Текст книги "История лазера. Научное издание"
Автор книги: Марио Бертолотти
Жанр:
Физика
сообщить о нарушении
Текущая страница: 22 (всего у книги 52 страниц)
С помощью построенного им осциллятора, который он назвал трех искровой осциллятор, Риги выполнил серию знаменитых экспериментов, собранных в его книге Ottica delle Oscillazioni Elettriche (Оптика электрических колебаний, 1897 г.). В них он продемонстрировал точность электромагнитной теории.
Маркони и радио
�тальянец Джулиельмо Маркони (18741937) сумел превзойти многих великих ученых своего времени в создании системы беспроволочного телеграфа. Дело Маркони можно рассматривать как хороший пример определенного типа изобретений. Фактически, все технические устройства генераторы и резонаторы, использованные Маркони, не были оригинальными, но он систематизировал и улучшал их. Он сумел использовать все преимущества экстраординарной и сулящей прибыли ситуации, когда почти все элементы, необходимые для создания системы беспроволочного телеграфа, уже существовали. Он осознал потенциальные возможности техники, которые никто не рассматривал, и с огромным упорством устремился к своей цели. Факт того, что все существенные элементы для создания беспроволочного телеграфа уже были известны, а также и то, что многие исследователи провели успешные эксперименты с электромагнитными волнами, после первых успехов Маркони, вызвал среди ведущих держав соперничество за право на законное обладание этим изобретением. В действительности изобретение заключается не в открытии нового эффекта или изобретении какого-нибудь нового устройства, а в умелом использовании того, что уже существует, собирая вместе все нужное правильным способом, и в достижении с непоколебимой решительностью технологии, которая многим людям казалась недостижимой. В то время люди, безусловно, верили, что электромагнитные волны, несмотря на различия в длинах волн, ведут себя как свет и распространяются прямолинейно. Поэтому передатчик и приемник должны располагаться в пределах прямой видимости, что невозможно на расстояниях, превышающих несколько километров. Маркони не считался с этими соображениями, в частности, из-за того, что он был в основном самоучкой, не имел теоретических основ и над ним не довлел научный авторитет признанных научных талантов. Он шел своим путем в духе пионера, искателя приключений.
Джулиельмо Маркони был вторым сыном преуспевающего землевладельца и богатой ирландки. Хотя их дом был в 15 км от Болоньи, мать с сыновьями проводили долгий зимний период в Ливорно и во Флоренции. С раннего обучения молодой Маркони стал проявлять большой интерес к экспериментальным наукам, в особенности в сфере электричества. В 1892 г. он построил устройство для обнаружения атмосферного электричества, которое установил на крыше дома в Ливорно. Он также старался сделать аккумулятор для питания системы освещения загородного дома. �з его записей в записной книжке, очевидно, что для молодого человека большее значение имела финансовая сторона, а не слава изобретателя. Он четко понимал коммерческую значимость изобретений. Его мать организовала дружеский визит к Аугусто Риги и, конечно, это было очень полезно для него, даже, если Риги не принимал серьезно молодого ученого-любителя, полагая, что если он действительно хочет посвятить себя науке, то должен сперва закончить свои исследования. Разумеется, он дал ему советы и предложения и позволил помогать в некоторых экспериментах, пользоваться библиотекой со всей научной литературой по интересующему вопросу.
В 18941995 гг., в своем доме вблизи Болоньи, Маркони начал серию экспериментов, направленных на использование электромагнитных волн для связи на расстоянии в системе беспроволочного телеграфа. Он использовал в качестве передатчика осциллятор Риги, в качестве приемника когерер с металлическими опилками.
Когерер представляет СЃРѕР±РѕР№ устройство, сделанное РёР· отпаянной стеклянной трубочки диаметром несколько миллиметров, РІ концах которой располагаются РґРІР° серебряных цилиндра, разделенных коротким промежутком. Каждый РёР· цилиндров соединен СЃ платиновой проволочкой, проходящей через расплавленное стекло наружу. Между цилиндрами засыпаются металлические опилки (никель или серебро). Рти опилки (зерна) обладают значительным электрическим сопротивлением, РЅРѕ РєРѕРіРґР° РѕРЅРё подвержены действию электромагнитной волны, то сцепляются (отсюда Рё название: cohere быть сцепляемым, склеенным), С‚.Рµ. выстраиваются РІ направлении электрического тока, Рё РёС… сопротивление резко уменьшается. Рто явление уже было открыто РІ 1884 Рі. Рў.Рљ. Онести (18531922) Рё было использовано Маркони, который усовершенствовал устройство лучшим РїРѕРґР±РѕСЂРѕРј материалов Рё, добавив молоточек, который после каждого импульса электромагнитной волны автоматически восстанавливал первоначальное сопротивление (встряхивал опилки), что делало устройство готовым для регистрации следующего импульса. Также французский физик Р. Брэнли (18441940) РІ 1890 Рі. наблюдал, что металлические опилки РІ стеклянной трубке изменяются РѕС‚ непроводящего состояния Рє проводящему, РєРѕРіРґР° РЅР° некотором расстоянии РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ электрическая РёСЃРєСЂР°. Вероятно, это свойство так РЅРёРєРѕРіРѕ Рё РЅРµ заинтересовало, если Р±С‹ эта трубка, содержащая опилки, позднее названная английским физиком Оливером Лоджем когерером, РЅРµ стала существенным элементом первых радиотелеграфных приемников, благодаря его использованию Маркони. Рто вызвало волну претензий РЅР° авторство среди Рљ. Онести, Брэнли, Лоджа Рё РџРѕРїРѕРІР°, СЂРѕСЃСЃРёР№СЃРєРѕРіРѕ физика, который использовал его СЃ той же самой целью.
После более или менее удачных экспериментов, известных Рє тому времени, Рё позволяющих сигналам передаваться РЅР° расстоянии РІ несколько метров, РІ августе 1895 Рі. Маркони выяснил, что для наблюдения заметных эффектов РЅР° расстоянии нужно соединить конец осциллятора, Р° также схему приемника СЃ РѕРґРЅРѕР№ стороны закопанным РїСЂРѕРІРѕРґРЅРёРєРѕРј (земля), Р° СЃ РґСЂСѓРіРѕР№ стороны изолированным РїСЂРѕРІРѕРґРЅРёРєРѕРј (антенна), который следует поднять как можно выше над землей. Рто блестящее изобретение системы антенназемля позволило уверенно принимать телеграфные сигналы РЅР° расстояниях РґРѕ 2400 Рј. Удивительно, что сигналы регистрировались РЅР° РґСЂСѓРіРѕР№ стороне холма, расположенного между системами передачи Рё приема. Р’ РѕРґРЅРѕРј РёР· этих экспериментов брат Маркони подтвердил прием РЅР° РґСЂСѓРіРѕР№ стороне холма выстрелом РёР· ружья, что вошло РІ легенду РѕР± изобретении Маркони.
Ртот успех убедил молодого человека, что идея заслуживает патента. Р�так, СЃ помощью своей матери, которая всегда поддерживала его, Рё, преодолев скептицизм отца, Маркони отправился РІ Англию. Там СЃ помощью РґРІРѕСЋСЂРѕРґРЅРѕРіРѕ брата СЃРѕ стороны своей матери, Дж. Дэвиса, который держал консалтинговую фирму РІ Лондоне Рё был хорошо известен среди лондонских инженеров, РѕРЅ сумел привлечь интерес Рє своему изобретению СЃРѕ стороны технического генерального директора Британского почтового ведомства, Р’. РџРёСЂСЃР°, который Рє тому времени стал бароном. Р’ результате Маркони 2 РёСЋРЅСЏ 1896 Рі. получил первый патент РЅР° систему РЅРѕРІРѕРіРѕ беспроволочного телеграфа. Р’ то время Великобритания занимала ведущее положение РІ области РїСЂРѕРІРѕРґРЅРѕР№ телеграфии. Рто касалось Рё доминирующей роли британских компаний, осуществлявших прокладку Рё эксплуатацию трансконтинентальных линий. Так что выбор Маркони был, несомненно, удачен РІРѕ всех отношениях. Между июнем 1896 Рі. Рё мартом 1897 Рі. Маркони выполнил СЂСЏРґ экспериментов РѕС‚ имени Почтового ведомства, что было разрекламировано тем же самым РџРёСЂСЃРѕРј. Р’ 1897 Рі. Маркони организовал Wireless Telegraphic and Signal Co Ltd, РІ которой его кузен Дэвис стал первым административным директором. 2 июля 1897 Рі. был получен полный патент, который РІ наиболее РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕР№ форме описывал его изобретение. Его получению способствовали РґРІР° юриста, РѕРґРёРЅ РёР· которых хорошо разбирался РІ области электрических технологий, Р° РґСЂСѓРіРѕР№ изучал физику Рё математику РІ Кембридже.
Маркони осуществил первую беспроволочную СЃРІСЏР·СЊ (радио) между Англией Рё Францией РІ марте 1899 Рі., что вызвало интерес РІРѕ всем РјРёСЂРµ Рє его экспериментам, Р° 12 декабря 1901 Рі. установил СЃРІСЏР·СЊ между РЎРЁРђ Рё Великобританией РЅР° расстоянии 3200 РєРј, осуществив, тем самым, первую трансатлантическую радиосвязь. Ртот результат вызвал удивление Рё изумление. Дело РІ том, что для реализации СЃРІСЏР·Рё РЅР° английском побережье была сооружена огромная антенна РёР· РїСЂРѕРІРѕРґРѕРІ высотой 61 Рј Рё диаметром 61 Рј, Р° РЅР° американском побережье также была построена антенная система, что потребовало РіРѕРґС‹ напряженной работы. Так РІРѕС‚, РѕР±Рµ эти антенны были уничтожены РІРѕ время шторма, Рё Маркони начал использовать для передачи антенну значительно меньших размеров, Р° антенна приемника поднималась РЅР° воздушном змее.
Сразу же после этой сенсационной радиосвязи Рћ. Хэвисайд (18501925) РІ Англии, Рђ.Р•. Кеннеди (1861-1939) РІ РЎРЁРђ Рё РҐ. Нагаока (1865-1950) РІ РЇРїРѕРЅРёРё, независимо РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР° выдвинули РІ 1902 Рі. гипотезу, что высоко РІ атмосфере существуют области, отражающие радиоволны. Только эта гипотеза могла объяснить, почему прямолинейно распространяющиеся электромагнитные волны СЃРїРѕСЃРѕР±РЅС‹ обогнуть Землю. Ее достоверность была экспериментально подтверждена Р•. Р’. Рплтоном (18921965), который РІ 1925 Рі. нашел, что РЅР° высоте между 100 Рё 200 РєРј слои обладают электрической проводимостью РёР·-Р·Р° того, что молекулы газа ионизируются различными агентами. Радиоволны, отражаясь РѕС‚ этих слоев, осуществляют СЃРІСЏР·СЊ РІРЅРµ пределов РїСЂСЏРјРѕР№ видимости. Рплтон был награжден РІ 1947 Рі. Нобелевской премией РїРѕ физике Р·Р° его исследования верхней атмосферы Рё, особенно, Р·Р° открытие С‚.РЅ. слоя Рплтона.
Хотя в своих экспериментах в 1896 г. Маркони использовал микроволны (т.е. волны длиной порядка нескольких сантиметров), впоследствии он использовал более длинные волны и с ними сделал первые главные географические связи. Так он вначале полагал, что электромагнитные волны могут достигать приемной антенны только благодаря дифракции, распространяясь вокруг поверхности земли и очень близко к ней. Поэтому он считал нужным стремиться к более длинным волнам. Он был убежден, что для увеличения расстояния связи требуются длинные волны и, чтобы получить их, требуется более мощные машины. Только в 1916 г. он возобновил эксперименты с короткими волнами, которые в 1920-х гг. были отданы радиолюбителям, поскольку считалось, что они не имеют коммерческой ценности.
Маркони также проделал РјРЅРѕРіРѕ экспериментов РІ Р�талии. РћРЅ предоставил правительству Р�талии безвозмездно пользоваться его патентами Рё получил разрешение установить его аппаратуру РЅР° крейсере Carlo Alberto, РЅР° котором король Витгорио Рммануил путешествовал СЃ июля РїРѕ сентябрь 1902 Рі., РёР· Неаполя РІ Кронштадт, чтобы нанести РІРёР·РёС‚ царю Николаю II. Р’Рѕ время плавания Маркони обнаружил, что дистанция СЃРІСЏР·Рё увеличивается ночью Рё уменьшается днем: еще РѕРґРЅРѕ явление, связанное СЃ наличием слоя ионизированной атмосферы РІРѕРєСЂСѓРі Земли. Позднее, осенью, РѕРЅ РЅР° борту того же крейсера выполнил новые эксперименты РІРѕ время плавания РёР· Англии РІ Канаду. РљРѕРіРґР° РІ 1916 Рі., РІРѕ время Первой РјРёСЂРѕРІРѕР№ РІРѕР№РЅС‹ Р�тальянский флот обратился Рє Маркони СЃ РїСЂРѕСЃСЊР±РѕР№ изучить возможности РЅРѕРІРѕРіРѕ устройства для радиосвязи РІРѕ флоте, причем ставились условия защиты РѕС‚ перехвата сообщений противником даже РЅР° ограниченных расстояниях, Маркони вернулся Рє коротким волнам, принимая РІРѕ внимание определенную роль, играемую ионизованными слоями. Между тем были изобретены электронные лампы, что привело Рє замене РёСЃРєСЂРѕРІРѕР№ техники.
Джон РђРјР±СЂРѕСѓР· Флеминг (18491945), который работал СЃ Максвеллом, был научным консультантом Маркони Компании, научным консультантом РРґРёСЃРѕРЅ Рлектрик Лайт Компании, Р° также был профессором Лондонского университетского колледжа, РІ 1890 Рі. изобрел термоионную лампу. РћРЅР° являлась устройством выпрямления переменного тока, основанного РЅР° эффекте, открытом Томасом РРґРёСЃРѕРЅРѕРј (18471931). Диод Флеминга представлял обычную электрическую лампу накаливания, РІ которой вблизи РѕС‚ нити, РЅРѕ РЅРµ касаясь ее, помещалась маленькая пластинка, проволочка РѕС‚ которой выводилась через баллон Рє цоколю. РџСЂРё соединении этой пластинки СЃ положительным полюсом батареи, Р° нити СЃ отрицательным полюсом, между РґРІСѓРјСЏ электродами РјРѕРі протекать ток. Если же полярность переворачивалась, то никакого тока РЅРµ было. Р’ первом случае электроны, испускаемые горячей нитью, притягиваются положительно заряженной пластинкой РІ то время, как РІРѕ втором случае отрицательно заряженная пластинка отталкивает электроны. Р’ 1904 Рі. Флеминг РїРѕРЅСЏР», что это устройство может найти применение, запатентовал его РІ Великобритании, Р° затем Рё РІ РЎРЁРђ. Американский изобретатель Ли РґРµ Форест (18731961), который получил ученую степень РІ Йельском университете РІ 1899 Рі., причем его диссертация была первой РІ Америке РїРѕ радиокоммуникациям, поместил РІ РґРёРѕРґРµ Флеминга тонкую сетку между нитью Рё пластинкой. Тем самым был создан триод, который РѕРЅ запатентовал РІ 1907 Рі. РїРѕРґ названием аудион. Сетка, соединенная нужным образом, позволяет усиливать ток Рё амплитуду сигнала, подаваемого РЅР° нее, чрезвычайным образом. Рто изобретение стало ключевым РІ развитии беспроволочных систем СЃРІСЏР·Рё. РђСѓРґРёРѕРЅ был прототипом термоионной лампы, разработанной РІ 1912 Рі. Р�СЂРІРёРЅРіРѕРј Ленгмюром (1881 1957).
Для проведения экспериментов с целью проверки эффективности коротких волн Маркони с 1923 г. использовал яхту, которую купил в 1919 г. и превратил ее в плавучую лабораторию. В 1924 г. Маркони Компании подписала контракт с Британским правительством на постройку серии радиостанций, которые устанавливали связь со всеми колониями Британской �мперии (с Австралией, �ндией, Южной Африкой и Канадой). Компания решила использовать короткие волны. Первый мост этой сети был торжественно открыт в 1926 г.
Решение Маркони использовать для этих радиостанций коротких волн радикально изменило технологию. В 1928 г. Маркони был назначен президентом �тальянского Национального исследовательского совета (CNR). В 1932 г. он установил коротковолновую радиотелефонную связь между Ватиканом и летней резиденцией папы Кастель Гандольфо вблизи Рима. За свою активную деятельность Маркони в 1909 г. был награжден Нобелевской премией по физике вместе с немецким физиком К. Ф. Брауном (1850-1918), который кроме изобретения кристаллического диода и осциллоскопа, улучшил беспроволочные системы связи с помощью создания соответствующих схем. Маркони был президентом �тальянской академии, личным другом Муссолини и получил титул маркиза. Когда он умер, были устроены государственные похороны, и все радиостанции на Британских Островах объявили две минуты молчания.
