用铝箔球制作无线电波探测器！

无线电波是一种电磁辐射，和可见光一样。它处在电磁频谱的低频端，这意味着能量很低，对人体基本无害。高频、高能的辐射（例如 X 射线和伽马射线）则是另一回事。这也是无线电波特别适合无线通信的原因之一：它们既能传播很远，也能穿过墙壁等障碍物。

所以，无线电至今仍然很重要。但你知不知道，用一些简单材料，在家就可以轻松做出自己的无线电发射器和接收器？下面我就来演示。这是一个很有趣的项目，也是一个探索酷物理的好机会。

什么是电磁波？

顺便说说，波到底是什么？想象一根长绳，一端系在门把手上，你站在房间另一头握着另一端。如果手上下抖动，就会在绳子上制造一个扰动，这个扰动沿绳子向前传播，这就是波。简单来说，波传递能量，却不传递物质。

如果把绳子拿走呢？那你看起来就像一个人孤独地和想象中的朋友玩手抖游戏。没有绳子，就没有波。波需要可以“波动”的东西，也就是介质。没有水就没有海浪；太空里没有空气，也就没有声波。

但是，如果抖动不是绳子，而是电荷（比如电子）上下运动呢？电荷会产生电场，所以运动的电荷会产生振荡电场，也就是电波。这里开始变得奇怪：变化的电场也会产生变化的磁场，反过来也一样，变化的磁场会产生变化的电场。这一点由麦克斯韦方程组告诉我们。

因此，电振荡和磁振荡一起传播，并且互为彼此的介质。这种组合称为电磁辐射，也被称为“光”。是的，无线电波就是光，而且光可以在真空中自我传播——事实上，就是以光速传播。

一个压电“电台”

好，我们来造一个无线电波！作为发射器，只需要一个烧烤点火器——就是那种带长管、能喷火花的点火器。按下扳机时，气体从管口喷出，并被一个小火花点燃。

看到那块压电晶体了吗？这种材料很神奇：敲击它时，它会瞬间变形，产生很高的电压。点火器扳机里有弹簧锤，会猛击晶体，高电压就形成火花。

这对烧烤很有用，但无线电需要的是电压，而不只是火花本身。晶体产生的电压会形成电场，对空气中的自由电荷施加力（空气中总会有电子和离子之类的自由电荷）。这些电荷被加速，撞击空气分子，撞出更多自由电子；新电子也被加速、继续碰撞，形成指数增长的链式反应，我们称为电子雪崩。

猜猜会发生什么？加速运动的电荷会产生变化的电场，进而产生变化的磁场，如此循环，这个扰动就以电磁波的形式向外传播。顺便说，这个过程中空气中的氮、氧原子被激发，当它们回到低能级时会发光。那就是可见的火花。

所以，我们可以做个实验。如果你有调幅（AM）收音机，把它调到没有电台的位置。然后，把点火器靠近天线并按下扳机，你会在喇叭里听到一声小咔哒。这是因为你产生了无线电波。很酷吧？这个点火器就是一个无线电发射器。现在只需要接收器。

相干检波器接收器

为了探测无线电波，我们要做一个简单电路：容器里放一堆铝箔小球，连接纽扣电池和 LED。

需要一个非金属杯（这里用玻璃烧杯），这样电流只能从铝箔小球之间通过；杯沿搭一小条铝箔，用来连接导线和小球。别忘了，LED 只能单向导电，多数 LED 有一长一短两根引脚，长脚接电池正极。

为什么用铝箔球？因为铝是导体，但揉成小球后，小球之间的接触面很小，这会限制电流通过。铝箔暴露在空气中时，表面还会形成一层氧化层，同样会增加电阻。

因此，刚把电路连好时，电流不足以点亮 LED。但别忘了，点火器会产生电磁波。当电磁波中的电场作用到两个小球之间的接触面时，它会破坏氧化层，形成更好的导通。于是，灯亮了，告诉我们：我们检测到了无线电信号。

这种接收器叫作相干检波器（coherer），是真实存在的老式器件。事实上，19 世纪 90 年代马可尼那台神奇的无线电报基本上就用它，只是他不用铝箔小球，而是用镍和银的碎屑。当无线电波打到这些金属碎屑时，碎屑会相互黏连，使电池电流通过，并触发某种声音。

无线电岁月

当然，和当时的有线电报一样，马可尼的系统只能发送文字信息，靠摩尔斯电码发射短脉冲（点）和长脉冲（划）。但它能覆盖很大距离，甚至跨越海洋。事实上，1912 年泰坦尼克号就是用这套系统向另一艘船发出 SOS，最终救下了大约 700 人。

无线电系统后来才逐渐能够发送和接收连续信号，用来传送语音和音乐。直到真空管技术发展后，无线电才真正擅长这些，并在 20 世纪 20 年代成为现代客厅中的中心设备。

不过，想到用我们的点火器这样简单的装置就能发送无线电波，仍然觉得很疯狂。如果把它接到天线，就可以增强发射功率，向相当广的区域广播。但这套系统有一个问题：它只有一个频道。如果很多人同时通信——好吧，那它就不适合手机时代了。