, штат Нью-Джерси, впервые были оснащены двусторонней радиосвязью.
- Участники полярной экспедиции Умберто Нобиле (1929 год) и зимовки на дрейфующих льдах под руководством Ивана Папанина (1938 год) были спасены благодаря радиолюбителям.
- В 1937 году в США заработала первая радиостанция в диапазоне FM.
- Русская служба Би-би-си впервые вышла в эфир 24 марта 1946 года — ровно через 50 лет после первой радиопередачи Александра Попова.
- В 1954 году американская фирма Regency выпустила на рынок первый коммерческий транзисторный радиоприемник.
- Первый спутник Земли, запущенный в СССР 4 октября 1957 года, не нес никакой аппаратуры, кроме двух радиопередатчиков, передававших сигнал «бип-бип» в диапазоне, где его могли ловить радиолюбители.
- В XX веке авторитарные режимы широко практиковали
глушение «нежелательных» радиопередач из-за границы. В настоящее время эта практика сохраняется в Китае, Северной Корее, Иране и на Кубе.
- В настоящее время в мире насчитываются свыше 50 тысяч государственных и коммерческих радиостанций и около трех миллионов радиолюбителей, общающихся в коротковолновом диапазоне, а число приемников не поддается учету. Все современные информационные технологии, включая мобильную связь, беспроводной интернет и спутниковую навигацию, имеют в основе изобретения основоположников радио.
- В последние десятилетия радио уступило место главного средства массовой информации телевидению и интернету, но сотни миллионов людей во всем мире продолжают регулярно слушать его, особенно находясь за рулем. В 1984 году группа Queen записала знаменитую песню «Radio Gaga» со словами «Radio, what’s new? Someone still loves you» («Что нового, радио? Кое-кто любит тебя по-прежнему»).
- В начале XX века, по замечанию писателя и историка Бориса Акунина, вера в прогресс была безграничной. Однако развитие науки и техники отставало от социальных реформ, да и не могло решить всех проблем общества и отдельного человека. Разочарование вылилось в известной шутке, приписываемой Илье Ильфу: «Вот и радио изобрели, а счастья все нет!».
<image/>
В настоящее время эта практика сохраняется в Китае, Северной Корее, Иране и на Кубе.
Однако развитие науки и техники отставало от социальных реформ, да и не могло решить всех проблем общества и отдельного человека. Разочарование вылилось в известной шутке, приписываемой Илье Ильфу: «Вот и радио изобрели, а счастья все нет!».Читайте также
Слушать, «Осторожно, люди!»: Три отца радио
Блог редактора: Русской службе Би-би-си — 70 лет
Жизнь Ивана Папанина: ЧК, Арктика, ленд-лиз
Главное
«Шедевр диверсии». Как могли организовать взрыв на Крымском мосту и чем он грозит
LIVE Live, Война в Украине: новые ракетные удары по Запорожью; у российских войск новый командующий
Крымский мост частично обрушился после взрыва.
На нем горели цистерны с топливом
На нем горели цистерны с топливомНе пропустите
Британия в кризисе. Как Лиз Трасс удалось сломать систему за неделю
«Он спросил, почему я бегу, а русские солдаты за меня умирают». Как украинские беженцы застряли на выезде из России в Европу
Подпишитесь на нашу рассылку «Контекст»!
«Русский Моисей»: в США умер советский диссидент, фигурант громкого «самолетного дела» Юрий Федоров
На Сватово и к Херсону: Украина наступает уже на двух направлениях
Кто взорвал «Северный поток»? Европа расследует мегадиверсию на главном газопроводе из России
Самое популярное
1
«Шедевр диверсии».
Как могли организовать взрыв на Крымском мосту и чем он грозит2
«Выпустить пар». Российское командование столкнулось с беспрецедентной критикой на фоне неудач в Украине и мобилизации
3
Сергей Суровикин: что известно о новом командующем российскими войсками в Украине
4
«Это ситуация так пошла». Путь российского военного Вадима Шишимарина — от границы Украины до пожизненного приговора
5
Крымский мост частично обрушился после взрыва. На нем горели цистерны с топливом
6
«Мне все равно, что будет с Путиным». Зеленский о ядерном оружии, НАТО и конце войны
7
«Пресловутый символ» и «террористический режим». Что в России и Украине говорят о взрыве на Крымском мосту
8
«Прямая угроза применения ядерного оружия».
Байден заявил о самом высоком риске «армагеддона» со времен Карибского кризиса9
Зеленский призвал НАТО исключить возможность применения Россией ядерного оружия
10
Культурные чистки. Как Россия разрушает музеи и вывозит искусство из Украины
Как могли организовать взрыв на Крымском мосту и чем он грозит
Байден заявил о самом высоком риске «армагеддона» со времен Карибского кризисаРадио – Воображение Интернета
Эта временная шкала предназначена для того, чтобы помочь показать, как доминирующая форма коммуникации меняется так же быстро, как новаторы разрабатывают новые технологии.
Краткий исторический обзор: Печатный станок был большим новшеством в области связи, пока не был изобретен телеграф. Печать оставалась ключевым форматом для массовых сообщений в течение многих лет, но телеграф впервые в истории человечества позволил осуществлять мгновенную связь на огромные расстояния.
Использование телеграфа исчезло, поскольку радио стало простым в использовании и популяризировалось; по мере развития радио телефон быстро стал самым быстрым способом общения между людьми; после того, как телевидение было усовершенствовано и содержание для него было хорошо разработано, оно стало доминирующей формой технологии массовой коммуникации; затем появился Интернет, и газеты, радио, телефоны и телевидение интегрируются в эту далеко идущую информационную среду.
Развитие радио
Мировые изменения благодаря радио
Радиопрогнозы
Развитие радио
Итальянский изобретатель Гульельмо Маркони (на фото справа) впервые разработал идею радио или беспроводного телеграфа в 1890-х годах. Его идеи оформились в 1895 году, когда он отправил беспроводное сообщение азбукой Морзе источнику, находящемуся на расстоянии более километра. Он продолжал работать над своим новым изобретением и в 1897 году получил официальный британский патент на радио, которое сначала было системой беспроводного телеграфа.
Другие изобретатели в России и Соединенных Штатах работали над подобными устройствами, но Маркони завел нужные политические и деловые связи, чтобы добиться первого реального успеха с этим устройством. К 1900 было четыре конкурирующих беспроводных системы.
В годы, незадолго до Первой мировой войны, ученые из таких компаний, как American Telephone and Telegraph, General Electric и Westinghouse, а также изобретатели, в том числе Реджинальд Фессенден, Ли Де Форест и Сирил Элвелл, намечали, как они могли бы развить потенциал беспроводной связи, чтобы он мог передавать более сложные сообщения, чем точки и тире азбуки Морзе.
К 1914 году Фессенден, канадец, который когда-то работал в лабораториях Томаса Эдисона, работал с General Electric над созданием генераторов переменного тока, способных поддерживать постоянную волну вещания, достаточно мощную для передачи голоса и музыки на тысячи миль. Радио было разработано для военных целей в годы перед Первой мировой войной, и патенты принадлежали ВМС США.
В 1919 году ресурсы Маркони были проданы компании General Electric, и вместе с ней была создана Radio Corporation of America (RCA, породившая NBC Radio) во главе с бывшим сотрудником Marconi Дэвидом Сарноффом. Начался бум радио, так как люди сочли его незаменимым для получения новостей и развлекательных программ. Цена акций RCA выросла с 85 долларов в начале 1928 года до 500 долларов к лету 1929 года. В результате краха фондового рынка в 1929 году она упала до 20 долларов за акцию, но тяжелые экономические времена 1930-х годов не смогли остановить хорошо развитую сеть NBC. Разработка широкого спектра вариантов программирования в 1930-е годы ознаменовались «золотым веком радио», и к 1939 году почти 80 процентов населения Соединенных Штатов владели радио.
Мировые изменения благодаря радио
Во время бума 1920-х годов люди ринулись покупать радиоприемники, а деловые и социальные структуры адаптировались к новой среде. Университеты начали предлагать курсы по радио; церкви начали транслировать свои службы; газеты создали связь с радиопередачами.
К 1922 году насчитывалось 576 лицензированных радиовещательных компаний, и было запущено издание Radio Broadcast, в котором, затаив дыхание, объявлялось, что в эпоху радио «правительство будет живым существом для своих граждан, а не абстрактной и невидимой силой».
Однако, как и в случае с телевидением в более поздние годы, развлечения стали доминировать на радиоволнах гораздо больше, чем правительственный или образовательный контент, поскольку коммерческие спонсоры хотели, чтобы эфирное время, за которое они платили, имело большую аудиторию. Большинству слушателей нравилось слушать свою любимую музыку, эстрадные программы, включавшие комические номера и живые выступления групп, а также сериальные комедии и драмы. Трансляции крупных спортивных событий стали популярными по мере того, как среда созрела и стали возможными удаленные трансляции.
Радио было основным источником информации для масс в годы Второй мировой войны. Слушатели по всему миру завороженно сидели перед своими радиоприемниками, наблюдая за яркими репортажами о битвах, победах и поражениях, которые передавали репортеры, в том числе Х.
В. Кальтенборн и Эдвард Р. Мерроу. Франклин Д. Рузвельт (справа), Уинстон Черчилль, Адольф Гитлер и другие политические лидеры использовали средства массовой информации для влияния на общественное мнение.
Прошлые предсказания о будущем радио
Редакционная статья Boston Post от 1865 года:
«Хорошо информированные люди знают, что невозможно передать голос по проводам, и если бы это было возможно, никакой практической ценности».
Сэр Уильям Томсон, впоследствии лорд Кельвин, шотландский математик и физик, сказал в 1897 году:
«У радио нет будущего».
Уведомление под названием «Телеграфия без проводов» в газете от 23 января 189 г.7, Scientific American, отчет о демонстрации радио Маркони:
«Если бы изобретение было таким, каким он его считал, наши моряки получили бы новый смысл и нового друга, который сделал бы навигацию бесконечно проще и безопаснее, чем это было сейчас».
Обзор в New York Times от 7 мая 1899 г.
под заголовком «Будущее беспроводной телеграфии»:
«Все народы земли будут поставлены на условия близости, и люди будут ошеломлены огромным объемом новостей. и информация, которая будет непрерывно поступать на них».
Согласно сообщению в «Альманахе радио и телевидения» Данлэпа, сэр Джон Вулф-Барри заметил на собрании акционеров Western Telegraph Company в 1907 году:
«…Насколько я могу судить, я не смотрю на любая система беспроводного телеграфа может составить серьезную конкуренцию нашим кабелям. Несколько лет назад я сказал то же самое, и с тех пор ничего не произошло, чтобы изменить мои взгляды».
Статья в журнале Electrical Experimenter за июнь 1920 года под названием «Газетофон вместо газет» сообщила об идее службы новостей, доставляемой посредством записанных телефонных сообщений, а также предсказала «радиораспространение новостей центральными информационными агентствами в крупных городах тысячам радиостанций во всех частях мира», что привело к тому времени, когда «любой человек может просто слушать их на своем карманном беспроводном устройстве».
Герберт Уэллс писал в «Пути, которым движется мир» в 1925 году:
«Я предвидел полное исчезновение радио… уверенный, что несчастные люди, которые теперь должны подчинить себя прослушиванию, скоро найдут лучшее времяпрепровождение для их досуг».
В 1913 году Ли де Форест, изобретатель аудионовой трубки, устройства, делающего возможным радиовещание, предстал перед судом по обвинению в мошенническом использовании почты США для продажи акций компании Radio Telephone Company. В ходе судебного разбирательства окружной прокурор заявил, что:
«Де Форест заявил во многих газетах и за своей подписью, что будет возможно передавать человеческий голос через Атлантику в ближайшие годы. Основываясь на этих абсурдных и заведомо вводящих в заблуждение заявлениях, введенная в заблуждение публика… была убеждена купить акции его компании…»
Де Форест был оправдан, но судья посоветовал ему «устроиться на обычную разношерстную работу и придерживаться Это.
»
Просмотр истории других информационных технологий:
<Телеграф><Радио><Телефон> <Телевидение> <Интернет>
Радиостанции Discovery
| |||||||||||||||||||||||
jpg»> Airbags
JPG»> Subwoofers
JPG»> Drive Train
JPG»> Heating
jpg»> Раздаточные коробки
png»> LR2 Parts
— XQD101390LNF, XQD101340
Открытие радиоволн
» Перейти к дополнительным материалам
Когда примерно в 1864 году впервые была предложена концепция электромагнитных волн, она была встречена с большим скептицизмом.
В результате идея долго томилась. Это понятно, поскольку основы теории были сложными, а концептуальные идеи противоречили физическому мышлению. Горстке преданных своему делу людей, увлеченных тайнами электричества и магнетизма, потребовалось несколько десятилетий, чтобы наконец поставить теорию на прочную основу.
В этой статье мы вернемся к тому периоду, когда началось серьезное изучение радиоволн. Мы рассмотрим вклад Джеймса Клерка Максвелла, человека, наиболее ответственного за эту концепцию. Далее мы рассмотрим работы нескольких известных ученых, пришедших после Максвелла, и посмотрим, как они подтвердили существование радиоволн.
У нас есть кажущийся неограниченным электромагнитный спектр, состоящий из радиоволн, микроволн, видимого света, ультрафиолета, рентгеновских лучей и гамма-лучей. Как мы пришли к открытию и пониманию этих удивительных волн — захватывающая история. В дальнейшем мы обратимся к историческим основам электромагнитных волн — и мы сделаем это, не прибегая к теоретическим выводам.
Но сначала давайте посмотрим, что мы имеем в виду, когда говорим о таких волнах.
Концептуально можно генерировать электромагнитную волну, как показано на Рис. 1 . Более полное представление о том, как формируются электромагнитные волны, и их аналогии с гравитационными волнами можно найти по ссылке Reference 1 .
Рисунок 1. Предположим, что у вас есть флешка с определенным зарядом Q (a) . Когда вы держите палочку неподвижно, заряд окружен электрическим полем E, но не магнитным полем (б) . Тот же заряд в движении создает и магнитное поле B. Если палку трясти вверх и вниз с частотой f, небольшая часть поля уходит и распространяется в виде электромагнитной волны с той же частотой.
Электромагнитные волны состоят из волн электрического и магнитного поля. Эти волны колеблются в перпендикулярных плоскостях по отношению друг к другу и находятся в фазе.
Простая картина поперечной электромагнитной волны, распространяющейся в пространстве, показана на рисунке 9.0005 Рисунок 2 .
Рис. 2. Электромагнитные волны образуются, когда колеблющаяся заряженная частица создает пульсации в своем электрическом поле и тем самым также создает магнитное поле. Здесь показана типичная волна: электрическое поле, связанное с магнитным полем. Поля волны перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны.
Создание электромагнитной волны начинается с колеблющейся заряженной частицы, которая создает колеблющиеся электрические и магнитные поля. При ускорении — в рамках колебательного движения — заряженная частица излучает энергию, создавая пульсации (или колебания) в своем электрическом поле, а также создает магнитное поле.
При движении электрические и магнитные поля, создаваемые заряженной частицей, самовоспроизводятся — зависящие от времени изменения в одном поле (электрическом или магнитном) вызывают другое.
Это означает, что электрическое поле, которое колеблется в зависимости от времени, будет создавать магнитное поле, а магнитное поле, которое изменяется во времени, будет создавать электрическое поле. Следовательно, и электрическое, и магнитное поля в электромагнитной волне будут флуктуировать во времени, одно вызывает изменение другого .
Если частота колебаний заряда f , то он производит электромагнитную волну с частотой f . Длина волны λ этой волны определяется выражением λ = c/f , где c — скорость света. Электромагнитные волны переносят энергию через пространство. Эта энергия может передаваться заряженным частицам на большом расстоянии от источника.
Странный путь к электромагнитной теории Максвелла
Согласно многим научным книгам, Джеймс Клерк Максвелл ( Рисунок 3 ) является человеком, наиболее ответственным за теоретическое обоснование электромагнитных волн.
Чего книги не говорят вам, так это того, что на момент смерти Максвелла в 1879 году его теория, которая во многом поддерживает наш нынешний технологический мир, еще не была на прочной основе.
Рисунок 3. Джеймс Клерк Максвелл был шотландским физиком-математиком, который сформулировал классическую теорию электромагнитного излучения, впервые объединив электричество, магнетизм и свет как проявления одного и того же явления. Он был одним из самых влиятельных ученых девятнадцатого века.
Учителя естественных наук говорят нам, что основные правила, по которым ведут себя свет и все электромагнитные волны, такие как взаимодействие электрических полей и магнетизма, можно свести к четырем элегантным уравнениям . Сегодня эти уравнения, известные как уравнения Максвелла, можно найти практически в каждом вводном учебнике по инженерии и физике. Мало известно [ Reference 2 ], что Максвелл не писал эти уравнения; хотя он в основном отвечал за их теорию.
Давайте вернемся к раннему развитию электромагнитной теории. В последующих разделах мы рассмотрим события, произошедшие после смерти Максвелла.
События, приведшие к электромагнитной теории Максвелла
Большинство историков сходятся во мнении, что разработки, связанные с электромагнитной теорией, начались в 1800 году, когда физик Алессандро Вольта объявил об изобретении батареи, которая позволила экспериментаторам работать со стабильной подачей постоянного тока. Несколько лет спустя первое физическое доказательство связи между электричеством и магнетизмом было получено Гансом Христианом Эрстедом, продемонстрировавшим, что стрелка компаса смещается, когда ее приближают к проводу, по которому течет постоянный ток.
Вскоре после этого Андре-Мари Ампер показал, что между двумя параллельными проводниками с током возникает взаимное притяжение или отталкивание в зависимости от относительного направления токов. Затем, примерно в 1831 году, Майкл Фарадей показал, что магнит может воздействовать на электричество, когда он продемонстрировал, что протягивание магнита через катушку с проволокой создает ток.
Эти события были , которые не были поняты систематически или полностью. Они действительно были очень озадачены. Как провод с током мог протянуться и сдвинуть стрелку компаса? И как движущийся магнит может вызвать ток в проводе?
Конечно, естествоиспытатели и ученые строили предположения о том, как электрические и магнитные воздействия передаются в пространстве. Наиболее популярные прямые действия на расстоянии . Изучая другой подход, выдающийся математик Карл Фредерик Гаусс примерно в 1855 году рассмотрел идею о том, что электрические действия распространяются между зарядами с конечной скоростью. Однако он решил не публиковать свое исследование, пока не разработает механизм для достижения этой передачи, чего не произошло.
Фарадей, ученый-изобретатель, также начал оспаривать ортодоксальное представление о том, что электромагнитные явления являются результатом прямого действия на расстоянии между электрическими частицами.
Вместо этого он представил таинственное невидимое «электротоническое» состояние, окружающее магнит — то, что мы назвали бы полем. Он сказал, что изменения в этом электротоническом состоянии и вызывают электромагнитное явление.
Теперь известно, что в показаниях Лондонского королевского общества, известных как «Первоначальные взгляды», Фарадей рассматривал идею о том, что электрические и магнитные эффекты являются «прогрессивными и требуют конечного времени для их передачи. Фарадей не нашел времени предоставить экспериментальные доказательства в поддержку своих взглядов и поэтому пожелал, чтобы показания, представленные в 1832 году, оставались нераскрытыми в течение 100 лет. Он заявил, что «предоставив эту бумагу на попечение Королевскому обществу, чтобы завладеть как бы определенной датой; и поэтому имеют право, если они подтвердятся экспериментами, претендовать на признание взглядов на эту дату».
Однако историки не придают большого значения этому увлекательному документу и не считают Фарадея первооткрывателем распространения волн.
Было хорошо пророчествовать о таких явлениях, но превратить эти идеи в законченную теорию было далеко за пределами его математических способностей. Тем не менее, мечты Фарадея, однажды посаженные, были достаточно, чтобы взбудоражить воображение тех, кто следовал за ним.
Это была ситуация, с которой Максвелл столкнулся в годы своего становления в 1850-х годах в Кембриджском университете в Англии. В следующем разделе мы заложим основу для его работы в этой области.
Максвелл начинает свою научную работу
Максвелл уже был опытным математиком, когда уехал из Шотландии в Кембриджский университет в 1850 году. гении.
После короткого перерыва в работе над чистой математикой его внимание переключилось на физические проблемы, такие как электрические и магнитные поля, кинетическая теория газов, природа колец Сатурна и цветовое зрение. В своей первой попытке создать электромагнитную теорию Максвелл написал в 1855 году статью под названием «О силовых линиях Фарадея», в которой показал, как уравнения, описывающие поток несжимаемой жидкости, можно аналогичным образом использовать для решения задач с постоянными электрическими или магнитными полями.
К сожалению, его работе помешали многочисленные трудности. Он был вынужден оставить свою первую преподавательскую должность в Маришальском колледже в Шотландии из-за слияния колледжей и чуть не умер от осложнений оспы. Наконец, он стал профессором Королевского колледжа в Лондоне.
Время, проведенное Максвеллом в King’s, было, по мнению большинства, самым продуктивным в его карьере. В этот период своей жизни он создал первую в мире светостойкую цветную фотографию, развил свои идеи о вязкости газов и предложил систему определения физических величин, теперь известную как размерный анализ.
Максвелл часто посещал лекции в Королевском институте, где регулярно общался с Фарадеем. Отношения между двумя мужчинами не были близкими; отчасти потому, что Фарадей был на 40 лет старше Максвелла и показывал признаки возраста. Тем не менее, они сохраняли глубокое уважение к работе друг друга.
Именно в этот период жизни Максвелл добился значительных теоретических успехов.
Он исследовал природу как электрических, так и магнитных полей в своей статье «О физических силовых линиях», состоящей из двух частей, опубликованной в 1861 году. В ней он представил концептуальную модель электромагнитной индукции, состоящую из крошечных вращающихся ячеек магнитного потока. Каждая ячейка окружена маленькими частицами той или иной формы, которые помогают передавать вращение от одной клетки к другой.
Хотя в конце концов он отказался от этой концепции, он обнаружил, что эта картинка помогла ему описать множество электромагнитных явлений. Возможно, самое главное, это помогло заложить основу радикально новой физической концепции, известной как ток смещения .
Ток смещения — сложная концепция, поскольку на самом деле это не ток . Нормальный ток проводимости в проводах состоит из движущихся зарядов. Ток смещения — это способ описания того, как изменение электрических полей, проходящих через данную область, приводит к возникновению магнитного поля, точно так же, как и ток проводимости.
Обычный конденсатор содержит в себе один из самых ярких примеров тока смещения. Рассмотрим конденсатор с плоскими пластинами в электрической цепи с пустым пространством между пластинами, как показано на рис. 4 . Если конденсатор заряжается, это вызывает накопление заряда на пластинах и увеличение электрического поля Ε между пластинами. Это изменяющееся электрическое поле вызывает изменяющееся магнитное поле B, которое связано с так называемым током смещения I D = I C . Фактически между пластинами не протекает ток проводимости.
Рисунок 4. Предполагается, что это конденсатор с плоскими пластинами и пустым пространством между пластинами в цепи зарядки. Из-за зарядки возникает изменяющееся электрическое поле Ε между пластинами и, следовательно, ток смещения I D (не показан), создающий магнитное поле B .
Ток смещения I D имеет ту же величину, что и ток проводимости I C , который протекает в проводах из-за движения заряда.
Однако ток смещения Максвелла является более фундаментальным, чем показано в этом примере. Он может возникнуть в любой среде, включая области, где электроны доступны или нет. И точно так же, как ток проводимости, он порождает магнитное поле.
Новая концепция Максвелла обеспечила необходимый мост для связи измеряемых свойств цепи, таких как диэлектрическая проницаемость и магнитная проницаемость свободного пространства. Каким-то образом он понял, что эти константы можно комбинировать, чтобы определить, как быстро электромагнитная волна распространяется в пространстве.
Максвелл полагался на других, чьи эксперименты с конденсаторами и катушками индуктивности очень точно определили их значения. Используя эти числа, Максвелл смог вычислить скорость электромагнитной волны в космосе.
Удивительно, но когда он сравнил свое значение с существующими значениями скорости света, то из их близости сделал вывод, что свет должен быть электромагнитной волной.
Максвелл предсказывает электромагнитные волны
В 1864 году, когда ему было 33 года, Максвелл представил статью «Динамическая теория электромагнитного поля», в которой он предположил, что электромагнитное возмущение распространяется в свободном пространстве со скоростью света. Он также предположил, что свет представляет собой поперечную электромагнитную волну, хотя этот факт был несколько скрыт в системе предложенных им уравнений. Самое главное, он описал, как электричество и магнетизм неразрывно связаны в движущейся электромагнитной волне.
Когда Максвелл представил свою теорию на презентации в Королевском обществе, аудитория была озадачена. Максвелл продемонстрировал фундаментальный сдвиг в своем подходе. Вместо того, чтобы строить воображаемые физические модели, он пытался отличить научную истину от хорошо установленных математических соотношений, известных как законы динамики.
Для публики сложная физическая модель была бы достаточно плохой, но теория, основанная на отсутствие модели вообще была выше их понимания! Их недоумение можно понять, поскольку статья Максвелла была длинной, ее было трудно понять быстро, а математику было трудно понять.
Он описывает, как взаимодействуют различные переменные и как они перемещаются в пространстве и времени. Что еще более запутанно, он использовал концепции векторов для представления напряженности электрического и магнитного полей и плотности потока. Мало кто в то время понимал векторы. Для новичков это было особенно сложно, поскольку каждый вектор представлял собой тройку — по одному уравнению для каждого из трех измерений.
Максвелл также использовал изобретенную им нелогичную переменную, известную как электромагнитный импульс — известную сегодня как магнитный векторный потенциал — из которой он рассчитал электрические и магнитные поля.
Всего Максвелл ввел 20 уравнений с 20 переменными.
Для тех, кто заинтересован в подробном изучении их всех, см. Reference 3 . С помощью этих уравнений Максвелл по существу объединил работы Эрстеда, Гаусса, Ампера, Фарадея и других, добавив при этом свою собственную радикальную концепцию тока смещения. Сегодня эта теория является основой нашего современного понимания электромагнетизма.
Вся эта работа была встречена с крайним скептицизмом даже со стороны его ближайших коллег. Сэр Уильям Томпсон — позже лорд Кельвин — был одним из самых громких скептиков. Он просто не верил, что ток смещения может существовать. Наша интуиция согласилась бы с ним.
Одно дело думать о токе смещения в материале, наполненном атомами. И совсем другое представить, как он формируется в пустоте космоса! Без модели, описывающей этот ток смещения — которая работает без движущихся зарядов — было неясно, как мог возникнуть такой ток. Вся эта концепция была очень отталкивающей для ученых того времени.
Сегодня мы с готовностью принимаем радикальные теории.
Мы принимаем черные дыры, гравитационные волны, поле Хиггса, квантовую запутанность и другие теории, которые бросают вызов обычной интуиции. Мы делаем это до тех пор, пока математические основы верны и могут быть в какой-то степени проверены.
Из-за всей сложности, связанной с дебютом работы Максвелла, она не была встречена с энтузиазмом. Можно было бы точнее сказать, что это практически никого не интересовало!
Максвелл публикует «Трактат»
Максвелл представил свою новую электромагнитную теорию на всеобщее обозрение, но большинство ее проигнорировало. Пройдет некоторое время, прежде чем это будет оценено по достоинству. Никто, возможно, даже Максвелл, не понял всего значения его работы.
Максвелл преуспевал в самых разнообразных работах за пять лет, проведенных в Лондоне, но он все еще тосковал по сельской жизни. Поэтому он решил отказаться от своего кресла, чтобы он и его жена Кэтрин могли начать оседлую жизнь в своем старом доме Гленлэр в Галлоуэе в 1865 году.
0003
Годы, проведенные Максвеллом в Гленлере, никоим образом не были временем выхода на пенсию. Его работа по электромагнетизму была далека от завершения. Он хотел написать содержательную книгу; тот, который внес бы столь необходимый порядок в предмет, помог бы новичкам и заложил бы прочную основу для будущей работы.
В 1873 году Максвелл опубликовал свою книгу «Трактат об электричестве и магнетизме», в которой изложил многие свои идеи. Это одна из самых известных книг по физике, которая до сих пор издается. Тем не менее, «поле» понятие в книге было чуждо физикам и его математика казалась шагом назад в искусстве.
Его поля подчинялись уравнениям в частных производных, с которыми было гораздо сложнее справиться, чем с текущими ньютоновскими законами силы. Без адекватной математической интерпретации его теория электромагнетизма висела на стене, как музейная картина, которой восхищались некоторые, но она была недосягаема.
Максвелл умер в 1879 году в возрасте 48 лет с Кэтрин и другом у его постели.
Он был первооткрывателем-одиночкой, как и Фарадей до него. Его «Трактат» при жизни почти никто не понял. Только в следующем поколении — во главе с небольшой группой людей, известных как «максвелловцы» (9).0005 Ссылка 4 ) — кто-нибудь действительно понял, что он пытался сказать. Оливер Хевисайд был одним из них.
Хевисайд прибывает на место происшествия
Оливер Хевисайд ( Рисунок 5 ) однажды был описан одним другом как «первоклассный чудак». На самом деле он был забытым гением викторианской эпохи. Он был младшим из четырех сыновей, родившихся в 1850 году в бедной, но респектабельной лондонской семье. В возрасте восьми лет из-за скарлатины он стал частично глухим, из-за чего ему было трудно играть с другими мальчиками. Впоследствии он полагался на свои собственные ресурсы и развил упрямую независимость, которую он сохранял до дня своей смерти.
Рис. 5. Оливер Хевисайд был математическим гением-затворником, который провел большую часть своей жизни на задворках научного истеблишмента.
Несмотря на это, он сделал больше, чем кто-либо другой, для формирования теории Максвелла и придания уравнениям Максвелла их нынешней формы.
Он хорошо учился в школе, но ему было отказано в поступлении в университет, потому что это было выше возможностей семьи. Хевисайд сам изучал естественные науки и математику, изучая журналы и книги того времени.
Благодаря влиянию своего дяди, Чарльза Уитстона (прославленного моста), он получил свою первую и единственную работу в возрасте 18 лет в качестве телеграфиста на англо-датском кабеле, идущем из Ньюкасла в Данию. В этом качестве он имел возможность узнать из первых уст о самой передовой и интересной с научной точки зрения отрасли электротехники.
Телеграфное оборудование того времени использовало визуальные подсказки, поэтому его легкая глухота не играла роли. Он любил общаться азбукой Морзе, но больше всего ему нравилось устранять неполадки в кабельной системе. Телеграфисты, будучи элитой группы, могли свободно экспериментировать со многими электрическими компонентами, такими как мосты и конденсаторы.
Конечно, они должны были хорошо знать эти компоненты, чтобы поддерживать трафик.
В конце концов Хевисайд стал звездой устранения неполадок, наслаждаясь каждой проблемой и загадочными эффектами электричества, которые часто сбивали с толку его коллег. В свободное время он продолжал заниматься электричеством и математикой и даже начал писать научные статьи.
Однажды он наткнулся на копию «Трактата» Максвелла и сразу же был впечатлен. Хотя большая часть математики была ему не по плечу, он твердо решил ее освоить. К этому времени Хевисайд уже решил посвятить все свое внимание электричеству. Он оставил работу телеграфиста и вернулся в дом своих родителей, где начал расширять границы электрических знаний.
Именно Хевисайд, работая дома в одиночку, разработал уравнения Максвелла в их нынешнем виде. Разбираясь в сложном векторном исчислении, он наткнулся на способ переформулировать 20 запутанных уравнений Максвелла в четыре, которые мы используем сегодня, как показано на рис.
6 .
Рис. 6. Примерно в 1884 году Оливер Хевисайд начал записывать 20 фундаментальных уравнений из «Трактата об электричестве и магнетизме» Максвелла в новой и более компактной форме, показанной здесь. Они стали стандартом, определяющим сегодня связь между электричеством и магнетизмом и волновой природой электромагнитного излучения. Здесь показана дифференциальная форма уравнений Максвелла, но существуют и другие формы, такие как интегральная форма. Здесь, Ε и B — электрическое и магнитное поля соответственно, ρ — плотность электрического заряда, Дж — плотность тока. Имеются два других поля — поле смещения D и напряженность магнитного поля H — связанные с Ε и B постоянными полями, отражающими характер среды.
пройти через.Поле смещения был ключевым вкладом Максвелла. Последнее уравнение описывает, как изменяющиеся электрические поля и ток создают магнитные поля. Символ ∇ — это векторный дифференциальный оператор, обычно называемый Дель или набла, который компактно выражает исчисление, включающее направленность трех компонентов x, y и z.
Хевисайд сказал, что ключ снимает странный магнитный векторный потенциал. По словам Хевисайда, «я не добился никакого прогресса, пока не выбросил за борт весь потенциал». В формулировке Хевисайда на первый план выдвигались электрические и магнитные поля.
Хотя формулировка Хевисайда раскрыла прекрасную симметрию уравнений Максвелла, она также раскрыла тайну. Электрические заряды имеют вокруг себя линии электрического поля, исходящие от заряда. Однако силовые линии магнитного поля — какими мы их знаем — не имеют источника и появляются только в виде непрерывных петель, без начала и конца.
Это обеспокоило Хевисайда, и он добавил в уравнения член, представляющий заряд магнита, предполагая, что он еще не открыт.
На самом деле магнитные монополи до сих пор не обнаружены, хотя они и предсказываются некоторыми теориями частиц. Тем не менее, понятие магнитного тока, состоящего из фиктивных движущихся монополей, сохраняется и иногда используется как помощь в решении некоторых проблем.
Хевисайда часто спрашивали, почему мы не называем эти уравнения уравнениями Хевисайда. Он сказал, что, по его мнению, Максвелл — и не без оснований — «признал необходимость изменений, когда ему указали». Поэтому он считал, что их следует называть уравнениями Максвелла.
Уточнение математической теории — это одно, а поиск экспериментальных подтверждений — совсем другое. С помощью двух других максвеллианцев и малоизвестного немецкого исследователя Генриха Герца туман начал рассеиваться.
На место происшествия прибывают другие сторонники Максвелла
До 1888 года Хевисайд занимался одним и тем же: читал журналы, писал статьи, которые редко читали, и редко выезжал из дома. Однажды он наткнулся на доклад Оливера Джозефа Лоджа (, рис.
7, ), профессора физики Университетского колледжа в Ливерпуле, в котором он упоминался в связи с его работой над теорией Максвелла.
Рис. 7. Оливер Джозеф Лодж был британским физиком, изучавшим электромагнитное излучение. Он сделал особенно сильный след в области беспроводной телеграфии. В 1894 он усовершенствовал «когерер»: электрическое устройство, используемое для обнаружения радиоволн. Версия когерера Лоджа значительно улучшила обнаружение радиоволн.
Обрадованный тем, что нашел родственную душу, Хевисайд тут же написал Лоджу и узнал, что у него есть еще один поклонник, друг Лоджа Джордж Фрэнсис Фицджеральд ( Рисунок 8 ), профессор экспериментальной философии в Тринити-колледже в Дублине.
Рис. 8. Джордж Фрэнсис Фицджеральд был ирландским профессором физики в Тринити-колледже в Дублине, Ирландия. Он известен своими работами в области электромагнитной теории и сокращением Лоренца-Фицджеральда, которое стало неотъемлемой частью специальной теории относительности Эйнштейна.
Оказалось, что Лодж и Фицджеральд были увлечены работой Максвелла и пытались — при взаимной поддержке — продвигать ее вперед, в основном посредством обмена письмами. Фицджеральд был блестящим теоретиком, но немного ленивым, когда дело касалось экспериментальной работы. Однако он был одним из очень немногих, кто подробно читал и изучил «Трактат».
Лодж, с другой стороны, чувствовал себя более комфортно, используя модели, а не уравнения, и ему нравилась экспериментальная работа. Связь Хевисайда с ними была немедленной, и они начали сотрудничать в надежде продвинуть понимание теории Максвелла.
Лодж и Фицджеральд были особенно заинтересованы в поиске экспериментальных доказательств, подтверждающих идею о том, что свет представляет собой электромагнитную волну. Сначала они не имели большого успеха в этом начинании. Однажды Лодж экспериментировал с системой молниезащиты, готовясь к выступлению в Обществе искусств.
Он пытался имитировать молнию, разряжая лейденские банки по проводам.
Между концами проводов появились искры. Этого и следовало ожидать, но вскоре он обнаружил, что, изменяя длину проволоки, можно получить очень большие или более слабые искры. Он сразу понял, что видит электромагнитную волну в резонансе. Он утверждал, что при достаточной мощности действительно видел ионизированную стоячую волну вокруг провода.
Лодж планировал сообщить о своих удивительных результатах, когда вернется из отпуска в Альпах. В поездку он взял с собой несколько непрочитанных журналов. Находясь в поезде, отправляющемся из Ливерпуля, он был удрученно прочитав об аналогичной работе немецкого исследователя Генриха Герца в июльском номере Annalen der Physik und Chemie . Герц ( Рисунок 9 ) производил и регистрировал волны не только вдоль проводов, но и в свободном пространстве .
Рисунок 9. Генрих Герц был блестящим немецким физиком и экспериментатором, который продемонстрировал, что электромагнитные волны, предсказанные Джеймсом Клерком Максвеллом, действительно существуют.
В ноябре 1886 года Герц стал первым человеком, передавшим и принявшим управляемые радиоволны.
Что еще более невероятно, он измерил скорость волн и показал, что они могут преломляться, отражаться и поляризоваться так же, как свет. Лодж, конечно, был сильно разочарован тем, что его превзошли, но позже это было более чем омрачено вновь обретенным восхищением работой Германа.
Экспериментальные доказательства существования радиоволн
Экспериментальная работа Герца началась в 1880-х годах в Высшей технической школе в Карлсруэ, Германия. В это время существовали различные электромагнитные теории, в том числе Максвелла. Его наставник Герман фон Гельмгольц призвал Герца различать теории. Герц попытался провести эксперимент по обнаружению токов смещения, но ничего не нашел.
Несколько лет спустя, в ходе постановки эксперимента для демонстрации в классе, он заметил, разряжая конденсатор через петлю, что такая же петля на некотором расстоянии образовывала дуги.
Он мгновенно распознал состояние резонанса и заподозрил электромагнитные волны. Вдохновленный этим, Герц начал использовать такие петли для обнаружения невидимых радиоволн и проверил большинство свойств электромагнитных волн. Фотография его лаборатории показана на Рисунок 10 .
Рис. 10. Герц сделал это фото своей лаборатории. На ней показаны катушка, которую он использовал (слева) и антенна — дипольный резонатор с разрядником, который он использовал для обнаружения электромагнитного излучения.
В ходе одного интересного эксперимента компания Hertz направила радиоволны на сетку из параллельных проводов и убедилась, что они будут проходить или отражаться в зависимости от угла сетки. Это показало, что электромагнитные волны были поперечными волнами и колебались, как и свет, перпендикулярно направлению распространения. В другом эксперименте, используя цинковый лист в качестве отражателя, он перемещал детектор и находил места с искрением и места без искры.
Это свидетельствовало о стоячей волне, образованной бегущей волной в сочетании с ее отражением от экрана.
Находки Герца не привлекли особого внимания в Германии. Однако через Ла-Манш максвелловцы осыпали его похвалами, приветствовали в своих рядах и начали продвигать его работу. Лодж, например, сделал точную копию аппарата Герца, которую продемонстрировал перед Британской ассоциацией и другими группами. Хевисайд был в таком восторге, что написал Герцу, поблагодарив его за предоставленное экспериментальное доказательство, сказав, что он нанес «смертельный удар» теориям действия на расстоянии.
Герц, Лодж, Фицджеральд и Хевисайд стали тесной группой, поддерживающей друг друга. Усилиями этих четырех очень разных людей, объединенных общим делом, они вывели теорию Максвелла из тени на свет.
Эпилог
Благодаря переписке Максвеллианцы подружились, и им удалось во многих отношениях пересмотреть и преобразовать теорию Максвелла. Они дали нам уравнения, которыми мы пользуемся сегодня, и именно они предоставили нам подтверждающие доказательства того, что свет представляет собой электромагнитную волну.
Самое главное, они добились того, что теория Максвелла была принята научным сообществом.
К сожалению, их расцвет длился всего несколько лет, с 1888 по 1894 год. Герц трагически скончался в 1894 году от редкого заболевания костей в возрасте 36 лет. Мы никогда не узнаем, какие еще замечательные вещи он мог совершить.
Фицджеральд также умер в молодом возрасте 49 лет. Помимо его работы над теорией Максвелла, сегодня его помнят как одного из авторов теории относительности пространства со скоростью, теперь известной как сокращение Лоренца-Фицджеральда. Позже это стало важной частью специальной теории относительности Эйнштейна.
Лодж прожил до 1940 года и продолжал работать во многих областях, включая радио. В 1894 году он усовершенствовал «когерер»: электрическое устройство для обнаружения радиоволн.
Хевисайд переписывался с другими учеными и продолжал публиковаться до своей смерти в 1926 году. Среди других его достижений — использование комплексных чисел для изучения электрических цепей, изобретение ступенчатой функции и разработка математических методов решения дифференциальных уравнений.
Он, пожалуй, наиболее известен своим предсказанием того, что земная атмосфера имеет ионизированный отражающий слой, способный отражать радиосигналы обратно на Землю, так что радиосигналы повторяют кривизну Земли — теперь известный как слой Кеннелли-Хевисайда в его честь.
Теория электромагнитного поля Максвелла оказала огромное влияние на науку, но теории редко возникают в умах их создателей полностью завершенными. Как это часто бывает, следующее поколение ученых должно уточнить и систематизировать его — процесс, который может занять годы. Так было и с теорией Максвелла.
Альберт Эйнштейн однажды сказал: «Специальная теория относительности обязана своим происхождением уравнениям электромагнитного поля Максвелла. Со времен Максвелла считалось, что физическая реальность представлена непрерывными полями и не поддается какой-либо механической интерпретации. Это изменение в представлении о реальности — самое глубокое и самое плодотворное, что пережила физика со времен Ньютона».
Достижение Максвелла было отмечено на двух церемониях IEEE Milestone в 2009 году: одна в Glenlair House; а другой в Королевском колледже. Таблички информируют посетителей о том, что между 1860 и 1871 годами Максвелл разработал свою единую теорию электричества, магнетизма и света, обобщенную в уравнениях, носящих его имя. Одна из табличек (с выгравированными знаменитыми уравнениями) показана на Рисунок 11 .
Рисунок 11. В 2009 г. в Гленлэр Хаус и Королевском колледже были проведены две церемонии IEEE Milestone.в честь публикации уравнений Максвелла. Это одна из табличек, информирующих посетителей о его единой теории электричества, магнетизма и света, выраженной в уравнениях, носящих его имя.
Некоторые пророческие слова Хевисайда кажутся уместными в этом месте. «Большой разрыв между волнами Герца и световыми волнами еще не преодолен, но я не сомневаюсь, что это будет сделано открытием усовершенствованных методов генерации и наблюдения очень коротких волн ».