اختراع رادیو

روز 23 نوامبر سال 1938 شهر پاریس تبدیل به پایتخت علمی جهان گردید. پایتخت فرانسه برای انجام جشن پنجاهمین سال سه اکتشاف بزرگ عصر حاضر یعنی اشعه ی ایکس، تلگراف بی سیم و رادیو اکتیویته، بزرگترین دانشمندان جهان را دعوت کرده بود. به احتمال قوی هیچ وقت اتفاق نیفتاده بود که در آمفی تئاتر بزرگ سوربون ستارگانی درخشان تر از این جمع آمده باشند. همه کس با کنجکاوی بسیار دو زن را که در ردیف اول مجاور رئیس جمهور فرانسه نشسته بودند به یکدیگر نشان می دادند؛ یکی از این دو خانم با آرایشی پر جلال آمده بود و لباسی فاخر پوشیده بود و دیگری پوشش حقیری بر تن داشت. خانم اولی زوجه ی بیوه ی مارگونی و دومی دختر هرتز بود.
مارکیز مارکونی خانم بزرگی بود که نام مشهوری داشت و از همه ی نعمت های ثروت و جلال برخوردار بود. دختر هرتز که همراه مادر خویش حضور یافته بود کوشش داشت که فقر خویش را از انظار پنهان دارد. این خانواده که از نژاد یهود بودند به وسیله ی هیتلر از وطن خویش رانده شدند و به عنوان مهاجر فراری در لندن زندگی می کردند و فقط عطیه ای به مبلغ یک میلیون و دویست هزار لیر که از طرف پاپ پی یازدهم به آنان داده شده بود موجب می گردید که اقل ما یقنع زندگی را دارا باشند.
لازم نیست که از اختلافی که مابین سرنوشت این دو نفر موجود بود هیچ گونه نتیجه ی اخلاقی اخذ کنیم. امروز که سالها از آن دوران گذشته است فقط می توانیم این مسئله را تأیید کنیم که مارکونی که مخترعی خوشبخت بود، این شانس بزرگ را داشت که درست در لحظه ای وارد میدان عمل گردید که تمام لوازم اختراع او را دیگران آماده کرده بودند و کار دانشمندان به کلی خاتمه یافته بود و بعد از هرتز که بنیان و پی ریزی دستگاه را بنا نهاده بود فقط می بایست شخصی پیدا شود که عوامل مختلفی را که آنان فراهم ساخته بودند در یک جا جمع آورد. در واقع نقشی که مارکونی بر عهده گرفت همین بود و بس و تا اندازه ای شبیه نقشی است که برادران رایت در کار هواپیمایی انجام دادند. مردان علم تا آن روز تلگراف بی سیم را اختراع کرده بودند، مارکونی تشکیلات عملی آن را فراهم آورد و اولین پیغامهای تجارتی را مخابره کرد.
با پیدایش رادیو، بار دیگر ما خویشتن را در مقابل اختراعی می بینیم که تمام و کمال از محیطی خارج شد که در آن محیط، چنانکه دیده ایم، اختراعاتی از قبیل موتور گاز، هواپیما، دینامو و سینما به وجود آمدند. این بار به هیچ وجه سروکار ما با اختراعی نیست که در نتیجه ی احتیاجات تجارتی و اقتصادی به وجود آمده باشد و نیز گفتگو از کشفی نیست که برحسب اتفاق جستجو کننده ی صاحب نبوغی به دست آورده باشد. کاملاً به عکس است: رادیو بهترین مثال از اختراعی است که تمام و کمال به وسیله ی دانشمندان به قالب ریخته شد و در پیدایش آن خورده کاران صنعتی و اهل عمل و تجارب شخصی هیچ گونه سهمی ندارند و پیشرفت آن جز با هدایت انوار مطالعات نظری امکان پذیر نگردید فقط و فقط در سایه ی کمک بی دریغ و مدام مطالعات نظری بود که این اختراع با اطمینان کامل پیشرفت کرد و از اشتباهات و اقدامات بی مورد و کورمالی های مختلف به دور ماند. از آنجا که پیدایش آن در مرحله ی عمل فقط وقتی انجام گرفت که مطالعات نظری تمام مشکلات موجود و محتمل را برطرف ساخته بودند، این اختراع توانست مراحل مختلف را بی درنگ طی کند و با سرعتی غیر منتظره که تاکنون مثل و مانندی در تاریخ اختراعات نداشت مراحل مابین آزمایشگاه و دفاتر پست را بپیماید.
پیشقدمان هواپیمایی ابتدا از کایلی و انتهی به رایت صد سال تمام کوشش کردند تا اختراع مزبور را به مرحله ی نیمه قطعی برسانند. از لبون تا دیملر هشتاد و شش سال طول کشید تا موتور گاز به وجود آید و بالاخره برای پیدایش دینامو از فاراده تا گرام سی و هشت سال مدت لازم شد. اما در مورد رادیو و تلگراف بی سیم، از آنجا که خورده کاران و تجربه کنندگان بی اطلاع در این کار شرکت نداشتند مابین اولین اکتشافات هرتز و ایجاد بی سیم به وسیله ی مارکونی فقط هشت سال فاصله بوده است.
در سال 1885 هینریش هرتز Heinrich Hertz (1857-1894) استاد کالج فنی شهر کارلسروهه بود. وی یکی از شاگردان هلمهولتز بزرگ محسوب می شد و در نتیجه ی الهامات استاد درصدد بر آمد موضوعی را که در آن اوقات موجب سرگردانی فیزیک دانان بوده است روشن سازد.
همه کس می داند که مقصود از نمود القاء در دانش فیزیک چیست: هر گاه دوره ی مسدودی را که در آن جریان الکتریسیته عبور می کند به طور ناگهانی به دوره ی مسدود دیگری فاقد جریان الکتریسیته نزدیک سازیم، جریان الکتریسیته ای غفلتاً در دوره ی اخیر ایجاد می شود. پیدایش این جریان القایی دانشمندان را که قادر به تعبیر آن نبودند دچار زحمت کرده بود. فاراده میل داشت این موضوع را قبول کند که امواجی وجود دارند که عامل انتقال انرژی الکتریکی از جسم القاء کننده به جسم القاء شونده می گردند. فیزیک دانهایی که تابع نظرات کلاسیک بودند از قبول عملی که با وجود فواصل انجام می گیرد نفرت داشتند و بیو Biot و ساوار Savart و وبر Weber از این جمله هستند. آنان بر فاراده ایراد می گرفتند که چون دلایل قاطع در دست ندارد فقط به موضوع الهام و اشراق اکتفا می کند.
فاراده البته دانمشند شهیری بود، اما قدرت او جز از مراحل تجارب عملی تجاوز نمی کرد. و معلومات ریاضی او قریب به هیچ بود. نبوغ این شخص موجب می شد که بتواند بعضی روابط اسرار آمیز را در سایه ی روشن تجارب حدس بزند، اما چون قدرت آن را نداشت که این روابط را با زبان ریاضی بیان کند نمی توانست حداکثر استفاده را از الهامات خویش بنماید برای این موضوع که الکتریسیته به وسیله ی امواج «چیزی» انتقال می یابد، همان طور که نور به وسیله ی امواج «اتر» کشیده می شود (و این موضوعی بود که در آن عصر قبول و باور می کردند)، فاراده دلیلی تجربی داشت و آن عبارت از نمود قطبی شدن دوار مغناطیسی نور بود، که خود وی در سال 1845 به کشف آن توفیق یافت (1). و نیز دلیلی نظری بر این موضوع داشت و آن اینکه نسبت آحاد الکتریکی به یکدیگر در دستگاههای الکتروستاتیک و الکترومانیتیک به درستی مساوی با سرعت نور بوده است؛ اما مابین این ملاحظات متفرق و ناهماهنگ که فقط نظری درباره ی موضوع به دست می دادند و توضیح هماهنگی که مجموعه ی نمودها را تعبیر کند فاصله ی بسیار وجود داشت.
ماکسول Maxwell جوان برای فاراده ی پیر حکم عصای یعقوب را داشت. فاراده هفتاد و چهار ساله بود و ماکسول سی و چهار ساله. این شخص که به طور غریزی ریاضی دان محسوب می شد توانست علامات و دستورهای ریاضی را که مبین جهان بینی فاراده بودند به دست آورد و جواب مسئله در سال 1865 از زیر قلم او خارج گردید: بلی این موضوع حقیقت دارد، یک دستگاه و فقط یک دستگاه معادلات موجود است که در عین حال هم نمودهای نورانی و هم نمودهای الکترومغناطیسی را بیان می کنند. بلی، محاسبه ابتدا ثابت می کرد که امواج نورانی از جنس امواج الکتریکی هستند و آنگاه نشان می داد که یک سلسله امواج دیگری موجود است که از جنس امواج نورانی نمی باشند.
از آن وقت به بعد راه بر روی تجربه کنندگانی که کار فاراده را ادامه می دادند باز شده بود: می بایست کوشش کنند و این امواج الکتریکی را که فقط وجودشان در مراحل نظری ثابت شده بود بشناسند و قطعیت وجود آنها را دریابند. فیزیک دانها با نهایت شور و حرارت به کار پرداختند: هوگ Hughes و لاج Lodge انگلیسی، تامسون Thomson و دولبیر Dolbear امریکایی، فون بتسولت Von Bezold و هرتز آلمانی در این راه کوشش کردند و... این توضیحات نشان می دهد که به چه دلیل هرتز طبق نصایح استاد خویش هلمهولتز درصدد بر آمد که امواج اسرار آمیز مزبور را کشف کند.
هرتز دستگاهی ساخت که از دو جسم هادی الکتریسیته تشکیل می یافت و این دو عبارت بودند از دو گلوله ی کوچک که به فاصله ی چند میلی متر از یکدیگر قرار می گرفتند و به این دو بارهای الکتریکی متفاوت می داد. بدیهی است که جرقه ای مابین این دو به وجود می آمد. این جرقه ی نشانه ی آن بود که الکتریسیته یکی از این دو گلوله به سوی دیگری جریان یافته است. فرض کنیم که دو منبع آب، یکی پر و دیگری خالی، به وسیله ی لوله ای و شیری با هم ارتباط داشته باشند. اگر شیر را باز کنیم آب وارد در منبع خالی می شود و واضح است که هر قدر اختلاف سطح آب از حد تعادل بیشتر باشد آب با قدرت بیشتری وارد در منبع خالی می گردد. آب مزبور به سوی منبع اولی جریان می یابد، پایین می رود، بالا می آید و یک سلسله تموجات متوالی انجام می دهد تا جایی که سطح آب در هر دو منبع متعادل گردد. در دستگاه هرتز که نام آن را «نوسان کننده» Oscillateur گذاشته بودند عین همین نمود به ظور می پیوست، با این تفاوت که الکتریسیته جانشین آب گردیده بود. چیزی که وجود خود را به وسیله ی ایجاد جرقه ی الکتریک ثابت می کرد همان نوسانات با امواج الکتریک بوده است حقیقت آن است که این تموجات الکتریکی در سال 1861 به وسیله ی فیزیک دان آلمانی برند و ویلهلم فدرسن Brend Wilhelm Feddersen (1832-1918) کشف شده بود؛ اما شخص مزبور این امواج را به وسیله ی بطری لید Leyde به دست آورد و به قدر کافی قدرت نداشتند که در محیط مجاور انتشار یابند. هرتز به عکس مولد های جرقه ی خود را به وسیله ی قرقره رومکورف بزرگی تغذیه می کرد و کوشش کرد تا معلوم دارد که آیا امواجی که به وسیله ی جرقه حادث می شوند در محیط اطراف انتشار می یابند یا نه؟
وی در سال 1888 به این منظور نائل آمد و آن به کمک حلقه ی برنجی ساده ای بود که آن را در طولی معادل چند دهم میلی متر قطع کرده بود. آنگاه این دستگاه گیرنده ی مقدماتی را در فاصله ای از گلوله های مولد جرقه ها قرار داد و ملاحظه کرد که هر بار جرقه ای مابین دو گلوله ی نوسان کننده ایجاد می شود بلافاصله بر بریدگی حلقه ی برنجی نیز جرقه های بسیار کوچکی هویدا می گردد. این موضوع ثابت می کرد که حلقه ی برنجی پیام الکتریکی گلوله ها را دریافت کرده است یعنی امواجی به آن رسیده است و در نتیجه معلوم می شد که به واقع امواج حادث از دستگاه فرستنده ی مزبور در محیط مجاور پخش شده اند.
فعلاً جای آن نیست که از شهرتی که نصیب این اکتشاف گردید و هیاهویی که برخواست گفتگو کنیم. این تجربه نه فقط وجود امواج الکتریکی را ثابت می کرد، بلکه نشان می داد که این امواج منعکس می گردند، منعکس می شوند و عیناً مانند امواج نورانی تداخل می یابند در بسیاری از ممالک فیزیک دانان درصدد تکرار این تجارب بر آمدند.
این اوقات مقارن با اختراع تلفن بود؛ هوگ در همان اوقات میکروفون هایی را که به وسیله ی خورده های فلز عمل می کردند اختراع کرده بود. فیزیک دان ایتالیایی تمیستو کل کالزشی اونستی Themistocle Calzecchi- Onesti (1853-1922) به این فکر افتاد که معلوم کند ساختمان دستگاهی مشابه با آن برای دریافت امواج هرتز ممکن است یا نه. چیزی که وی به کشف آن موفق گردید، خاصیت عجیبی بود که چند سال بعد از آن در دستگاه خاصی که برای دریافت امواج رادیو به کار می رود و به کوهرور برانلی Cohereur de Branly موسوم است، به کار رفت.
در نتیجه ی ایجاد امواج الکتریکی که وفور آنها بسیار زیاد باشد خورده های فلز خاصیت هدایت الکتریکی پیدا می کنند و ضربه ی کوچکی کافی است که این خاصیت از بین برود: اکتشافی بود خارق العاده و هم آن به تنهایی برای اختراع رادیو کفایت می کرد.
این اکتشاف در سال 1895 انجام یافته بود.
روز 24 ماه مارس همین سال فیزیک دانی تصمیم گرفت که میدان عمل امواجی را که از نوسان کننده ی هرتز خارج می شوند افزایش دهد. به این منظور دستگاه نوسان مزبور را بزرگتر ساخت و آن را به صورت هدایت کننده ی امواج و به حال قائم در آورد: این دستگاه همان آنتن فرستنده بود. بعد از آنکه توانست امواج حادث را به وسیله ی کوهروری که با براده ی فلز ساخته شده بود کشف کند، موفق گردید که به کمک این امواج دستگاه گیرنده ای از نوع تلگراف مورس را به کار اندازد و به مدد الفبای مورس توانست پیغامی شامل دو کلمه را منتقل سازد: آن دو کلمه چنین بود «هینریش هرتز» و اینها اولین کلماتی است که در جهان به وسیله ی تلگراف بی سیم انتقال یافته است!
این پیشقدم خارق العاده از اهل روسیه بود و الکساندر پوپوف Alexandre Popov (1895-1905) نام داشت.
حقیقت آن است که با این ابداع تلگراف بی سیم تمام و کمال اختراع شده بود. از این پس کاری نداشتند جز اینکه میدان عمل آن را وسعت دهند... و آن را به مرحله ی تجارتی برسانند.
و این بود کاری است که به دست گوگلیلمو مارکونی Guglielme Marconi (1874-1937) انجام گرفت این جوان بیست و دو ساله در سال 1896 از مشاهده ی اکتشافاتی که پی در پی یکدیگر در این زمینه ایجاد می شد به شور و نشاط در آمده بود و کوشش کرد که خود او نیز امواجی صادر کند و در عین حال امواجی الکتریکی را دریافت نماید.
در انجام این کار نصایح و راهنماییهای فیزیک دان ایتالیایی ریگی Righi راهنمای او بود؛ به این منظور ابتدا اسباب و وسایل لازم را برای انجام کار آماده ساخت و آنگاه به کمک قرقره ی رومکورف و دستگاه نوسان دهنده ی هرتز فرستنده ای به وجود آورد؛ برای تهیه ی دستگاه گیرنده یک کوهرور برانلی اختیار کرد و در آنتن پوپوف تغییراتی داد که برای گرفتن امواج به کار رود و بالاخره دستگاه گیرنده ی تلگراف مورس را بر آن افزود و توانست در ماه مه همان سال پیغامی به چند صد متر فاصله ارسال دارد.
آنگاه صحنه ی عمل به انگلستان منتقل گردید، زیرا مارکونی از حمایت مقامات رسمی دستگاه پست انگلستان برخوردار شد.
بعد از آنکه اختراع خود را در روز دوم ژوئن 1896 به ثبت رسانید، در ماه ژویه ی همین سال ابتدا به نمایشی رسمی اقدام کرد و امواج بی سیم را از رودخانه ی تایمز عبور داد. تجربه ی بعد در محیط خارج شهر انجام شد و میدان عمل امواج به چهار کیلومتر رسید. در ماه مه 1897 امواج مزبور توانستند مسافت چهارده کیلومتر را بپیمایند.
دستگاه پست انگلستان که در این مقام نهایت هوش و فراست را در پیش بینی آینده نشان داد، نتیجه ی اخیر را به قدر کافی رضایت بخش تشخیص داد به طوری که بتوانند شروع به بهره برداری تجارتی کنند. با کمک مالی دستگاه مزبور مارکونی توانست «کمپانی تلگراف بی سیم و علامات» Wireless Telegraph and Signal Company را تأسیس کند. اولین پیام به وسیله ی تلگراف بی سیم در روز سوم ژوئن 1898 به وسیله ی لورد کلون Kelvin از جزیره ی وایت Wight به شهر بورنموث Bournmuoth فرستاده شد و فرستنده ی نامی با اصرار تمام، همچون یکی از مشتریان عادی، قیمت مخابرات خود را پرداخت.
دو سال بعد از این تاریخ در ماه آوریل 1900 مارکونی ترقی مهمی را به ثبت رسانید. وی با استفاده از یکی از اکتشافات سرآلیور لاج Oliver Lodge (1851-1940) درصدد برآمد که آنتن هایی به کار برد که مشخصات آنها کاملاً محاسبه شده باشند به طوری که بتوان طول موج دستگاه فرستنده را با طول موج دستگاه گیرنده تطابق داد. گذشته از آن در دستگاه نوسان دهنده ی هرتز نیز اصلاحاتی به عمل آورد و به این منظور یکی از دو الکترود را در مقابل دیگری به دوران در آورد. اما به زودی مجبور شدند که از این روش دست بردارند: زیرا به کمک این طریقه امواج مستهلک به دست می آمد و حال آنکه مهندس دانمارکی والد مارپولسن Valdemar Poulsen (1869-1942) پیشنهاد می کرد که از امواج مرتبی که به وسیله ی کمال الکتریکی خاصی ایجاد می شد استفاده کنند این نکته نیز حقیقت دارد که در عین حال می توانستند طبق نظر فیزیک دان کانادایی رژینالد فسندن Reginald Fessenden (1866-1950) از مولد جریان متناوب صنعتی استفاده کنند.
در دستگاه فرستنده، از مدتها قبل، لوله ی حامل براده های فلز را کنار گذارده و وسایل حساستری برای دریافت امواج به کار برده بودند. فسندن در کانادا، لی دو فورست Lee de Forest (متولد 1873) در امریکا و گوستاوفریه Gustave Ferrie (1868-1932) در فرانسه، هر سه در سال 1900 موج گیرهای «الکترولیتیک» Electrolytique، را اختراع کرده بودند. خود مارکونی در سال 1902 موج گیری مغناطیسی به کار برد و از سال 1906 موج گیری که با گالن Galene یعنی سولفور طبیعی سرب درست می شد رواج یافت و مخترع آن دو نفر امریکایی به نام پیکار Pickard و دنوودی Dunwoody بوده اند. گذشته از این سالها بود که دستگاه گیرنده ی مورس را حذف کرده بودند و تلگراف چی ها خود را عادت می دادند که صوت را مستقیماً دریافت دارند.
لیکن از سال 1906 دیگر تلگراف بی سیم از دوران قهرمانی خویش خارج شده بود زیرا در روز 12 دسامبر 1901 مارکونی توانسته بود امواج بی سیم را از اقیانوس اطلس عبور دهد و حتی دو سال قبل از آن برای اولین بار این تلگراف را برای نجات کشتی هایی که در اقیانوس در خطر غرق شدن بودند به کار بردند.
لیکن در حالی که مردم جهان از چنین امکانات بی مانندی غرق در نشاط و شعف بودند معجزات حیرت انگیزتری در خفا جوانه می زد. در سال 1904 آمبروزفلمینگ Ambrose Fleming (1849-1945) انگلیسی چراغهای دو الکترودی را اختراع کرد که متکی بر اثری بودند که در فیزیک به «اثر ریچاردسون» Richardson موسوم است. در سال 1906 فسندن این لامپ ها را مورد استفاده قرار داد و توانست از یک سوی اقیانوس اطلس به سوی دیگر به وسیله ی تلفن بی سیم صحبت کند؛ بالاخره در سال 1907 لی دوفورست الکترود سومی بر چراغ فلمینگ اضافه کرد و افزایش این الکترود سومی فن ارتباط از مسابقات بعید را به کلی به صورت دیگری در آورد.
سال 1907 چندان از دوران ما دور نیست! فقط کمی بیش از نیم قرن از آن زمان گذشته است... در این هنگام بیش از چهل سال از زمانی که دینامو، یعنی مولد تمام این ترقیات حیرت انگیز، اختراع شده بود نمی گذشت. از کارگران بزرگی که از اولین ساعات پیشوای این ترقیات گردیدند، فقط گرام و گولار وفات یافته بودند. هیپولیت فونتن در این هنگام هفتاد و پنج سال داشت و دپرز هفتاد و چهار سال. لیکن ادیسون در این اوقات، در نهایت حدت و شدت، اختراعات شگرف به وجود می آورد و تسلا در غایت قوت زندگانی بود و بیش از یک ثلث دیگر در جهان زیست...

پی نوشت ها :

1- نمود مزبور این است که هر میدان مغناطیسی صفحه ی قطبی شدن نور را به دوران در می آورد و این موضوع ثابت می کند که مابین نور و میدان مغناطیسی روابط قوم و خویشی برقرار است.

منبع: روسو، پی یر، تاریخ صنایع و اختراعات، حسن صفاری، تهران: امیر کبیر، چاپ هشتم، 1390.