Читать книгу "Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - Крис Вудфорд"

Один из пионеров телефонии Александр Белл интуитивно понимал, что его знаменитое изобретение неудобно для связи на большие расстояния. Звуковые сигналы, преобразованные в электрические, шли по проводам, и связь была возможна только между соединенными между собой в определенных географических точках абонентами. В 1880 году, через четыре года после получения патента на телефон, Белл набросал схему прототипа «фотофона», который должен был посылать звук и изображение не по электропроводам, а по воздуху в форме световых волн. Это был первый шаг к мобильной телефонии. Если бы Беллу удалось развить свою идею, чопорные викторианцы в вагонах своих поездов могли бы развлекать друг друга болтовней по прототипам мобильников, как современные люди.

Викторианский мобильный телефон

Вспоминаете телефон, и сразу на ум приходит фамилия Белла? Уроженец Шотландии Александр Белл считается изобретателем одного из самых распространенных устройств в мире. Но много лет не умолкают споры о том, кто на самом деле был первым. Американец Элиша Грей запатентовал подобное устройство в тот же день, но на четыре года раньше, в 1876 году, еще один изобретатель – итальянец Антонио Меуччи – начал работать над примитивным вариантом мобильного телефона в 1849 году, за 30 лет до Белла[168]. У Белла больше прав претендовать на славу создателя современного телефона, от которого мы сильно зависим, – мобильного (сотового), который посылает и получает сигналы с помощью не сотен и тысяч километров проводов, а невидимых радиоволн.

Понимая недостатки «привязанного к земле» телефона, Белл и его помощник Чарльз Тэйтнер через четыре года вышли с идеей фотофона. Основной принцип действия был прост: голос говорящего направлялся в большой раструб, который заставлял вибрировать связанную с ним дифракционную решетку. Луч света, пропускаемый через нее, мерцал в соответствии с колебаниями человеческого голоса и направлялся на приемное устройство другого аппарата, которое производило с лучом обратную операцию, преобразуя его в звуковые волны. В ходе экспериментов Белл и Тэйтнер успешно использовали луч света для передачи звуков на расстояние более 200 м[169].

Белл считал фотофон своим лучшим изобретением, даже лучшим, чем обычный телефон. Но этому изобретению не суждено было получить широкую славу. На Земле, где много солнечного света и других электромагнитных волн, специальные лучи трудно было бы направлять на дальнее расстояние без ущерба или потери сигнала, который они несли. Однако гений Белла предвосхитил не только мобильные телефоны (которые действуют по тому же принципу, но используют радиоволны), но и оптоволоконные кабели. В последних распространяются лазерные лучи инфракрасного диапазона, переносящие огромный объем цифровых сигналов, отображающих звуковую и машинную информацию, через стеклянные (кварцевые) или пластиковые пучки «волокон» толщиной не больше человеческого волоса, обеспечивая минимальные искажения сигнала и высокую скорость передачи.

Судьба радио

Большинство современных средств связи – спутниковая навигация, мобильные телефоны, телевидение, мобильный интернет – получили путевку в жизнь в работах Генриха Герца, отца радио. Итальянский шоумен-предприниматель Гульельмо Маркони обычно считается изобретателем радио[170], но на самом деле он был всего лишь его популяризатором. И он мог лишиться даже этого звания. Когда он уехал из Италии в 1896 году в мировое турне для демонстрации своих прототипов радио, помимо других высокопоставленных лиц, и директору почтового ведомства Великобритании, на границе его остановили таможенники, заподозрив, что таинственное оборудование, которое вез Маркони, – на самом деле сложная бомба.

Теория радиосвязи появилась на свет благодаря веселому шотландскому физику Джеймсу Максвеллу. Связав электричество и магнетизм четырьмя простыми уравнениями, он в 1873 году создал первую общую теорию электромагнетизма. Суть в том, что электричество и магнетизм – не разные вещи, как тогда учили в школе, а две стороны одной медали (одно не может существовать без другого). Герц расширил эту теорию и через 14 лет осуществил первую в истории передачу радиоволн. Как мы видели в предыдущей главе, радиоволны – только разновидность света. У них больше длина волны (расстояние между двумя пиками) и, следовательно, меньше частота (количество колебаний в секунду). Но в остальном радиоволны и световые волны практически ничем не отличаются. Герц доказал это в потрескивающей и шипящей лаборатории в Германии в том же году, в котором два американских физика, Альберт Майкельсон и Эдвард Морли, окончательно похоронили идею об эфире как повсеместно присутствующей субстанции. Родилось радио.

Как ловко продемонстрировал Маркони, радиоволны прекрасно переносили звуки на расстояния. Когда другие изобретатели придумали, как с их помощью переносить изображение, родилось телевидение. Молодой фермер Фило Фарнсуорт, американский «собрат» Джона Бэрда[171], придумал способ создания телевизионной картинки (путем электронного сканирования параллельных линий) во время вспашки одного из полей своего отца[172]. Не будучи никогда признанным как создатель телевидения, Фарнсуорт почил на диване в гостиной – он был нищим алкоголиком[173].

Но использование радиоволн не ограничилось телевидением. Широкое применение нашло их свойство отражаться от объектов, обнаруживая их и определяя расстояние до них и скорость движения объектов. Так родился радар. Сейчас радиоволны передаются на спутники и обратно на Землю, чтобы переносить телефонные и телевизионные сигналы, а также сигналы интернета в разные уголки Земли буквально за доли секунды. За исключением оптоволоконных систем связи, использующих лазерное излучение, почти все магистральные (передающие на большие расстояния) системы передачи используют сегодня радиоволны. Но как они работают? Как албанский певец проникает в ваш телевизор за долю секунды, используя всего лишь колебания в пространстве?