世界上最小的收音機：碳奈米管

埃米爾．貝利納（Emil Berliner），1851 年 5 月 20 日至 1929 年 8 月 3 日。

如果你是一位古典音樂發燒友，那麼一定聽過德意志唱片公司的鼎鼎大名。這家公司成立於 1898 年，是世界上最早的古典音樂廠商，它的創始人正是唱盤留聲機的發明者——埃米爾．貝利納。貝利納是出色的發明家兼企業家，是當之無愧的「唱片之父」。到目前為止，世界最知名的幾大唱片商標幾乎都與他有關聯。

愛迪生是個具有商業頭腦的發明家，他很在意一項發明的商業前景，因此根本不會花精力去推廣那個音質不太好、用幾次就壞的留聲機。這和他大力推廣照明系統形成了鮮明的對比。

不過，在研究錄音和揚聲裝置的過程中，愛迪生不斷改進揚聲器的語音品質，並將很多的專利授權給了做電話的貝爾。雖然貝爾對留聲機比較感興趣，也改進過愛迪生發明的留聲機，但效果也不是十分理想。

延伸閱讀：愛迪生誕辰｜科學史上的今天：2/11

要製造出一種實用的、大家真正願意購買的留聲機，就需要搞清楚聲音中到底包含了哪些資訊，然後將它們不失真地記錄下來；同時，還需要把記錄下來的聲音資訊大量複製，賣給大眾。

早在十七世紀，伽利略就發現聲音和振動相關，這種機械振動在空氣中以波的形式傳播，傳入我們的耳朵，就是聲音。振動的頻率越高，我們聽到的聲音就越高，人們甚至可以通過調整琴弦振動的頻率，發出不同的音高。但是人們並不知道為什麼每個語音聽起來都不一樣，為什麼 a 聽起來是 a，不會是 o。到了十九世紀初，法國數學家和流體力學家傅立葉（Jean Baptiste Joseph Fourier）發明了傅立葉轉換，它可以將任何波動信號變成很多單一頻率的波動信號（正弦波）的組合。

延伸閱讀：無所不能的傅立葉轉換：傅立葉誕辰｜科學史上的今天：3/21

這其實揭示了各種複雜聲音的本質，就是各種單一頻率聲音的組合。a 的聲音和 o 的聲音裡面都包含了很多相同頻率的波動信號，但是它們的組合方式不同。a 在某個頻率上音量特別大，而在另外一些頻率音量特別小；相反的，o 在另外一些頻率上音量比較大，因此它們聽起來並不相同。

要想清晰完整記錄聲音的資訊，記錄聲音振動的儀器就需要足夠精確地把不同頻率聲音的變化都記錄下來。同樣的，要想讓揚聲器播放的聲音十分逼真，就需要它振動的頻率範圍和人發音的頻率範圍一致。愛迪生其實僅解決了第二個問題，但是沒能很好地解決第一個問題，即他不能準確地把這種頻率的聲音都記錄下來。

解決第一個問題的，是美籍德裔發明家貝利納（Emile Berliner）。一八七○年，十九歲的貝利納為了躲避普法戰爭，隨著父母全家移民到了美國。貝利納剛到美國時做的是收入最低的工作，包括洗碗和送報。但是出於對發明的興趣，他很快就在電話和留聲設備研發方面嶄露頭角。他改進了電話話筒，並因此獲得專利。這個專利被貝爾買走，隨後他也就順理成章成為貝爾電話公司的一名工程師。

一八八六年，貝利納開始研究留聲機。他把一個圓盤均勻塗上石蠟，然後用一根針在石蠟上記錄聲音的振動。由於圓盤的旋轉比圓筒要穩定許多，而且堅硬的細針在石蠟上劃過時，可以準確記錄下各種頻率聲音振動時的細節，因此從一開始，貝利納研製的留聲機的聲音品質就比愛迪生的好很多。更重要的是，圓盤很容易生產，這種留聲機記錄聲音的材料成本要比愛迪生的低得多。

愛迪生是一個在發明權方面從不讓步的人。他和貝利納打了一場曠日持久的官司，最終獲勝。然而，他的那種圓筒式留聲機雖然後來也改進了聲音品質，但實在不便於普及，很快就在市場上消失了。

在和愛迪生打官司期間，貝利納在柏林開辦了一家唱片公司，這就是著名的「德意志留聲機公司」（Deutsche Gramophone）。直到今天這家公司的黃色商標，依然被音樂發燒友視為唱片高品質的象徵。

貝利納還發明了一種大量複製唱片的方法。他在圓形鋅片上塗上石蠟，在錄音時，聲音振動控制的錄音針就會劃去鋅片上的石蠟，然後將鋅片用酸腐蝕，被劃掉石蠟的部分就會被腐蝕出聲道。這樣就得到了唱片的母盤，之後就能大量地複製唱片了，唱片的成本低到工薪階層的家庭完全能夠支付得起。

進入二十世紀，馬可尼在無線電報上的成功讓一些發明家開始嘗試使用無線電傳輸語音和音樂信號。人們將聲音的頻率和振幅載入到固定頻率的無線電波上，並隨著無線電波一同被發送到遠方。在接收端，接收機再將聲音信號從無線電波中分離出來。

一九○六年十二月，美國發明家和企業家費森登（Reginald Fessenden）開始了無線電廣播業務，播放音樂和一些音訊節目。但是由於沒有很好的接收機，這種廣播失真嚴重，而且一台接收機只能接收很低頻率的信號，因此也無法普及。

人們在進行無線電廣播時認識到，在資訊傳輸中存在一個必須解決的大問題，那就是信號的失真和被干擾。雖然在進行有線傳輸或者無線電報發送時，資訊失真的問題也普遍存在，但是大家對它的認識只局限於信號「足夠好」或者「不太好」。如果是前一種情況，大家就認為此時能夠進行通信；如果是後一種情況，大家就認為此時通信中斷了。

但是到了無線電廣播時，人們發現，儘管收到的語音能夠辨識，但是和說話人的語音聽起來完全不同。至於干擾，有線通信是不容易被干擾的，因為每個設備之間都有自己專用的線路；但是無線通訊則不同，電磁波在經過大氣時，會被自然界本身的電磁波干擾，接收到的信號中混有大量雜訊，有時雜訊甚至比信號還強，以至無法準確辨識信號。

那時還沒有關於資訊失真和雜訊的理論，我們今天常說的失真率、信噪比，都是在資訊理論出來之後才被普遍接受的概念。當時的工程師只能靠摸索來消除失真和雜訊的影響，但是效果並不理想。

這種情況在兩個發明出現之後才得到有效的改善：一是一九○七年美國科學家德福里斯特（Lee de Forest）發明了電子三極管；二是一九一七年法國發明家萊維（Lucien Lévy）提出了超外差式接收原理。之後，馬可尼及時將業務轉移到無線電廣播上來，他在英美等國迅速建立起無線電臺，並在全世界銷售收音機。

一九二○年六月，英國馬可尼公司利用廣播轉播了音樂會的盛況。同年，美國西屋電氣公司的廣播站利用廣播報導了總統選舉的情況。

留聲機和無線電廣播的出現大幅度豐富了人們的生活，大眾可以藉由它們欣賞高水準的音樂和文藝節目，同時，人們獲取資訊的方式也從閱讀報刊書籍逐漸變為聽廣播。當然，人類也從此開始記錄文字以外的資訊。

今天，我們能夠聽到邱吉爾在二戰時的精彩演說，以及馬丁．路德在半個世紀前呼籲人權平等的聲音。那些聲音所傳達給人們的資訊，不僅包括演說的內容，還有他們豐富的情感，這是在留聲機出現前人們完全無法想像的。

當然，對人類來說，更豐富的資訊是在圖片中。

——本文摘自《資訊大歷史：人類如何消除對未知的不確定》，2022 年 6 月，漫遊者文化，未經同意請勿轉載。

童年崩壞專題的最後一集，我們終於訪問到童年「沒有」崩壞的厲害人士！這位高人不僅保持了少年時期的廣播夢，還在廣播沒落的年代成功轉型成新媒體，通吃 Youtube 與 Podcast 界。給個提示，他也是泛科學的御用配音，長期出演帽斯與景陸。各位聽眾，讓我們歡迎青點教教主：歐馬克！

• 00:55 帽斯與景陸的聲音設定

• 04:18 童年種下的廣播種子

小時候的馬克因為家裡沒有電視只能聽廣播，從小就癡迷於中華職棒的廣播轉播。國中時期新聞局開放民營電台，能聽的節目變多了，他更是常常熬夜聽到隔天上學起不來。現在的馬克也感慨已經很少人家裡有收音機，應該很難體會當時的心情。

• 08:54 初生之犢不畏虎

18 歲時參加了當時滿是大學生的飛碟電台 DJ 甄選，雖然七百多人只取六位，剛成年的他還是通過了初試與複試，在電台開了新節目。從此之後就沒有離開廣播業，當完兵後更是開始主持《青春點點點》。馬克表示因為主持人業務單純，實際從事廣播業的經驗與之前想像的相差不多。

• 14:18 馬克最愛 Call-in 節目了

廣播、Youtube、Podcast，馬克還是最喜歡做現場廣播，尤其是有即時互動的 call-in 節目。他提到以前的 call-in 很難接通，當聽眾好不容易與自己喜愛的主持人通話了，反而常常腦袋空白甚至直接掛電話，就連他自己 call-in 到其他人的節目也會緊張。講到這裡順便置入馬克的 call-in 節目《哥哥妹妹有意思》，週一到週五下午兩點到四點，飛碟聯播網。

• 21:05 廣播的沒落

相較於網路媒體興起後電視的沒落，廣播沒落的幅度沒這麼大，因為廣播已經是上上一代的媒體，早就被電視取代過一次。只要習慣收聽的人還在，廣播就不會繼續衰退。不過馬克也為了因應逐漸下滑的產業趨勢另外開發了配音員的工作，只是…沒想到當他成為配音員之後配音員的產業也在萎縮…

• 26:30 泛科學與歐馬克的新媒體轉型

如同泛科學在 2020 年投入 Podcast 成立頻道，馬克早在 2017 年就因為《青春點點點》停播而轉進 Youtube。雖然當年進入 Youtube 已經算晚了，但馬克仍然秉持好好做廣播節目的初衷，沒有因為新平台調整太多內容。馬克信箱的「廣播魂」是想收集不同的人生故事，讓聽眾體會自己接觸不到的人生經驗，娛樂、陪伴、啟發、學習，成為華語世界的解憂雜貨店。

• 33:09 聲音的感官轉譯

廣播節目單純的聲音比起文字更近乎人情、也比影像有更多想像空間，馬克舉了運動賽事與美食家的例子，說明兩者都成功使用聲音轉譯其他感官資訊，帶領聽眾進入賽事、品嚐美食。

• 35:45 泛科學與歐馬克的不一樣

泛科學與歐馬克同樣身為網路媒體，但泛科學身為企業必須追求永續經營，馬克輕鬆地說，經營自媒體開心的地方就是不用煩惱商業、流量、管理，可以專注在自己想做的事。雖然 Youtube 與 Podcast 未來都有可能沒落，但是馬克還是會繼續做喜歡的內容，期待與聽眾一起成長。

• 41:52 自媒體的流量詛咒

就算是自媒體也需要追求流量，看著百靈果爆炸性的成長，歐馬克坦言自己內心也會有股必須效仿的聲音。他也分享另外一個比較好的做法是「追時事」，像是奧運、金曲獎的是可以事先準備內容的。追完時事，其他時間就佛系經營，不要為了流量失去初衷，做自媒體是為了自我成長，就算沒人看那又怎樣？他在個人頻道的節目《馬克讀書會》講述冷門書籍《國富論》，每週直播的收看人數就很少，他得時時提醒自己不管流量而是為自己而做。

延伸閱讀：歐馬克個人頻道

• 48:28 泛科學的長期合作關係

在幫泛科學配音的大量作品中，馬克偏好生活類的主題，印象深刻的像是咖啡、酒與微生物，長期下來體會過歷任影音企劃寫腳本的風格，最近還常與泛科業配同一廠商。感謝配音無極限的馬克願意與我們合作這麼久，也請馬克等待 y 編 call-in 進他節目的一天！

編按：本文摘自《關於夜空的 362 個問題》，蒐集了英國最長壽科普節目《仰望星空》的觀眾提問。所有你對太空宇宙會有的疑問，都將在本書中為你解答。本節討論的是「呼叫所有生命形式……」。

我們把訊號從地球送出去已經超過五十年了，在接收端的那一頭如果有其他文明，會不會偵測到這些訊號呢？

我們的無線電訊號洩漏到太空中已經大約六十年了，最早傳出去的無線電波已經前進了六十光年。不過，隨著訊號愈來愈遠，它們也會愈來愈分散，更加難偵測。大部分的訊號也受限在很窄的無線電波頻率範圍內，所以它們會和大部分的自然天文訊號有所區別。

當我們尋找外星文明的訊號時，目標是找到與我們相似類型的傳輸，因為那就是我們發射出去的東西，可是誰說外星文明和我們使用的技術是相同的呢？也許他們會用 X 光通訊，而且一直都在發射 X 光束到太空中。如果他們和我們的想法一樣，可能也一直在尋找從其他行星放射出的 X 光，而我們根本沒有大量放射出這種東西。

在地球無線電訊號發射的範圍內，有沒有任何星系裡出現「適居帶」裡存在行星的跡象呢？

我們假設地球已經散發出六十年的無線電波了，這當中有奇怪的、特意發出的訊號，也有來自地面的電視與收音機傳輸時無意間「洩漏」出去的訊號。最早的無線電波以光速前進，所以已經達到了六十光年之外，我們知道在這個範圍內有大約一百顆行星。其中大部分都是氣態巨行星，而且和它們的母星公轉距離都非常接近，不過還是有幾顆距離母星比較遙遠。

「適居帶」一般的定義是在恆星周邊，液態水能夠存在的區域。相對於比較大、比較亮的恆星，比較小、比較黯淡的恆星的適居帶會比較接近母星。

而液態水是否存在，則要靠行星的大氣層決定，一般來說有大氣層會稍微增加行星表面的溫度。

值得一提的一個星系是巨蟹座 55，這裡有五個行星是我們知道的。這顆恆星本身比太陽略小，以名義上適居帶會比較靠近恆星一點。在這五個已知的行星當中，有三個的公轉位置比較接近恆星，第四個比較遠一點。從適居帶的角度來看是很可惜的，因為其中一顆比較靠內的行星稱為「超級地球」，只比地球的質量大八倍多，直徑大約是兩倍。

可惜巨蟹座 55e 這個行星距離母星的公轉距離只有兩百萬公里，公轉一圈不到十八小時，所以可能會被燒成煤炭渣。不過有一個比較大的行星公轉的位置，大約像金星和太陽之間的距離。它所繞行的恆星比較冷一點，就位在接近適居帶的地點，可是這顆行星是一個氣體巨行星，質量大約在海王星與土星之間。如果它有比較大的衛星，而且大氣層夠厚，那麼也許是個可以居住的地方。可惜我們還不能偵測到外太陽系行星的衛星是否存在，所以必須等待進一步的推測。

第二個很有意思的例子是繞著 HD 85512 恆星公轉的行星，距離我們大約三十五光年。這顆恆星比太陽略冷一些，不過這顆行星公轉的位置比較近，大約比水星繞著太陽公轉位置再近一些。這顆行星的質量比地球大幾倍，所以可能是岩石型的。行星表面的溫度會依照覆蓋其上的雲量而定，不過可以大約推測一下。利用一系列的假設，比方說這裡的大氣層和我們的大氣層，組成成分不會相去太遠等，我們可以計算出這裡的表面溫度，確實適合液態水存在。不過這些只是很概略的計算，要到我們真的能研究直接來自這顆行星大氣層的光，才能夠確定。

這個領域的研究進展快得驚人，所以很有可能等你讀到這裡的時候，我們已經在鄰近的恆星的適居帶裡發現了一顆像地球的行星。在二○一一年十月播出的《仰望夜空》裡，我們邀請任職於歐洲太空總署以及倫敦大學學院的泰提妮博士，猜猜看我們再過多久會發現這種行星，而她打賭在一年之內，人類就會發現一顆像地球的行星了！

針對「如果外星生物聯絡我們，我們應不應該回應？」這個問題，有沒有任何科學上的研究呢？

關於這個問題的討論，通常圍繞著「一開始到底為什麼要聯絡？」也許外星生物想要分享它們的知識，讓大家對宇宙的了解更為透徹，這樣的話，真誠與坦白的對話，是對於雙方都有益處的。但是也有可能外星種族是在尋找征服的目標，也許是為了開採地球的資源，或者只是要把人類打包到自己的午餐盒裡。如果是這樣的話，我們可能最好不要回應，不過等到我們了解這一點時，可能也太晚了。如果這種溝通看起來是特別針對地球的，那麼可能他們已經發現了我們的存在，也可能已經在路上了！

很多人都提出意見，認為我們不應該與外星人聯絡，因為他們可能是來毀滅我們的。可是也有人會認為，如果他們成功做到了星際間的通訊，並且來到這裡，那麼他們可能不僅僅是為了毀滅與戰爭而來。不過如果他們的科技都比我們先進呢？我們眼中的他們，可能就像牛羊眼中的我們，那麼他們會不會穿著人類的毛皮，用香草和香料搭配我們的肉食用呢？

如果我們真的接到來自其他地方的通訊，那麼比較立即需要克服的問題是：

誰要代表我們發言？我們會希望像許多的科幻電影那樣，讓美國來主導對話嗎？

在國際間已經有這樣的討論，比方說聯合國就討論過在這個情況下要怎麼做，包括該怎麼回應，以及我們該說什麼。這樣的決定有時候彷彿可以當作科幻的領域而一笑置之，不過如果來自外星生物的通訊真的來了，到那時候再來想可能就真的太晚了。在此同時，一般的共識傾向我們既然無法把自己的存在隱藏起來，那麼應該不要太大肆宣揚自己，等到我們已經決定好一旦收到回應時該怎麼做，再改變做法。

利用低頻電波陣列（LOFAR）進行「尋找外星智慧計畫」（SETI）是否合理與值得？

低頻電波陣列是建造在歐洲各地的一個巨大無線電波望遠鏡，當中有一個站就在漢普夏的奇爾波頓。不過這個陣列並不是由我們所熟悉的無線電波望遠鏡所組成的，而是一個由無線電天線組成的網絡。

它們的作用類似電視與收音機的天線，會同步收集來自廣大天空中的訊號。低頻電波陣列的強大之處在於可以同時集合來自大量天線的訊號，使天文學家能詳盡地觀測任何一個特定的位置。既然結合訊號是由電腦分析所進行，所以基本上低頻電波陣列是可以同時研究各個方向的訊號的。

感覺起來，這對於尋找外星智慧計畫是非常理想的工具，不過這個望遠鏡其實還要符合很多其他目的需求。當然囉，沒有什麼能阻止人們從低頻電波陣列中取得資料，並且加以過濾，找出人造的訊號。

——本文摘自《關於夜空的 362 個問題：從天文觀測、太陽系的組成到宇宙的奧祕，了解天文學的入門書》，2019 年 4 月，貓頭鷹出版。