电波是重要和有趣的东西。我们看不见它，摸不着它，但是它无时无刻不在为我们服务。本书帮助你了解什么是电波，电波有哪些特性，人类是怎样发现电波和利用电波的……

你一定很想知道，这个用眼睛看不见、用耳朵听不到、用手摸不着的电波，为什么有无穷的妙用？它是怎么被人发现的？又怎么被人利用？它具有什么特性？它的秘密在哪里？

在这本书里，我们就要谈谈这些问题。

本书荣获“电子科普优秀作品奖”、“少年百科丛书优秀读物奖”，被收入《少年百科丛书》（精选本）中，该精选本荣获国家图书奖。

如果说30年前，了解电波知识，还是一种“锦上添花”的话，30年后，普及电波知识，就应该算是“雪中送炭”了。因为如今，人类已进入信息社会，而信息社会就是以电波作为信息的载体的社会。正是因为电波能以极其丰富的形式和宇宙中最快的速度对信息进行记录、存储、变换和传递，人们才如此多地投入到信息行业。社会也才有如此多的信息产品。从这个意义来说，在信息社会中，男女老少的日常生活、各行各业的主要工作、天南海北的万千信息，甚至永无休止地对宇宙的探索，都离不开电波，都是在驾驭电波、运用电波。因此如今绝大多数人（甚至是全体）都已自觉地、心甘情愿地甚至是争先恐后地与电波打交道。电波的知识对人们。当然也包括少年朋友，已经是必不可少。甚至应该是越多越好的了。即使将来不干这行，你能不看电视、不打手机、不用电脑、不用微波炉、不作断层扫描和核磁共振、不乘高铁和磁悬浮列车吗？一句话，你哪一天能离开电波？！

总序

开头的话

波是什么

波的计算

尺有所短寸有所长

奇妙的物质

磁的故事

电的故事

在雷雨中放风筝的人

没有说完的故事

科学的预言

现在还有一个谜

给电波画像

谁跑得最快

一张空白信纸

奇异的加法

听不见的“声音”

有志者事竟成

横放的葫芦

被压缩的弹簧

半个顶一个

热闹的大集体

把电波解放出来

山谷的回声

不那么简单

雨后彩虹

不寻常的概念

拥挤的天空

天外来客

还有哪些干扰

沿着地面跑

先上天，后下地

电离层的秘密

一场激烈的海战

说说停停

接力赛

更上一层楼

飞向太空

最后再说几句

引子

序曲 我的责任和紧迫感侧记

第一章 太阳 巨大的电波辐射源

第1—1节 太阳不停地辐射电波

第1—2节 太阳辐射的电波在变

第二章 大气奇妙的电波调控层

第2—1节 电波描绘着大气层

第2—2节 大气层调控着电波

第三章 地球 电波装扮起来的家园

第3—1节 电波照射出昼夜和时辰

第3—2节 电波照射出四季的五带

第3—3节 电波照射出烦恼和不快

第四章 地球辐射着电波的家园

第4—1节 地球和万物都辐射电波

第4—2节 惊天动地的地球电场

第4—3节 劳苦功高的地球磁场

第五章 卫星用电波巡视地球

第5—1节 巡天遥看一千河

第5—2节 遥感器械何其多

第5—3节 形形色色的运载平台

第5—4节 地球之眼的故事及其他

第六章 中国让电波传遍全球

第6—1节 神龙飞天，福星高照

第6—2节 天有可测风云

第6—3节 资源监测手段高

第6—4节 本领高超用途多

第6—5节 业余无线电爱好者的功勋

后记

科学的预言

“电和磁之间到底是怎样相互产生的？电磁力的传递到底要不要时间？”

英国物理学家克拉克·麦克斯韦继续研究了法拉第没有完全解决的这个问题。

法拉第是一位实验大师，而麦克斯韦则是个理论家。他总结了前人的实验结果，把电和磁的关系用数学公式表示出来，这就是著名的麦克斯韦方程组。麦克斯韦通过他的科学计算，预言了电磁波的存在，并且算出了电磁波传播的速度。这样，他就解决了电磁力的传递是否需要时间的问题。

麦克斯韦是怎样解决这些问题的呢？

麦克斯韦仔细地研究了电磁感应现象，他认为：变化着的磁场之所以能在导线中产生感应电流，是因为变化着的磁场在其周围产生了电场；这个电场使导线中的自由电子受到力的作用，就沿着导线运动起来，产生了感应电流。根据他的观点，电磁感应的本质是变化的磁场产生电场，有导线的地方是这样，没有导线的地方也是这样。这就把法拉第的结论推广到了普遍适用的程度。这是麦克斯韦对电磁理论作的第一个伟大贡献。

下面介绍麦克斯韦的第-+伟大贡献。前面说过，丹麦物理学家奥斯特已经发现运动的电荷会产生磁场。麦克斯韦在奥斯特的基础上进一步研究：除了在导体中运动的电荷（即传导电流）以外，还有没有能产生磁场的东西。研究的结果，他认为变化的电场跟传导电流一样，也能产生磁场，所以也可以给它起个电流名字，叫做“位移电流”。

1873年，麦克斯韦在病中坚持写成了他的科学巨著《电学与磁学》。在这本书里，他根据数学推导得出了结论：变化的电场在其附近产生变化的磁场，这个变化的磁场又在其附近产生变化的电场，新产生的这个变化的电场再在附近产生变化的磁场……这样继续交变下去，就一点一点地越来越往外扩散，越传越远了。这种情况，同我们在前面讲过的水波一样，所以也可以称为波。因为它是由电场和磁场组成的，当然应该叫电磁波，简称为电波。

麦克斯韦还根据他的理论，算出了电磁波传播的速度，它在真空中是每秒30万公里。这和科学家们用实验方法测出的光的速度完全一样。于是，他得出结论：光也是电磁波，是一种能引起视觉的电磁波。把光与电波统一起来，是麦克斯韦对电磁理论的又一伟大贡献。

现在还有一个谜

麦克斯韦的理论刚刚发表的时候，电磁波的存在只是一种猜想，许多人对它是怀疑的。人们问道：“谁见过电磁波？”它是什么模样？拿出来看看！”

也有一些科学家相信麦克斯韦的理论，并且想方设法来证明它。1887年，德国物理学家赫兹（就是人们用他的名字作频率单位的那个人）做了一次重要的实验，第一次用人工方法产生了电磁波。从此，麦克斯韦的理论更加受到了人们的重视。

麦克斯韦的电磁理论对科学技术的发展，起了极大的推动作用。没有麦克斯韦的理论，就不会有后来的无线电通信，也不会有现代的电声广播和电视广播。直到今天，无线电技术中遇到的大部分电磁现象，还必须用麦克斯韦的理论来解释。  看了上面说的这些，你大概十分佩服麦克斯韦的聪明才智。你看，他由变化的磁场产生电场，联想到变化的电场产生磁场；又由有导线的范围，联想到没有导线的空间，并且又都找到了它们之间的变化规律。爱动脑筋的少年朋友可能会问：麦克斯韦为什么不由电荷产生电场，想出一个让磁荷产生磁场的理论来呢？是他没有想到呢，还是实际上没有呢？

是的，应该这么问一问。科学上的新成果，常常就是因为人们不满足于现有的结论，提出了一个个的“为什么”，经过不断地探索、研究才取得的。

关于磁荷的问题，麦克斯韦作了否定的回答。过去的实验和麦克斯韦方程都告诉我们，电力线是有头有尾的，起于正电荷，止于负电荷。而磁力线是无头无尾的，也就是并不需要起止于磁荷。到目前为止，人们还只发现有单独存在的电荷，而磁极总是成对地出现的：一个S极，一个N极；把一个磁铁分成两段或几段，它们每一段还是两个极。目前，人们还拿不出一个单独的磁极（“磁单极子”或“磁单荷”）来。

是不是一定没有磁单极子呢？从1931年起，就有人提出了这样的疑问，科学家至今还不能作肯定的回答。有人认为有。1973年，美国就有人宣布在高空发现了它的踪迹；另外有一派人则认为根据不足。许多人希望有一天能“捉住”磁单极子。据说，如果能把足够多的磁单极子贮存起来。那么，地球磁场对这种单极子群所产生的吸引和排斥作用，就足以推动舰船横渡海洋。这是多么吸引人的幻想呵！

P28-31

我们的眼睛能看见东西，是光波的作用。

我们的耳朵能听见声音，是声波的作用。

有一种波，我们既看不见，也听不到，但是它像空气一样，弥漫在我们周围，无时无刻不在为我们服务。

海防、边防，靠它警戒；飞机、舰船，靠它导航；导弹、卫星，靠它控制；广播、电视，靠它传送；灭虫、育种，靠它帮忙……它的用途日新月异，层出不穷。可以毫不夸张地说，我们虽然不熟悉它，但是我们生活在它之中。

你猜，这是什么波？

这就是电波！

你一定很想知道，这个用眼睛看不见、用耳朵听不到、用手摸不着的电波，为什么有无穷的妙用？它是怎么被人发现的？又怎么被人利用？它具有什么特性？它的秘密在哪里？

在这本书里，我们就要谈谈这些问题。

挡不住的诱惑止不住的发展

凌晨一点，一座庞大的建筑外面，灯火辉煌，车如海，人如潮，地下有四辆警车闪着那刺眼的警灯来回巡视，天上有3架直升机在盘旋着，探照灯刺破夜空，织成如幻的光网……

这既不是有“突发事件”，也不是有“元首光临”，而是美国硅谷的一家名为“Fry's”的电子商品超市周遭的情景。这家超市离我住的地方不远。这天正是有名的“黑色星期五”——美国感恩节后第一天（2009年11月27日），是所谓“圣诞、新年购物旺季”开始的日子，全美一切商店均有“惊人”的优惠吸引顾客。其中电子商店最抢眼，电波商品最诱人。我也在朋友的怂恿下，去凑了一次热闹。首选就是去“Fry's”，于是就有幸亲眼目睹上述盛况的机会。由于朋友再三叮咛，别去晚了，于是我们半夜就赶去了。谁知还是排在第四个大圈之外，我前面大概还有上千人，这给经常看惯了美国商店门可罗雀景象的我，带来不少讶异。你猜，我那天几点进店？它清晨5点钟开门，我到9点43分才排到它门口。因为它要一波一波地放人进去，不然会挤成一团。当然，轮到我进去时，广告上那些“诱人上门”，又便宜又好的商品早已抢购一空，但那些又贵又好的新产品仍然能一饱眼福。

“Fry's”，是美国著名的电子产品连锁店。大概相当于中国的“国美”吧？但好像又不太像。在世界电子之都的硅谷，它还有新产品展示的功能。它的发迹，也是当初硅谷崛起的一个缩影。想当初，旧金山湾区的果园“一瞬间”变成厂房之时，有一个银行家的儿子，大学毕业后，决心不吃现成饭，自己去打拼。向老爸贷款二百美元，去租了一个闲置的厂房，对那些同样是新冒头的电子产品创业者们说：“我开了一间零售店，你可以把你的新产品寄放到我那里去展销，不要钱，只是等产品卖出后，我再提一点成”。这对于还未创出名号，又缺乏资金周转，急需推销产品，又聘不起推销人员的硅谷“新芽”，真是一个大福音。就这样，Fry's不出钱就有了货，研发创业者不花钱就“摆了摊”，顾客们也能见到最新的智慧结晶，皆大欢喜！当然Fry’s成功了。

这些年来，我几乎养成了习惯，每月总有两个星期天是在Fry's，“探宝”；还有两个星期天是去美西最大的图书馆

——位于硅谷圣荷西州立大学旁边的马丁‘路得金纪念图书馆，去给自己“加油”。对于在电子这个行道上已经干了半个世纪的我说来，我对它的感觉是越来越新奇。真的，他进展得太快了！每当我踏进Fry's，又摸到一件件新产品之时；每当我站在图书馆新书架前，又看到一部部新作品之际，我真的有目不暇接的感觉。我感叹：刚买的“新产品”为何如此快速就变得“过时”，我发愁：我借回去的书还未看完，新版本又已面世。所以我去那里，即使不买、不借，也可感受这时代前进的步伐。

当我动笔写这本书的时候，我的小孙子Richard问我：“爷爷，你说到底电波能干什么？”我回答说：“小宝，那你想让电波干什么？”

真的，电波几乎可以干你想要它干的一切事。不是吗？衣食住行，哪里没有它的身影？吃喝玩乐，何处没有它的足迹？甚至，电波还不停地启发人们去干你还没有想到过的那些事，去用你从没有想过要用的产品。不信，你也像我这样试试，去看看电子超市的货架上，是不是经常出现一些你没有想过的产品，是不是经常也有同感地问自己：我手上这件好像已经“过时”了！

在电子界有个有名的定律，叫做：“摩尔定律”。戈登·摩尔（GordonMoore）是全球微电子产业龙头英特尔公司（Intel）的创始人之一。他于1965年在美国的著名技术杂志《电子》上发表了一篇短文，没有什么复杂的公式，也没有多少高深的理论，却有一段堪称“空前绝后”的预言性推断，大意是说：集成电路芯片上可容纳的晶体管数，每隔一年半左右数量就可增加一倍，性能也会提高一倍。40多年过去了，就是这一小段话引导着英特尔、也引导着全体微电子产业高速前进、所以人们尊称这段话为“摩尔定律”。

……

“星星还是那颗星星，

月亮还是那个月亮…

只有那篱笆墙的影子咋那么长”？

篱笆墙为什么有影子？因为光照的。而光是什么？是电波！电波投射的角度变了。从lG、2G到3G、4G，人还是那个人，电波还是那个电波，只是电波的应用形式变了。于是，似乎一切都变了：频带，变宽了；速率，变快了；声音，变美了；图像，变清晰了。谁能把新东西讲得完？！

所以，我跟何龙先生说：我想“以不变应万变”。可是，他不同意。因此，当本书脱稿之时，要再次感激他给了我这个推动和支持！

加之，小宝和虎子也在“敲边鼓”。他们说：“只看爷爷那本《生活在电波之中》，离现实有点远。就像说餐馆里的炒肉片好吃，你不能只说是猪身上长的肉好。当然，肉是最基本的，但你也得讲讲用什么作料来配，以什么火候去炒吧”

童言无忌、形象逼真。于是，我发奋思考了一阵，又与各方探讨了一番。决心把电波的事情再写“全”一点。于是，有了《电波的趣事奇闻》。它对《生活在电波之中》的基本东西又作了补充和延伸。也可以说，以电波的基本豫理为经，以电波的趣事奇闻为纬，编织出一幅新的电波画卷。如今，我把这幅画卷，献给你们，献给21世纪中国的建设者们。还是我在《生活在电波之中》结尾时那句永恒的叮咛：

未来在向你们招手！

祖国在期待着你们！

甘本祓

2010年农历正月初一完稿于美国硅谷寓所