1.1.1　电报与无线电

磁现象与静电

人们很早就观察到了磁与静电的现象。

据F.Cajori的A history of physics记载，古希腊的泰勒斯（Thales of Miletus），早在公元前5世纪，就发现了琥珀摩擦能产生静电的现象。

约成书于公元前4世纪的《鬼谷子》中有记载：故郑人之取玉也，必载司南之车，为其不惑也。司南是可以指南的磁石，人们带着它去寻找矿石，就不会迷失方向了。

西晋张华（232—300）写的《博物志·杂说上》中有记载：今人梳头著髻时，有随梳解结有光者，亦有咤声。这便是我们熟悉的毛发摩擦生电的现象。

1600年，物理学家威廉·吉尔伯特（William Gilbert，英国，1544—1603）出版了著作De Magnete（《论磁》），这是第一本系统性阐述静电与磁现象的书。该书记录了大量材料摩擦生电的实验结果，伽利略（Galileo，意大利，1564—1642）对此书颇为赞赏[2]。吉尔伯特还研制了第一台验电器。如果把摩擦生电想象成发送端，把验电器想象成接收端，这正是最早的电荷载体的RTC雏形，如图1-1所示。

到18世纪初，大量更好的电荷源被开发出来。人们还发现存在两种性质的电：正、负电荷。同性相斥，异性相吸。然而，摩擦产生的电不易存储，这限制了人类对电的深入研究。

电池的发明

1745年，莱顿大学的马森布罗克教授（Musschenbroek，荷兰，1692—1761）制造了第一个可以存储电荷的装置——莱顿瓶（Leyden Jar）。

1746年，在伦敦的物理学家彼得·柯林森（Peter Collinson，英国，1694—1768）给远在费城的本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin，美国，1706—1790）邮寄了一支莱顿瓶，并在信中向他介绍了使用方法。

同一年，富兰克林提出正负电的概念，以及电荷守恒定律。1752年，富兰克林利用风筝实验将闪电存储于莱顿瓶中，证实了闪电也是一种电。人们对电的认知逐步统一。

1786年，动物学家伽尔瓦尼（Luigi Galvani，意大利，1737—1798）在解剖青蛙时，意外发现刀尖碰触蛙腿外露的神经时，会发生痉挛，并同时产生火花。他意识到这也是一种电。1791年，他发表了De viribus electricitatis in motu musculari commentarius（《论肌肉运动中的电力》），阐述了这一研究成果，他称这种动物体表面本来的电为“动物电”。这让当时的科学界非常震惊。

1800年，物理学家伏特（Volt，意大利，1745—1827）受伽尔瓦尼的启发，研究了不同金属与液体的接触电势差。他发表了On Electricity Excited by the Mere Contact of Conducting Subsubstances of Different Kinds（《论不同导电物质接触产生的电》），并发明了伏特电堆，也就是电池。人们对电的认知，一下子跳出了静电的领域。

电磁效应与电报

电池的发明，使人们更方便地进行研究与实验，也让人们收获了一些意外的惊喜。

1820年，物理化学家奥斯特（H.C.Oersted，丹麦，1777—1851）在一次演讲中使用了伏特电堆，他偶然间发现在接通电源的瞬间，磁针跳动了一下。同年7月21日，他写成论文Experiments on the Effect of a Current of Electricity on the Magnetic Needle（《论磁针的电流撞击实验》）。这篇只有4页的论文标志着电流磁效应的发现，进而他发明了电磁铁。

1832年，画家莫尔斯（Morse，美国，1791—1872）在从法国返乡的轮船上观看了一个魔术。表演者杰克逊使用了电磁铁，与之一番畅谈后，41岁的莫尔斯决定转行搞发明。

1837年，莫尔斯制造出一台电报机[3]，其有效工作距离仅为500米。历经改进，1844年，他用莫尔斯码成功发送了第一份长途电报[4]。

1866年，首条大西洋海底光缆成功投入使用。至此，人类已经可以借助电线来传递消息。由于传递速度接近于光速，这使得RTC第一次称得上“实时”。

虽然有线电报解决了远距离传输的问题，但人类在利用和探索自然的路上仍没有停下脚步，无线电的发明也在黎明前夜。

无线电的发明

自从1820年奥斯特碰巧发现电能生磁的现象后，科学家们一直都在探索磁能否生电。

1825年，科学家科拉顿（J.D.Colladon，瑞士，1802—1892）将磁铁插入导线绕成的铁圈中，他认为这样就能产生电流。但由于电流计被放在另一个房间中，等他跑过去时，并没有看到电流计的偏转。这一失误让发电机的诞生推迟了好些年。

1831年，科学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday，英国，1791—1867）通过10年实验终于发现了磁也能生电，并造出第一台发电机。人们尊称他为“电学之父”。

1865年，麦克斯韦（J.C.Maxwell，英国，1831—1847）秉承了法拉第的物理直觉，发挥自身的数学优势，建立了电磁学理论基础，并预言了电磁波的存在。1873年，麦克斯韦出版了A Treatise on Electricity and Magnetism（《论电和磁》），这是继牛顿（Isaac Newton，英国，1642—1727）的Mathematical Principles of Natural Philosophy（《自然哲学的数学原理》）后最重要的物理学经典。

1888年，物理学家赫兹（H.R.Hertz，德国，1857—1894）在大庭广众之下做了电磁波的演示实验，首次证实了麦克斯韦所说的电磁波的存在。

1895年，21岁的大学生马可尼（G.Marconi，意大利，1874—1937）在杂志上看到了赫兹的实验。在博洛尼亚大学学习期间，他用电磁波进行了约2千米距离的无线电通信实验，获得了成功。1897年，他在伦敦成立马可尼无线电报公司，并于1909年获得诺贝尔物理学奖。马可尼被称为“无线电之父”。

无线电的发明，标志着通信行业的诞生。

至此，人们可以使用有线与无线方式，将一个跳变信号瞬时传递到远方。通过对信号的编码，我们就能向远方传递“信息”。

1926年，发明家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，塞尔维亚裔美籍，1856—1943）有过如下一段预言：

When wireless is perfectly applied the whole earth will be converted into a huge brain，which in fact it is，all things being particles of a real and rhythmic whole，we shall be able to communicate with one another instantly，irrespective of distance.

Not only this，but through television and telephony we shall see and hear one another as perfectly as though we were face to face，despite intervening distances of thousands of miles；and the instruments through which we shall be able to do this will fit in our pockets.

这是一段有关RTC的非常确切与准确的预言。

无线电可以让信息高速传输。然而，机械装置非常笨重，有限的编码类型限制了传递信息的容量。人们需要一种高效计算与海量存储信息的自动化的机器。这就是电子计算机。