لوازم و زمینه های اختراع بیسیم

الفبای مورس
نِلّو مارچتی پیرمردی بود که قبلاً با سمت تلگرافچی در لگهورن کار می کرد. مارچتی به زودی اشتیاق مارکونی جوان به تلگراف را کشف کرد و آموزش الفبای مورس به او را آغاز کرد. او به مارکونی آموخت که چگونه با فشردن اهرمی کوچک (دکمه ی مورس)، به نسبت مدت پایین نگه داشتن اهرم، جریان الکتریکی در طول سیم برقرار می شود. در طرف دیگر این ضربه های الکتریکی به صداهای کلیک کوتاه و بلند تبدیل می شد یا به صورت خط و نقطه ی روی کاغذ چاپ می شد.
زمانی که مارچتی آموزش الفبای مورس را به پایان رساند، گول یلمو به خوبی می دانست که چگونه باید با استفاده از دکمه ی دستگاه تلگراف، حروف مختلف الفبا را مخابره کند. همه ی این دانسته ها او را برای روزی بزرگ در تابستان 1894 آماده می کرد؛ روزی که برای نخستین بار مطلبی، درباره ی امواج الکتریکی که در هوا به ارتعاش در می آمدند، به دستش رسید و آن را خواند.
وی نوشت:
«به نظرم می رسید که اگر بتوان تابش را افزایش داد و آن را کنترل کرد، می توان تا فواصل دوری سیگنالها را در فضا پخش کرد. ایده ی بالا چنان ابتدایی به نظرم می رسید و بر چنان منطق ساده ای استوار بود که نمی توانستم بپذیرم هیچ کس قبل از من آن را در عمل نیازموده است. فکر می کردم باید دانشمند پخته تری وجود داشته باشد که همین مسیر فکری را دنبال کرده و به نتایج مشابهی رسیده باشد. از همان آغاز کار این ایده چنان واقع گرایانه به نظرم می رسید که نمی توانستم درک کنم که در نظر دیگران چقدر خیال پردازانه جلوه می کند.»

امواج هرتز

«... وقتی هرتز نتایج تحقیقاتش را اعلام کرد، چندین دانشمند، به امید یافتن راهی برای به کارگیری امواج الکترومغناطیسی مشغول آزمایش شدند. مارکونی که اصلاً دانشمند به شمار نمی رفت و صرفاً دوستدار علم بود با ایده های خود در این زمینه، همه ی حرفه ایها را پشت سر گذاشت.»
نورمن وایمر، نقل از کتاب «گول یلمو مارکونی»
حس کنجکاوی گول یلمو، حتی در هنگامی که تعطیلات خود را می گذراند، فروکش نمی کرد. در ایامی که گویل یلمو همراه مادرش به ناحیه ی کوهستانی لومباردی در ایتالیا رفته بود، اتفاقی به یاد ماندنی روی داد. او هنگامی که مجله ای مربوط به الکتریسیته را ورق می زد، مقاله ای به قلم دوست بولونیایی اش، پروفسور ریجی، در آن دید.
این مقاله به شرح تحقیقات دانشمندی آلمانی به نام هاینریش هرتز اختصاص داشت که در ژانویه ی همان سال در گذشته بود. بر اساس این مقاله، هرتز در سال 1887 اثبات کرده بود که امواج الکتریکی می تواند در هوا به ارتعاش در آیند و از یک نقطه به نقطه ای دیگر بروند.

خانواده ی امواج

مفهوم موج، وقتی هرتز آن را اثبات کرد، تازگی نداشت. در حقیقت او پیش بینی دانشمندی اسکاتلندی ، به نام جیمز کلرک ماکسول، را عملاً آزموده بود. کلرک ماکسول با استفاده از فرمولهای ریاضی، برهانهایی آورده بود که نشان می داد نور و گرما صورتهای مختلف نیروهای مرکب الکتریسیته و مغناطیس اند. او محاسبه کرده بود که این نیروی مرکب، که الکترومغناطیس نام گرفت، به صورت ارتعاشی نامرئی وجود دارد که مانند نور مرئی و صدای قابل شنیدن، به شکل موج منتشر می شود.
کلرک ماکسول این صورت جدید انرژی را امواج الکترومغناطیسی نامید. طبق محاسبات او امواج الکترومغناطیسی می بایست مانند امواج آب یا امواج صوتی حرکت یا رفتار کنند. اما امواج الکترومغناطیسی با سرعت نور ( 300000 کیلومتر در ثانیه) حرکت می کردند. این ریاضیدان اسکاتلندی پیش بینی کرده بود که امواج الکترومغناطیسی می بایست از مواد جامد، گازها و مایعات عبور کنند و حتی آسانتر از آن از خلاء ، یعنی فضایی که هوای آن تخلیه شده است، بگذرند.
اما کلرک ماکسول همه ی این نتایج را با محاسبات ریاضی به دست آورده بود. جامعه ی علمی ایده های او را تفکر برانگیز، اما اثبات نشده می دانستند.
در سال 1887، هشت سال پس از مرگ کلرک ماکسول، هاینریش هرتز آزمایشی انجام داد که درستی محاسبات ماکسول را اثبات می کرد. امواج الکترومغناطیسی واقعاً وجود داشت. درست در همین سال بود که گول یلمو وارد آموزشکده ی فنی لگهورن شد و کندوکاو در مورد امواج الکترومغناطیسی را آغاز کرد.

رؤیایی که شکل می گیرد

به محض آنکه گول یلمو از تحقیقات هرتز مطلع شد، پرسشهای مختلفی ذهن او را مشغول کرد. آیا می توان از این امواج الکتریکی برای مخابره ی تلگراف، بدون به کارگیری سیم استفاده کرد؟ اگر این امواج بتوانند از هوا عبور کنند، آیا می توان آزمایش هرتز را طوری تکمیل کرد که امواج فقط طول یک اتاق را طی نکنند، بلکه بتوانند از این سو تا آن سوی اقیانوس نیز حرکت کنند؟ آیا این امواج می توانند سیگنالها را هم از نقطه ای به نقطه ی دیگر منتقل کنند؟ سیگنالهایی که بتوان آنها را در مقصد دریافت کرد و معنای آنها را فهمید؟
این پرسشها قوای گول یلمو را تحلیل می برد. در آن تابستان طولانی در لومباردی، آلفونسو شاهد بود که برادر کوچکترش هر روز بیشتر از روز پیش خیالبافی می کند. آلفونسو او را می دید که هر کاغذ پاره ای را که به دستش می رسد خط خطی می کند و روی آن نقشه می کشد.

رؤیایی که بر باد می رود

فصل تابستان رو به پایان بود. آنی و پسرها به مزرعه ی گریفون بازگشتند درست همان روزی که به خانه برگشتند، گول یلمو خرش را پالان کرد و به سوی خانه ی پروفسور ریجی شتافت. به شدت نیاز داشت تا درباره ی ایده هایی که ذهنش را انباشته بود با کسی گفتگو کند.
ریجی زیاد تحت تأثیر حرفهای گول یلمو قرار نگرفت، بلکه توضیح داد که شاید این امواج برای او تازگی داشته باشند، اما در علم تازگی ندارند. از زمانی که هرتز نتایج نخستین آزمایش خود را منتشر کرده بود، دانشمندان چندین کشور روی امواج تحقیق کرده بودند. آنها راههای جدیدی برای تولید و آشکار سازی این امواج یافته بودند و می توانستند امواجی با طول موجهای مختلف تولید کنند.
پروفسور ریجی به گول یلمو یاد آوری کرد که با همه ی شور و اشتیاقی که از خود نشان می دهد، احتمال نمی رود بتواند کاری انجام دهد که آنها انجام نداده باشند. وقتی درک او از مفاهیم پایه تا این اندازه ضعیف و سست است، گمان نمی رود بتواند در علم پیشرفت کند!
اما ریجی در مورد تحقیقاتی که خود روی امواج هرتز انجام داده بود نیز اطلاعاتی در اختیار گول یلمو گذاشت. او همه ی آزمایشهای هرتز را تکرار کرده و دستگاه لازم برای آشکار سازی این امواج را تکمیل کرده بود. او به این نتیجه رسیده بود که امواج هرتز در ارتفاع زیاد ضعیف می شوند.
نظر ریجی این بود که هرگاه بتوان طول امواج را بلندتر کرد، شاید انتقال آنها ممکن شود، اما برای بلندتر کردن طول موج، نیروی الکتریکی بسیار زیادی لازم بود.
گول یلمو خیال نداشت از دنبال کردن ایده هایش دست بردارد؛ به کتابخانه ی بولونیا شتافت تا اطلاعات خود را در مورد امواج الکترومغناطیسی تکمیل کند.

پیشگامان الکترومغناطیس

گول یلمو جوان و پر انرژی به زودی دریافت که موفقیت هرتز در اثبات وجود امواج الکترومغناطیسی مرهون کار و تحقیق در هفتاد سال گذشته است. هرتز ابتدا وجود ارتباط مشخصی بین الکتریسته و مغناطیس را اثبات کرد. در زمستان 1820- 1819 ، هانس کریستین اورستد، دانشمند دانمارکی، نشان داد که وقتی سیم حامل جریان الکتریکی در نزدیکی عقربه ی مغناطیسی و به موازات آن نگه داشته شود، جریان الکتریسیته عقربه را به نوسان در می آورد.
اورستد در اواسط سال 1820 نتیجه ی تحقیقات خود را منتشر کرد و هنوز چند هفته نگذشته بود که دیگران تحقیقات او را دنبال کردند. در طی چند دهه ی بعد، دانشمندان فرانسه، ایالات متحده ی آمریکا و انگلستان، به درک عمیقتری ازاین واقعیت اساسی که الکتریسیته سبب پیدایش مغناطیس می شود، دست یافتند. حال که دانشمندان ابزار قدرتمند و کار آمدی در دست داشتند، هیچ فرصتی را برای به کارگیری آن از دست ندادند.
در نتیجه ی این نگرش عمیق، وسایل مختلفی از جمله دستگاه تلگراف با سوزن الکتریکی ساخته شد. دانشمندان این نکته را نیز کشف کردند که با پیچیدن سیم به دور میله ای از جنس آهن نرم، به شیوه ای خاص و سپس گذراندن جریان الکتریکی از سیم پیچ، میله ی آهنی به آهنربایی نیرومند تبدیل می شود. نکته ی دیگری که همین قدر اهمیت داشت، این بود که با قطع جریان الکتریکی ، میله ی آهنی نیز فوراً خاصیت آهنربایی خود را از دست می داد. به عبارت دیگر دانشمندان به نیروی شگرفی دست یافته بودند که به سرعت فعال می شد و به همان سرعت نیز از کار می افتاد.
این اختراع، که آن را آهنربای الکتریکی نامیدند، مادر بسیاری از اختراعات دیگر، از جمله زنگ اخبار و دستگاه تلگراف مورس شد. در هر دو وسیله، جریان الکتریسیته سبب می شود که آهنرباهای الکتریکی چکشهایی را به حرکت در آورند و زنگ به صدا در می آید یا اهرمهایی را جا به جا کنند تا الفبای مورس مخابره شود.

کشف فاراده

کشف بعدی نتیجه ی منطقی کشفیاتی بود که در بالا به آنها اشاره شد. حال که الکتریسیته می تواند مغناطیس تولید کند، مغناطیس هم می بایست بتواند الکتریسیته تولید کند. درست همان طور که می توان با گذرانیدن جریان الکتریکی از نزدیکی میله ی آهنی، به آن خاصیت آهنربایی داد، می بایست با حرکت دادن آهنربا در نزدیکی سیم نیز بتوان در سیم جریان الکتریکی تولید کرد.
این کشف را دانشمندی انگلیسی به نام مایکل فاراده در سال 1831 انجام داد و تأثیر بسزایی در تعمیق درک دانشمندان از نیروی الکتریکی داشت. یکی از نتایج تحقیقات فاراده، ابداع دستگاهی برای تقویت نیروی الکتریکی بود. فاراده مهار نیروهای الکتریسیته و مغناطیس را، با واداشتن هر یک به تولید و تقویت دیگری، امکانپذیر کرد.
فاراده، به سبب همین کشف که الکتریسیته و مغناطیس جنبه های مختلف یک پدیده اند، پدر الکترومغناطیس لقب گرفت. در نتیجه ی تحقیقات او و با گذشت زمان، دانشمندان توانستند کاربردهای جدیدی برای الکتریسیته پیدا کنند، اما این کاربردها همواره چند گام از درک آنها از الکترومغناطیس جلوتر بود. کلرک ماکسول در سال 1873 ایده های فاراده را با محاسبات ریاضی تکمیل کرد. تحقیقات ماکسول به پیش بینی وجود امواج الکتریکی نامرئی منتهی شد که ماهیتی همانند نور داشتند، اما صورت دیگری از الکترومغناطیس بودند.
هرتز بر آن شد که وجود این امواج را اثبات کند. امواجی که هرتز آشکار سازی کرد و ما امروزه آنها را امواج رادیویی می نامیم، در تاریخ به نام امواج هرتز ثبت شدند.
منبع :برچ ، بورلی، (1385)، پیشگامان علم گول یلمو مارکونی، (پیشاهنگ جهان بیستم)، محمد رضا افضلی، تهران: موسسه فرهنگی فاطمی، چاپ اول 1385.