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手机、WiFi都在悄悄“对话”?揭秘身边的隐形信号海洋

来源:光明网2026-01-28 14:06

  “如果我们周围的信号会发光,那么我们现在所处的环境会变成什么样子?”中国仪器仪表学会科普专家、临沂大学副教授于永林向同学们抛出一个充满想象力的问题。“可能会变成一场灯光秀——天花板上、口袋里、手腕上,全是密密麻麻的光线和光雾,像蜘蛛网一样密集。”

  日前,由中国仪器仪表学会与泰安市科学技术协会联合主办的“智感世界·仪创未来”之“仪器科普进校园”系列首期活动举行。本场讲座由北京航空航天大学教授、中国仪器仪表学会科普委副总干事屈玉福主持,主讲嘉宾于永林以《看不见的世界,AI+无线电探秘之旅》为题,带领广大青少年走进电磁波的神秘世界。

手机、WiFi都在悄悄“对话”?揭秘身边的隐形信号海洋

  我们生活在“信号海洋”中

  “大家坐在这里,感觉周围非常安静,但实际上,空气中的无线电波非常忙碌。”于永林生动地描述着这个看不见的世界。手机与基站通信、平板电脑与路由器“聊天”、蓝牙耳机与手机“对暗号”,这些日常场景都离不开无线电波。

  他解释说,无线电波就像隐形的马车在空气中穿梭。尽管人类肉眼无法直接捕捉这些信号,但借助专业工具,我们可以让这些隐形信号变得“可见”。频谱仪、射电望远镜、软件无线电等设备,就像是一副副“科技眼镜”,帮助我们将无形的信号转化为可理解的图像和数据。

  于永林用一个形象的比喻解释电磁波的本质:“它们就像两个默契的舞伴——电场变化时带出磁场,磁场变化时又带出电场,互相推动着在空间中传播。”从无线电波到微波、红外线、可见光、紫外线,乃至X射线和伽马射线,都是电磁波大家族的一员。

  科学接力赛:从预言到现实

  电磁波的发现过程,于永林称之为“一场科学的接力赛”。他向同学们介绍了三位关键人物:麦克斯韦、赫兹和马可尼。

  “麦克斯韦是用数学预言电磁波的人,就像是靠公式看见未来。”于永林说,麦克斯韦通过数学方程统一了电和磁,并预言电磁波的存在,更推算出其传播速度与光速相同,从而得出“光也是电磁波”的结论。

  赫兹则通过实验验证了电磁波的真实存在。“如果说麦克斯韦预言空气中有一条看不见的路,赫兹就是亲手在这条路上跑了一遍,证明这条路确实存在。”为纪念赫兹的贡献,电磁波频率的单位被命名为“赫兹”。

  马可尼将电磁波从实验室带入了现实应用。他在1901年实现了横跨大西洋的无线电通信,相当于“把世界突然变小了”。于永林评价道:“科学史上最动人的就是这种接力——一个人提出想法,另一个人证明它,最后再有人把它变成应用。”

手机、WiFi都在悄悄“对话”?揭秘身边的隐形信号海洋

  从宇宙深空到太阳活动

  讲座中,于永林还带领同学们将目光投向更遥远的宇宙。“射电望远镜就像是宇宙的收音机,让我们能够‘听见’宇宙的声音。”他特别提到被称之为“宇宙大爆炸余温”的宇宙微波背景辐射。

  “这就像宇宙中最古老的照片,记载了宇宙发育初期的数据。”于永林讲述了彭齐亚斯和威尔逊意外发现宇宙微波背景辐射的故事。“两位工程师本来在调试设备,却发现总是有无法消除的噪声。他们像侦探一样排查,甚至清除了天线上的鸽子粪便,最终确认这噪声来自宇宙深处。”这项意外发现让他们获得了诺贝尔奖。

  于永林还介绍了中国的“千眼天珠”太阳射电望远镜阵列,它能够捕捉太阳活动产生的射电信号。“太阳就像一个巨大的广播电台,平时正常播出,但当太阳活动剧烈时,信号会变得急促,这其实是太阳在告诉我们‘我这边有事情发生’。”

  太阳爆发会对地球产生“三连击”:以光速传播的电磁辐射约8分钟到达地球;高能粒子流几十分钟内到达,可能冲击航天器;日冕物质抛射则需要一至数天到达,可能引发磁暴,影响通信、导航和电网。

手机、WiFi都在悄悄“对话”?揭秘身边的隐形信号海洋

  频谱资源:无形的宝贵财富

  谈及频谱资源,于永林将它比作土地资源,具有有限性、易冲突性和不可替代性。“就像一块地上不能同时建操场、医院和机场,每个频段也有其最适合的应用。”他解释说,2.4GHz频段之所以拥挤,是因为WiFi路由器、蓝牙耳机、微波炉等多种设备的信号都集中在这一频段,“就像一条十字路口堆满了车辆”。

  随着物联网时代到来,频谱管理变得更加复杂。于永林表示,人工智能技术正成为解决这一问题的关键。“AI就像无线电世界的侦探,能够快速识别信号类型、分析频谱使用情况,实现动态频谱共享。”传统方法需要几天完成的排查工作,AI只需几分钟就能完成,准确率从70%提升至95%。

  青少年如何开启探索之旅

  讲座上,于永林鼓励青少年从身边设备开始无线电探索。“一部手机、一台电脑,加上一个软件无线电设备,就能将周围的无线信号可视化。”他提出了三个进阶阶段:入门阶段作为“感知者”,用收音机寻找信号;进阶阶段作为“观察者”,通过软件无线电设备看到信号频谱;高级阶段成为“信号猎人”,尝试接收太空信号或进行无线电测向。

  “科学不是堆知识点,而是扩展人类感知边界。”于永林强调,当同学们第一次在屏幕上看到WiFi信号的瀑布图时,那种震撼会激发无穷的好奇心。“你会忍不住问:这条亮线代表什么?为什么微波炉开启时频谱会变化?这种从好奇到动手验证的过程,正是科学探究的本质。”

  于永林认为,AI与无线电结合的项目特别适合青少年科创,因其“门槛低、实践性强、成果可视化”。他还展示了一些中学生作品:有的在操场进行无线电测向,有的分析频谱数据,有的甚至接收到了国际空间站的信号。“这些作品之所以有意义,是因为它们不是‘我觉得’,而是‘我测到了’。”

  “未来不是等出来的,而是测出来的、做出来的、定义出来的。从今天开始,别只做信号的使用者,也尝试做信号世界的探索者。”于永林寄语青年学子,无线电波虽然看不见,但它们承载着信息,连接着世界,探索着宇宙。当无线遇上智能,我们正走向一个智能感知频谱、仪创赋能未来的新阶段。

  记者:肖春芳 吕鑫平(实习)

[ 责编:焦子原 ]
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