S^2:那些創立通信理論的大師們

S2微沙龍2020-11-16 13:36:08


在通信理論發展的歷史長河中,無數先輩們經過不斷的努力,成就了今日的繁榮。這里介紹幾位在通信理論創立中有過重要貢獻的人。


詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell1831-1879),是一位英國物理學家,也是一位對現代電信甚至現代文明有著巨大影響的人。每一個經歷過電磁場與電磁波專業課折磨的通信從業者,痛苦的求解各種方程式的同時,也會由衷的欽佩天才的光輝照耀下所引領的這個世界。麥克斯韋是一位天才,在包括詩歌在內的很多領域都展現出極廣泛的興趣,有極度的努力,因而革命性地創造出了電磁場的完整理論。然而,他又是不幸的,作為劍橋大學的教授,這種不幸無關體面的生活,而是世間的評價。或許在藝術史上有很多生前不被認可,直到死后才發現偉大的人,這在物理界是很少見的,而這卻被麥克斯韋遇到了。或許天妒英才,也或許是理論不被認可的郁郁寡歡,年僅48歲便去世了。


麥克斯韋去世的這一年愛因斯坦出生了,某種巧合般的傳承使得麥克斯韋理論與牛頓力學無法調和的矛盾誕生了狹義相對論。如果麥克斯韋能再多活30年的話,是一定可以獲得諾貝爾獎的,因為在他去世30年后的1909年,諾貝爾物理獎授予了被稱作無線電之父的伽利爾摩·馬可尼(Guglielmo Marchese Marconi1874-1937)。馬可尼出生在意大利,比起理論學者或是物理學家來說,工程師和發明家或許是更好的形容。少年時的馬可尼幾乎沒有在正規的學校讀過書,但他經常在父親的私人圖書館中博覽群書,并且有極強的動手能力。他具備了一個優秀工程師所應具備的,強大的學習能力,足夠的好奇心和動手能力,以及理論成熟下的時代機遇。無線電的廣泛應用成就了馬可尼,可以說他是幸運的,在必然出現的道路上早出發了半步。


說到馬可尼就不得不提下尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla1856-1943),塞爾維亞裔美籍發明家。特斯拉的傳奇經歷或許能更好的詮釋與其同名的汽車品牌的追求。特斯拉的經歷可以說是一個傳奇,并在生前被低估,而又在互聯網中被神話。特斯拉是至少應該與愛迪生齊名的,比起電燈來,現在世界的整個交流電供電體系是特斯拉創立的。特斯拉極度的天才,表現出怪異的舉止,被普遍認為是瘋狂科學家的原型,而終身未娶的他卻又把全部的天賦貢獻到了人類發明進步的事業中。而網絡上流傳的特斯拉來自于未來,特斯拉制造了通古斯大爆炸等等,雖然有神話的色彩,卻也表明了他的天才。

在特斯拉與馬可尼之間,正如牛頓和萊布尼茨之間一樣,有著誰更先發明了無線電的爭論。尼古拉·特斯拉1897年在美國獲得了無線電技術的專利。然而,美國專利局于1904年將其專利權撤銷,轉而授予馬可尼發明無線電的專利。這一舉動可能是受到馬可尼在美國的經濟后盾人物,包括湯瑪斯·愛迪生,安德魯·卡耐基影響的結果。1909年,馬可尼由于“發明無線電報的貢獻”獲得諾貝爾物理學獎。1943年,在特斯拉去世后不久,美國最高法院重新認定特斯拉的專利有效。這一決定承認他的發明在馬可尼的專利之前就已完成。有些人認為這一決定明顯是出于經濟原因。這樣二戰中的美國政府就可以避免付給馬可尼公司專利使用費。


克勞德·艾爾伍德·香農(Claude Elwood Shannon1916-2001)是美國數學家、信息論的創始人。如果你不是通信專業的人,可能不大會聽過這個名字;而你若是通信專業的人,也不大可能沒有聽過這個名字。香農興趣廣泛,在漫長的歲月,他思考過許多問題。除在普林斯頓高等研究院工作過一年外,主要都在MITBell Lab度過。1938年香農在MIT獲得電氣工程碩士學位,碩士論文題目是《A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits(繼電器與開關電路的符號分析)1940年香農在MIT獲得數學博士學位,而他的博士論文卻是關于人類遺傳學的,題目是《An Algebra for Theoretical Genetics(理論遺傳學的代數學)。事實上,他有許多愛好,特別令人難以置信的是香農可以熟練地玩一套雜技。他的住宅里放滿了各種樂器,諸如有5臺鋼琴、30多種其他樂器,從短笛到各種銅管樂器應有盡有。童年時代,他熱衷于裝無線電收音機、練莫爾斯電報碼、搞密碼學等。他的平衡興趣與能力是十分有名的,一個膾炙人口的故事是他經常騎著獨輪車、手里拋著三個球來到貝爾實驗室的大廳。

香農創立的信息論中最重要的概念就是熵,而這個概念在一百年前已經在熱力學中被創建。我們并不知道麥克斯韋妖在香農創立信息論的過程中提供了多大的幫助,但麥克斯韋妖卻是一個信息可以和熱力學熵有某種轉化的例子,這會自然地引領著人們向著尋找信息與熵間的某種聯系。可以說香農找到了這個聯系,并且熱力學在其過程中扮演了重要的作用,這也是很多偉大發明共同的特點——在事物之中尋找到普世的本質的聯系。


在即將迎來母校北京郵電大學60周年校慶的日子,還依稀記得剛入學那時,北郵通信中的大師葉培大先生(1915-2011)和周炯槃先生(1921-2011)都還健在。或許是機緣巧合,葉先生和周先生的離世伴隨著一個時代的落幕,對通信產業來說,技術的窮盡與市場的飽和使得通信領域無法再給人們帶來驚喜;對學校來說,優秀的學子也從通信專業轉向更有前景的信息處理技術領域。

電信理論與技術風風雨雨的走過了百年的歲月,在未來或許需要像麥克斯韋和特斯拉一樣的天才大師們發明全新的體系,來重新煥發通信這一人類原始需求的另一個春天。


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