CSDN22小时前电磁波应用的历史，就是当今世界的缩影。 编者按：本文来自微信公众号“CSDN”（ID:CSDNnews），作者：Aholiab，责编：Carol，36氪经授权发布。 在1905年的日俄战争中，俄罗斯第二太平洋舰队历经了8个月的海上航行驶入对马海峡，准备去往海参崴。不幸的是，被日本指挥官东乡平八郎识破意图，在这支舰队离岸还有一定的距离时，日本「信浓丸」号巡洋舰利用船上配备的马可尼公司的无线电设备向指挥部发送了一条简短的电文： “203海区发现敌舰队。” 这则电文不仅促使了世界格局的重新洗牌，也深刻改变了后世人们的生活。 收到消息的东乡平八郎迅速派出89艘战舰前去围剿。俄罗斯第二太平洋舰队21艘舰艇被击沉，4000多名船员牺牲，几乎全军覆没。 日本一夜之间成为了远东地区的新霸主，俄罗斯不仅丧失了海军作战能力，帝国的威望也在一夜之间丧失殆尽，欧洲的权利平衡被打破，最终成为了一战的导火索之一。 而这一切，都直接或间接的跟信浓丸号上的那台无线电设备有关。如果没有它，日本海军就无法如此快速的组织围剿，日俄战争的胜负也可能会另当别论。而经过这一战，「无线通信」这个被发明出仅仅5年的新技术，彻底消除了人们的疑虑，成为了各国海军的必备。 「无线通信」的背后是电磁波。过去一百年，电磁波带给世界的改变是颠覆性的。我们今天所熟悉的一切都离不开电磁波：通信、互联网、电视、广播、航空航天、海底探测、微波炉。 电磁波应用的历史，就是当今世界的缩影。 电磁波的发现时间拉回到19世纪（1887年），德国物理学家赫兹根据麦克斯韦的理论，首次证明了电磁波的存在。但作为单纯的科学家，他并没有看出它的价值，认为它「毫无用处」。这给了意大利电气工程师伽利尔摩·马可尼机会，马可尼看出电磁波无需物理连接就能以惊人的速度传播信息和能量的特性，对当时的技术是一个颠覆。于是从1892年起，他就开始研究无线通信。 工程师出身的马可尼一切以「实用」为原则，经常借鉴别人的想法和专利，不管谁的理论只要对自己有用，直接「拿来主义」。但他并不理解技术背后的科学原理，只是通过反复试验来造出自己想要的东西。在研究出无线电报系统之后，他创立了「马可尼无线电报公司」，用无线电来赚钱是他毕生的追求。风头最盛之时，一度商界、学界通吃，不但获得了1909年的诺贝尔物理学奖，还垄断了所有的船上通话系统。他的名字成为了「无线电」的代名词。 与他同时代的还有一个科学家，叫尼古拉·特斯拉。 Nikola tesla（尼古拉·特斯拉），塞尔维亚裔美籍发明家、物理学家、机械工程师、电气工程师 他与马可尼在无线电领域可谓是一时瑜亮。作为天生好奇的天才，特斯拉涉猎广泛，也注意到了无线电的潜力。 他与马可尼的矛盾主要集中在「无线电调谐电路」技术上，为争取专利，他们还闹到了法庭。最终特斯拉败诉，马可尼获得了专利权。马可尼和特斯拉，一个是单纯的做生意，一个却有点理想主义。二人的命运也因此大不相同。 特斯拉一生想尽办法得到人们的注意，却未能如愿。马可尼却不同，他目标明确，就是想垄断无线电通信。 在发现与「船对岸通信」是一个商机后，他抢先在主要港口安装基站抢占地盘。还宣称这些基站只能与自家的设备进行通信，强迫用户「二选一」。有一次，德皇威廉二世的弟弟想在船上用德国的无线电设备给罗斯福总统致个电，但马可尼的基站却拒绝转发。 御弟一看，这家伙玩儿的挺猖啊，于是让他哥把欧美的主要国家召集到一块开了个会，一致决定把基站收归了政府。 这下马可尼急了，到处散播Fake News说，跨制造商设备的通信会严重损害海上联络。但别人也不傻，很快就明白了「无线电波」是一种共享资源，只要弄清楚信号收发的基本原理，用谁的设备都一样。 于是，打破了马可尼的垄断之后，在海上给亲朋好友发个电报，成了上流社会最时髦的「朋友圈」。 泰坦尼克号上也配备了马可尼的无线电设备，而且多次收到冰川警告，但因为报务员一直忙着帮客人发「朋友圈」没看到，最终导致了悲剧。但通过无线电呼救，也让700多人幸免于难。不然一艘2000多人的巨轮在大西洋上消失，将成为20世纪最大的「未解之谜」。 转折点：三极管发明无线通信的第一个转折点，是1907年三极管的发明。在三极管发明之前，人们通过机电式交流发电机产生的连续波进行通信，这种机器十分笨重，信号很弱，而且只能发送摩斯电码。三极管不仅可以减小设备的体积，将微弱的信号放大，还能支持语音通话。 二战前夕，主要参战国的部队都配备了便携式无线电。在车辆、坦克、飞机、舰艇上安装无线电已成为了通行标准。 为了最大限度提高协同作战能力，盟军积极推进通信设备标准化，最终催生出了二战时最具创造性的手持式无线电——BC-611。BC-611最初由高尔文制造公司研发，重量2.3千克，通话范围2-4公里。BC-611可以说是当时的技术奇迹。整个二战期间，BC-611共卖出了13万部。而战后的高尔文公司，也更名为「摩托罗拉」，继续为民用领域提供无线通信服务。1G正式来临。 不过从战争中走出来的1G有一个不可忽视的缺陷。电磁波是一种共享资源，这意味着它可以被任何人截获。为了确保信息安全，各国费尽了心思。德国发明了20世纪最复杂的加密系统——恩尼格码机。它根据收发方的转子设置对信息进行加密，转子可以产生多种组合： 158,962,555,217,826,360,000 后来，还是计算机的祖师爷阿兰·图灵出马才给破了。然后人们又发明了跳频技术，把一条信息拆分到多个频段上发送，就算你拦截了几个频段上的信息，也无法知道完整的内容。 后来还是美国人先开了窍，直接开启了「魔法攻击」。他们发现美洲原住民纳瓦霍人的语言只有30个人懂，而且没有任何学习资料。于是直接让纳瓦霍人当了通信员。 话说回来，摩托罗拉制造了第一台1G手机DynaTAC，这款手机只有半个小时通话时间，价格却要26,000多人民币……叫它一声「大哥大」没毛病。 2G到3G，中国终于有了自己的无线通信标准可用的无线电频谱是稀缺资源，不同的应用和通信标准使用不同的频段。对于经常出国的人来说，手机到了其他国家就变砖是件很烦的事。要想实现「漫游」，就需要国际间在频段分配和通信技术上统一标准。2G时代就是标准争霸的时代。GSM、TDMA（时分多址）、FDMA（频分多址）、CDMA（码分多址）各领风骚。 GSM率先提出了SIM卡功能，从此新机党可以随时换机。此外，短信也是2G的标志之一，利用GSM控制信道协议中存在的空闲时隙，不需要任何成本的短信服务，为运营商带来了几百亿的额外收入。 在2G向3G过渡期间，还涌现出了更多的标准：GPRS、EDGE、WAP等，俗称2.5G。GPRS在中国移动那还有个国人更熟悉的名字——移动梦网（Monternet）。手机阅读、搞笑彩铃、小说、手机报、门户新闻仿佛就在昨天。 随着用户的猛增，现有频段已无法容纳更多用户，2G网络开始饱和。3G的推出迫在眉睫。为了避免2G标准碎片化的情况再次出现。CDMA的发明者高通、GSM的专利持有者诺基亚和爱立信，以及其他无线领域的大佬们，带着工程师和律师团队包下了酒店的一层楼。在激烈的讨论后，拿出了3G的标准——WCDMA。从名称就可以看出，这项标准是基于高通在2G时代提出的CDMA。彼时还是个小公司的高通，凭借4000多项CDMA的核心专利，瞬间成为3G时代的绝对霸主。 有人欢喜就有人愁，高通凭借3G翻身，而2G时代的王者诺基亚却在这时被苹果彻底碾压。短短十年，诺基亚从一机难求到从市场中绝迹。但由于拥有蜂窝技术的专利，诺基亚依然可以从每部卖出的iPhone中获得专利费。这成为了诺基亚后来的主要收入之一。 好消息是，在3G时代，中国终于有了自己的无线通信标准TD-SCDMA。这个标准实属来之不易。1998年，来自全国高校和研究所的精英聚集在北京香山，讨论中国3G标准何去何从。相比西方几十年的积累，中国的通信产业才刚刚起步。会议现场争论十分激烈，90%都持怀疑态度。国际标准从来都是西方的天下，要搞自己的标准成本高、难度大，而且没有先例可循，是否有这个必要？ 在争议声中，时任邮电部科技委主任宋直元拍板：“中国发展移动通信事业不能永远靠国外的技术，总得有个第一次。第一次可能不会成功，但会留下宝贵的经验。我支持把TD-SCDMA提到国际上去。如果真失败了，我们也看作是一次胜利，一次中国人敢于创新的尝试。” 2000年5月，在中国的强硬表态下，国际电信联盟（ITU）宣布将中国提交的TD-SCDMA，与欧洲主导的WCDMA和美国主导的CDMA 2000并列为三大3G国际标准。 5G时代，万物互联成为现实相较于2G到3G的演进，4G的升级较为平滑。4G直接催生出「移动互联网」这一全新的产业。通过一部手机，社交、通话、娱乐、购物、办事通通搞定。新巨头迅速崛起，互联网产业重新洗牌。到了5G时代，「移动互联网」将变成真正的「互联网」，无线设备将承载70%以上的线上活动，万物互联将成为现实。 不过，5G的全面普及并不会那么快。由于5G使用了毫米级的微波，这么短的波很容易在传播中衰减，因此需要大规模建立基站，密度将从4G的千米范围，缩短到百米。深圳目前已建成了4.6万个基站，是国内基站覆盖率最高的城市，比整个欧洲的还要多。 未来：光学通信将取代电磁波虽然无线通信重新定义了人们的生活，但电磁波对当今世界的影响却远远不止于此。今天我们动动手指就能导航的简单操作，却是电磁波最复杂的应用；我们打开电视就能观看来自全球的直播，是3.6万公里外几百颗卫星配合的结果；演播室主播与外景主持人对话的背后，电磁波已在宇宙和地球之间穿行了7.2万公里，而超越光速极限所产生的那零点几秒的延时，是无数伟大科学家终其一生都没见到的奇迹。 在5G之后，用可见光和激光等更短的波来通信是大势所趋。目前，NASA和欧洲航天局正在探索用激光来代替无线电进行星际通信。也许在不久的将来人类前往火星时，地球与火星间的主要数据链路就是以激光为基础。 该文观点仅代表作者本人，36氪系信息发布平台，36氪仅提供信息存储空间服务。 |
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