一年一度的俄罗斯“无线电节”,只为纪念他!

——电磁学系列大咖之十三
作者:魏德勇来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-04-24

“无线电节”是苏联物理学界最盛大的节日,只为纪念为世界物理学作出重大贡献的波波夫。

1948年5月7日是苏联物理学界一年一度的“无线电节”。这一天,苏联的许多物理学家都聚集在首都莫斯科,一起参加庆祝活动。“无线电节”之所以选择在5月7日,是因为“无线电之父”波波夫在这一天设计了世界上第一台无线电接收机,为无线电的运用奠定了基础。不仅如此,苏联的喀琅施塔得通信学校、敖德萨通信电工技术学院、无线电工程学会等都用波波夫的名字命名,苏联政府也不定期向全国发行关于波波夫对人类贡献的邮票。

1945年,苏联政府部长会议决定,为表彰在无线电方面卓有成就的各国科学家,特设立“无线电节”并组织庆祝活动。从1945年开始,“无线电节”已经连续举办了四届。相对前三届而言,此届庆祝活动显得更加隆重。因为活动中首次颁发世界无线电领域的最高荣誉奖项——波波夫金质奖章。荣获此奖章的科学家是苏联通讯院院士伐林丁▪彼得洛维奇▪伏洛格琴。苏联科学院当年的内部通报称,“伏洛格琴真是足以称为伟大的俄国学者波波夫一生所贡献事业的继承人,他荣获波波夫金质奖章正说明了他在无线电技术发展中的最高功绩的公认。”

波波夫是谁?他在电磁学上到底取得了什么成就,以致于苏联人民如此尊崇他?他的科学之路是怎样的呢?

其实,波波夫的人生故事还真有些与众不同,包括他的童年生活……

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俄罗斯发行的波波夫纪念邮票。(网络图)

从炸药专家到电灯推广员

波波夫原名亚历山大▪斯捷潘诺维奇▪波波夫,出生于俄国乌拉尔经济区的牧师家,从小对木工、电工等技术很感兴趣,表现出异于常人的天赋。看到自己的儿子小学时就能制作水磨模型,自制电池,改装闹钟,开明的父亲把波波夫送进学风开明,注重培养学生动手能力的神学校上中学。中学期间,波波夫的数学和物理学科成绩特别好,受到校长的重视。他18岁考上彼得堡大学进修物理后,小时候对电工的兴趣派上用场,因为他靠给电灯公司当电工换取报酬来维持学业。

两年后,追求进步的波波夫转到森林学院(注一)学习。因为这里学术思想活跃,允许学生自由发展。这段时间,他对炸药产生浓厚的兴趣,业余时间用炸药在森林里进行实验。尽管他清楚了解炸药大王诺贝尔为研究炸药险些丧命的事儿,但仍乐此不疲地试验着,直到研究出电线遥控炸药。没错,就是现在港匪片里劫徒常用的那种炸药,却被当时的同学引为奇谈,波波夫也被公认为“炸药专家”。

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圣彼得堡国立林业技术学院,前身为森林学院。(网络图)

1883年,“炸药专家”从森林学校毕业,被喀琅施塔得海军水雷学校聘请,身份变为电学教员。这期间,他业余给电灯公司当电气师,试图改良电灯的同时,也向人们推广电灯。“炸药专家”的理想变成“为整个俄国带来光明”。

无线电接收机研发成功

正当波波夫为延长电灯的使用周期而伤透脑筋时,一则让他既震惊又兴奋的消息从异国传来:德国科学家赫兹1888年捕捉到电磁波!

“电磁波太神奇了,可以极短时间内飞越全球,”仔细研读赫兹的论文后,波波夫在日记中写道:“穷我一生来装电灯,估计只能照亮俄国的十几个城市,但用电磁波进行无线电通信,估计只要几分钟。”

用电磁波进行无线电通信,这可是根很难啃的“骨头”。因为当时的科学家们都认为:电磁波具有光波的特性,只能沿直线传播,没有导线作为传输媒介,不利于控制;尽管它可以反射,但天空中没有镜面,怎么进长距离的传播呢?连赫兹也在给德国工程师胡布尔的信中写道:“若要利用电磁波进行无线通讯,非有一面和欧洲大陆面积差不多的巨型反射镜不可。”

迎难而上,为科学连命都不顾的波波夫,从此踏上无线电研究之旅。他很明白,无线电通信最关键且迫切的问题是研制灵敏度非常高的无线讯号接收机。因为有了接收机,就可以不用考虑巨型反射镜的问题。开始,波波夫通过“借用”赫兹实验中的检波器来进行研究。赫兹式的检波器,是在圆形导线两端留间隙,电磁波则在导线上产生电压,在间隙产生火花。很显然,这种方式产生电火花很少,导电性能差,只能供实验用。

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赫兹式检波器的工作原理。(网络图)

“怎样才能有效控制检波器的火花,并提高导电性呢?”为此,波波夫进行了更多的实验。几年后,波波夫得到一个消息:法国物理学家布朗利从实验中得知,电磁波会让松散的镍粉凝聚起来,导电性能非常好;英国物理学家洛奇随即根据这一理论研制成金属粉末检波器。

“洛奇的发明可以借鉴!”详细研究金属粉末检波器后,波波夫决定将它进行改良后用于自己的无线电接收机。经过多次实验,他做成一个更有效的检波器:一根两端是正负极的玻璃管,里面装金属粉末。接收到电磁波信号时,金属粉末就凝聚起来,电路接通,电铃响动;反之电铃声停止。

很快,新的问题又来了。改装后的金属粉末检波器震动太过频繁,不利于控制。经过查阅资料和深入思考,波波夫终于找到一个好办法,即安装电磁继电器。这样,检波器在收到电磁波信号后立即接通电路,从而保证了无线讯号接收机的高度自动化。无线电接收机终于研制成功了。

日历翻到1895年5月7日。彼得堡举行的俄国物理化学年会上,波波夫宣读论文《金属屑同电振荡的关系》之后,与助手雷布金现场展示了自制的无线电接收机。

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波波夫于发明的第一架无线电接收器,现存于波波夫博物馆。(来源于中文百科)

雷布金在会议室的另一头操作电磁波发生器,波波夫则在约60米远的讲台上安装无线讯号接收机。接收机主要由检波器、继电器、电铃及天线组成。当雷布金接通电磁波发生器时,波波夫这边的接收机电铃就响了起来;断电后,电铃就停止了。

“无线电装置可以接收至少60米远传来的电磁波信号。相信这个装置经改良后,能迅速进行远距离通信!”波波夫用事实向现场科学工作者们表明:电磁波将为人类的生产生活带来巨变!

会后,波波夫将莫尔斯电报机(注二)的记录仪引入无线电接收机之中,于是电报纸的纸条可以迅速记录大气的放电情况。这个被他称为“雷电指示器”的发明,很快被装在圣彼得堡的气象站上,用以预告即将到来的雷电暴雨。无线电终于进入实际应用阶段。

鉴于此,50年后,取代沙皇俄国的苏联政府将5月7日订为“无线电节”,沿用至今。

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波波夫试验无线电接收机纪念邮票。(网络图)

英年早逝的无线电先驱

波波夫改进无线电接收机后,激情迸发,所获成果一个接一个,在俄国科学界引起轰动。

1896年3月24日,俄国物理化学协会年会上,波波夫正式进行无线电传播莫尔斯电报的表演。接收机装设在物理学会会议大厅里,发射机放在距大厅250米的森林学院化学馆里,物理学会分会会长佩特罗司赫夫基教授则记录并公布波波夫事先拟好的电报内容。

当雷布金在化学馆里拍发信号后,佩特罗司赫夫基把接收到的电报字母写在会议大厅的黑板上,报文正是波波夫事先拟好的内容:“海因里希·赫兹。”这份极短的电报,也是世界上第一位准确的文字无线电报。

全场1000多人报以惊叹和掌声。

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波波夫改进第一台无线电接收机。(来源于百科故事)

从会议中得知“无线电远距离通信前途无限”的俄国政府,给了波波夫最给力的支持——提供海军演练。在海军的配合下,波波夫于1899年实现了无线电50千米远通信的目标,此举意味着无线电完全可以运用到战争中。1901年,他研发的无线电收发两用机,成功运用于陆军。

正当波波夫在无线电领域阔步向前的时候,可惜天不假年,1906年1月13日,他因脑溢血在圣彼得堡病逝,年仅46岁。

波波夫的英年早逝,对世界物理学界来说都是巨大的损失。不少科学家认为,如果他还能活一年,1906年度的诺贝尔物理学奖非他莫属(诺贝尔奖只颁发给生者)。为此,有媒体称当年获诺贝尔物理学奖的汤姆孙是“迄今为止最幸运的诺贝尔奖获得者”!

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亚历山大·波波夫肖像.(网络图)

话说波波夫完成长距离无线电通信之后,意大利人马可尼和美国人特斯拉也完成类似实验。直到现在,以意大利为首的欧洲国家和美国为首的美洲国家,还为“谁是无线电之父”争得不可开交。其实,翻开世界科学史,对比年份,波波夫一直领先,只是他没有申请专利,所以只是被俄罗斯人称为“无线电之父”!

而马可尼对无线电的痴迷,与波波夫有得一拼。当波波夫表演无线电收报机后的1896年,22岁的马可尼登上开往英国的邮轮,向世界展示自己的无线电接收机,这可是他五年多的心血。马可尼的这次表演会成功吗?为何欧洲人都称他是“无线电之父”?请看下集《无线电飞遍全球,原来要感谢他!》

【备注】

1、 森林学院,即圣彼得堡国立林业技术学院,成立于1803年。在林业研究及高等教育方面在俄罗斯位居领先地位。拥有面积为65公顷的森林公园作为学习、研究基地。

2、 莫尔斯电报机,电报通信最早是由美国人摩尔斯于 1844年发明的,所以电码符号也被叫做摩尔斯电码。用电码符号来发报的机器即莫尔斯电报机。由于各国文字不同,电码符号也不尽相同。

【主要参考资料】

1、 论文《无线电发明家A.C.波波夫》,《物理学报》1959年3月号。

2、 论文《纪念伟大的无线电发明家波波夫诞生一百周年》,华东师范大学陈函奎著。

3、 苏联科学院1948年通报76-79页,《荣获第一次波波夫金质奖章的做洛格琴》,科尔莫郭洛夫撰,毕黎译。

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