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同样也是与磁场的总强度有关，从而破解了恩绍魔咒。你看，这两种迥异的磁悬浮方式，却有着异曲同工之妙，大自然热闹现象后面的门道是不是有着曲径通幽的意境呢？
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[1]. 王超，“不用电的悬浮陀螺”，《无线电》杂志2011年第11期。
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[2].据我所知，类似的陀螺驱动方式最早出现于关于磁悬浮陀螺的经典文献：Martin Simon,Lee Heflinger,S.L.Ridgway,“Spin stabilized magnetic levitation”,Am.J.Phys.65(4),P.286。
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[3].请读者朋友注意，在“动手实践”小节中我们将看到这个陀螺驱动装置的原理比上面所描述的要复杂，并且是个值得深入研究的未解之谜。
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[4].M.Berry,“The levitron:an adiabatic trap for spins”,Proc.R.Soc.Lond.A(1996)452,1207-1220.
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我们都是科学家：那些妙趣横生而寓意深远的科学实验（修订版） [:1701074933]
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我们都是科学家：那些妙趣横生而寓意深远的科学实验（修订版） 9 激光传声
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一分钟简介
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本章[1]将暂别磁的神奇世界，重返光的缤纷乐园。你将了解到如何通过搭建一个简单的电路，并利用激光充当看不见的导线，在两地之间传递声音信息。就此衍生开去，我们还将了解现代光纤通信技术的基本原理。
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闲话基本原理
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1880年2月的一天，美国首都华盛顿，天寒地冻，万里无云，是冬天里难得的一个大晴天。大街上熙熙攘攘，没有人注意到街边一栋小楼顶上一个中年男子站在一台奇怪的机器面前，手舞足蹈地说着话。两百多米以外的另一栋小楼顶上，一个年轻人同样站在一台类似的机器面前，也在兴奋地说着，他们面对着彼此指手画脚，似乎在聊天。但是这么远的距离能听到彼此吗？几天后，《纽约时报》等各大报纸都刊登了一条消息，电话的发明者Alexander Bell（亚历山大·贝尔）博士和助手Charles Tainter先生的最新发明：用阳光传递声音的机器！
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这便是世界上第一台用光传递信息的无线通信设备Photophone（光电话）。贝尔认为这是他一生中最重要的工作，他是如此中意这项发明，甚至想把自己将要诞生的女儿命名为“Photophone”（被妻子及时制止了）。然而Photophone并没有像贝尔几年前发明的电话那样广泛流行，人们总不能天一黑就不能打“光”电话了吧！这项超越时代的发明渐渐被人遗忘，它仅仅短暂地出现在二次世界大战的战场上，被用作战舰之间传递信息的工具—因为无线电通信所用的电波向四面八方传播，敌人在远处用天线就可以截获；而这种光电话的信号只沿着发射装置和接收装置之间的直线传播，无法被偷听。直到20世纪60年代激光的发明，20世纪70年代光纤的进展，贝尔Photophone的基本原理被发扬光大，形成了高流量、低成本、远距离的现代光纤通信技术。毫无疑问，当今世界的运转已经离不开那一根根埋在泥土底下和大洋深处的光纤了。贝尔泉下有知，当会为自己的高瞻远瞩而欣慰。
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图9.1 光电话的发射端（取自维基百科“Photophone”词条）
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图9.2 光电话的接收端（取自维基百科“Photophone”词条）
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图9.1和图9.2生动地再现了当年贝尔和助手Tainter进行实验的场景。在图9.1中的发射端，一束明媚的阳光（近似平行光线）通过平面镜的反射以及透镜的汇聚以后变成发散光线，落到一个话筒上，它是一个圆筒，末端装着一面很薄的镜子。对着话筒说话产生的空气振动能够让镜子微小地改变形状。随着声波的频率，它时而变成凹面镜，导致其反射的光束发散程度减少；时而变成凸面镜，导致其反射的光束发散程度增加。在接收端，一个抛物面形的反射镜用来接收发射端送来的光线。发散程度小的光束几乎完全能被反射镜接收到，而发散程度大的光束经过长距离传输后，散得比较开，只有一部分光被反射镜接收，其余部分落到了反射镜外面。接收到的光被抛物面形的反射镜汇聚到焦点上，那里放着一块晶体硒，其作用类似于现在的光敏电阻，电阻值会随着光照强度而变化。如果在它两端接上电池，这样光的强弱信号就被转化成了电流的强弱信号，从而推动扬声器发声，完成了从声到光，从光到电，从电到声的转换过程。
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在接下来的“动手实践”一节中，我们将用便宜的激光二极管代替贝尔的阳光，来重现这一有趣的发明。
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动手实践
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我们将要制作的激光传声器是这样工作的：
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激光二极管发光的强弱可以由加在它两端的电压决定，而电脑耳机插孔里输出的，是一个随声波振荡的电压信号。如果我们把这个电压信号加到激光二极管两端，激光的强弱就会随声波信号振荡了，这就是我们的发射端（电路如图9.3所示）。如果你读了本书的第4章，制作了其中的微波探测电路，那么看到图9.3应该会觉得眼熟，它也是一个由运算放大器引入负反馈构成的放大电路。因为电脑耳机插孔输出的音频电压波动幅度较小，需要通过放大才能引起激光二极管亮度的明显变化。细看图9.3的电路，我们会发现与第4章不同的是，那里的信号是连接到运放的正极输入端，而这里的信号是连接到运放的负极接入端。另外，一个可变电阻产生的可调电压连接到了运放的正极输入端。在第4章里我们提到了具有负反馈的运放的特点是正负极输入端的电压基本一致，而且电流基本不通过输入端流入运放。我们可以方便地把这两个特点记忆为“虚短”和“虚断”。所谓虚短，是指正负极输入端就好像短路一样，所以它们的电压一样；而虚断是指正负极输入端也可以看成与运放断开了，所以它们与运放之间没有电流流动。记住了这两个词，分析运放负反馈电路就变得容易了。根据“虚短”原则，如果可变电阻输入运放正极输入端的电压是U的话，那么它的负极输入端电压也是V。根据“虚断”原则，这个U在10kΩ电阻上引起的电流完全流过51kΩ的电阻，所以可以得出运放加到激光二极管两端的电压就是 (U/10kΩ)×(51kΩ+10kΩ)=6.1V。因为红色激光二极管的工作电压在2～4V，所以我们可以通过调节可变电阻来使得电路在音频信号为零的情况下输出大约3V的电压。加入了音频信号以后，运放输出电压可以在2～4V波动，以保证既不会使激光管烧毁，也不会使它完全不发光。