2017年諾貝爾獎物理學(xué)獎頒給LIGO科學(xué)合作組織的三位主要成員：雷納•韋斯（Rainer Weiss）、基普•索恩（Kip Thorne）和巴里•巴里什（Barry Barish），以表彰他們對引力波探測器LIGO的決定性貢獻(xiàn)及其對引力波的觀察。

雷納•韋斯（Rainer Weiss）、基普•索恩（Kip Thorne）和巴里•巴里什（Barry Barish）

在這之前，我們關(guān)于宇宙的信息來自宇宙中傳來的電磁波和高能粒子。目前幾乎所有的物理測量手段，都是通過電磁相互作用來觀察我們的世界。引力波的探測，打開了一個觀察世界的全新窗口。看到有人說，真的想再活500年，看看引力波有什么用。小編也有這樣的想法，看看引力波可以為人類帶來的翻天覆地的變化。

就如當(dāng)年電磁波的發(fā)現(xiàn)，有人說它一文不值，因為，一時找不到在現(xiàn)實中的用途。但此后的事實證明，它的應(yīng)用難以計數(shù)，并徹底改變了這個世界，至今仍受益無窮，人類將繼續(xù)受益該理論。所以引力波是人類又一里程碑式的重大發(fā)現(xiàn)，它可能是人類新一輪前所未有的創(chuàng)新開始，將又一次徹底翻天覆地的改變?nèi)祟惿罘绞剑溆绊懥㈦y以估量。真正的科學(xué)創(chuàng)新，要幾十年甚至幾百年的科學(xué)積累，是幾代科學(xué)家前仆后繼，默默無聞工作的結(jié)果，是真正的厚積而薄發(fā)。

如今引力波被發(fā)現(xiàn)并獲得諾貝爾物理學(xué)獎。讓我們回顧一下200年前同樣神秘的電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用歷程，看看電磁波是如何開創(chuàng)人類無線電技術(shù)的新紀(jì)元。電話、電報、電視、網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)、導(dǎo)航、雷達(dá)等深刻改變?nèi)祟惿鐣l(fā)展進(jìn)程的發(fā)明，精確的折射出了人類掌握和使用電磁波的能力。

電磁波的發(fā)現(xiàn)——近代科學(xué)史上的一座里程碑

1888年，當(dāng)赫茲在他的實驗室里證實了電磁波的存在后，同樣轟動了全世界的科學(xué)界。由法拉第開創(chuàng)，麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，至此才取得決定性的勝利。當(dāng)年赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波后，在他發(fā)表文章的結(jié)語處寫道“我不認(rèn)為我發(fā)現(xiàn)的無線電磁波會有任何實際用途”。而當(dāng)時兩位20多歲的年輕人，馬可尼和特斯拉，卻從赫茲的實驗中突生夢想，逐步地計劃并實現(xiàn)了將電磁波用于通訊上。

20世紀(jì)以來，電磁波的理論和應(yīng)用不斷取得重大成就，使電磁波成為人類傳遞信息和能量的最重要的形式之一，使通信（包括衛(wèi)星通信、光纖通信）、廣播、電視、遙測、遙控、遙感、雷達(dá)、無線電導(dǎo)航、制導(dǎo)等得以實現(xiàn)；并成為探索宇宙空間和研究微觀世界的重要途徑。

如今，電磁波對當(dāng)今人類文明的進(jìn)步和發(fā)展之重要性已經(jīng)毋庸置疑，眾人皆知。電磁波的發(fā)現(xiàn)具有劃時代的意義，開創(chuàng)了人類無線電技術(shù)的新紀(jì)元，成為了近代科學(xué)史上的一座里程碑。

神秘的電磁波發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用歷程

早期的電磁學(xué)研究比較零散，準(zhǔn)確的來說是關(guān)于電的研究。下面按照時間順序?qū)㈦姶艑W(xué)主要事件列出如下：

1650年，德國物理學(xué)家格里凱在對靜電研究的基礎(chǔ)上，制造了第一臺摩擦起電機(jī)。

1720年，英國牧師格雷研究了電的傳導(dǎo)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)體與絕緣體的區(qū)別，同時也發(fā)現(xiàn)了靜電感應(yīng)現(xiàn)象。

1733年，杜菲經(jīng)過實驗區(qū)分出兩種電荷，稱為松脂電和玻璃電，即現(xiàn)在的負(fù)電和正電。他還總結(jié)出靜電相互作用的基本特征，同性排斥，異性相吸。

1752年，美國科學(xué)家富蘭克林對放電現(xiàn)象進(jìn)行了研究，他冒著生命危險進(jìn)行了著名的風(fēng)箏實驗，發(fā)明了避雷針。

1785年，法國物理學(xué)家?guī)靵鰷y量了電荷之間的作用力，并且從牛頓的萬有引力規(guī)律得到啟發(fā)，用類比的方法得到了電荷相互作用力與距離的平反成反比的規(guī)律，后來被稱為庫侖定律，就是點電荷作用力公式，F(xiàn)=kQ1Q2/r^2，同名相斥，異名相吸。

1820年丹麥科學(xué)家奧斯特證明通電導(dǎo)體周圍存在磁場，就是著名的奧斯特實驗，指南針偏轉(zhuǎn)。這個消息傳到巴黎后，啟發(fā)了法國物理學(xué)家安培。

1822年，安培在實驗的基礎(chǔ)上，以嚴(yán)密數(shù)學(xué)形式表述了電流產(chǎn)生磁力的基本定律，即安培定律。安培通過研究電流和磁鐵的磁力情況，他認(rèn)為磁鐵的磁力在本質(zhì)上和電流的磁力是一樣的，提出了著名的安培分子電流假說。

1831年，法拉第提出電磁感應(yīng)定律[因磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象]，并且他提出了力線和場的概念。他用實驗證明了電不僅可以轉(zhuǎn)化為磁，磁也同樣可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡姟＿\(yùn)動中的電能感應(yīng)出磁，同樣運(yùn)動中的磁也能感應(yīng)出電。

1865年，接下來要說的這個人，便是天才的麥克斯韋了。法拉第精于實驗研究，而麥克斯韋擅長于理論分析概括，他們相輔相成，導(dǎo)致了科學(xué)上的重大突破。麥克斯韋首次提出了號稱上帝寫出的麥克斯韋方程組！！看過一本書上說愛總當(dāng)年是受某個著名物理學(xué)家刺激，走上了物理學(xué)之路，恩，這個某個著名物理學(xué)家就是麥克斯韋，他的方程組直接在經(jīng)典力學(xué)的大廈旁邊，建立了電磁學(xué)的摩天大樓，所有的電磁現(xiàn)象都可以用這組方程描述！號稱上帝寫下的詩！而且，麥克斯韋直接在方程中預(yù)言了電磁波的存在，當(dāng)時完全沒有人知道電磁波是個什么玩意！麥克斯韋直接就給出了預(yù)言，而且預(yù)言電磁波的傳播速度就是光速！

1888年，德國物理學(xué)家赫茲（這名字眼熟吧？對，頻率的單位就是用他的名字命名的，那個Hz）完成了他一生中最著名的實驗，證明了電磁波真實存在。赫茲一輩子活了40歲都不到，甚至可以說，他就是上帝派來為人類完成這個實驗的！順便提一句，這個著名的證明電磁波存在的實驗中還暗含了量子力學(xué)的伏筆——光電效應(yīng)，不過咱們這里談的是電磁學(xué)，量子論的東西按下不表，我也不懂，不敢亂扯。

好了，到此為止，電磁波終于被證明真實存在，接下來，就是開始應(yīng)用了。接下來進(jìn)入炫麗的電磁波的光輝歲月。

1898年，意大利電氣工程師馬可尼發(fā)了第一封無線電，成為無線電之父。為表彰馬可尼對發(fā)展無線電報技術(shù)的貢獻(xiàn)，1909年他被授予諾貝爾物理學(xué)獎。

1906年，無線電廣播發(fā)明，人類開始有了收音機(jī)。

1930年代，雷達(dá)發(fā)明，為大英帝國打贏不列顛空戰(zhàn)立下汗馬功勞。

1945年，美國工程師斯彭塞研究雷達(dá)的時候意外發(fā)現(xiàn)了電磁波的熱效應(yīng)，鼓搗出了微波爐，從此人類熱飯熱菜可以不用點火了。你現(xiàn)在中午在單位熱個便當(dāng)，還得感謝他。

1957年，人類第一顆衛(wèi)星上天，前蘇聯(lián)的斯普特尼克1號，開啟太空時代。

1964年，GPS系統(tǒng)組網(wǎng)成功上線，人類遠(yuǎn)航的時候，終于可以徹底告別羅盤指南針，不用再擔(dān)心迷路。

1965年美國貝爾實驗室的雷達(dá)工程師（又是雷達(dá)！）彭奇亞茲和威爾遜在研究雷達(dá)噪聲的時候意外發(fā)現(xiàn)了3k背景輻射，證實了大爆炸理論，謝耳朵研究的就這東西。同時開啟了射電天文學(xué)時代，以前的望遠(yuǎn)鏡觀測的都是可見光頻段，從此可以觀測無線電波、紅外、紫外、x射線、伽馬射線頻段了。隨之而來的射電天文學(xué)四大發(fā)現(xiàn)，讓人類對于宇宙的認(rèn)識上升到一個新的高度，其中的脈沖星引發(fā)的“小綠人”的猜想，還引發(fā)了一陣關(guān)于地外生命的討論，外星人真的存在嗎？

1969年，阿姆斯特朗登上月球，那句振奮人心的“個人一小步，人類一大步”激勵了一代人！至少十億觀眾在電視機(jī)前看到了這小小的一步，跨越了幾千年文明的一步！

1973年，美國的moto羅拉公司工程師馬丁•庫帕發(fā)明手機(jī),移動通信時代開始。

1986年，第一套移動通訊系統(tǒng)在美國芝加哥誕生，代表1G通信時代開始。采用模擬訊號傳輸，模擬式為代表在無線傳輸采用模擬式的FM調(diào)制，將介于300Hz到3400Hz的語音轉(zhuǎn)換到高頻的載波頻率MHz上。

接下來就是大家熟悉的2G、3G、4G移動通信時代，以及正在到來的5G通信時代。

而今天，你我的生命中，哪里離得開電磁波？你至少此時此刻，用你的手機(jī)刷著微信，就得感謝這些科學(xué)家，感謝那些默默努力一輩子的科學(xué)家，他們是人類的脊梁。

向法拉第、麥克斯韋、赫茲等科學(xué)家致敬！

在電磁波歷史中有很多人的名字，不應(yīng)該被忘記，尤其是這些人。富蘭克林，庫倫，歐姆，奧斯特，安培，法拉第，麥克斯韋，赫茲，致敬他們！

英國實驗科學(xué)家法拉第在1831年開始一連串重大的實驗，并發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)。這個重要的發(fā)現(xiàn)來自于，當(dāng)他將兩條獨立的電線環(huán)繞在一個大鐵環(huán)，固定在椅子上，并在其中一條導(dǎo)線通以電流時，另外一條導(dǎo)線竟也產(chǎn)生電流。他因此進(jìn)行了另外一項實驗，并發(fā)現(xiàn)若移動一塊磁鐵通過導(dǎo)線線圈，則線圈中將有電流產(chǎn)生。同樣的現(xiàn)象也發(fā)生在移動線圈通過靜止的磁鐵上方時。

他的展示向世人建立起“磁場的改變產(chǎn)生電場”的觀念。此關(guān)系由法拉第電磁感應(yīng)定律建立起數(shù)學(xué)模型，并成為四條麥克斯韋方程組之一。這個方程組之后則歸納入場論之中。法拉第并依照此定理，發(fā)明了早期的發(fā)電機(jī)，此為現(xiàn)代發(fā)電機(jī)的始祖。

1839年他成功了一連串的實驗帶領(lǐng)人類了解電的本質(zhì)。法拉第使用“靜電”、電池以及“生物生電”已產(chǎn)生靜電相吸、電解、磁力等現(xiàn)象。在他生涯的晚年，他提出電磁力不僅存在于導(dǎo)體中，更延伸入導(dǎo)體附近的空間里。這個想法被他的同僚排斥，法拉第也終究沒有活著看到這個想法被世人所接受。法拉第也提出電磁線的概念：這些流線由帶電體或者是磁鐵的其中一極中放射出，射向另一電性的帶電體或是磁性異極的物體。這個概念幫助世人能夠?qū)⒊橄蟮碾姶艌鼍呦蠡瑢τ陔娏C(jī)械裝置在十九世紀(jì)的發(fā)展有重大的影響。

法拉第如浩瀚宇宙般深邃的物理思想，強(qiáng)烈地吸引了同在英國的一位年輕人——來自英國蘇格蘭愛丁堡的麥克斯韋（詹姆斯麥克斯韋，James Clerk Maxwell，1831～1879）。麥克斯韋認(rèn)為，法拉第的電磁場理論比當(dāng)時流行的超距作用電動力學(xué)更為合理，他抱著用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)語言來描述法拉第理論的決心闖入了電磁學(xué)領(lǐng)域，并成為繼法拉第之后集電磁學(xué)大成的偉大科學(xué)家。

麥克斯韋于1855年左右開始研究電磁學(xué)。在潛心研究了法拉第關(guān)于電磁學(xué)方面的新理論和思想之后，他堅信法拉第的新理論包含著真理。他在前人成就的基礎(chǔ)上，對整個電磁現(xiàn)象作了系統(tǒng)、全面的研究，憑借他高深的數(shù)學(xué)造詣和豐富的想象力接連發(fā)表了電磁場理論的三篇論文：

《論法拉第的力線》（On Faraday’s Lines of Force，1855年12月）；
《論物理的力線》（On Physical Lines of Force，1862年）；
《電磁場的動力學(xué)理論》（Adynamical theory of the electromagnetic field，1864年12月8日）。

這三篇重要的論文對前人和他自己的工作進(jìn)行了綜合概括，將電磁場理論用簡潔、對稱、完美的數(shù)學(xué)形式表示出來，經(jīng)后人整理和改寫，成為經(jīng)典電動力學(xué)主要基礎(chǔ)——麥克斯韋方程組。

據(jù)此，1865年他預(yù)言了電磁波的存在。麥克斯韋經(jīng)過理論推演，認(rèn)為電磁波只可能是橫向傳導(dǎo)波，并計算了電磁波的傳播速度等于光速。同時，他的靈感促使自己得出一個重要結(jié)論：光是電磁波的一種形式。這揭示了光現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系。麥克斯韋將這些理論的論證和推導(dǎo)結(jié)論整理成冊，于1873年出版了科學(xué)名著《電磁學(xué)通論》（Treatise on electricity and magnetism），系統(tǒng)、全面、完美地闡述了電磁場理論。這一理論成為經(jīng)典物理學(xué)的重要支柱之一。

這一名著后來被傳到了德國，深深打動了一位德國物理學(xué)家的心。他就是赫茲（海因里希赫茲，Heinrich Rudolf Hertz，1857-1894）。赫茲在柏林大學(xué)學(xué)習(xí)物理時，受赫爾姆霍茲的鼓勵研究麥克斯韋電磁理論。當(dāng)時德國物理界深信韋伯的電力與磁力可瞬時傳送的理論，因此赫茲就決定以實驗來證實韋伯與麥克斯韋理論誰的正確。1888年，赫茲的實驗成功了，驗證了電磁波的存在。而麥克斯韋理論也因此獲得了無上的光彩。

赫茲在實驗時曾指出，電磁波可以被反射、折射和如同可見光、熱波一樣的被偏振。通過實驗計算，他發(fā)現(xiàn)電磁波的傳播速度與光速相同，從而全面驗證了麥克斯韋的電磁理論的正確性。

1888年，赫茲將這些成果總結(jié)在《論動電效應(yīng)的傳播速度》一文中，德語原文：

Ueber die Ausbreitungsgeschwindigkeit der electrodynamischen Wirkungen，
H Hertz - Annalen der Physik, 1888
On the finite velocity of propagation of electromagnetic actions，
H Hertz - Electric Waves, 1888
or （On the electric effect of the propagation velocity of moving）。

1894年37歲的赫茲因為敗血癥在波恩英年早逝。他的侄子古斯塔夫•路德維格•赫茲是諾貝爾獎獲得者，古斯塔夫的兒子卡爾•海爾莫斯•赫茲創(chuàng)立了超聲影像醫(yī)學(xué)（例如常見的B超）。赫茲對人類文明作出了很大貢獻(xiàn)，為了紀(jì)念他的功績，人們用他的名字來命名各種波動頻率的單位，簡稱“赫茲”。

姓名	國籍	生卒年月日	享年	家庭出身	主要功績
法拉第	英國	1791.9.22-1867.8.25	76	父親為貧苦鐵匠	物理學(xué)家、化學(xué)家。發(fā)現(xiàn)了法拉第電解定律、電磁場理論，提出電磁感應(yīng)學(xué)說，提出磁場力線的假說，證明電荷守恒定律。
麥克斯韋	英國	1831.6.13- 1879.11.5	48	父親為機(jī)械設(shè)計師	物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。建立麥克斯韋方程組、創(chuàng)立經(jīng)典電動力學(xué)、
赫茲	德國	1857.2.22- 1894.1.1	37	猶太家庭，父親是漢堡城的顧問，母親是醫(yī)生的女兒	物理學(xué)家，證明了電磁波的存在。

再次向那些改變?nèi)祟惖囊涣骺茖W(xué)家們致敬！

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