无线电技巧（无线电是怎样成为文明标记的？）
在信息化时期，地球被无线电的海洋包抄着，现代人居于其中，但经常“用而不知”，其背后的理论研讨，以及后人加以运用和开发的眼力，共同构成了20世纪的文明之光。
撰文 | 流熵
无线电在如今已深刻我们生涯的每一个角落，但大多数人对它“用而不知”。除了我们熟知的广播、对讲机、手机、WIFI、蓝牙应用了无线电，很多人不知道的是，身份证、公交卡、银行卡，这些卡片也应用了无线电技巧。它们用到了基于无线电原理的射频辨认 (RFID, Radio Frequency Identification) 和近场通讯 (NFC, Near Field Communication) 技巧。每刷一次卡，就是一次无线电通讯的进程。此外，飞机、轮船和高铁也离不开无线电。不管航天器飞出地球多远，通过无线电就能对它进行掌握和通讯。应用射电天文望远镜甚至可以吸收到宇宙边沿的信息！
掐指算来，无线电技巧出生至今已有120多年，培养了众多的产业形态，深入转变了人类的生涯方法，拓展了人类的科学视野，成为20世纪文明的标记之一。而无线电通讯技巧的代表性先驱、意大利人马可尼（Guglielmo Marconi，1874-1937）也因此被世人敬佩，并获得了诺贝尔物理学奖。然而，美国一位有名教导家却说：“无论我们从广播获得怎样的快活，无论无线电和广播为人类生涯带来了什么，马可尼的贡献几乎可以疏忽不计。”这话从何说起呢？
无线电到底是什么？怎么用？
我们先来看看无线电毕竟是什么？
说到底，无线电是一种应用电磁波传递信息或能量的技巧，由于解脱了导线的约束，被叫做无线电。它以非接触的情势，传递信息和能量，赞助人们突破了距离的阻隔。只要有无线电信号，多远的距离都可以沟通联络。航天探测器的信号收发原理和我们的手机是一样的：都是在发射端由电磁振荡发生无线电波，在吸收端通过天线耦合到无线电波的能量，继而转为电路信号再进行剖析处置。
电磁波速度公式和示意图
电磁波是由电和磁的相互感应发生的，速度为光速，大约是每秒30万千米，等于频率和波长的乘积。电磁波波长越短，频率越高，能量越强。电磁波的起源分两种：一种是天然的，比如雷电、太阳和宇宙射线；一种是人工的，比如高压电线、雷达、广播和WIFI。电磁波按频率从低到高，可分为无线电波（它波长最长）、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线（它波长最短，能量最强）。无线电波的频率在3000GHz以内[2]，所以，它是电磁波大家族中的一员。
电磁波谱大家族
除了应用无线电波的波动特征来传递信息，人们还可以应用无线电波的反射特征实现目的探测，比如雷达、遥测遥感和导航。无线电波还具有传输能量的特征，应用它造出微波炉、电磁炉等装备加热物体。综合应用无线电波的这些特征，人们研制出各种各样的医疗器械来诊疗疾病。
鹊桥号中继星为嫦娥四号和玉兔二号供给无线电信号的中继服务
如今，在我们的信息化时期，可以说地球是被无线电的海洋包抄着。无线电铺天盖地的实际运用，我们就不过多枚举了，无线电技巧的一切原理都可由麦克斯韦方程推演而来。
无线电频谱：看不见摸不到的珍稀资源
如果把信息比作货物，无线电波就是运货的汽车，那么无线电频谱在移动通讯中就是信息运送的公路。就像开车要各行其道一样，不同的无线电业务，要应用不同的频率。把频率按高下次序，像乐谱一样排列起来，就是无线电频谱，它是实现移动通讯不可或缺的核心资源。无线电频谱作为一种特别的自然资源，具有重大的经济、社会和战略价值，是人类近百年来新发明的一座伟大宝藏。
和石油、水、矿产、森林等自然资源不同，无线电频谱资源不会被消费掉。人们用它或不用它，它都在那里，不增不减，不生不灭。但在特定的技巧条件下，频谱资源的可用规模是有限的。在必定的区域、时光和频域内，某段频率一旦被应用，其他装备便不能再用，否则就会发生干扰。所以，对其科学应用就能获得价值。若闲置不用，就会造成糟蹋。
无线电频谱资源虽然由人类共享，但对于一个主权国度来说，却是属于国度所有的稀缺战略资源和经济资源，其开发应用关系到公民经济和社会发展，也关系到国度主权和安全，在国内应由专门的政府机关进行分配和管理[3]。在国际上，世界各国须根据国际电信联盟[4]制订的《无线电规矩》（Radio Regulation）实行无线电频谱资源的计划和管理。
无线电管理部门根据频率划分规定及划分图为各行各业划分频率
诺贝尔经济学奖得主，“频率政策改造之父”——科斯（Ronald H. Coase，1910-2013年），在大学任教期间通过对无线电等公共资源分配方法的研讨，百思特网于1959年百思特网发表了《联邦通信委员会》一文[5]。同年，他提出了大名鼎鼎的“科斯定律”。其核心思想就是：产权是市场交流的前提。“科斯定律”为无线电频谱的市场化交易，打下了理论基本。
“频率政策改造之父”——科斯
随着移动通讯的兴起，无线电频谱资源变得十分抢手。1989年，新西兰首次对无线电频谱实施了拍卖。1994年，美国进行了第一次无线电频谱拍卖。随后，众多欧美国度也开端对无线电频谱的市场化分配进行了尝试，全球电信产业随之进入了一个新的发展阶段，各类无线业务更加便捷、深刻地服务于民众。
2000年，德国的第三代移动通讯频谱单笔拍卖成交价高达510亿欧元。在1994年至2015年间，美国共组织了96场频谱拍卖。其中2015年的拍卖，为美国政府带来了450亿美元的净收入。
无线电频谱当然也给我国带来了伟大的经济增加。相干机构通过研讨国内1999至2005年生产要素对经济增加的贡献率，测算得出当时频谱资源的贡献率为4.61%，已经超过了人力资本对经济增加的贡献率[6]。然而，我国政府并没有狠抽频谱资源的税，大大下降了我国三大移动通讯运营商的成本，这也是国内的手机信号笼罩远远优于欧美国度的重要原因之一。很多欧美国度的通讯网还没有开端建设，运营商就因为获得频谱资源而背上了巨额债务。
马可尼：无线电通讯技巧的先驱
无线电远距离通讯的胜利是20世纪文明的标记之一，它让世界的距离前所未有地缩小了。横越大西洋的无线电通讯的胜利，则被历史学家看成具有世界历史意义的技巧事件，而马可尼正是无线电通讯技巧的代表性先驱。
马可尼出身在意大利博洛尼亚一个富有的家庭。他虽没有接收完全的学历教导，但接收了良好的家庭教导。家里不但设有私人图书馆和试验室，在他十几岁时，更是聘任到博洛尼亚大学的物理学教授奥古斯托里吉（Augusto Righi）当家庭教师。
马可尼（Guglielmo Marconi）| 图片起源：Wikipedia
德国物理学家赫兹（Heinrich Rudolf Hertz，1857-1894）在1886至1889年间用试验证实了电磁波的存在。赫兹发明的电磁波引起了马可尼的兴致。1895年马可尼在家中开端了试验，实现了无线电波的发送与吸收，并逐渐把收发距离扩展。但是向意大利政府要求赞助未果，于是马可尼和母亲去英国追求机遇。
1896年2月，马可尼到了伦敦，并荣幸地得到了英国邮政局总工程师威廉普利斯(William Preece)的赏识与赞助。他在英国连续试验，改良了设备的性能，扩展了传输的有效规模，大大加强了通信的运用价值，并得到了英国海军和陆军部门的关注和支撑，为他在次年成立公司打下了基本。
1899年3月，马可尼首次跨域英吉利海峡，完成了英国与法国之间国际性的无线电通讯。1901年12月12日，马可百思特网尼胜利地用摩尔斯电码传输无线电信号，把字母“S” （摩斯码为“嘀-嘀-嘀”）从英国康沃尔郡的波特休发送到加拿大纽芬兰的圣约翰斯，首次跨越了大西洋，距离远达2100英里（3381km），轰动了世界。1907年10月，马可尼进一步开拓了英国和加拿大之间横跨大西洋的商业无线电报通信业务。
马可尼建造的第一个无线电发射器，可以通过摩尔斯电码传输无线电信号。
1909年，因对无线电报发展所做的贡献，马可尼和德国物理学家布劳恩（Karl Braun，1850-1918）分享了当年的诺贝尔物理学奖。
1914年，第一次世界大战爆发后，马可尼回到意大利为部队效率，1916年升任海军司令部中校。从这一年起，马可尼开端了波长10米以下的无线电技巧研讨，从而奠定了现代远距离无线电通讯的基本。1919年，马可尼在中国上海设立公司，经营电子管、整流器及其他无线电产品。
1922年，马可尼的公司做为出资方之一，参与组建了英国广播公司，即BBC。
1929年，马可尼被封为侯爵，担负意大利皇家学院院长。
1933年，马可尼在其全球旅行途中曾到访中国，所到之处受到军政界与学术集团的热闹欢迎。[7]
1937年7月20日，马可尼因心脏病在罗马逝世，意大利政府为他举办了国葬。
值得一提的是，几乎和马可尼同时开展无线电运用的还有波波夫（ ，1859-1906）、特斯拉（Nikola Tesla，1856-1943）和洛奇（Oliver Joseph Lodge，1851-1940）等人。
从无用的理论到有用的无线电
上世纪20年代的一天，美国有名教导家弗莱克斯纳 (Abraham Flexner，1866-1959) 遇到了七十多岁的老绅士伊士曼 (George Eastman，1854-1932)，后者是举世公认的民众摄影之父、柯达公司开创人。那时，伊士曼正预备把终生积蓄的一大部分投入到美国高级教导事业，用于推进“有用学科”的发展。
弗莱克斯纳问伊士曼：“在您心目中，谁是当今最‘有用’的科学家呢？”
伊士曼不假思索地说：“马可尼。”在伊士曼看来，马可尼的创造从基本上转变了人类的沟通方法，推进了全部人类文明的发展。
没想到的是，弗莱克斯纳却语出惊人：“亲爱的伊士曼先生，在我看来，无论我们从广播获得怎样的快活，无论无线电和广播为人类生涯带来了什么，马可尼的贡献几乎可以疏忽不计。”
面对老绅士震惊的眼光，这位普林斯顿高级研讨院[8]的开创人说明道：“伊士曼先生，马可尼的涌现是必定的，因为在此之前，已经有一位伟人为无线电的创造默默铺好了所有台阶，只待有人登上台阶去摘取桂冠，此人就是麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831-1879）”。正是他在1865年对电磁场展开了数学研讨，并在1873年出版了《论电和磁》。[9]
麦克斯韦（James Clerk Maxwell）| 图片起源：Wikipedia
1931年，爱因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）在纪念麦克斯韦生日100周年的庆典中，提出了“麦氏纲要”：用处来描写物理实在，用偏微分方程来说明场，经典的场理论应该作为量子法则的动身点，没有它就没有量子论。正是麦克斯韦的这些思想，启示了爱因斯坦的灵感。[10]
与弗莱克斯纳这段有名的“有用和无用之论”类似，还有个故事值得一提。
诚然，麦克斯韦是电磁场理论的提出者和集大成者，为人类懂得自然界做出了无以伦比的贡献，而他的理论研讨是树立在法拉第（Michael Faraday，1791-1867）的基本之上。
法拉第家境清贫，未接收过学历教导，凭借刻苦自学和勤劳智慧在电磁学和化学等范畴做出了出色贡献。他为人质朴，不图名利，不但废弃有丰富报酬的商(原创版权www.isoyu.com)业性工作，还拒绝了英国皇家学会会长职位和爵士封号，以平民身份毕生在皇家学院试验室工作，只为探究科学真谛。
法拉第（Michael Faraday）| 图片起源：Wikipedia
1837年，法拉第引入了电场和磁场的概念，指出电和磁的周围都有场的存在，这打破了牛顿力学“超距作用”的传统观念。1838年，他提出了电力线这一新概念来说明电、磁现象，这是物理学理论上的一次重大突破。1843年，法拉第用著名的“冰桶试验”，证明了电荷守恒定律。1845年，他发明了“磁光效应”，用试验证实了光和磁的相互作用，为电、磁和光的统一理论奠定了基本。法拉第和他的前辈一样，研讨电和磁是为了懂得自然，是为了寻求真谛，而不是适用。
十九世纪50年代的一天，新上任的财政大臣格莱斯顿(William Ewart Gladstone 1809-1898)[11]到英国皇家学院听法拉第的电磁学讲演，临走时他问道：“可是法拉利先生，这到底有什么用呢？”法拉第答复：“部长先生，说不定过不了多久，你能够收它的税呢！”几十年后，电果真成了适用的东西，英国政府果真收起电税来。[12]
科学家法拉第和政治家格莱斯顿当时恐怕想象不到，一百多年后，由电磁学发展出来的技巧运用，还让政府收了一大笔数额更加可观的“税”——就是上文说到的无线电频谱资源应用费。
结语
的确，理论研讨是运用和开发的前提，如果没有理论做为基本，就没有后面的技巧实现、工程运用、市场转化和价值分配了。1864年，麦克斯韦从理论上预测了电磁波和电磁场的存在，盘算推导出电磁波与光具有同样的速度。这些预言在20多年后被赫兹的试验完善证明，赫兹验证了真谛，却没有想着去运用。又过了20年，马可尼和波波夫们才开端真正地把无线电用起来。到了20世纪末，无线电频谱资源的市场化分配及其经济价值的体现，也由科斯定律作为理论基本，在几十年前预感了。无线电就是这样一步步走来的。愿望诸位能更加看重基本理论研讨，通过返朴于扎实的基本理论，往往能引诱出不穷的创新实践。
人类对火的认识、应用和控制，是认识和改革自然的第一次实践，人类从此告别了茹毛饮血的蒙昧时期，拉开了文明的序幕。对于无线电波和电磁场这种看不见摸不着的特别物资，从其孕育（理论预感），到出身落地（试验证实），再到茁壮成年（普遍运用），历经几代人百余年的薪火相传，如今已燃就熊熊大火。我们不得不说，这是人类认识和改革自然的又一次伟大飞跃！
注释及参考文献
[1] 2013年1月14日，结合国大会同意结合国教科文组织的提议，将2月13日（结合国电台于1946年这一天成立）作为世界无线电日。
[2]根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》（2018年版）1.1.4 无线电波是指频率规定在3000GHz以下，不用人造波导而在空间流传的电磁波。
[3]龙卫球，夏春丽，《无线电法国别研讨》，法律出版社，2014年8月第一版，P2
[4] 国际电信联盟（International Telecommunication Union，简称ITU，国际电联）其前身为国际电报公约组织，是结合国机构中历史最长的一个国际组织。
[5] The Federal Communications Commission Journal of Law and Economics 2 （October 1959）: 1-40
[6] 杨伟峰，《无线电频谱资源的伟大价值》，《无线电》杂志，人民邮电出版社，2019年5月刊，P61
[7]刘博杰，李艳平，《马可尼1933 年的中国之行》，广西民族大学学报( 自然科学版)，2008年8月
[8]普林斯顿高级研讨院（Institute for Advanced Study），简称IAS，1930年成立于美国新泽西州普林斯顿市，是世界有名理论研讨机构，但并不是普林斯顿大学的一部分。普林斯顿高级研讨院是各个范畴的最一流学者做最纯洁的尖端研讨，而不受任何教学义务、科研资金或者资助商压力的研讨机构。早期有名学者有爱因斯坦、冯诺依曼、哥德尔、奥本海默。
[9] Abraham Flexner:1939.“The Usefulness of Useless Knowledge”. Harper's Magazine.
[10] 许良英等译：《爱因斯坦文集》第一卷，商务印书馆，1976年，P292
[11]格莱斯顿是英国有名的政治家，1853年任财政大臣，其后曾四次出任英国首相。格莱斯顿是美国总统伍德罗威尔逊的偶像，被学者排名为最巨大的英国首相之一。
[12]秦关根著：《法拉第》，中国青年出版社，2010年，P286
原题目：从「无用」的理论到「有用」的技巧，无线电是怎样成为文明标记的？｜无线电日专稿
起源：返朴
编纂：小林绿子
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