Генрих Рудольф Герц: 165 лет со дня рождения

Генрих Рудольф Герц: 165 лет со дня рождения 1

Частоту (количество циклов в единицу времени) физики измеряют в единицах, названных по имени гамбуржца Heinrich Rudolf Hertz. Он родился 22 февраля 1857 года и прожил всего 36 лет, успев внести важный вклад в развитие электродинамики. Его основным достижением стало экспериментальное подтверждение электромагнитной теории света Джеймса Максвелла: Герц доказал существование электромагнитных волн.

Генрих Рудольф Герц родился в семье адвоката, сенатора, процветающего коммерсанта и члена городского совета, внука крупного банкира из Кельна Соломона Оппенгеймера. Причем и дед, и отец Генриха приняли лютеранство.

Генрих Рудольф Герц: 165 лет со дня рождения 2

Юноша, переживший еще в гимназическом возрасте увлечение арабским языком и санскритом, окончил Берлинский университет, где его учителями были Герман фон Гельмгольц и Густав Кирхгоф. У Герца всегда был глубокий интерес к метеорологии, вероятно, приобретённый в результате его контактов с Вильгельмом фон Бецольдом (он был профессором Герца по лабораторному курсу в Мюнхенском Политехникуме летом 1878). Герц, однако, не сделал особого вклада в данную область, за исключением некоторых ранних статей в качестве ассистента Гельмгольца в Берлине. Сюда входит исследование испарения жидкостей, разработка нового вида гигрометра, а также разработка графических средств для определения свойств влажного воздуха, подвергнутого адиабатическим изменениям.

С 28 до 32 лет Генрих Герц преподавал физику в качестве профессора Университета Карлсруэ (где он и сделал своё научное открытие о существовании электромагнитных волн), после чего перешел в Боннский университет.

«Наше запутанное желание находит выражение в запутанном вопросе о природе силы и электричества. Но ответ, который мы хотим, на самом деле не является ответом на этот вопрос. К ответу мы будем приближаться не путем выяснения новых и новых отношений и связей, но устраняя противоречия, существующие между уже известными. Когда эти болезненные противоречия будут устранены, на вопрос о природе силы не будет дан ответ; но наши умы, больше не раздраженные, перестанут задавать нелегитимные вопросы».

В 1886—1887 годах Герц впервые наблюдал и дал описание внешнего фотоэффекта. Во время своих опытов он стал свидетелем, как появлялись искры в его экспериментальном аппарате. Эти результаты стали открытием совершенно нового явления. Его назвали «фотоэффект», и позднее последователь Герца, гениальный Альберт Эйнштейн, смог теоретически обосновать данное явление. За это он получил Нобелевскую премию в 1921 году.

Герц разрабатывал теорию резонансного контура, изучал свойства катодных лучей, исследовал влияние ультрафиолетовых лучей на электрический разряд. В ряде работ по механике дал теорию удара упругих шаров и рассчитал время соударения. В книге «Принципы механики» (1894) Герц дал вывод общих теорем механики и её математического аппарата, исходя из единого принципа (принцип Герца).

«Это абсолютно бесполезно. Это только эксперимент, который доказывает, что маэстро Максвелл был прав. Мы всего-навсего имеем таинственные электромагнитные волны, которые не можем видеть глазом, но они есть». «И что же дальше?» — спросил его один из студентов. Герц пожал плечами, он был скромный человек, без претензий и амбиций: «Я предполагаю — ничего». Но даже на теоретическом уровне достижения Герца были сразу отмечены учёными как начало новой «электрической эры».

Аппаратура, которой пользовался Герц, может показаться теперь более чем простой, но тем замечательнее полученные им результаты. Источниками электромагнитного излучения у него были искры в разрядниках. Электромагнитные волны от разрядников вызывали искровые разряды между шариками в «приёмниках» — расположенных в нескольких метрах контурах, настроенных в резонанс. Герцу удалось не только обнаружить волны, в том числе и стоячие, но и исследовать скорость их распространения, отражение, преломление и даже поляризацию. Все это очень напоминало оптику, с тем только (весьма существенным!) отличием, что длины волн были почти в миллион раз больше (порядка 3 метров).

Герц подробно исследовал отражение, интерференцию, дифракцию и поляризацию электромагнитных волн, доказал, что скорость их распространения совпадает со скоростью распространения света, и что свет представляет собой разновидность электромагнитных волн. Он построил электродинамику движущихся тел, исходя из гипотезы о том, что эфир увлекается движущимися телами. Однако его теория электродинамики не подтвердилась опытами и позднее уступила место электронной теории Хендрика Лоренца. При том, что результаты, полученные Герцем, способствовали появлению беспроволочного телеграфа и легли в основу создания радио и телевидения, радиолокации и радиосвязи.

«В моей работе у меня теперь есть ощущение, что я, так сказать, на своей собственной земле и территории и почти наверняка не участвую в напряженной гонке, и что я не буду внезапно читать в литературе, что кто-то еще делал это все задолго до меня. Именно в этот момент начинается удовольствие от исследования: когда человек, так сказать, наедине с природой и больше не беспокоится о человеческих мнениях, взглядах и требованиях. Филологический аспект выпадает, и остается только философский».

Чтобы улавливать излучаемые волны, Герц придумал простейший резонатор — проволочное незамкнутое кольцо или прямоугольную незамкнутую рамку с такими же, как у «передатчика» латунными шариками на концах и регулируемым искровым промежутком. В результате проведённых опытов Герц обнаружил, что если в генераторе будут происходить высокочастотные колебания (в его разрядном промежутке проскакивает искра), то в разрядном промежутке резонатора, удалённом от генератора даже на 3 м, тоже будут проскакивать маленькие искры. Таким образом, искра во второй цепи возникала без всякого непосредственного контакта с первой цепью. Проведя многочисленные опыты при различных взаимных положениях генератора и приёмника, Герц приходит к выводу о существовании электромагнитных волн, распространяющихся с конечной скоростью. Будут ли они вести себя, как свет? Герц проводит тщательную проверку этого предположения. После изучения законов отражения и преломления, после установления поляризации и измерения скорости электромагнитных волн он доказал их полную аналогию со световыми. Всё это было изложено в работе «О лучах электрической силы», вышедшей в декабре 1888 года. Этот год считается годом открытия электромагнитных волн и экспериментального подтверждения теории Максвелла.

Благодаря своим опытам Герц пришёл к следующим двум выводам: 1) Волны Максвелла «синхронны» (справедливость теории Максвелла, что скорость распространения радиоволн равна скорости света); 2) Можно передавать энергию электрического и магнитного поля без проводов.

«Не могу избавиться от ощущения, что эти математические формулы имеют независимое существование и собственный разум, что они мудрее нас, мудрее даже их первооткрывателей»

В 1887 году по завершении опытов вышла первая статья Герца «Об очень быстрых электрических колебаниях», а в 1888 году — ещё более фундаментальная работа «Об электродинамических волнах в воздухе и их отражении».

В 1930 году Международная электротехническая комиссия в честь Герца установила новую единицу измерения — герц (Hz; Гц), применяемую как мера количества повторяющихся событий в единицу времени (её также называют «количество циклов в секунду»). Она была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году как единица частоты в системе СИ.

Читайте также: Фарадей. Электричество и электромагнетизм

Добавить комментарий