走进电磁波时代

一、“电磁感应”的发现

自从贝尔发明了电话机，这样人人都能手拿一个“话柄”，和远方的亲朋好友谈天说地了。电报和电话的相继发明，使人类掌握了远距离传送信息的重要手段。但是，电信号都是通过金属线传送的。线路架设到的地方，信息才能传到，这就大大限制了信息的传播范围，特别是在大海、高山这些地方，有没有能让信息无线传播的办法？

1820年，丹麦物理学家奥斯特发现，当金属导线中有电流通过时，放在它附近的磁针便会发生偏转。接着，学徒出身的英国物理学家法拉第明确指出，奥斯特的实验证明了“电能生磁”。他还通过艰苦的实验，发现了导线在磁场中运动时会有电流产生的现象，此即所谓的“电磁感应”现象。

著名的科学家麦克斯韦进一步用数学公式表达了法拉第等人的研究成果，并把电磁感应理论推广到了空间。他认为，在变化的磁场周围会产生变化的电场，在变化的电场周围又将产生变化的磁场，如此一层层地像水波一样推开去，便可把交替的电磁场传得很远。1864年，麦氏发表了电磁场理论，成为人类历史上预言电磁波存在的第一人。

那么，又有谁来证实电磁波的存在呢？此人便是亨利希·鲁道夫·赫兹。1887年的一天，赫兹在一间暗室里做实验。他在两个相隔很近的金属小球上加上高电压，随之便产生一阵阵噼噼啪啪的火花放电。这时，在他身后放着一个没有封口的圆环。当赫兹把圆环的开口处调小到一定程度时，便看到有火花越过缝隙。通过这个实验，他得出了电磁能量可以越过空间进行传播的结论。赫兹的发现公布之后，轰动了全世界的科学界，1887年成为了近代科学技术史的一座里程碑，为了纪念这位杰出的科学家，电磁波的单位便命名为“赫兹”。

赫兹的发现具有划时代的意义，它不但证明了麦克斯韦理论的正确，更重要的是导致了无线电的诞生，开辟了电子技术的新纪元，标志着从“有线电通信”向“无线电通信”的转折点。也是整个移动通信的发源点，应该说，从这时开始，人类开始进入了无线通信的新领域。

二、无线电报的发明

赫兹通过闪烁的火花，第一次证实了电磁波的存在，但他却断然否定利用电磁波进行通信的可能性。他认为，若要利用电磁波进行通信，需要有一个面积与欧洲大陆相当的巨型反射镜，显然这是不可能的。

赫兹发现电磁波的消息远远扩散开来，传到了俄国一位正从事电灯推广工作的青年波波夫那儿，他兴奋地说：“用我一生的精力去装电灯，对广阔的俄罗斯来说，只不过照亮了很小一角，要是我能指挥电磁波，就可飞越整个世界！”1894年，波波夫改进了无线电接收机并为之增加了天线，使其灵敏度大大提高。1896年，波波夫成功地用无线电进行莫尔斯电码的传送，距离为250米，电文内容为——“海因里斯·赫兹”。

在1897年5月18日，另一位研究无线电的年轻人——马可尼，改进了无线电传送和接收设备，在布里斯托尔海峡进行无线电通信取得成功，把信息传播了12公里。1898年，英国举行了一次游艇赛，终点设在离岸20英里的海上。《都柏林快报》特聘马可尼为信息员。他在赛程的终点用自己发明的无线电报机向岸上的观众及时通报了比赛的结果，引起了很大的轰动。这被认为是无线电通信的第一次实际应用。紧接着，马可尼在英国建立了世界上第一家无线电器材公司——英国马可尼公司。

1901年，英国的无线电报能发送到大西洋彼岸，不过当时的天线是用风筝牵着的金属导线。1902年在英国与加拿大之间正式开通了越洋无线电报通信电路，使国际间电报通信跃入到一个新的阶段。在中国，电报的最早应用是1920年7月中华邮政开办邮传电报业务。

由于无线电通信不需要昂贵的地面通信线路和海底电缆，因而很快便受到人们的重视。它首先被用于敷设线路困难的海上通信。第一艘装有无线电台的船只是美国的“圣保罗”号邮船。后来，海上无线电通信接二连三地在援救海上遇险船只的行动中发挥作用，从而初露头角。让我们想起波波夫的那句话：“要是我能指挥电磁波，就可飞越整个世界。”

三、无线电广播的展翅飞翔

1906年12月24日圣诞节前夕，晚上8点左右，在美国新英格兰海岸附近穿梭往来的船只上，一些听惯了“嘀嘀嗒嗒”莫尔斯电码声的报务员们，忽然听到耳机中传来有人正在朗读圣经的故事，有人拉着小提琴，还伴奏有亨德尔的《舒缓曲》，报务员们怔住了，他们大声地叫喊着同伴的名字，纷纷把耳机传递给同伴听，果然，大家都清晰地听到说话声和乐曲声，最后还听到亲切的祝福声，几分钟后，耳机中又传出那听惯了的电码声。

其实这并不是什么奇迹的出现，而是由美国物理学家费森登主持和组织的人类历史上第一次无线电广播。这套广播设备是由费森登花了4年的时间设计出来的，包括特殊的高频交流无线电发射机和能调制电波振幅的系统，从这时开始，电波就能载着声音开始展翅飞翔了。

在这之前，也有无数人在无线电研究上取得了成果，其中最出名的就是无线电广播之父——美国人巴纳特·史特波斐德，他于1886年便开始研究，经过十几年不懈努力而取得了成功，在1902年，他在肯塔基州穆雷市进行了第一次无线电广播。他们在穆雷广场放好话筒，由巴纳特·史特波斐德的儿子在话筒前说话、吹奏口琴，他在附近的树林里放置了5台矿石收音机，均能清晰地听到说话和口琴声，试验获得了成功。之后又在费城进行了广播，并获得了专利权。现在，州立穆雷大学仍树有“无线电广播之父——巴纳特·史特波斐德的纪念碑”。

与此同时，无线电通信逐渐被用于战争。在第一次和第二次世界大战中，它都发挥了很大的威力，以致有人把第二次世界大战称之为“无线电战争”。

1920年，美国匹兹堡的KDKA电台进行了首次商业无线电广播。广播很快成为一种重要的信息媒体而受到各国的重视。后来，无线电广播从“调幅”制发展到了“调频”制，到21世纪60年代，又出现了更富有现场感的调频立体声广播。

无线电频段有着十分丰富的资源。在第二次世界大战中，出现了一种把微波作为信息载体的微波通信。这种方式由于通信容量大，至今仍作为远距离通信的主力之一而受到重视。在通信卫星和广播卫星启用之前，它还担负着向远地传送电视节目的任务。

四、蜂窝式移动电话的诞生

自从电话发明之后，这一通信工具使人类充分享受到了现代信息社会的方便，但这仅仅是一个开始，而且普及范围也并不广，随着无线电报和无线广播的发明，人们更希望能有一种能够随身携带，不用电话线路的电话。

肩负着人类的希望，通信领域的科学家进行了不懈的努力，由于两次大战的需要，早期的移动通信的雏形已开发了出来，如步话机、对讲机等等，其中，步话机在1941年美陆军就开始装备了，当时的使用频段是短波波段，设备是电子管的。从20世纪50年代开始，开始使用150MHz，后来发展为400MHz，紧接着60年代晶体管出现，专用无线电话系统大量出现，在公安、消防、出租汽车等行业中应用。但这些仅能在少数特殊人群中使用且携带不便，能不能有更小更方便适合大众使用的个人移动电话？

随着对电磁波研究的深入、大规模集成电路的问世，摆在科学家面前的障碍已被一一扫清，移动电话首先被制造出来，它是主要由送受话器、控制组件、天线以及电源四部分组成。在送受话器上，除了装有话筒和耳机外，还有数字、字母显示器，控制键和拨号键等。控制组件具有调制、解调等许多重要功能。由于手持式移动电话机是在流动中使用，所需电力全靠自备的电池来供给，当时是使用镍镉电池，可反复充电。

移动电话制造出来了，如何规划网络？科学家首先想到蜂巢的结构，在建筑学上，蜂巢是经济高效的结构方式，移动网络是否可以采取同样的方式，然后在相邻的小区使用不同的频率，在相距较远的小区就采用相同的频率。这样既有效地避免了频率冲突，又可让同一频率多次使用，节省了频率资源。这一理论巧妙地解决了有限高频频率与众多高密度用户需求量的矛盾和跨越服务覆盖区信道自动转换的问题。

70年代初，贝尔实验室提出蜂窝系统的覆盖小区的概念和相关的理论后，立即得到迅速的发展，很快进入了实用阶段。在蜂窝式的网络中，每一个地理范围（通常是一座大中城市及其郊区）都有多个基站，并受一个移动电话交换机的控制。在这个区域内任何地点的移动台车载、便携电话都可经由无线信道和交换机联通公用电话网，真正做到随时随地都可以同世界上任何地方进行通信，同时，在两个或多个移动交换局之间，只要制式相同，还可以进行自动和半自动转接，从而扩大移动台的活动范围。因此，从理论上讲，蜂窝移动电话系统可容纳无限多的用户。第一代蜂窝移动电话系统是模拟蜂窝移动电话系统，主要特征是用模拟方式传输模拟信号，美国、英国和日本都开发了各自的系统。

在1975年，美国联邦通信委员会（FCC）开放了移动电话市场，确定了陆地移动电话通信和大容量蜂窝移动电话的频谱，为移动电话投入商用作好了准备，1979年，日本开放了世界上第一个蜂窝移动电话网。其实世界上第一个移动电话通信系统是1978年在美国芝加哥开通的，但蜂窝式移动电话后来居上，在1979年，AMPS制模拟蜂窝式移动电话系统在美国芝加哥试验后，终于在1983年12月在美国投入商用。

我国开始在1987年开始使用模拟式蜂窝电话通信，1987年11月，第一个移动电话局在广州开通。

五、电话时代的信息效应

人出现在现场却将身体隐藏，电话实现了这一古人的梦想。人可以单凭声音即可巧妙地表达丰富的情感，比莅临更佳的是，它可以伪装表情、隐去尴尬，《围城》中的男女主人公示爱时便特意选择电话，且还使用了一般人听不懂的洋文。可见，20世纪30年代的大上海，电话功能的启蒙早已开始。

电话使声音在交流中上升到了中心的位置，虚无缥缈、说过即逝的声音，因为声形错位而具有了暧昧的功能。人们不必劳神费力地去登门拜访、人约黄昏了，不必为相见的着装打扮而煞费苦心，你完全可以仰在沙发上，或只穿条短裤，就可与达官显贵或你的顶头上司谈谈天气人情，或说些不凉不淡又必须说的话。登门拜访、探亲访友的所有繁文缛节皆可免去了。当电话逐渐成为现代人的主要交流工具的时候，等待电话便成了很多现代人的心灵存活状态。

现代人在丰富的物质生活中，渴望交流沟通，渴望去体味“生活在别处”，“别处”是哪里？在电话线的另一头！电话也许只是一次声音的造访，也许只是一个无足轻重的信口一说的许诺，这都无关紧要，重要的是电话使人们精神世界丰富而更易外溢，信息沟通不仅跨越了空间，也跨越了时间。

电磁学一直是，将来仍是新兴学科的孕育点。科学心理学也可以说是它催生的。1879年，德国心理学家冯特在莱比锡建立第一个正式心理实验室，标志科学心理学的诞生。这得益于科学的研究方法与心理学的结合，更得益于电磁波等先进的研究手段。电磁波及电子技术的高速发展，为心理学提供了许多先进的手段，心理学与它们的交叉领域也成为心理学研究的科学前沿。这便是人类历史上第三次伟大的信息革命。这次信息革命的成果推动了心理学的全面革新，使其研究方法及探索方向发生了质的变化，即由原来的“经典哲学”脱胎转变为“实验心理科学”。这种革命性的变革使人类对自我心灵的了解在短短几十年的时间内超越了以前几个世纪。同时也为下一次信息革命的到来做好了准备。^[1]