专家解释：为什么互联网连接在雨中变得不可靠？
为什么你的互联网连接变得不可靠并且你的手机在下雨时开始出现问题？原因在于电力的性质——以及恶劣天气破坏其工作的方式。
2020 年 8 月 28 日在新德里的一条路上。（快讯：Amit Mehra） 随着季风开始正式退去，印度的许多人将期待从他们在下雨时所期望的现象中解脱出来：互联网连接变得不稳定，手机网络恶化。为什么会发生这种情况？
1860 年代，苏格兰物理学家詹姆斯·麦克斯韦 (James Maxwell) 预测存在一种以约 3 亿米/秒的速度传播的新型“电磁”波。几十年后，海因里希·赫兹通过实验验证了麦克斯韦的理论，1895 年，贾加迪什·钱德拉·博斯爵士在加尔各答首次展示了在 23 米范围内使用电磁波进行无线通信，为现代通信系统奠定了基础。
要了解我们今天如何通过互联网跨大陆进行交流或发送信息——以及这种交流是如何被中断的——我们首先需要了解电力的基本性质。
专家
Varun Makhija 是玛丽华盛顿大学物理学助理教授。
通讯中的电子
自然界用来制造所有物质的三个基本积木或“乐高积木”——两种夸克和电子。为了我们的目的，我们只需要讨论电子。
所有的物质都由很多很多的电子组成。与其他乐高积木一样，电子具有一种称为质量的特性，它表明重力作用于它们的强度，因此与它们的重量直接相关。
电子的另一个特性称为电荷，表明电力作用于它们的强度有多大。电子的电荷还决定了它们施加在其他也带电荷的物体上的电力强度（例如另外两个乐高积木）。这种力，就像重力一样，作用于一定距离。因此，相隔很远的两个电子在不接触的情况下施加电力。由于电子带电，它周围的空间充满了电场。
如果你想象一个电子生活在它创造的海洋中，如果你摆动电子，你可以在这片海洋中引发波浪。这类似于在静止的池塘中扔一块石头，这会产生远离它的涟漪。当这个波经过另一个恰好在我们电子海洋中的电子时，另一个电子会上下反弹——就像海浪冲刷你时一样。
这就是我们沟通的方式。电磁波是通过摆动电子在某个位置启动，然后在某个远处冲刷电子。 “信号”一词特指电磁波。只要波长（波峰之间的距离）在特定范围内，您眼睛中的电子也可以对这些波做出响应。在这个特定的波长范围内，我们可以看到电磁波；他们很轻！长距离通信的最基本形式——闪烁强光并使用莫尔斯电码——利用电磁波从一个位置传输到另一个位置。
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光纤与雨
这些概念使我们能够理解唯一不再重要的通信方式，即互联网。这本质上是一个遍布全球的庞大计算机网络，可以相互传输电磁波，从而进行通信。
传输波有两种主要方式——通过光纤和蜂窝塔（通过卫星链接）。光纤是细长的玻璃棒，厚度小于人的头发。由于全内反射现象，光被限制在棒中。当光从密度较大的介质传播到密度较小的介质（例如，从玻璃到空气）以临界角撞击两个透明介质之间的表面时，它会被完全反射回密度较大的介质中。通过这种方式，电磁波被困在光纤内部，并沿着它的长度传播。将数十万公里的光纤拼接或连接在一起，并将它们埋在地下或海底，可以实现全球通信。用于通讯的电磁波（红外线）是由激光产生的，波长比可见光稍长，所以我们是看不见的。
印度的光纤网络由VSNL发起，目前由塔塔通信拥有和开发。所有互联网服务提供商都以某种方式连接到这个“一级”网络，并最终连接到您的家。这些辅助连接不一定是光学的，并且涉及多个电子元件。 （注意：电缆传输的是电子而不是电磁波，但这是另一天的话题！）整个光纤网络还需要电子元件来放大和打开和关闭数字通信的光。
季风降雨可能会以多种方式中断这个地下网络。渗入地下的水和山体滑坡的结合可能会损坏网络中的各种电气组件，或在光纤拼接在一起的位置造成物理损坏。
在中间位置也可能有类似的损坏或停电，在这些地方，您的本地服务提供商连接到第 1 层光网络，然后连接到您的家。光纤具有纤芯、包层和塑料保护涂层，并固定在防水保护外壳中，因此信号传输受雨水的影响最小。在连接两根纤维时去除涂层。在光纤开始或结束的位置（称为“接线盒”），光纤可能会暴露在雨水中，从而导致信号强度降低。此外，水分子可能会通过纤维中的微裂纹找到途径，最终影响纤维的寿命。
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雨中的手机
当您的手机连接到 Internet 时，电磁波会从您的设备通过空气传播到手机信号塔。你可以把它想象成一个巨大的天线。该天线中的电子上下弹跳。当他们这样做时，他们会产生自己的电磁波，然后传播到由您的服务提供商管理的中心位置。在这个位置，波以某种方式被“处理”，然后被发送到光纤网络（互联网）或另一部电话（电话、短信等）。
可能会发生各种处理。例如，手机发出的电磁波与在光纤中传播的激光发出的电磁波之间的一个重要区别是波长。从您的手机发出和接收到的无线电波大约有 1 米长。相比之下，通过光纤网络传播的红外波的长度约为百万分之一米。请注意，这些波长都不会影响您眼睛中的电子，因为它们不是可见波长（大约十亿分之一米长）。
不知何故，您手机中的信息需要从无线电“转换”为红外线。如果您使用的是摩尔斯电码，您可能会想象您的提供商检测到的无线电波会时不时地闪烁，其中包含您的信息。由您的供应商管理的激光器需要能够产生通过光纤网络传播的相同序列的闪光。
与光纤网络相比，季风期间这条通信链中断的原因是不同的。
在您的手机和手机信号塔之间传播的无线电波会使水滴中的电子摆动，从而中断通信。由于无线电波的散射，雨滴的大小和数量会降低信号强度，而大气中的水蒸气会吸收无线电波，将它们转化为热量（就像在微波炉中一样）。
此外，强季风降雨、大风和闪电会对信号塔造成损坏，从而导致它们覆盖的区域中断。请注意，这也是您发现自己在某些地区没有任何信号的原因——附近没有手机信号塔。但也许最常见的中断原因是“干扰”。当太多人同时尝试通过信号处理位置进行通信时，一些消息就会丢失。
因此，将最喜欢的模因从作者的计算机上移到你的计算机上是一项涉及传播数千公里的电磁波的工作。这是现代科学的一项非凡成就，它竟然真的有效！也许这可以在下一次暴风雨期间您的互联网中断时减轻您的挫败感！
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