手机、WiFi都在悄悄“对话”？揭秘身边的隐形信号海洋

“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。

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。”

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。

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）