问题:雷达是根据蝙蝠的回声定位发明的吗?
本题选项:
A.当然是啦
B.并不是哦
正确答案:并不是哦
出题单位:答答星球
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答案解析:雷达的发明与蝙蝠的回声定位无关。蝙蝠发出的超声波属于机械波,雷达产生的是电磁波,两者有本质不同。20世纪30年代末期,雷达成为应用于军事领域的设备,而蝙蝠的回声定位能力在20世纪40年代才被研究确认。
雷达是一项重要的军事发明,得益于电磁波理论和技术的进步。德国物理学家赫兹在1888年证明了电磁波的存在,无线电报、无线电收音机、无线电广播相继问世。对于电磁波会被物体反射的现象,赫兹早就注意到了。1897年,俄国科学家波波夫提出了在海上利用无线电波探测目标的设想,但并未付诸实践。因为那是在电磁波研究的早期阶段,尚未投入应用。
进入20世纪以后,电磁波的发送与接收已经应用于航海领域。1904年,德国工程师胡尔斯迈耶制造出一种可以探测船舶的装置,它可以发射和接收电磁波;1922年,美国海军在海上航道两侧安装电磁波发射和接收装置,用以探测来往船只。当时的电磁波收发装置是分离的,这些装置被认为是早期的雷达。
说到雷达的发明,有一个不得不提的关键人物——英国物理学家沃森·瓦特。1915年,瓦特进入空军气象部门工作。考虑到飞机的飞行受到雷电天气的影响,瓦特认为,雷电会让空气分离从而发出电磁波,如果能探测到这些电磁波信号,就可以知道雷电的区域。他提出了“沃森·瓦特测向体制”,采用阴极射线管显示无线电信号,成功解决了对电磁信号进行定位和可视化的难题。在此研究过程中,瓦特还发现了微波磁控管的热效应,后人根据这个原理发明了微波炉。1933年瓦特成为英国国家物理实验所无线电研究室的主任。
由于飞机在第一次世界大战中(1914-1918年)投入军用,从20世纪30年代开始,各国开始秘密研制远距离寻找飞机的仪器。1934年,瓦特偶然注意到无线电波可以在荧光屏上显示出来。次年2月,他向英国政府提交了《采用无线电方法探测飞机》的秘密备忘录,与之相关的研究计划很快被政府批准并付诸实践,当年瓦特就研制出第一部可以探测飞机的雷达,该雷达可以发出波长为1.5厘米的微波,探测距离达到80千米。从1936年开始,瓦特协助英国架设了第一个雷达站。后来,英国建成长达200千米的雷达网(被称为CH系统),在第二次世界大战中发挥了巨大作用。瓦特因此在1941年被授予爵士头衔。不仅是英国,其他国家也在同期研制雷达,包括美国、法国、德国、意大利、日本、苏联、荷兰等。到1939年,雷达进入完全实用阶段,并在第二次世界大战中大显神威。
总的来说,雷达的发明与改进是技术不断进步的表现。由于雷达的研制后来又跟军事牵涉甚多,基本上是在保密条件下开展的,可以说是在几个不同国家同时获得发展进步的。值得一提的是,“雷达”这个名词一直到20世纪40年代中期才出现,英文Radar是Radio Detection And Ranging这几个单词的缩写。
蝙蝠回声定位和雷达的原理既有相似点,又有差异。相似点在于,二者都是利用了波被物体反射可以测定方位的原理;差异在于,蝙蝠回声定位使用的是超声波,超声波是一种声波,其本质是物体的振动在空气等介质中的传播,如果没有了介质,比如在真空环境下,声波是无法传播的,回声定位就无法实现;雷达使用的是无线电波,其本质是电磁波,与声波不同的是,电磁波既可以通过介质传播,也可以在真空中传播。此外,从频率(即每秒振动的次数)上看,超声波的频率在20000赫兹以上,医用超声波一般在1~30兆赫(1兆赫=106赫兹);雷达使用的无线电波具有从极低频到极高频的一个频谱,频率可以从3000赫兹到3000吉赫兹(1吉赫兹=109赫兹)。
通过梳理这段历史,我们可以发现,蝙蝠回声定位的发现与雷达的发明是两个独立的事件,就现有的证据而言,无法证实后者是受到前者的启发。由于斯巴兰扎尼的实验结果长期被忽视,直到20世纪40年代才被格里芬等人揭晓谜底,而彼时雷达已经在军事中获得实际应用,这就让雷达的发明受蝙蝠回声定位启发的说法难以自圆其说。我们在惊叹于造物主的鬼斧神工和人类的智慧时,在感谢大自然对人类的馈赠和启发时,更要坚持科学精神,尊重历史,尊重事实。
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