Створення Дж. Максвеллом теорії електромагнітного поля стало найважливішою подією в історії фізики. Однак визнання цієї теорії прийшло далеко не відразу. Ще практично протягом двадцяти років фізики обговорювали альтернативні підходи до опису електромагнітних явищ. Вирішальну роль в підтвердженні справедливості польових уявлень Фарадея - Максвелла зіграли досліди німецького фізика Г. Герца, в яких були отримані і досліджені електромагнітні хвилі, існування яких передбачив Максвелл.
Г енріх Рудольф Герц (1857-1894) народився 22 лютого в Гамбурзі, в сім'ї адвоката, який став пізніше сенатором. Навчався Герц прекрасно і був неперевершеним по кмітливості учнем. Він любив всі предмети, любив писати вірші і працювати на токарному верстаті. На жаль, все життя Герцу заважало слабке здоров'я.
У 1875 р після закінчення гімназії Герц надходить в Дрезденське, а потім Мюнхенська вищого технічного училища. Справа йшла добре до тих пір, поки вивчалися предмети загального характеру. Але як тільки почалася спеціалізація, Герц змінив своє рішення. Він не бажає бути вузьким фахівцем, він рветься до наукової роботи і надходить в Берлінський університет. Герцу пощастило: його безпосереднім наставником виявився Гельмгольц. Хоча знаменитий фізик був прихильником теорії дальнодії, але як справжній учений він беззастережно визнавав, що ідеї Фарадея - Максвелла про близкодействии і фізичному полі дають прекрасне згоду з експериментом.
Потрапивши в Берлінський університет, Герц з великим бажанням прагне до занять в фізичних лабораторіях.Но до роботи в лабораторіях допускалися лише ті студенти, які займалися рішенням конкурсних завдань. Гельмгольц запропонував Герцу завдання з області електродинаміки: чи володіє електричний струм кінетичної енергією? Гельмгольц хотів направити сили Герца в область електродинаміки, вважаючи її найбільш заплутаною.
Герц приймається за вирішення поставленого завдання, розраховане на 9 місяців. Він сам виготовляє прилади та налагоджує їх. При роботі над першою проблемою відразу ж виявилися закладені в Герці риси дослідника: завзятість, рідкісне працьовитість і мистецтво експериментатора. Завдання було вирішена за три місяці. Результат, як і очікувалося, була негативною. (Зараз нам ясно, що електричний струм, який представляє собою спрямований рух електричних зарядів (електронів, іонів), має кінетичної енергією. Для того щоб Герц міг виявити це, треба було підвищити точність його експерименту в тисячі разів.) Отриманий результат збігався з точкою зору Гельмгольца, хоча й хибною, але в здібностях молодого Герца він не помилився. "Я побачив, що мав справу з учнем зовсім незвичайного обдарування", - відзначав він познее. Робота Герца була удостоєна премії.
Повернувшись після літніх канікул 1879 р Герц домігся дозволу працювати над іншою темою: "Про індукції у обертових тілах", взятої в якості докторської дисертації. Це була теоретична робота. Він припускав завершити її за 2-3 місяці, захистити і отримати скоріше звання доктора, хоча університет ще не був закінчений. Працюючи з великим підйомом і натхненням, Герц швидко закінчив дослідження. Захист пройшла успішно, і йому присудили ступінь доктора з "відзнакою" - явище виключно рідкісне, тим більше для студента.
З 1883 по 1885 р Герц завідував кафедрою теоретичної фізики в провінційному містечку Кілі, де зовсім не було фізичної лабораторії. Герц вирішив займатися тут теоретичними питаннями. Він коригує систему рівняння електродинаміки одного з яскравих представників дальнодействия Неймана. В результаті цієї роботи Герц написав свою систему рівнянь, з якої легко виходили рівняння Максвелла. Герц розчарований, адже він намагався довести універсальність електродинамічних теорій представників дальнодействия, а не теорії Максвелла. "Даний висновок не можна вважати точним доказом максвеллівською системи як єдино можливої", - робить він для себе, по суті, заспокійливий висновок.
У 1885 р Герц приймає запрошення технічної школи в Карлсруе, де будуть проведені його знамениті досліди з розповсюдження електричної сили. Ще в 1879 р Берлінська академія наук поставила завдання: "Показати експериментально наявність якоїсь зв'язку між електродинамічними силами і діелектричної поляризацією діелектриків". Попередні підрахунки Герца показали, що очікуваний ефект буде дуже малий навіть за найсприятливіших умов. Тому, мабуть, він і відмовився від цієї роботи восени 1879 г. Однак він не переставав думати про можливі шляхи її вирішення і прийшов до висновку, що для цього потрібні високочастотні електричні коливання.
Герц ретельно вивчив всі, що було відомо до цього часу про електричні коливання і в теоретичному, і в експериментальному планах. Знайшовши у фізичному кабінеті технічної школи пару індукційних котушок і проводячи з ними лекційні демонстрації, Герц виявив, що з їх допомогою можна було отримати швидкі електричні коливання з періодом 10 в мінус восьмому ступені. В результаті експериментів Герц створив не тільки високочастотний генератор (джерело високочастотних коливань), але і резонатор - приймач цих коливань.
Генератор Герца складався з індукційної котушки і присоеденения до неї проводів, що утворюють розрядний прмежуток, резонатор - з дроти прямокутної форми і двох кульок на його кінцях, що утворюють також розрядний проміжок. В результаті проведених дослідів Герц виявив, що якщо в генераторі відбуватимуться високочастотні коливання (в його розрядному проміжку проскакує іскра), то в розрядному проміжку резонатора, віддаленому від генератора навіть на 3 м, теж будуть проскакувати маленькі іскри. Таким чином, іскра в другій ланцюга виникла без будь-якого безпосереднього контакту з першої ланцюгом. Який же механізм її передачі? Або це електрична індукція, відповідно до теорії Гельмгольца, або електромагнітна хвиля, відповідно до теорії Максвелла? У 1887 р Герц поки нічого ще не говорить про електромагнітні хвилі, хоча він уже помітив, що вплив генератора на приймач особливо сильно в разі резонансу (частота коливань генератора збігається з власною частотою резонатора).
Провівши численні досліди при різних взаємних положеннях генератора і приймача, Герц приходить до висновку про існування електромагнітних хвиль, що поширюються з кінцевою швидкістю. Чи будуть вони вести себе, як світло? І Герц проводить ретельну перевірку цього припущення. Після вивчення законів відображення і пріломленія, після встановлення поляризації та вимірювання швидкості електромагнітних хвиль він довів їх повну аналогію зі світловими. Все це було викладено в роботі "Про променях електричної сили", що вийшла в грудні 1888 г. Цей рік вважався роком відкриття електромагнітних хвиль і експериментального підтвердження теорії Максвелла. У 1889 р, виступаючи на з'їзді німецьких естествоіпитателей, Герц говорив: "Всі ці досліди дуже прості в принципі, тим не менше вони тягнуть за собою найважливіші слідства. Вони руйнують будь-яку теорію, яка вважає, що електричні сили перестрибують простір миттєво. Вони означають блискучу перемогу теорії Максвелла. Наскільки малоймовірним здавалося раніше її погляд на сутність світла, настільки важко тепер не розділити цей погляд ".
Напружена робота Герца не пройшла безкарно для його і без того слабке здоров'я. Спочатку відмовили очі, потім захворіли вуха, зуби і ніс. Незабаром почалося загальне зараження крові, від якого і помер знаменитий вже в свої 37 років учений Генріх Герц.
Герц завершив величезна праця, розпочатий Фарадеєм. Якщо Максвелл перетворив уявлення Фарадея в математичні образи, то Герц перетворив ці образи в видимі і чутні електромагнітні хвилі, що стали йому вічним пам'ятником. Ми пам'ятаємо Г.Герца, коли слухаємо радіо, дивимося телевізор, коли радіємо повідомленням ТАСС про нові запуски космічних кораблів, з якими підтримується стійкий зв'язок за допомогою радіохвиль. І не випадково першими словами, переданими російським фізиком А.С. Поповим по першої бездротового зв'язку, були: "Генріх Герц".
|
