通信工程师给儿子写的信1:电与物质

作者: John Mills

 


亲爱的儿子:

 

 

       你对无线电话感兴趣,要求我向你解释这方面的知识。我会用我能想出来的最简洁和最方便的方法来完成这个任务。这是我能给出的最浅显的解释,不过足够让你自己制造出一台无线电话机并且一直使用它,也足够让你理解你将会听说的大型商用无线电话机的工作原理。

 

 

       我会给你写一系列的信,介绍在现今的无线电领域中非常重要的概念,以及那些如果你今后打算继续关注无线电技术的快速发展,可能必须了解的重要概念。你会发现,有一些信需要你再一次的阅读和学习。这些需要再次阅读的信中,有几封你应该将第二次阅读延后,直到你读完那些你最感兴趣的信为止。我会把这几封信标记出来,让你知道先忽略它们。

 

 

       所有这些信都会被写成就像是我在和你交谈,因为我在信中很少会画原理图。有一封信会告诉你怎样自己做实验。它将是所有的书信中最有趣的一封。你会发现许多书籍告诉你无线电接收机的工作原理和功能,但是很少有书籍(除了为研究生写的一些书籍)会告诉你怎样自己做实验。但是,不要看到这封信之后就马上开始自己做实验,你需要先非常熟悉其它书信里介绍的那些概念。

 

 

       什么是无线电接收机?铜线、锡纸、玻璃盘、云母薄板、金属和木头。无线电接收机从哪儿获得能力来工作——就是说,驱动它的“能量”来自什么地方?来自电池或者发电机。这些你已经知道了很多,但是,我们能够用铜线、金属盘、三极管、石英晶体和电池来发送和接收消息(messages)的真正原因是什么呢?

 

 

       原因在于,上面提到的所有这些物体都由微小(太微小以至于看不见)的粒子组成——我们可以称它们为带电的微粒。这样带电的微粒只有两种,而我们现在最好立刻给它们取个恰当的名称,以便节约时间。一种带电微粒叫电子(electron),而另一种叫质子(proton)。它们有什么区别?他们的大小很可能不一样,但是我们还不是很清楚他们的具体尺寸。他们的惰性(laziness)的区别非常大。一个比另一个懒惰1845倍。也就是说,前者的惯性(inertia)是后者的1845倍。让更懒惰的粒子动起来更困难,而一旦它动起来后,要让它停下或者改变方向,也同样更困难。质子有更大的惯性。电子更容易启动和停下。

 

 

       其它方面它们还有区别吗?它们的行为方式不一样。质子不喜欢和其它质子交往,而是非常喜欢电子。电子也一样,喜欢和质子在一起,而不喜欢与其它电子交往。电子总是喜欢靠近质子。两个微粒——当一个是质子而另一个是电子时——成双成对,但三个微粒总是会发生拥挤和推搡。

 

 

       对质子来说,与哪一个电子作伴没区别,只要伙伴是电子而不是质子。就我们所知的而言,所有的电子都很相似,质子也是如此。这意味着我们这个世界的所有材料或者物质都是由这两种构造块组成(译者注:作者没有提到中子),而属于每个种类的所有构造块都非常相似。当然,你一定不能将这些构造块想成砖块,因为我们不知道它们的外形。

 

 

       而且,你不能将它们想成砖块还有另一个理由,即当你用砖块建造一座房子时,每一块砖都必须紧贴着被安置在另一块砖上。而在电子之间或者质子之间或者电子和质子之间通常保持着非常大的间隔距离。由于彼此之间有着足够大的间隔空间,因此其它许多电子或者质子能够被塞进来——只要它们愿意离其它微粒这么近。

 

 

有       时候它们的确靠得很近。我可以告诉你这是怎么做到的,只要你想象有四个小男孩在玩追逐抓人游戏。假设TomDick两个人彼此都不喜欢和对方玩,总是尽可能离得远远的。现在再假设BillSam两个人只要他们有办法,也彼此不和对方玩,但是只要有可能,两个人都愿意和Tom或者Dick玩。现在再假设TomBill都看到了对方;他们一起跑向对方,开始某种游戏互动。但是同时Sam看到了Tom,因此也跑过去和Tom在一起,尽管Bill也在那里。同时,Dick看到了BillSam在一起奔跑,而由于他们俩都是他喜欢的玩伴,他也跟了过去。很快他们四个人都汇合在一起玩一个大型的游戏;尽管有些男孩彼此都不喜欢和对方玩。

 

 

       任何时候只要有一群电子和质子在一起玩,就出现了一个所谓的原子。一共有大概90种不同的给电子和质子玩的游戏,于是就有了90种不同的原子。这些游戏的区别在于在一起玩的电子和质子的数量,以及它们的排列方式不一样。如果几个原子合在一起,就能形成更大的游戏。于是就出现了分子(molecule)。这个世界上有多少种实体,就有多少种分子。只有很多分子聚在一起,才能形成肉眼看得见的东西,因为即便是最大的分子,比如淀粉分子,也因为过于小,因此即便有最好的显微镜,人们也看不见。

 

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