今年的系列續集電影好多啊，007系列慶祝上映50周年也出了續集，個人覺得非常好看。印象中007都會使用高科技設備來執行任務，SKYFALLl這集新任軍需官Q只給龐德兩樣裝備，一個是具有掌紋辨識功能的9釐米華特警用手槍，另一個求救用的無線電發信裝置。這集貧乏的軍需配備讓一些觀眾失望了，不過也讓我發現，「無線電」其實是非常重要的科技發明，一個情報員不能沒有無線電裝備，所以去查了一些資料。

「無線電」從理論一直發展到實用化，舉凡廣播、電視、手機，到現代人不可或缺的行動上網，都是利用無線電在做通訊的。我們無時不刻在使用無線電設備，現代生活不能上網非常不方便。來看看無線電促成的科技發展吧。

馬克士威方程組

話說英國科學家法拉第發現電磁感應，製作簡單的電動馬達，後來催生了變壓器和發電機。儘管法拉第證明了電磁場的存在，但受限於數學程度不足，無法將它們量化為數學方程式。馬克士威仔細研讀了法拉第的論文，找出法拉第潛藏在電磁研究裡的規則，花了20年提出四個方程式，也就是著名的「馬克士威方程組」，把已知的電和磁的現象，整合在簡單明瞭的理論架構裡。

電和磁都是一種力，即電磁力的一體兩面，而光成為這個力的另一種形式。馬克士威的電磁理論需要一種像「波」的東西，它們會在電磁場裡週期性震盪、自行傳播，也就是所謂的「電磁波」。當時測量電磁波傳遞的速率，居然和光速一樣。

當時的技術還無法把光當成電磁場的震盪結果，馬克士威死後八年，德國物理學家赫茲製造出一種波長較長，而且可以度量的無線電波。赫茲證明了所有快速震盪的電場，即使頻率很低(300GHz以下)也能產生電磁波(無線電波)。

無線電設備的發展

無線電波的實用化，是在赫茲製造無線電波後十年，由義大利發明家馬可尼製作了第一具無線電發報機開始的。加拿大人費生登運用高頻的「載波」，做了歷史上第一次無線電廣播。接著是真空三極管的發明，和美國阿姆斯壯的「震盪電路(震盪器)」，發展出高效能無線電收發機。這個技術造就了軍用無線電、收音機，以及廣播的發展。無線電通訊技術應用愈來愈廣，廣播、電視、雷達、無線導航等技術，都是以無線電波為媒介做傳播的。

貝爾實驗室發明電晶體取代真空三極管，促成電腦與軍用電子工業的發展。為了改良長距離通訊，也研發了半導體雷射，想應用到光頻通訊上。雷射光的頻率遠比無線電波及微波高，有極大潛力發展成超寬頻的通訊系統。高錕建立了光纖通訊系統的概念，使超寬頻的電視、電話、網際網路得以實現。再來是蜂巢式手機概念系統的建立，讓我們現在無時無刻能夠享受無線通訊的便利。

通訊的數學理論

有良好的硬體設備，也要有符合需求的軟體才能運作。無線電電報發明以後，電子通訊接著來到電話時代。為了正確處理更多、更複雜的訊息，通訊科技的發展促成資訊理論的誕生。

我想電子通訊相關科系的學生應該都知道夏農，夏農建立了資訊理論。夏農也做過基因與染色體的研究呢！他在麻省理工學院電機工程所完成碩士班論文，跑到貝爾實驗室工作一個夏天之後，再轉到數學所，試著將符號代數用在遺傳學上，博士論文計畫名為「理論遺傳學的代數學」。當時遺傳學界沒人知道這篇論文，夏農發現的遺傳法則後來又被遺傳學者發現，所以有學者感嘆，如果夏農的理論在1940年代廣為人知，遺傳學的歷史應該會大大不同。

看到這裡，覺得以前沒學到夏農的這段歷史有點可惜。現在的生命科學早就進入生物資訊學的時代，應用電腦分析生物資訊是現代研究人員必備的技能，原來遺傳問題就是數學問題，學到這段歷史真是如獲至寶。

回到夏農的故事。因為二次世界大戰的關係，夏農在貝爾實驗室擔任密碼分析師，也因此認識了另一位電子計算機理論的先驅，圖靈。夏農除了密碼的工作之外，一面和圖靈討論數學問題，一邊鑽研資訊的概念，最後寫成論文「通訊的數學理論」。他把資訊定義為「熵」(又稱夏農熵)，就是熱力學定義亂度的單位，很神奇吧！

夏農認為訊息傳遞時一定會被雜訊干擾，雜訊不受控制。想克服雜訊，傳送方使用額外符號修正錯誤就好。為了度量資訊，夏農發明了「位元(bit)」的單位。他導出頻道容量公式，能計算任一頻道的最高速限制；只要在速限內，一定能設計出修正法，克服所有雜訊。傳送方也許需要愈來愈多位元以糾正錯誤，讓傳送速度愈來愈慢，但訊息終究能送達。

由於夏農的資訊理論相當完整，現代通訊理論都以夏農的資訊理論為基礎發展而來，我們能用手機上網、看影片，能接收這麼龐大的資訊量皆拜夏農的資訊理論所賜哦。(詳情請見《資訊：一段歷史、一個理論、一股洪流》)

看了那麼多諜報片，世界和平好像都是由情報員維護的。在「007量子危機」裡，龐德只需帶一隻手機，就可以全球定位、拍照、傳資料比對身分等等，進步的手機科技反而讓人感受不到高科技的驚奇。但即使通訊科技已十分進步，情資保密對所有情報單位來說，重要性自古至今都沒有變。因為網路的發達，現在的情資主要以網際網路為傳遞媒介，所以才需要一個電腦天才來擔任007新任軍需官Q吧。如果情報單位能養一隻可愛的鴨嘴獸泰瑞(特務P)，那就太棒啦:p

最後，通訊電子不是我的本科，如有錯誤，還請諸位不吝指正！

參考資料

《T恤上的宇宙：尋找宇宙萬物的終極理論》，貓頭鷹出版社

《銀河系大定位》，遠流出版社

《電的旅程：探索人類駕馭電子的歷史過程》，天下文化出版社

《資訊：一段歷史、一個理論、一股洪流》，衛城出版

維基百科

延伸閱讀

關於資訊傳輸，光頻可提供更大的資訊量，提高傳輸速率，台灣的研究團隊開發了新的光傳輸技術，期待這些技術能實用化嘍！

 科學人雜誌 科學 easy learn : 以光取代電，大幅提高傳輸速率

 http://sa.ylib.com/MagCont.aspx?Unit=easylearn&id=2068