一八一 电磁波实验

    一群双眼通红，头发和胡须蓬乱的年轻人在库房里测试着元件。他们把规格相近的线圈，银色的纸卷分门别类的排好。忽然，有一个小组传出了欢呼声。“有电了，有电了！”

    他们把两组线圈分别绕在一个铁芯上，在一组上通电的瞬间，第二组的接头附近也冒出了火花。他们重复了几次，每一次都获得了成功。

    “这不就是大师要求的，不接触的传输电吗？”这一组是负责铁芯线圈研究的小组。他们在铁芯线圈的改装中，突发奇想再单独绕上了一组线圈，就达到了这样的效果。

    其实这就是一个普通的交流电变压器，只不过，眼下他们都使用铅电池供电，是直流电，所以这个变压器是没啥意义的。

    过了两三日，李治前来检查成果。发现他们已经完成了很多线圈和电容的制作。除了各种形状不同的贴心线圈之外，所有的线圈都是用统一粗细的铜丝在同样直径的纸卷上绕成。相应的所有的电容也是同样厚度的油纸作为绝缘层，两面卷成筒状。李治表扬了他们的制作，然后要求他们把线圈绕制的圈数，和电容所用油纸的面积标记出来，然后把圈数的三次方乘以电容器面积数据相同的组合，把这些电容和线圈串联起来，然后一端接在间隙很小的隔断前。然后把一组线圈作为发射端，不停的接通电池和断掉电池。隔几米之外，摆上一排没有接电源，但是接上火花放电间歇和黑色背景作为观察。

    果然，在发射极的电源接通时，那些接收机也产生了大小不一的火花。

    这是因为，电容和电感电路的谐振频率正是由电容和电感乘积的平方根的倒数决定的。而在这样规格下，电容的大小与使用材料的面积成正比，而电感则是与绕制圈数的平方和电感长度成正比，把电感长度写作圈数乘以导线直径表示，这样的等量代换下就是与圈数的三次方成正比了。

    至于不同的火花大小，是因为共振电路的品质因子决定的。串联的电感和电容是与电阻成反比，电感和电容比值的平方根。并联的正好是这个的倒数。

    经过摸索，一个感应出火花最大的电路是电感和电容并联的，有着比较小电感和很大电容的电路。看见几米之外放电间歇一次次的感应出显眼的火花，李治满意的点了点头。这个技术虽然实现起来很简陋，不仅在十九世纪末期的无线电发展初期，确凿无疑的证实了电磁波的存在，更在二十一世纪初，还承载着无线输电的理论基础。（这个在历史上就是赫兹证实电磁波的实验）

    其实无线电和无线输电都是电磁波的谐振，只不过使用的频段，传输效率不太一样而已。在一些实验室的验证模型上，无线输电的效率只有可怜的5%左右，驱动一些小玩意可以，大量使用则是实在是太不经济了。因为线圈距离远了，泄漏的电磁波就不可避免的增多，这样的问题是无法回避的。而如果提高电磁波的频率和方向性，那传输距离又会受到影响。

    不过对李治而言，有了这样的实现，电报的出现就不远了。这帮饥渴的年轻人看到这样神奇的道术在自己双手下实现，惊叹之余，不禁问道：“大师，这样的电火花，可以用来干什么啊？”

    李治解释道：“这个就要看你怎么用了，比如我在这一段合三次开关，你那边就会收到3次闪光信号。如果我们以前约定，3次代表一切顺利，那么我就把这个消息传递给了你。”

    “可是，这几米的距离，我喊一嗓子不就能告诉你这个消息了吗？”

    “如果我告诉你们，这个传递，可以在几百里的距离上实现，我在济南发报，在长安立刻就能收到呢？”

    围观的人们面面相觑，他们被这个宏伟的构思震慑到了。

    “好了，这几天干的不错，好好休息一天，明天我来给你们演示，不需要出现这个电火花，我们可以让机器写下来收到的信号！”

    “大师，我们不困，现在就演示吧！”一群急切的人不干了，他们忍不住想看这是怎么办到的。

    “哎呀，你们不困，我困啊。我提示你们一下，这个电火花，如果引入到你们以前做的那些电磁铁上，不就是可以驱动他们开关了吗？如果在电磁铁头上装一个笔，下面放一个转动的纸条，那么有信号，他就会在上面打一个点……恩，不过，这个直接接收到的火花很小，没法直接驱动。而且呢，电磁铁不管通正电负电都会动作，你们要用那个矿石的单向导电的检波器把这个接收到的可以双向流动的信号，从背景电流上分离出来。这是相当复杂的，你们想不明白，还是等我明天给你们演示吧！”

    “大师，你还是现在就演示吧，我们心急如焚，不弄清楚实在睡不着啊！”

    “大道万万千，你若这样急切，一辈子都不要睡觉了！”

    没错，无线电应用上百年了，仍然没几个人知道其中的原理和构造。一百多年来，无数的科技知识爆炸式的发展，每天产生的科学报告恐怕比起点上传的小说还多，根本就是看不完。人类的知识正在以火箭般的速度超出人类智力的极限……

    而且这样的报告并不是凭空想象，或者在已知世界内随意拼凑的，它是实实在在的建立在数学分析和理论基础之上。要不然，硫酸和铅板，你怎么会知道怎么接就会产生电流？一个绕成圈的导线，一个压扁的夹心银箔板，怎么连起来就能产生电磁波了呢？给猴子一台钢琴，它就会弹出肖邦来吗？数学确实有一个机率，但这个几率是如此之小，以至于可以用不可能来描述。而且不研究研究数学，还真的数不出来这个数！

    如果说无线电传输的核心就是电容和电感的串联或者并联，这是电磁波理论，也就是麦克斯韦哪货整理出来的优美公式预言的，那么如何把其中收到的微弱信号加以利用，那就是另一项伟大的工程，或者说前者是科学，后者本身就是工程，他们是如何相辅相成，以至于离开了一项，人类的智慧就会忽然变得笨拙衰弱一事无成。

    如何让电路只在接受到电信号时导通并产生一个比较大的脉冲，最早的解决方案和电话的碳膜电机一样：碳膜是被声波振动，导电率产生明显的变化，因此产生了一个变化的脉冲；而电磁波则是用的铁屑，就是传说中的铁屑检波器，在有电磁波的时候，铁屑被吸附在一起，导电率提高，产生了一个通电的效果，因此在主电路里就接收到了一个很强的信号。

    后来，爱迪生在研究灯泡的时候，不小心把一个铜板和灯丝一起封入了灯泡的真空管内，灯丝受热时会发出热电子，射在铜板上就产生一个热电流。因为电子只能从热灯丝跑出来，射到铜板上（铜板本来是冷的，电子就跑不出来），所以这就是一个简单的单向导电的电子管二极管。

    不用说，他们后来在灯丝和铜板中加上一些窗格一样的电极，如果加上一个反向的电压，电子受到这个场强的影响，原本流向铜板的就会因为这个电压的阻隔而停下来，这就达到了小电压控制大电流的效果。这就是弗莱明在爱迪生效应基础上发明的电子管三极管了。直至今日，一些高档音响上仍然使用性能优异的电子管三极管作为最关键的电流放大器件。香港人称其为“胆机”。电子管三极管因为寿命不长，经常损坏，所以要方便更换。胆机的电子管都在方便更换，自然也是很容易见到的外部，所以胆机也就有了蒸汽朋克版的奇异美感。