Свет всегда был прав
Многие полагают, что связь со скоростью света – нечто принципиально новое, хотя даже мобильным телефонам, в которых данные передаются с помощью радиоволн, уже больше 40 лет. Но на самом деле связь между людьми со световой скоростью – явление очень древнее. Вспомните доисторические способы связи с помощью сигнальных дымов или использовавшиеся во флоте семафорные флажки. А яркие костры, разведенные на вершинах холмов, чтобы сигнализировать о вторжении противника? А подмигивающие маяки или светящиеся семафоры на железной дороге? Так информация передается визуально, со световой скоростью, пусть и не всегда на значительное расстояние.
По иронии судьбы, развитие электричества сделало связь медленнее, а не быстрее, по крайней мере вначале. Отправить сообщение по проводам занимает больше времени, чем по воздуху в виде луча света. Ничего быстрее скорости света в природе не существует. Однако сначала именно электричество произвело революцию в связи. Люди даже попытались проложить подводный кабель между Великобританией и Северной Америкой. Но, когда линия была завершена, для передачи подписанного королевой Викторией первого трансатлантического сообщения понадобилось 16 с половиной часов вместо 12 дней. Позже такие сообщения передавались за считаные минуты. Звучит впечатляюще, если только вы не вспомните, что лучу света для перелета из Лондона в Нью-Йорк нужны всего две сотые доли секунды.
После того как в XIX веке Майкл Фарадей и Томас Эдисон изобрели способы эффективной генерации электричества, телеграф стал популярным и практичным способом передачи информации. Но и у него были недостатки. Да, теперь вместо света для передачи сообщений стало использоваться электричество. Телеграф соединил разные страны, но отправка сообщений по нему требовала много времени – не в последнюю очередь потому, что слова приходилось переводить в специальные символы, азбуку Морзе. Сообщения передавались медленно, чтобы не возникало путаницы с точками и тире, которые их отображали. Телефон частично улучшил ситуацию, но звонить на дальние расстояния по-прежнему было сложно. Каждый разговор должен был проходить через оператора, который постоянно переключал (коммутировал) провода на специальной панели.
Один из пионеров телефонии Александр Белл интуитивно понимал, что его знаменитое изобретение неудобно для связи на большие расстояния. Звуковые сигналы, преобразованные в электрические, шли по проводам, и связь была возможна только между соединенными между собой в определенных географических точках абонентами. В 1880 году, через четыре года после получения патента на телефон, Белл набросал схему прототипа «фотофона», который должен был посылать звук и изображение не по электропроводам, а по воздуху в форме световых волн. Это был первый шаг к мобильной телефонии. Если бы Беллу удалось развить свою идею, чопорные викторианцы в вагонах своих поездов могли бы развлекать друг друга болтовней по прототипам мобильников, как современные люди.
Викторианский мобильный телефон
Вспоминаете телефон, и сразу на ум приходит фамилия Белла? Уроженец Шотландии Александр Белл считается изобретателем одного из самых распространенных устройств в мире. Но много лет не умолкают споры о том, кто на самом деле был первым. Американец Элиша Грей запатентовал подобное устройство в тот же день, но на четыре года раньше, в 1876 году, еще один изобретатель – итальянец Антонио Меуччи – начал работать над примитивным вариантом мобильного телефона в 1849 году, за 30 лет до Белла. У Белла больше прав претендовать на славу создателя современного телефона, от которого мы сильно зависим, – мобильного (сотового), который посылает и получает сигналы с помощью не сотен и тысяч километров проводов, а невидимых радиоволн.
Понимая недостатки «привязанного к земле» телефона, Белл и его помощник Чарльз Тэйтнер через четыре года вышли с идеей фотофона. Основной принцип действия был прост: голос говорящего направлялся в большой раструб, который заставлял вибрировать связанную с ним дифракционную решетку. Луч света, пропускаемый через нее, мерцал в соответствии с колебаниями человеческого голоса и направлялся на приемное устройство другого аппарата, которое производило с лучом обратную операцию, преобразуя его в звуковые волны. В ходе экспериментов Белл и Тэйтнер успешно использовали луч света для передачи звуков на расстояние более 200 м.
Белл считал фотофон своим лучшим изобретением, даже лучшим, чем обычный телефон. Но этому изобретению не суждено было получить широкую славу. На Земле, где много солнечного света и других электромагнитных волн, специальные лучи трудно было бы направлять на дальнее расстояние без ущерба или потери сигнала, который они несли. Однако гений Белла предвосхитил не только мобильные телефоны (которые действуют по тому же принципу, но используют радиоволны), но и оптоволоконные кабели. В последних распространяются лазерные лучи инфракрасного диапазона, переносящие огромный объем цифровых сигналов, отображающих звуковую и машинную информацию, через стеклянные (кварцевые) или пластиковые пучки «волокон» толщиной не больше человеческого волоса, обеспечивая минимальные искажения сигнала и высокую скорость передачи.
