信息的革命
每一次信息技术的出现和进一步发展都使人们的生产方式和生活方式发生巨大变化,引起经济和社会变革,使人类走向新的文明。
1900年的时候,人们靠电报进行联系。摩尔斯电报的信号会随着距离的增加逐渐减弱,在途中要经过手写和转换。刚进入20世纪时,电话还只是少数享有特权者的专利,国际通话是根本不可能的。但是,人们已经认识到电话在全球交流中的潜力。一场在全球编织蜘蛛网似的电话线的竞赛如火如荼地展开了。
20世纪20年代,美国和古巴之间铺设了电缆,越洋通话成为可能。很快电话成了人类的耳朵和声音的延伸,电话线迅速遍布全球。1956年,第一条穿越大西洋的电话线铺设成功。6年以后,第一颗无线电通讯卫星发射升空,虽然它只能每隔2郾5小时使用20分钟,但是,人类已经能够通过太空进行直接的洲际交流,世界终于听到了自己的声音。有线电话和无线电话是这个世纪的两种交流方式,通讯卫星成了联系它们的集合体。
1901年,摩尔斯电报中的字母S被从英国的康沃尔发送过了大西洋。电报的发明者马可尼回忆说:“突然,我听见三声清脆的响声,这代表三个电报信号点。多么激动人心的时刻啊!电波终于穿越大西洋,克服崎岖陆地的影响,传到我的接收器上。”无线电就这样诞生了,看不见的语言迅速穿越天空,把世界各地的人们联系在一起,这让整个世界为之震撼。人们第一次听到了发生在很远的地方的新闻,不用身临其境也能感受到世界的生动。
广播是20世纪人类信息革命的先锋,一个具有标志性的产业崛起了,广播为收听者提供了难以言说的乐趣。广播里不断变化的是新闻,谈话是播放的录音,歌曲是一种娱乐,而世界只是在倾听。
1926年,弗里兹·兰在德国创作了电影《大都会》,影片展示了未来社会的景象以及一些即将发生的事情。
1926年,在伦敦梭霍区一家饭店的阁楼里,苏格兰人约翰·洛吉·贝尔德向人们展示了20世纪最有影响力的机械系统之一——电视。德国邮政业为贝尔德的研究提供了资金。1935年,在柏林的公共审片室里,贝尔德手工操作的摄像机首次应用于常规播放。这看起来只能算是个新奇事物。画面效果与新闻电影差得多,不过很快,电视机就得到了改进。1923年,美籍俄罗斯人弗拉基米尔·兹沃尔金为自己发明的显像管申请了专利。1924年,他又申请了电子摄像机、光电摄像管的专利,这比贝尔德的演示还要早两年。美国广播公司发展了兹沃尔金的发明,这就是摄像机的鼻祖。1937年,英国广播公司将贝尔德的摄像机换成了马尔科尼·艾米公司的电子摄像机,它是光电摄像管的派生产品。
当彩色电视出现的时候,世界上已经有将近2亿台电视,天空中布满了天线。电视诞生后,很快就成为世界上最强有力的媒介,它永远地改变了人类的生活。电视报道新闻,播放节目,进行交流,虽然使用的语言各不相同,而表达方式却是全球通行的。不同国家和地区的观众可以同时观看到同一画面,这是文化全球化的开始。什么也逃不过摄像机的眼睛,它改变了我们的世界,让世界变得更加生动。在20世纪初,一条消息传遍全球需要几个星期,而现在,不管多么让人悲痛或者欢喜的消息,都会在瞬间完成传递。战争的场面就在我们的起居室里播放,我们还没来得及反思,另一个故事就已经开始了。
总有一些人物影响着历史,总有一些事件成就了某人,他们的言行是对历史最真实的演绎。他们曾经璀璨夺目,秀美多姿;他们曾经飞扬跋扈,显赫一时;他们曾经一言九鼎,位高权重;他们曾经愤世嫉俗,玩世不恭。如今他们中的一些虽早已离开世间,却走不出光阴的痕迹。新闻、绯闻、真相、谜团,将成为历史永存。这些舞蹈在天地间的灵魂,时至今日,历久弥新。
可以移动的电话
移动电话是通过电磁波输送信息的,我们所说的无线电覆盖区域就是电磁波所能达到的地区。这几年,移动电话的数量迅速增长,而相对于有限的无线电频率资源来说,不免产生“僧多粥少”的麻烦。所以人们给电视、广播及各处无线电通信规定了一定的频率范围,就像交通管理部门把马路划分成快车道、慢车道和人行道一样,以有效地减轻或防止信息传输中的“塞车”。无线电波也被分成不同的频段,指派了不同的通信业务。而分配给移动通信的频率范围是比较窄的,在同一地区,要是不同用户使用同一个频率,就会产生干扰。
为充分利用无线频率,解决频率“拥挤”的问题,美国贝尔实验室的通信专家于1947年率先提出了建立“蜂窝”式移动电话系统的设想。直到1979年,“蜂窝”式移动电话系统研制成功后,“僧多粥少”的矛盾才得以缓解。
为什么要将无线小区划分为蜂窝状呢?
让我们先看看蜂窝是什么样子的。蜂蜡是蜜蜂的分泌物,遇到空气后变成蜡片。蜡片是制造蜂巢的原料,在建造蜂巢时,工蜂们一只拉着一只,拉成一长串。然后,将分泌并存在腹部的蜂蜡用腿拨下来,用口咀嚼后,粘在蜂房上,接着再加工一番,最终成为正六角形的柱状蜂房。蜂房的形状和结构是非常科学的,因为它占的空间最小,容量最大。
蜂房的六角形结构给科学家以很大启示,他们将这种结构应用到了无线电频率的分配上。这种结构的好处在于能够减少重复建设,发挥最大的效用。而且,无线电波可以通过控制其所发射的强度,将它限制在小区的范围之内。同时,在相邻的小区中,选用不同的频率进行通话,就不会发生干扰。而相隔一定距离的小区,又可以使用同一种频率。频率的重复使用,解决了频率不足的难题。
目前的移动电话,主要采用的就是蜂窝系统。蜂窝移动通信是把一个通信区域划分成一些规则的六角形小区,就像蜂窝一样,小区边长几千米到几十千米不等。每个小区内都设有一个无线基地台,每个基地台都有专线与移动电话局连接,再由移动电话局通过有线线路与市区电话局及长途电话局联系起来。
这种蜂窝移动电话系统不仅能使用户相互通话,而且能在全地区自动连入公共电话交换网,与固定电话用户通话,这样就能够使移动电话与国内国外任何一台电话通话。
第一代蜂窝移动电话采用的是模拟技术,第二代蜂窝移动电话就是现在人们生活中最常采用的“GSM”数字移动电话,它采用的是数字技术。“GSM”是欧洲移动通信特别小组的英语缩写,它制定了统一的欧洲数字蜂窝移动通信系统标准。现在中国采用此系统开通了138,139“全球通”数字移动电话网。
与模拟系统相比,数字系统的优势在于频谱利用率高、手机体积小、省电、安全保密,而且能够提供数据、文字信息业务。
正六边形无线电覆盖区域的形状如同蜂窝,这就是“蜂窝式无线电小区”和“蜂窝式移动电话”名字的由来。
近年来,移动通信给人们带来很多方便,其发展之快、应用之广是任何人都始料不及的。
传真技术的诞生
1907年11月18日,贝兰第一次成功地进行了图像传真的实验,传真电报就此问世了。1913年,贝兰又成功研制出第一台专供新闻采访用的手提式传真机。次年,用这部传真机传送的第一幅“传真照片”刊在了法国巴黎一家报纸上。1924年,在美国华盛顿和法国巴黎之间第一次成功地用传真机进行了国际间手稿真迹的传输。
那么,文件或图像是如何通过传真机传送给对方的呢?其实,假如你通过放大镜观察报纸上的黑白传真照片,你会发现不管内容多么复杂的照片都是由许多密密麻麻、深浅不一的黑白小点儿组合而成的。如果点子又多又密,照片就会更加清晰。传真通信的原理与此相同,传真时文件图像被分解成一个个像素,通过扫描设备和光电转换器件后,这些深浅不同的小点子变换成为相应强弱不同的电信号,然后放大调制再将其变成适于通信传输的传真信号送到对方。与发送端刚好相反,接收端的电信号经过放大解调还原成强弱不同的光点,然后按发送的先后顺序排列组合、还原成像,再通过静电复印、照片或热敏打印等方式进行复制。这样,远在异地的对方收到的文件、图像就与原稿一模一样。
传真机的扫描顺序是从上到下,从左到右。现在扫描设备采用的是电子平面扫描,这种设备具有比较简单的结构,而且扫描速度快,可靠性也高。
会“飞”的磁悬浮列车
拉腾是位于德国与荷兰边境的下萨克森州的一个小镇。在70多年前,一个生产肉罐头的商人住在这个小镇上,他有一个名叫海曼·肯佩尔的儿子。一天,肯佩尔突发奇想,想象着也许火车也可以像天上的飞机一样,没有轮子就可以飞行于地面上。他为了使自己的梦想变为现实,努力钻研电学知识,结果从电磁铁的特性中获得了灵感。肯佩尔想,可以把很多电磁铁装在火车上及地面的轨道上,这样火车就会因为它们产生相互排斥的力量而浮起来。如果再找到可以令浮起来的火车前进的方法,那就可以不用轮子而行驶了,这样也可以获得非常快的速度。
因此,他开始在自己家的地窖里制造高速火车的模型,并且在地面上平铺着火车的发动机的定子线圈,让它通过10万赫兹的震荡电流,结果电磁力果真使火车模型悬浮了起来。1934年,肯佩尔申请并获得了磁悬浮列车的专利。
1969年,第一台磁悬浮列车在德国研制成功。
1994年,世界上第一条从柏林到汉堡的磁悬浮列车铁路正式开始修建,其速度快于高速列车2/3,而票价则与高速列车相差无几。
1974年,日本研制出小型磁悬浮列车,并在1985年国际科学技术博览会上进行现场表演,约有11万人次试乘。我国也在上海至杭州建造了一条磁悬浮铁路,全长170千米,列车速度达到每小时500千米。建成后,乘客乘超高速磁悬浮列车,仅需20分钟就可从上海到达杭州。
磁悬浮列车的发展前景十分美好,向超导磁悬浮列车和真空隧道磁悬浮飞车方向发展便是它的目标。超导磁悬浮列车用的是没有电阻的超导电磁线圈,大量的电流即使经过长时间也不会衰减,又进一步提高了列车速度。真空隧道磁悬浮飞车是设想修建一条长距离被抽成真空的地铁隧道,由于运行中空气阻力几乎没有,列车速度可达每小时2郾3万千米。当理想变成现实后,磁悬浮列车便会真的飞起来。
了不起的全球定位系统
战国时期,我国发明了指南针,从此它便被广泛应用于航海中,以辨别方向,不久,指南针传到国外,也备受欢迎。1000多年过去了,科技越来越发达,指南针被更先进的仪器所代替,它就是神通广大的全球定位系统。
全球定位系统的英文名字是“GlobalPositionSystem”,简称GPS系统。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统,它能测出地球上任意一点的精确坐标,包括精确的时间、经度、纬度和误差在1米之内的速度定位,GPS系统代替了古老的指南针,被人们赞誉为“电子指南针”。
GPS全球定位系统是继“阿波罗登月飞船”和“航天飞机”之后美国的第三大航天工程。美国国防部投资200亿美元,花了近20年时间来研制它。它是专门为配合飞机、导弹、船只和士兵运动的军用定位和导航系统,是目前世界上最先进的卫星导航系统。GPS全球定位的成功研制和使用把传统的导航定位技术一下推进到了电子信息导航的新时代。
GPS系统主要由3大部分组成,它们是导航卫星、地面监控站和GPS用户接收机。导航卫星由24颗卫星组成一个卫星星座,均匀地分布在围绕地球的6个轨道平面上,与地球同步运行,其中21颗是工作卫星,3颗为备份卫星。地球上任意一个地方至少能同时观测到4颗卫星。在20810千米的高空,每颗卫星上都装有7万年误差不超过1秒的原子钟和一台遥测发射机。它把有关卫星的遥测数据发向地球,同时也把来自地球的与导航定位有关的各种信息接收进去。地面监控站承担对卫星发射和导航信号的观测任务,由设在科罗拉多斯平士的联合空间执行中心的主控站和3个分设在大西洋、印度洋和太平洋美军基地的注入站、监测站组成,并将计算机中各颗卫星的星历和导航电文发射到卫星上,把卫星上的导航数据进行更新。GPS用户接收机则由天线、接收器、数据处理器和显示屏组成,外形就像一台重量仅有800克的小型计算器。它是一台多信道单向接收设备,能够24小时不间断地提供全球定位服务。同时,它的性能非常好,既能抗振动、抗湿气、抗沙暴,又能抗电磁干扰。经过改良,目前GPS军用定位精确度已经达1米。
1991年美国部队把7000多台GPS接收机运用在海湾战争中。飞机、坦克、导弹在GPS的导航下,弹无虚发,命中率大大提高,从而使得大片的伊拉克固定或移动军事目标像一个个棋子一样落入美军计划好的棋盘中。
全世界的军事专家通过海湾战争都认识到GPS系统的神奇威力。一些国家纷纷制订计划,准备配备GPS系统来提高自己的战斗力。而美国五角大楼则制定了内外有别的GPS政策,只应用在美国及盟国的军事部门和特许的民用部门,为精密定位,服务使用P码,定位精度1—3米。对外向全世界开放标准定位服务,使用C/A码,定位精度100米左右的误差是故意制造的。显而易见,美国是害怕其他国家在GPS系统方面的发展会威胁和削弱它的霸主地位。
标准定位服务被广泛应用在海洋捕鱼、海洋船队监控、远洋轮船导航、飞机导航、地质勘探等工作中。由于标准定位误差很大,在工作过程中常常造成不必要的损失。于是,静态的测地型GPS接收机应运而生,把固定物体的定位精度提高到10—6—10—8。紧接着又研究出动态差分GPS接收技术,把物体在运动状态下的定位精度从100米提高到1厘米。所谓差分GPS系统就是用固定的卫星基准站进行GPS观测。通过已知的基准站精密坐标,把基准站到卫星的真正距离计算出来,再修正接收到的GPS误差定位信息并发送出去。用户把定位信息和修正数值一起接收,再对误差信号进行修正,计算出用户的精确位置。