德國物理學家h .赫茲(1857 ~ 1894),雖然只活了37年,卻有兩大發現:壹是在實驗中證實了麥克斯韋預言的電磁波;二是光電效應的發現。
20世紀70年代,當赫茲開始他的科學活動時,人們對電磁現象的認識還處於不壹致的狀態。麥克斯韋的電磁理論剛剛被提出。由於這壹理論使用了比較先進新穎的數學工具,又由於牛頓力學的概念已經深入人心,宏觀力學現象直觀,所以並沒有被普遍接受。許多物理學家仍然局限在力學理論的框架內,試圖根據力學理論的框架建立電磁理論。麥克斯韋理論的關鍵是位移電流和電磁波。從理論上預言了電磁波的存在,並提出光是電磁波的壹種。電磁波應該有很寬的頻率範圍,光波的頻率範圍只占很小壹部分。要證明麥克斯韋理論的正確性,需要通過實驗證明其他頻率的電磁波的存在。它也以光速傳播,具有光波壹樣的反射、折射、衍射、幹涉和偏振的特性。所以1879年,柏林普魯士科學院懸賞電磁波的實驗驗證。
赫茲是亥姆霍茲的學生,亥姆霍茲非常欣賞他。師生壹生都保持著親密的友誼。亥姆霍茲當時稱之為電磁學領域?quot沒有道路的荒野”,他給自己設定了在這個領域進行全面研究的任務,試圖理清這種混亂的狀態;事實上,是亥姆霍茲擬定了柏林科學院的獎勵問題。受其影響,赫茲深入研究了電磁理論。他決心進行科學院獎勵答題的實驗。但由於其他工作的原因,這件事擱置了好幾年。
赫茲證實電磁波存在的實驗完成於1887 ~ 1888年。他使用的電磁波發生器和探測器。左邊是發電機,由兩個相距很近的小銅球通過壹根30厘米長的銅棒與壹個大銅球連接而成。兩個大銅球相當於電容器的兩個極板,中間有電容,銅棒有電感。將感應線圈的輸出連接到兩個小銅球上,為電容充電。當達到壹定電壓時,兩個小銅球之間發生火花短路,發電機就變成了壹個LC回路,電容上的電荷被火花放電,產生高頻振蕩(因為回路的電感和電容都很小)。由於電容器的形狀,電場滲透到整個空間,產生向外傳播的電磁波。右邊是探測器,由壹根銅線彎成圓形(赫茲采用的半徑為35厘米),兩端焊接兩個銅球而成。兩個球之間的距離可以調節。它也是壹個振蕩電路。兩個球之間的電容就是電路的電容,電路的固有頻率由其電感和電容決定。為了實現顯著的檢測效果,將檢測器調諧至與發生器共振。這樣,當電磁波到達時,在探測器的圓形銅線上感應出電動勢,在回路中產生受迫振蕩。由於共振,探測器中的回路產生強烈的振蕩。此時火花隙中會出現火花,因此可以測試電磁波的存在。赫茲還通過移動探測器到不同的位置,測得電磁波的波長為66 cm,是光波波長的106倍。根據波長和計算出的振蕩頻率,可以計算出波速等於光速。
後來赫茲也意識到了波的反射,驗證了反射定律。原始波和反射波的疊加產生了駐波,從而證實了幹涉。赫茲也通過瀝青棱鏡折射電磁波;通過有孔的屏蔽可以觀察到衍射;平行的線柵產生極化;圓柱形金屬屏也用來聚焦電磁波。這些實驗結果表明電磁波的性質與光波的性質相同。就這樣,赫茲用實驗證明了麥克斯韋理論的正確性,電磁理論開始被很多科學家接受。到19年底,麥克斯韋的理論已經在電磁學領域占據主導地位。
赫茲在電磁波實驗中也順便發現了光電效應。在1887中,他發現當檢測器振蕩器的兩極受到發送器振蕩器的火花光照射時,檢測器的火花會加強。進壹步的研究表明,這是由於紫外線的照射,會把帶負電的粒子從負極敲出。他將此事作為論文發表,但沒有進壹步研究。
1894年,赫茲死於牙病引起的毒血癥,死時不到37歲。為了紀念赫茲,他的名字被用作頻率單位的名稱。
赫茲不僅是壹位優秀的實驗物理學家,而且具有良好的理論素養。1884年,他將矢勢A引入電磁理論,1890年,他將麥克斯韋方程組由原來的形式(***8個方程,包括6個矢量方程)改寫成簡化的對稱形式,只包括4個矢量方程,沿用至今。他的系統簡潔而生動,這加速了麥克斯韋理論的傳播。他還寫了壹本書《力學原理(用新形式表達)》,在他身後出版。這本書不僅重述了前人的成就,還包括了壹些自己的新觀點。
雖然赫茲年輕時學的是工科,做電磁波實驗時是工科大學的教授,但他追求的是對自然基本規律的理解,並不關心電磁波的實際應用。發現電磁波後,他轉而研究麥克斯韋理論和力學基本原理。再加上他英年早逝,所以赫茲本人並沒有考慮到用電磁波傳遞信息的可能性。但是,差距已經拉開,條件已經成熟。赫茲為馬可尼和波波夫搭建了舞臺,無線電的發明是歷史的必然。許多人致力於電磁波應用的研究,在赫茲去世後的壹兩年內取得了具體的成果,無線電電子學在整個20世紀迅速發展,創造了今天的信息時代。