Харальд Синезубый ᛡ+ᛒ (Harald Bluetooth)

Эта заметка — не краткое описание, а наоборот, — длинное дополнение к заседанию 13 апреля.

Как работает Bluetooth?
Егор (старший)

Ещё в глубокой древности было известно, что янтарь (на древнегреческом ἤλεκτρον — электрон), потёртый о шерсть, притягивает лёгкие предметы. Сегодня слова с корнем электро- встречаются на каждом шагу.

1729: Дюфе и Франклин

В 1729 году Шарль Дюфе экспериментально выяснил, что существует два рода электрических зарядов. Один образуется при трении стекла о шёлк, а другой — смолы о шерсть. Поэтому Дюфе назвал заряды «стеклянным» и «смоляным». Он выяснил, что электрические заряды одного типа отталкиваются, а разного типа — притягиваются. Бенджамин Франклин (тот самый, что изображен на 100-долларовой купюре) предложил называть эти два рода электрических зарядов положительным и отрицательным. Он же выяснил электрическую природу молнии и изобрел молниеотвод.

1785: Кулон

Французский физик Кулон изучал электричество и магнетизм, придумал и изготовил уникальный прибор для измерения электрических сил (крутильные весы) и в 1785 году сделал три доклада о результатах своих измерений. Сила притяжения или отталкивания зависит от величины зарядов: чем больше заряды, тем больше сила, то есть она пропорциональна произведению зарядов. Например, если один заряд увеличить в 2 раза, а другой в 3 раза, то при том же расстоянии сила увеличится в 2 х 3 = 6 раз. Кроме того, сила зависит от расстояния между зарядами: чем больше расстояние, тем меньше сила. Сила спадает с расстоянием квадратично, то есть если увеличить расстояние в 2 раза, то сила ослабеет в 2 х 2 = 4 раза, а если увеличить расстояние в 3 раза, то сила ослабеет в 3 х 3 = 9 раз.

1813: Гаусс

Величайший математик всех времён, «король математиков», Карл Фридрих Гаусс доказал теорему, которая позволила лучше понять многие явления, в том числе связь электричества и магнетизма. Эта же теорема верна и для гравитации. Он ввёл понятие потенциала электрического поля, а в 1845 г. пришёл к мысли о конечной скорости распространения электромагнитных взаимодействий.

1820: Эрстед

Ханс Кристиан Эрстед открыл воздействие электрического тока на магнитную стрелку. Он помещал над магнитной стрелкой прямолинейный металлический проводник, направленный параллельно стрелке. При пропускании через проводник электрического тока стрелка поворачивалась почти перпендикулярно проводнику. При изменении направления тока стрелка разворачивалась на 180°. Аналогичный разворот наблюдался, если провод переносился на другую сторону, располагаясь не над, а под стрелкой.

1820: Закон Био  — Савара  — Лапласа

Закон экспериментально установили Био и Савар, а Лаплас дал точную математическую формулировку этого закона: постоянный электрический ток создает постоянное магнитное поле.

1820-1829: Ампер

Французкий ученый Ампер создал первую теорию, которая связывала электрические и магнитные явления, ввёл в физику понятие электрического тока и предположил, что магнетизм вызван электрическими токами «на молекулярном уровне». Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются. 

1843: Фарадей

Английский ученый Майкл Фарадей с высокой точностью экспериментально проверил закон сохранения электрического заряда: невозможно создать или уничтожить отдельный электрический заряд, можно лишь “раздвинуть” разноимённые заряды подальше друг от друга или наоборот, соединить их и получить в сумме нулевой заряд. Он также открыл электромагнитную индукцию — возникновение электрического тока при изменении магнитного поля. На этом эффекте работают сейчас все электрогенераторы и электродвигатели, а также множество других устройств (примеры: микрофоны и динамики в концертных залах, наушниках и телефонах, индукционная плита или печь на кухне, электромагниты, трансформаторы напряжения и тока, большинство электростанций и многое другое).

1864: Максвелл

Шотландец Джеймс Клерк Максвелл попытался соединить в единую математическую модель все известные на тот момент законы электричества и магнетизма. Он записал законы Кулона, Ампера, Эрстеда, Фарадея и теорему Гаусса на едином математическом языке (который сам же и разработал). В куче формул обнаружилось противоречие: эти законы не могут быть верны одновременно!
Формулы любят, когда их рассматривают. Максвелл рассматривал свои формулы, пытаясь найти в них ошибку, но вместо этого заметил, что если добавить в одну из них еще одно слагаемое, то противоречие исчезает. При этом у системы уравнений возникает фантастическое решение: электрическое и магнитное поля могут, поддерживая друг друга, подобно волнам на воде, распространяться по Вселенной без участия электрических зарядов, которые их породили. Максвелл сделал расчет скорости распространения таких волн и получил практически точное совпадение со скоростью света. Но ему почти никто не поверил, так как никто никогда не регистрировал электромагнитных волн. Максвелл не дожил до экспериментального открытия этих волн, которое сделал Герц.

1886-1888: Герц

В 1886—1888 годах немецкий физик Герц провёл свои знаменитые опыты, доказавшие реальность электромагнитных волн. Для обнаружения электромагнитных волн Герц придумал простейший приёмник (резонатор) — незамкнутое проволочное кольцо (или прямоугольная рамка) с латунными шариками на концах и регулируемым искровым промежутком. Герц обнаружил, что если в передатчике происходит разряд, то в разрядном промежутке приёмника, удалённого от передатчика даже на 3 м, тоже проскакивает искра. Таким образом, искра в приёмнике возникала без всякого непосредственного контакта с передатчиком. Проведя опыты при различных взаимных положениях передатчика и приёмника, Герц подтвердил существование электромагнитных волн, распространяющихся с конечной скоростью. После исследования отражения, преломления и поляризации и измерения скорости электромагнитных волн он доказал их полную аналогию со световыми. Всё это было изложено в работе «О лучах электрической силы», вышедшей в декабре 1888 года. Этот год считается годом открытия электромагнитных волн и экспериментального подтверждения теории Максвелла.

Радио, телевидение, GSM, GPRS, Wi-Fi и Bluetooth используют радиоволны (электромагнитные волны) для передачи сигналов.

А причем здесь Харальд Синезубый?

Слово Bluetooth — адаптация на английский язык датского слова «Blåtand» («Синезубый»). Так когда-то прозвали короля викингов Харальда I, жившего в Дании около тысячи лет назад. Прозвище этот король получил за тёмный передний зуб. Харальд I правил в X веке Данией и частью Норвегии и объединил враждовавшие датские племена в единое королевство. Подразумевается, что Bluetooth делает то же самое с протоколами связи, объединяя их в один универсальный стандарт. Хотя «blå» в современных скандинавских языках означает «синий», во времена викингов оно также могло означать «чёрного цвета». Таким образом, исторически правильно было бы перевести датское Harald Blåtand скорее как Harald Blacktooth, чем как Harald Bluetooth. (То есть Харальд был не Синезубым, а скорее Чернозубым! Не было тогда зубной пасты и стоматологов…)

Принцип действия технологии Bluetooth основан на использовании радиоволн. Тех самых “фантастических, невозможных” электромагнитных волн, которые были открыты трудами великих исследователей природы в результате более чем 100 лет изучения электричества и магнетизма.

Спасибо Егору (старшему) за вопрос, и до следующих встреч!