Category Archives: 電的旅程

「第四章：無線電報」

        ＜飛越大西洋 ( 2 )＞……續上

        在1902年1月紐約舉行的電機工程師協會（IEEE）年會上，大家為馬可尼慶功。貝爾成了座上客，愛迪生和特斯拉都送來賀電。愛迪生在賀電中還說：「……這個年青人今天所得到的成就，已可以令他和我平起平坐了！」

        馬可尼在宴會中表演得並不十分喜悅，原來他三星期前聽到的訊號非常微弱，在噪音中顯得若有若無，到底有沒有聽到，他也不能肯定。外間有不少閒言閒語，說他的結果是偽造的，因為沒有其他人可以證實結果，他心中想要怎樣做才可得到確實的證據。晚宴結束後，馬可尼就趕回英國，命人在一艘叫「費城號」的郵輪上，裝上了巨大的接收天線，又命波得戶發射站每天在一定的時間發射出一定組合的訊號。

        兩星期後，馬可尼坐「費城號」離開英國，重返紐約。第二天清晨，在船上清晰的收到了傳來的信息，當時船距離波得戶大約800公里，他約船長做了見證。隨後每天在一定的時間，馬可尼和船長坐在接收器旁，等待著波得戶傳來的訊號，每一次訊號都順利的收到，但是距離愈遠、訊號愈弱。超過了2,480公里後，電報訊息已開始模糊不清，但「‧‧‧」這「S」字母的訊號一直到紐約還可以清晰的收到，此時距離波得戶已有3,358公里！經過這次實驗後，馬可尼信心大增。一年後，橫跨大西洋的無線電報商業服務就正式開始了。

        在這次的橫渡大西洋實驗中，馬可尼發現電磁波在晚上雜音比較少，他認為這可能和太陽有關 (他是對的)。還有一個科學上的問題無人能答：地球是圓的，但為什麼電磁波可以從歐洲直接傳送到北美，而不是直接射入太空呢？事後馬可尼認為這是地球磁場的作用 (他是錯的)。這個問題要到1927年才有確切的答案：原來地球大氣層上端有一層「電離層」，像鏡子一樣把一部分電磁波折射回地球。馬可尼當年如果過分的謹慎，無線電波橫跨大西洋的壯舉可能會延後三十年。

        1909年，馬可尼在夫萊明的推薦下，和德國科學家布勞恩 (Karl Ferdinand Braun) 一起獲得了諾貝爾物理獎，他可能是歷史上唯一沒有正式大學畢業的得獎者。……(待續)

「第四章：無線電報」

        ＜飛越大西洋 ( 1 )＞

        1899年，馬可尼第一次來到了北美大陸，用無線電報實地報導在新澤西州舉行的一年一度「美國杯」遊艇大賽，當時他在北美已負有盛名。回去歐洲後，他心裡有了一個想法：是否可以將無線電波橫越大西洋？從英法海峽的50公里到橫越大西洋的3,200公里，無論是距離或技術上的跨越都是極大的一步，況且還有很多物理上的問題沒有弄清楚。

        馬可尼是個充滿了魄力的幻想者，他初步估計了一下技術的可行性：若需要無線電波傳播3,200公里的距離，發射站需要多少電能及多寬的火花間隙？天線又需多高？他初步的結論是，橫貫大西洋的無線電傳播技術是可以做到的，至於其他的未知數，只有一面做、一面隨機應變了。

        為了加強公司的技術能力，他用500英鎊的重金，聘請了當時在英國很有名氣的夫萊明(John Ambrose Fleming) 教授，來幫助設計發射站。在1899年冬天，馬可尼開始了這個計劃。由於馬可尼對這個實驗沒有完全的把握，所以特別小心，如果失敗的話，對他名聲不利，對公司的營運也會有負面影響。當時，馬可尼的公司，除了俄國外，基本上已壟斷了全世界所有的無線電通訊市場，在北美洲也設立了美國馬可尼公司。

        馬可尼把發射站設在英國西南岸的波得戶（Poldhu），接收站的地點幾經改變，最後設在加拿大紐芬蘭島的聖約翰鎮，兩地相距2,800多公里。波得戶發射站規模巨大，有25千瓦的發電機，電壓由變壓器增加到20,000伏特，每一個電容器大到有十個人那麼高，天線由二十根60公尺高的電線桿組成，圍繞成一個直徑66公尺的圓圈，產生火花的間隙有5公分寬。當發射站運轉時，每一次放電，都有像打雷般的巨響，地也為之震動。在一百多年後的今天來看，馬可尼的魄力仍然令人震撼。

        馬可尼經過一年多的努力，到了1901年12月12日，終於在聖約翰鎮接收到了從2,800公里外發出來的微弱電磁波訊號。這個摩斯密碼訊號是「‧‧‧」，代表英文字母「S」。馬可尼的夢想實現了，電磁波可以跨過大西洋！……(待續)

「第四章：無線電報」

        ＜馬可尼與無線通訊 ( 3 )＞……續上

        馬可尼天生是一個商業奇材，他看準了無線電在市場上有很大的發展潛力，他不去和已經根基深穩的有線電報及電話去競爭，他把產品發展集中在有線技術無法做到的領域，例如船和岸上的通訊。馬可尼還申請了大量專利權，令後來加入的競爭者處於不利的地位。

        馬可尼還懂得善用媒體來推銷他的技術及名聲。1898年，馬可尼在維多利亞女王的皇家遊艇上及鄉間別墅之間，建立了無線通訊設備，女王和皇夫每日可互送短訊，一時成為美談。同一年，馬可尼又用無線電報率先報導「美國杯」遊艇比賽的結果。比賽的所在地荒僻多山，根本沒有電報或電話裝置，無線通訊是唯一的選擇。在這次報導中，馬可尼還第一次證明了：無線電不用在直接視線範圍之內也可通訊。

        隨著技術不斷進步，馬可尼的無線通訊技術可以覆蓋的距離愈來愈遠。在1899年，法國政府資助馬可尼建成了第一個橫跨英法海峽的無線通訊設施，兩端的接收站相距約50公里。對大眾來說最奇妙的是，雖說是橫跨英法海峽，但中間了無一物！……(完)

「第四章：無線電報」

        ＜馬可尼與無線通訊 ( 2 )＞……續上

        有了基本的接發技術，馬可尼在家中做了不少實驗，他發現祇要把電源加大，天線舉得高，訊號的傳送距離就可以增加，不久他示範用無線技術，在三公里內可以通訊。馬可尼的父親，本來不贊成兒子在閣樓搞新奇玩意，不學無術，後來他被兒子說服。1896年，馬可尼向意大利郵政部提交呈請，建議政府資助他的研究計劃，意大利政府表示興趣不大。當時要開發新技術，最好的地方就是英國倫敦，在父母支持下，馬可尼帶著他的無線電設備來到英國。

        馬可尼的母親安排娘家的人照顧他的兒子，年輕英俊的馬可尼風度翩翩，斯文爾雅，又講一口流利英語，在上流社會揮灑自如，博得大家好感。馬可尼的舅父，將他介紹給英國郵政電報部的主任工程師普理斯 (        Sir William Preece)，兩人相見恨晚，普理斯在英國電訊工程界很有影響力，大力支持馬可尼，為他安排很多示範技術的機會，也介紹了很多媒體來報導，一時之間馬可尼聲名大噪，他媽媽娘家的親戚更為他籌集了十萬英鎊，成立無線電報公司。……(待續)

「第四章：無線電報」

        ＜馬可尼與無線通訊 ( 1 )＞

        自從1888年赫茲發表了關於電磁波的報告後，許多有創意的發明家開始探索其應用。英國的洛奇 (Oliver Lodge) 建議將無線電波發射器裝在燈塔裡作導航用，因為無線電波可以穿透濃霧。美國的尼古拉．特斯拉 (Nikola Tesla)，俄國的亞歷山大．波波夫 (Alexander Prpov)，印度的波賽（Jagadish Bose）都是很早涉足無線電，但無線電通訊的「哥倫布」毫無疑問是意大利人馬可尼。

        馬可尼1874年出身於意大利一個富裕家庭，他和路易吉．伽伐尼 (還記得動物電嗎？) 是同鄉，在他十二歲那年，正好赫茲逝世，報紙上有很多關於赫茲及電磁波的報導，令馬可尼著迷。

        赫茲是科學家，研究純粹是為了探尋自然的奧秘。馬可尼不同，自小就有商業頭腦，他認為如能研究成無線電波傳播訊息，那有巨大的商業價值，他在自己家中的閣樓上建起了一個實驗室。

        他重覆了赫茲的「火花間隙」(Spark gap) 實驗，又應用了英國人洛奇發明的「金屬屑檢波器」(Coherer) 來做接收器，金屬屑檢波器是一根柱形的小管子，中間儲有液體，且有長柱形的金屬微屑懸浮其中，將此小管放在接收器銅圈的間隙中，當電磁波到達時，金屬屑會有序地掛列起來，因此電阻減少，測檢波器的電阻就能很靈敏地測到電磁波。……(待續)

「第四章：無線電報」

        ＜赫茲的傑作 ( 2 )＞……續上

        赫茲的實驗裝置包括兩根橫放著的不接觸的銅桿，銅桿的兩端有電容器，將高壓電接上銅桿時，電容器先充電，在銅桿間空隙部的電場改變，在空氣被離子化的時候會發生放電，產生火花，就在這一瞬間，電流在銅桿兩端快速激盪，速度可達每秒幾百萬次，如果銅桿長度、電容器電感應設計正確，有部份能量能轉化成電磁波向空間發射。

        赫茲裝置的另一部份是檢測電磁波，他用一個圓週長與電磁波波長相當的銅圈來阻截電磁波，他稱之謂「接收器」，接收器的頂部銅圈不閉合留有一極小縫隙，當接收到電磁波時，銅圈內會產生電感應，在那極小縫隙處可看到電火花，赫茲還證明了電磁波的向外傳播不需要介質，電磁波在真空中也可傳播。

        就這樣赫茲把人類帶入了電磁波世界，電磁波雖然不可思議，但並不神秘，赫茲的實驗還證實了馬克士威的關於電磁波的數學方程式完全正確！……(完)

「第四章：無線電報」

        ＜赫茲的傑作 ( 1 )＞

        在馬克士威的理論中，他預測到有一種電磁互振的波動，在空間以光的速度到處飛翔，在此之後，很多人開始尋找這種看不到的光。亨利希‧赫茲 (Heinrich R. Hertz) 是其中的一個，他是年輕的德國人教授，數學根基非常好，在實驗物理學上有研究。

        赫茲還在大學讀書的時候，就研究馬克士威的理論，立志要證明電磁波的存在，他相信激盪的電流在某種情形下其能量能轉化成電磁波，從空間傳播出去。

        經過八年的實驗和理論分析，赫茲在1888年發表了著名的實驗結果，他不單證明了電磁波的存在，並且展示了產生和接收電磁波的方法。赫茲裝置產生的電磁波是無線電波，波長比可見光長100萬倍 (波長約1公尺)，但這種電磁波的性質，跟馬克士威預測的電磁波完全吻合，赫茲的電磁波可由金屬板反射，效果就像光被鏡子反射一樣。

        可惜馬克士威在1879年逝世，沒有看到赫茲徹底證明了他的理論是正確，而赫茲也沒有太多時間進一步研究電磁波，1894年他才三十八歲，因切除臉頰上腫瘤時血中毒逝世。……(待續)

「第四章：無線電報」

        翻山過海，電磁波萬里傳送穿越空間，無線電報，馬可尼驚世發明惠澤人類。

        轉眼已是1888年，電報已問世四十幾年，電話亦已推廣了十幾年，AT&T的用戶已超過60萬，很多家庭裝了愛廸生的電燈，發電廠也像雨後春筍一樣建造起來，大城市的路面上矗立著無數電線桿，架設著不同公司的電報電話線路，人們普遍接受新的發明，新的科技。而法拉弟與麥克斯爾留下來的科學基礎理論，也足夠支持各種應用科技的發展和推廣。   

「第三章：電話」

        ＜類比型技術與音樂留聲 ( 4 )＞……續上

        愛廸生本來想將錄音技術賣給電報公司，但電報公司沒有這樣的需要，反而是普羅大眾對錄音和播音表現了極大的興趣。愛廸生看到了這一需求，成立了愛廸生留聲機公司，專賣留聲機，唱機和錄有音樂的圓筒，開創了電磁技術進入娛樂市場的先河。

        到了1880年代後期，很多大城市開設了專備唱機的酒吧，客人一邊喝酒，一邊聽音樂，比較富裕的人，漸漸在家中也購買了這種時髦的玩意兒。愛廸生的圓筒可錄二十分鐘音樂，當時沒有擴音器，放出來的聲音很輕，但已很有實用價值。

        1887年，柏林納發明了圓盤式的唱片，圓盤唱片可用模子大量複制，成本低廉，後來愛廸生不得不放棄圓筒式的錄音設備。

        愛廸生的留聲機公司最後失敗，大概不能歸咎於純技術的問題，主要是愛廸生公司出品的音樂，都是愛廸生自己選的，不合大眾口味，柏林納的公司後來演變成著名的唱片公司Deutsche Grammophon (DG)…… (完)

「第三章：電話」

        ＜類比型技術與音樂留聲 ( 3 )＞……續上

        電話開始普及以後，大眾都喜歡電話，因為傳遞的信息是我們自然的聲音，不是密碼，通話時雙方可以同時對講，像在家中聊天一樣。當年西聯拒絕胡伯特的賣專利建議時，公司內部的專家在評估電話的價值時，完全沒有想到這些重要的因素。

        電話的衍生產業，都跟聲音和電流的結合有關。還記得愛廸生發明了麥克風嗎？是西聯公司為發展電話而資助愛廸生發明了麥克風，而因此也引導愛廸生進入電和音響的研究。

        在1878年，愛廸生示範了「留聲機」，當聲音產生的音波引起一片薄膜震動時，薄膜上附著一支針，可將薄膜的震動刻在圓筒表面的錫泊上或一片硬臘上，當用另一枚附有震動膜的針沿著刻出的軌跡運動時，可以還原聲音的震動，所以愛廸生一舉發明了留聲機和播音機，這在當時是神奇的，不可思議的發明。…… (待續)