海因里希·鲁道夫·赫兹。一位科学家的传记

赫兹·海因里希·鲁道夫。科学家的传记

伟大科学家的传记

海因里希·鲁道夫·赫兹 （1857 1894）。

在科学史上，每天必须接触的发现并不多。但是没有海因里希·赫兹的所作所为，已经无法想象现代生活，因为广播和电视是我们生活中必不可少的一部分，他在这方面有了发现。

海因里希·鲁道夫·赫兹 (Heinrich Rudolf Hertz) 于 22 年 1857 月 XNUMX 日出生在一个后来成为参议员的律师家庭中。这个男孩体弱多病，但他成功地克服了他生命中异常艰难的最初几年，令父母高兴的是，他恢复了健康，变得健康快乐。

每个人都相信他会追随父亲的脚步。的确，海因里希进入了汉堡真正的学校，并准备学习法律。然而，在他们开始在学校学习物理后，他的兴趣发生了巨大变化。幸运的是，父母没有干涉男孩的职业，允许他去上体育馆，毕业后他获得了进入大学的权利。

获得预科证书后，赫兹于 1875 年前往德累斯顿并进入高等技术学校。起初他喜欢那里，但渐渐地，年轻人意识到工程师的职业不适合他。 1 年 1877 月 XNUMX 日，他给父母写了一封信，信中写道：“我过去常常对自己说，做一个平庸的工程师比做一个平庸的科学家更可取。现在我认为席勒是对的当他说：不会成功。

因此，他离开学校去了慕尼黑，在那里他立即被录取进入大学二年级。在慕尼黑度过的岁月表明，大学知识是不够的。对于独立的科学研究，有必要找到一位同意成为他的导师的科学家。这就是为什么赫兹大学毕业后去了柏林，在那里他在当时最大的德国物理学家赫尔曼·亥姆霍兹的实验室里找到了一份助理的工作。

亥姆霍兹很快注意到了一个才华横溢的年轻人，他们之间建立了良好的关系，后来变成了亲密的友谊，同时也变成了科学合作。在亥姆霍兹的指导下，赫兹通过论文答辩，成为该领域公认的专家。

亥姆霍兹在他的讣告中回忆了赫兹科学生涯的开始，当时他向他提出了一个电动力学领域学生工作的主题，“确保赫兹会对这个问题产生兴趣并成功解决它。” 因此，亥姆霍兹将赫兹介绍到他随后必须做出基本发现并使自己永垂不朽的领域。在描述当时（1879 年夏天）的电动力学状态时，亥姆霍兹写道：“……电动力学领域在那个时候变成了一片没有道路的沙漠。基于非常可疑理论的观察和结果的事实——所有这些都相互交织在一起。 " 正是在这一年，赫兹作为一名科学家诞生了。

这位有抱负的科学家完全被一篇博士论文的工作所吸引，这是大学毕业生的必修课，他想尽快完成。 5年1880月XNUMX日，海因里希·赫兹以柏林大学历史上罕见的科学博士学位，甚至连基尔霍夫和亥姆霍兹这样严格的教授都以荣誉加冕。他的论文“论旋转球中的感应”是理论性的，他继续在大学物理研究所从事理论研究。

但海因里希赫兹开始怀疑，因为他认为他发表的理论著作对他作为科学家来说是偶然的。他对实验越来越感兴趣。

在老师的推荐下，赫兹于 1883 年在基尔担任助理教授，六年后成为卡尔斯鲁厄理工学院的物理学教授。在这里，赫兹拥有自己的实验实验室，这为他提供了创作的自由，让他有机会做他感兴趣和认可的事情。赫兹意识到世界上他最感兴趣的是电，即他在学生时代研究过的快速电振荡。在卡尔斯鲁厄，他的科学活动最富有成果的时期开始了，不幸的是，这一时期并没有持续多久。

在 1884 年的一篇论文中，赫兹表明麦克斯韦电动力学比传统电动力学具有优势，但认为它是唯一可能的尚未得到证实。然而，随后赫兹选择了亥姆霍兹的折衷理论。亥姆霍兹从麦克斯韦和法拉第那里借用了对介质在电磁过程中作用的认识，但与麦克斯韦不同的是，他认为开路电流的作用应该不同于闭路电流的作用。

1876 年，N. N. Schiller 在亥姆霍兹实验室研究了这个问题。席勒没有发现闭合电流和开路电流之间的区别，因为它本应根据麦克斯韦的理论！但是，显然，亥姆霍兹对此并不满意，并建议赫兹再次开始测试麦克斯韦的理论。

赫兹的计算表明，即使在最有利的条件下，预期的效果也会太小，他“拒绝发展这个问题”。然而，从那时起，他并没有停止思考解决这个问题的可能方法，他的注意力“在与电振动有关的一切方面变得更加敏锐”。

在赫兹的研究开始时，已经在理论和实验上研究了电振荡。赫兹在卡尔斯鲁厄高等技术学校工作时对这个主题非常关注，他在物理办公室发现了一对用于讲座演示的感应线圈。 “令我震惊，”他写道，“为了在一个绕组中获得火花，没有必要通过另一个绕组对大电池放电，而且，小莱顿罐甚至小型感应设备的放电就足以做到这一点，如果只有放电刺穿火花隙”。对这些线圈进行实验后，赫兹萌生了第一次体验的想法。

赫兹在 1887 年发表的一篇文章“关于非常快的电振荡”中描述了实验装置和实验本身。赫兹在这里描述了一种产生振荡的方法，“比费德森观察到的快大约一百倍”。 “这些振荡的周期，”赫兹写道，“当然，只有在理论的帮助下才能确定，以百万分之一秒为单位。因此，就持续时间而言，它们占据了声音振动之间的中间位置重的物体和以太的轻微振动。” 但赫兹在这项工作中并没有谈论任何长度约为三米的电磁波。他所做的只是通过研究发电机的振荡电路对接收器的振荡电路的感应作用来构造电振荡的发生器和接收器，它们之间的最大距离为三米。

在 On the Actions of the Current 中，赫兹继续研究更远距离的现象，在一个 14 米长和 12 米宽的礼堂工作。他发现，如果接收器到振动器的距离小于一米，那么电力分布的性质类似于偶极子场，并且随着距离的立方成反比减小。然而，在超过 XNUMX 米的距离处，场的衰减要慢得多，而且在不同的方向上也不相同。在振动器的轴方向上，作用比在垂直于轴的方向上下降得快得多，在 XNUMX 米的距离上几乎看不到，而在垂直方向上，它达到的距离大于 XNUMX 米。

这一结果与长程理论的所有规律相矛盾。赫兹继续研究他的振动器的波区，后来他从理论上计算了该领域。在随后的许多著作中，赫兹无可辩驳地证明了以有限速度传播的电磁波的存在。 “我对快速电振荡的实验结果，”赫兹在 1888 年的第八篇文章中写道，“向我展示了麦克斯韦理论优于所有其他电动力学理论。”

赫兹用力线图描绘了这个波区不同时刻的场。赫兹的这些图纸被包含在所有电学教科书中。赫兹的计算形成了天线辐射理论和经典原子分子辐射理论的基础。

因此，在他的研究过程中，赫兹最终无条件地转向麦克斯韦的观点，给他的方程一个方便的形式，用电磁辐射理论补充麦克斯韦的理论。赫兹通过实验获得了麦克斯韦理论所预测的电磁波，并表明了它们与光波的同一性。

1889 年，在第 62 届德国博物学家和医师大会上，赫兹宣读了一份报告“关于光和电的关系”。在这里，他用以下的话总结了他的实验：“所有这些实验在原理上都非常简单，但是，它们带来了最重要的后果。它们摧毁了任何认为电力会立即跃迁的理论。它们意味着一场辉煌的胜利麦克斯韦的理论……她对光的本质的看法在早些时候似乎不太可能，现在很难不分享这种看法。

1890年，赫兹发表了两篇文章：《论静止物体的电动力学基本方程》和《论运动物体的电动力学基本方程》。这些文章包含对“电力射线”传播的研究，本质上是对麦克斯韦电场理论的规范阐述，后来成为教育文献的一部分。

赫兹的实验引起了巨大的共鸣。特别注意在“关于电力的射线”一书中描述的实验。 “这些用凹面镜做的实验，”赫兹在他的《电力传播研究》一书的“导言”中写道，“很快就引起了人们的注意，它们经常被重复和证实。它们得到了积极的评价，远远超过了我的预期。”期望。”

在赫兹实验的无数次重复中，俄罗斯物理学家列别捷夫的实验占据了一个特殊的位置，该实验发表于 1895 年，即赫兹去世后的第一年。

在他生命的最后几年，赫兹搬到了波恩，在那里他还领导了当地大学的物理系。在那里，他有了另一个重大发现。 9 年 1887 月 XNUMX 日，赫兹在他的著作《关于紫外线对放电的影响》中描述了他发现的一个重要现象，后来被称为光电效应。

这一非凡的发现是由于赫兹检测振荡方法的缺陷：接收器中激发的火花非常微弱，赫兹决定将接收器放在黑暗的盒子中以方便观察。然而，事实证明，这种情况下的最大火花长度比开路时要短得多。赫兹接连拆掉外壳的墙壁，发现面对发电机火花的墙壁有干扰作用。仔细研究这一现象，赫兹确定了促进接收器火花放电的原因——发电机火花的紫外线辉光。因此，正如赫兹本人所写，纯属偶然，发现了一个与研究目的没有直接关系的重要事实。这一事实立即引起了许多研究人员的注意，其中包括莫斯科大学教授 A. G. Stoletov，他特别小心地研究了这种他称之为光电效应的新效应。

赫兹没有时间详细研究这一现象，因为他于 1 年 1894 月 XNUMX 日突然死于恶性肿瘤。直到他生命的最后几天，这位科学家一直在写《力学原理，以一种新的联系方式阐述》一书。在其中，他试图理解自己的发现并勾勒出进一步研究电现象的方法。

在这位科学家英年早逝后，这项工作完成并准备由赫尔曼·亥姆霍兹出版。在本书的序言中，他称赫兹是他的学生中最有才华的，并预测他的发现将决定未来几十年的科学发展。

亥姆霍兹的话被证明是预言性的，并在科学家去世几年后开始成为现实。而在 XNUMX 世纪，几乎所有现代物理学领域都源于赫兹的工作。

作者：萨明 D.K.

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