今天,工業和信息化部正式向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電發放5G商用牌照,2019年成為中國5G(第五代移動通信技術)元年。
興奮和期待之餘,我們想告訴大家的是:對於商用5G系統,光纖是5G成敗的關鍵!
5G所需要的高頻傳輸效率,取決於基站和末端光纖,以目前的速度,5G所需的光纖是4G的16倍。
為支撐未來5G應用的帶寬需求,僅在美國就需要投資1500億美元的光纖基礎設施。
一根頭髮絲粗細的光纖,可容納全球48億人同時在線通話
「沒有光纖傳輸,5G落地商用恐怕是空談」!
在全球都興奮地擁抱5G時代來臨時,我們必須要感謝一個人,雖然他的名字還有些陌生,但他的研究,卻是20世紀最偉大的技術成就之一!
他就是將地球帶入網際網路時代的「世界光纖之父」、2009年諾貝爾物理學獎獲得者,著名華裔科學家——高錕!
2009年,瑞典國王為高琨頒發諾貝爾物理學獎
在很多高科技專利技術被封鎖的今天,我們實在無法想像,40多年前,高琨選擇了放棄「光纖」專利,選擇讓全球人民免費享受光纖傳輸的快速和便捷!
然而,直到2009年,高琨才從瑞典國王手中接過諾貝爾物理學獎!更讓人唏噓不已的是,彼時的他,因為嚴重的老年痴呆症,早已經忘了他研究的光纖,忘記了全世界。
他唯一還記得的,只有他的妻子!
今天,當我們便捷用網際網路聊天、看直播、購物、點外賣時,應該記住和感謝他——高琨!
NO.1
書香門第走出的少年
接過了英女王頒發的證書
1933年11月4日,高錕出生在上海金山縣(現為金山區)張堰古鎮一個書香世家。他的祖父高吹萬,是晚清著名詩人、革命家,與柳亞子等人交往深厚。父親高君湘是上海著名的大律師,曾在國際法庭任職。母親家也是江蘇的名門望族,家境十分優越。
1942年,高錕(前排中)和父母弟弟在上海的合照
年幼時高錕就對科學十分感興趣,而且動手能力極強。上小學的時,他與同學在自家小樓上做實驗,居然造出了能爆炸的「泥丸炸彈」,驚得左鄰右舍驚慌失措,幸好未傷及路人。
高琨小時候家住在上海霞飛路上,和孫中山的孫女、杜月笙的兒子、榮家的孩子是同學
這一炸的結果,就是他被父親嚴厲禁止搗鼓化學。
他又對無線電產生了極大的興趣,小小年紀居然自己做出了5個真空管收音機。
後來他在自述裡寫道:「那感覺真是妙極了。在什麼也沒有的空氣裡,竟然蘊藏著音樂,簡直是魔術。」
高錕幼年時對科學和世界的這份好奇心,最終引領他走上了科學巨匠之路。
十五歲的時候,高錕隨父母遷居香港,兩年後,他以全港前十的成績,被香港大學錄取,但是因為他一心學習機電工程,而當年香港大學並沒有這個專業,高錕便放棄了入讀港大,重新考取了英國的倫敦大學,進入了嚴復、林永生曾經學習過的伍爾維奇理工學院。
倫敦大學期間的高錕和同學
1957年,完成全部學業的高錕順利畢業,進入了美國國際電話電報公司(ITT)在英國的子公司擔任工程師,從此開始了光導纖維在通訊領域運用的研究。
NO.2
一個痴人說夢的設想
開闢了一個新世界
上世紀60年代的西方世界,正是以電子技術為代表的科技飛速發展的黃金時代,但是隨著商業和軍事層面需求越來越大,不僅需要傳送更多的信息,而且還需要更快的傳輸速度。
當時的載體電子和無線電開始力不從心,於是科學家開始把目光轉向另一個信息的載體——光波。
美國物理學家梅曼發明了世界上第一臺雷射器,發出的光波比當時廣泛使用的微波頻率高一萬倍
從理論上來講,光波的頻率比起無線電波要高出上萬倍,但是一個中學生都知道,光是直線傳播,折射後會很快衰減,傳輸路徑根本無法控制。即使1959年雷射的發明使得人們擁有了高強度的光源,但是信號衰減的現象仍然沒有解決。
有人斷定,光的特性決定了它不能作為遠距離傳輸的載體,然而高錕卻不信這個邪。
經過多年的研究,高錕得到一個重要的理論發現:透明材質中的雜質才是造成光信號衰減率過大的主要原因,解決了這一問題,光的傳輸就能實現。
1966年7月,高錕發表了《介電波導管的光波傳送》論文。
在這篇劃時代的文章裡,他提出了光導纖維在通信上應用的基本原理,開創性地指出使用石英基玻璃纖維傳輸損耗可以降到很低,並具體計算出光在這種光纖中的傳輸距離可達100km 以上。
這篇文章像當年被他扔到上海街頭的「泥丸炸彈」一樣先是在學界掀起了軒然大波,緊接著就是一通「痴人說夢」的嘲笑。
因為高錕提出的這種光纖根本不存在於這個世界上。當時的技術,還不能製造出這麼高純度、不含雜質的玻璃纖維。而且超純淨玻璃纖維的研發成本過高,
市場前景難測,當時的企業都不願作太多投入。高錕乾脆自己動手,自學成為玻璃工藝專家。
在這段研究期間,高錕可以說是日思夜想、苦心竭慮,正如他自己所說:對我的研究計劃,我無時無刻不記掛於心,深信新的發現將對業界產生深遠的影響,不論醒著還是在睡夢中,種種問題仍揮之不去。
終於,在高錕不懈努力下,美國康寧公司開始了光導纖維的研發。
這家替愛迪生製造出玻璃燈泡、替賈伯斯造出iPhone屏幕的公司,在1970年製造出了第一根光纖,1977年,美國西屋電氣公司成功進行了世界上第一個光纖通信的現場實驗,讓光纖通信邁向實用,從此世界進入了網際網路時代。
世界上第一根真正意義上的光纖
因為卓越的研究才能,高錕被他所在的ITT公司任命為首席科學行政總裁,公司給高錕的任務是:做任何你認為對ITT有意義的事。
在他們設計的宣傳海報上,高錕悠閒的在樹下看書,配文是:我們給他資金和時間,讓他締造更好的未來。
在公司的無條件支持下,高錕又開發了實現光纖通訊所需的輔助性子系統,從此,文字、音樂、照片和視頻,不用一秒鐘就能傳遍全世界。
NO.3
「一事無成」的校長
把港中大帶到了世界頂級
1987年,人到中年的高錕被任命為香港中文大學第三任校長,遠離了一線的工程技術研究。
高錕(右側背對臺下)接任香港中文大學校長
回顧高錕的校長生涯,你會發現他在各個方面都做得十分出色。
他以自身在學界的影響力,為港中大招攬了大量的優秀人才。他推動實施了靈活的彈性學分制,對全部本科課程進行了重新梳理,將本科學制改為三年。他積極籌建了工程、教育、藥劑、會計等學院,創設了多個研究所,有效彌補了學校原有的學科弱項,把港中大擴充成為一所世界級研究型綜合大學。
作為光纖之父,沒有誰比他更清楚網際網路在未來的巨大影響力。
1995年,香港網際網路交換中心在港中大成立,從此這裡成為全香港網際網路訊息交流的核心。
香港網際網路交換中心位於香港中文大學的碧秋樓
在高錕獲得諾貝爾物理學獎的第二年,他將所獲得的諾貝爾金色獎章和獎狀贈給了香港中文大學,同時宣布在港中大成立「高錕獎學基金」以獎勵傑出的物理或工程學本科生,發掘並資助有志青年學子進一步深造。
高錕夫婦出席「高錕獎學基金」成立儀式
90年代初內地還比較落後的時候,高錕就擔任了清華、北大等四所大學的榮譽教授。
1996年從港中大退休後,又當選了中科院外籍院士,為國家光導纖維領域的研究培養、引進了大批的人才。
NO.4
光纖,我忘記了,
但太太,我記得!
2009年,當高錕獲得諾貝爾物理學獎的消息傳到香港,知道高錕教授健康內情的人,都不免嘆息說:「要是早幾年獲這個獎該多好!」
原來在2003年,高錕就被查出患上了阿爾茨海默病!也就是老年痴呆。這以後,由於小腦的進一步萎縮,高錕的記憶和說話能力頗受影響。
2009年12月10日,當年的諾貝爾獎頒獎典禮在斯德哥爾摩音樂廳隆重舉行。高錕被安排第一位領獎。
考慮到他的病情,瑞典國王特意為他修改了頒獎程序,他沒有讓高錕走上臺,而是走到高錕身前為他頒獎。
當記者請高琨教授談談光纖的研發和應用時,他說:光纖,我忘記了;但太太,我記得。
此時,對於高錕來說,榮譽已經沒有了任何意義。疾病讓他忘記了大半生獲得的一切,只記住了他身邊的那個人,他的妻子,黃美芸。
在上世紀六十年代,不懂物理的黃美芸,並不能完全理解光纖研究的重要意義,她的支持完全出自對丈夫的愛,
一如四十年後,面對患有老年痴呆的丈夫,黃美芸所做的那樣。
媒體曝出高錕獲得諾貝爾獎的時候,他剛剛從老人健康中心回到家,正順從地聽著黃美芸的「指揮」,換鞋、喝牛奶、吃蛋糕、穿馬甲……
病情嚴重時他的智商只有幾歲,但他的眼睛總不願意離開黃美芸,這是他唯一認得出來的人。
在家中接受美國電視臺採訪時,黃美芸溫柔地問他:「你知不知道你是光纖之父?而且獲得諾貝爾獎了?」高錕一臉茫然。
但當採訪的記者向高錕提起他的妻子黃美芸時,高錕露出了甜甜的笑容:「是,她很好的。」
有人曾說,高錕要是握著光纖技術的專利權,現在可能就是世界首富!
他放棄專利,為的是造福全世界的人民,他接過諾獎,他只記得妻子,已忘記全世界……
2018年,84歲的高錕在香港去世,但他留下的,是締造了一個時代的偉大發現。對於光纖這項技術,高琨曾經有一段經典的論述:光纖是最好的,一千年內找不到一個新的系統來代替它。我這樣講,你們不應該相信我,因為我當時也不相信專家的話。
高錕,以及其他科學巨匠們的成功經歷,都在用鐵一般的事實向我們證明了一個道理:成功,是可以複製的,前提是你必須要遵循它的規律。
稿件來源:北洋之家