科普专家揭示电磁波奥秘 现代生活已置身"隐形信号海洋"

我们每天都生活在一个看不见的信号世界中。

手机与基站通信、平板电脑连接路由器、蓝牙耳机与手机配对,这些日常场景背后都是无线电波在忙碌地传递信息。

日前,由中国仪器仪表学会与泰安市科学技术协会联合主办的"智感世界·仪创未来"科普讲座在校园举行,临沂大学副教授于永林以《看不见的世界,AI+无线电探秘之旅》为题,为广大青少年打开了这个隐形世界的大门。

于永林用一个富有想象力的问题开场:"如果周围的信号会发光,我们现在所处的环境会变成什么样子?

"他的答案是:天花板上、口袋里、手腕上都会密密麻麻地闪烁着光线和光雾,像蜘蛛网一样密集。

这个生动的比喻让同学们直观地认识到,虽然人类肉眼无法捕捉无线电波,但借助频谱仪、射电望远镜、软件无线电等专业工具,我们可以将这些隐形信号转化为可理解的图像和数据。

电磁波的本质是什么?

于永林用舞伴的比喻进行了深入浅出的解释。

电场变化时会产生磁场,磁场变化时又会产生电场,两者互相推动,在空间中不断传播。

从无线电波到微波、红外线、可见光、紫外线,再到X射线和伽马射线,这些看似不同的现象实际上都属于电磁波大家族,只是频率和波长不同而已。

电磁波的发现过程堪称科学史上的经典接力。

麦克斯韦通过数学方程统一了电和磁的理论,并预言电磁波的存在,推算出其传播速度与光速相同,从而得出"光也是电磁波"的革命性结论。

赫兹随后通过精妙的实验装置验证了电磁波的真实存在,为了纪念他的贡献,频率的国际单位被命名为"赫兹"。

马可尼则将电磁波从实验室带入现实应用,在1901年实现了横跨大西洋的无线电通信,开启了无线通信的新时代。

这个过程充分体现了科学发展的规律:理论预言、实验验证、技术应用,环环相扣,推动人类文明进步。

讲座还将视野拓展到宇宙深空。

射电望远镜被比作"宇宙的收音机",让人类能够"听见"来自宇宙的声音。

于永林特别介绍了宇宙微波背景辐射,这是被称为"宇宙大爆炸余温"的古老信号,记载了宇宙发育初期的珍贵数据。

两位工程师彭齐亚斯和威尔逊在调试设备时意外发现了这一信号,他们像侦探一样排查干扰源,甚至清除了天线上的鸽子粪便,最终确认这噪声来自宇宙深处,这项发现为他们赢得了诺贝尔奖。

中国自主研发的"千眼天珠"太阳射电望远镜阵列则能够捕捉太阳活动产生的射电信号,帮助科学家预警太阳爆发可能对地球造成的影响。

太阳爆发会对地球产生"三连击":以光速传播的电磁辐射约8分钟到达地球;高能粒子流在几十分钟内到达,可能冲击航天器;日冕物质抛射则需要一至数天到达,可能引发磁暴,影响通信、导航和电网。

这充分说明了理解和监测电磁现象对人类社会的重要意义。

频谱资源是另一个重要话题。

于永林将频谱资源比作土地资源,强调其有限性、易冲突性和不可替代性。

就像一块地上不能同时建操场、医院和机场,每个频段也有其最适合的应用。

合理分配和高效利用频谱资源,对于推进5G、物联网等新兴产业发展至关重要。

看不见的信号并非遥远抽象的概念,而是现代社会运转的“隐形基础设施”。

把电磁波讲清楚,把频谱资源讲明白,把科学发现的路径讲透彻,既能帮助青少年建立对科技的理性认识,也能在更广层面培育尊重规律、崇尚创新、依法用频的公共意识。

面向未来,科学素养的提升与创新能力的积累,终将转化为国家在关键领域持续突破的底气与动力。