物理學(xué)家赫茲的成長(zhǎng)故事

　　赫茲(1857-1894),德國(guó)物理學(xué)家,生于漢堡。早在少年時(shí)代就被光學(xué)和力學(xué)實(shí)驗(yàn)所吸引。十九歲入德累斯頓工學(xué)院學(xué)工程,由于對(duì)自然科學(xué)的愛(ài)好,次年轉(zhuǎn)入柏林大學(xué),在物理學(xué)教授亥姆霍茲指導(dǎo)下學(xué)習(xí)。1885年任卡爾魯厄大學(xué)物理學(xué)教授。1889年,接替克勞修斯擔(dān)任波恩大學(xué)物理學(xué)教授,直到逝世。

　　赫茲對(duì)人類最偉大的貢獻(xiàn)是用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。

　　赫茲在柏林大學(xué)隨赫爾姆霍茲學(xué)物理時(shí),受赫爾姆霍茲之鼓勵(lì)研究麥克斯韋電磁理論,當(dāng)時(shí)德國(guó)物理界深信韋伯的電力與磁力可瞬時(shí)傳送的理論。因此赫茲就決定以實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)韋伯與麥克斯韋理論誰(shuí)的正確。依照麥克斯韋理論,電擾動(dòng)能輻射電磁波。赫茲根據(jù)電容器經(jīng)由電火花隙會(huì)產(chǎn)生振蕩原理,設(shè)計(jì)了一套電磁波發(fā)生器,赫茲將一感應(yīng)線圈的兩端接于產(chǎn)生器二銅棒上。當(dāng)感應(yīng)線圈的電流突然中斷時(shí),其感應(yīng)高電壓使電火花隙之間產(chǎn)生火花。瞬間后,電荷便經(jīng)由電火花隙在鋅板間振蕩,頻率高達(dá)數(shù)百萬(wàn)周。由麥克斯韋理論,此火花應(yīng)產(chǎn)生電磁波,于是赫茲設(shè)計(jì)了一簡(jiǎn)單的檢波器來(lái)探測(cè)此電磁波。他將一小段導(dǎo)線彎成圓形,線的兩端點(diǎn)間留有小電火花隙。因電磁波應(yīng)在此小線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓,而使電火花隙產(chǎn)生火花。所以他坐在一暗室內(nèi),檢波器距振蕩器10米遠(yuǎn),結(jié)果他發(fā)現(xiàn)檢波器的電火花隙間確有小火花產(chǎn)生。赫茲在暗室遠(yuǎn)端的墻壁上覆有可反射電波的鋅板,入射波與反射波重迭應(yīng)產(chǎn)生駐波,他也以檢波器在距振蕩器不同距離處偵測(cè)加以證實(shí)。赫茲先求出振蕩器的頻率,又以檢波器量得駐波的波長(zhǎng),二者乘積即電磁波的傳播速度。正如麥克斯韋預(yù)測(cè)的一樣。電磁波傳播的速度等于光速。1888年,赫茲的實(shí)驗(yàn)成功了,而麥克斯韋理論也因此獲得了無(wú)上的光彩。赫茲在實(shí)驗(yàn)時(shí)曾指出,電磁波可以被反射、折射和如同可見(jiàn)光、熱波一樣的被偏振。由他的振蕩器所發(fā)出的電磁波是平面偏振波,其電場(chǎng)平行于振蕩器的導(dǎo)線,而磁場(chǎng)垂直于電場(chǎng),且兩者均垂直傳播方向。1889年在一次著名的演說(shuō)中,赫茲明確的指出,光是一種電磁現(xiàn)象。第一次以電磁波傳遞訊息是1896年意大利的馬可尼開(kāi)始的。1901年,馬可尼又成功的將訊號(hào)送到大西洋彼岸的美國(guó)。20世紀(jì)無(wú)線電通訊更有了異常驚人的發(fā)展。赫茲實(shí)驗(yàn)不僅證實(shí)麥克斯韋的電磁理論,更為無(wú)線電、電視和雷達(dá)的發(fā)展找到了途徑。

　　1887年11月5日,赫茲在寄給亥姆霍茲一篇題為《論在絕緣體中電過(guò)程引起的感應(yīng)現(xiàn)象》的論文中,總結(jié)了這個(gè)重要發(fā)現(xiàn)。接著,赫茲還通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了電磁波是橫波,具有與光類似的特性,如反射、折射、衍射等,并且實(shí)驗(yàn)了兩列電磁波的干涉,同時(shí)證實(shí)了在直線傳播時(shí),電磁波的傳播速度與光速相同,從而全面驗(yàn)證了麥克斯韋的電磁理論的正確性。并且進(jìn)一步完善了麥克斯韋方程組,使它更加優(yōu)美、對(duì)稱,得出了麥克斯韋方程組的現(xiàn)代形式。此外,赫茲又做了一系列實(shí)驗(yàn)。他研究了紫外光對(duì)火花放電的影響,發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng),即在光的照射下物體會(huì)釋放出電子的現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn),后來(lái)成了愛(ài)因斯坦建立光量子理論的基礎(chǔ)。

　　1888年1月,赫茲將這些成果總結(jié)在《論動(dòng)電效應(yīng)的傳播速度》一文中。赫茲實(shí)驗(yàn)公布后,轟動(dòng)了全世界的科學(xué)界。由法拉第開(kāi)創(chuàng),麥克斯韋總結(jié)的電磁理論,至此才取得決定性的勝利。

　　1888年,成了近代科學(xué)史上的一座里程碑。赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時(shí)代的意義,它不僅證實(shí)了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的真理,更重要的是開(kāi)創(chuàng)了無(wú)線電電子技術(shù)的新紀(jì)元。

　　赫茲對(duì)人類文明作出了很大貢獻(xiàn),正當(dāng)人們對(duì)他寄以更大期望時(shí),他卻于1894年元旦因血中毒逝世,年僅36歲。為了紀(jì)念他的功績(jī),人們用他的名字來(lái)命名各種波動(dòng)頻率的單位,簡(jiǎn)稱“赫”。