赫茲與電磁波的故事

柯　奇

在微波通信中，電磁波的單位是赫茲（Hz）。德國物理學(xué)家赫茲關(guān)于電磁波的實(shí)驗(yàn)，為微波技術(shù)的發(fā)展開拓了新的道路，構(gòu)成了現(xiàn)代文明的骨架。后人為了紀(jì)念他，把頻率的單位定為赫茲。讓我們從下面的故事中來了解一下這位偉大的物理學(xué)家。

赫茲于1894年逝世，年僅37歲，這無疑是物理學(xué)界的巨大損失。他從21歲考人柏林大學(xué)直到不幸去世，進(jìn)行科學(xué)研究不足15年，然而卻建立了永垂青史的功績。

赫茲以前，由法拉第發(fā)現(xiàn)、麥克斯韋完成的電磁理論，因?yàn)槲唇?jīng)一系列的科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，始終處于“預(yù)想”階段。把天才的預(yù)想變成世人公認(rèn)的真理，是赫茲的功勞。赫茲在人類歷史上首先捕捉到電磁波，使假說變成了現(xiàn)實(shí)。

要獲得電磁波，就必須建立一個(gè)輻射電磁波源，這個(gè)電磁波輻射源還應(yīng)當(dāng)有足夠的功率。名師出高徒，赫茲的恩師赫爾姆霍茨是一位理論和實(shí)驗(yàn)俱佳的卓越物理學(xué)家。在他的指導(dǎo)和幫助下，赫茲很快制成了電磁波輻射源，當(dāng)時(shí)它被稱作赫茲振蕩器。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備基本備齊以后，赫茲投入了實(shí)驗(yàn)過程。這時(shí)，他作為卡爾斯魯厄大學(xué)的年輕教授，每周需承擔(dān)20幾節(jié)課的教學(xué)任務(wù)，這使他只能從課余擠時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

這一天，赫茲正在上課?！敖裉斓恼n就講到這里，再見，同學(xué)們！”赫茲教授說完，急忙將幾頁記得密密麻麻的記錄紙準(zhǔn)備好，焦急地等待最后一個(gè)學(xué)生離開教室。到下一節(jié)課還有三個(gè)小時(shí)，這段時(shí)間應(yīng)該好好地利用，再做一次實(shí)驗(yàn)。

“卡爾，我們開始吧！”他呼喚一直等候他的技師。二人很快把教室講臺當(dāng)成實(shí)驗(yàn)臺。這里是赫茲做實(shí)驗(yàn)的唯一場所，因?yàn)榭査刽敹虼髮W(xué)給他的地方實(shí)在是太小了。

赫茲習(xí)慣性地首先檢查諧振器，將諧振器放到與高振蕩器有一定距離的地方，使諧振器的平面與振蕩器上放電器的軸相吻合。實(shí)驗(yàn)開始，赫茲和技師卡爾立刻忙碌起來，過了一個(gè)多小時(shí)，火花還是沒有迸發(fā)出來。當(dāng)把各種可能發(fā)生的情況，都進(jìn)行檢查后仍然毫無結(jié)果，他們疲憊不堪地坐在桌旁。

赫茲已經(jīng)記不得這是第幾次失敗了。從一開始實(shí)驗(yàn)，他就像與成功無緣似的，麥克斯韋預(yù)言過，電磁振蕩波一樣可以折射、反射，具有波的一切屬性。

在這個(gè)房間，他借助振蕩器和諧振器已經(jīng)證實(shí)了從電磁輻射源發(fā)出的電磁場就是電磁波?？墒?，現(xiàn)在他想證明電磁波具有像光一樣的反射性能，他打算把反射的電磁波記錄下來，然而卻一直沒有成功。

冥思苦想，新的思路終于誕生了。經(jīng)過調(diào)諧電磁輻射源的內(nèi)部要素，加大每秒鐘振蕩的次數(shù)，赫茲終于證明了電磁波具有光一樣的反射性能。在以后的工作中，赫茲悉心研究了電磁波的折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象，并且證明了它們的傳播速度等于光速，這樣，赫茲第一個(gè)證實(shí)了光從其本質(zhì)上說也是一種電磁波的問題。

1898年，赫茲在應(yīng)邀擔(dān)任波恩大學(xué)物理學(xué)教授的赴任途中，欣聞自己的著作《論電力射線》已經(jīng)出版，感到無限欣慰。

發(fā)現(xiàn)電磁波產(chǎn)生的巨大影響，連赫茲本人也沒料到。在他發(fā)現(xiàn)電磁波的第二年，有人問他，電磁波是否可以用作無線電通訊，赫茲不敢肯定。赫茲研究電磁波無意中丟下的種子，卻很快在異地開花結(jié)果了。

在發(fā)現(xiàn)電磁波不到6年，意大利的馬可尼、俄國的波波夫分別實(shí)現(xiàn)了無線電傳播，并很快投入實(shí)際使用。其他利用電磁波的技術(shù)，也像雨后春筍般相繼問世。無線電報(bào)（1894年）、無線電廣播（1906年）、無線電導(dǎo)航（1911年）、無線電話（1916年）、短波通訊（1921年）、無線電傳真（1923年）、電視（1929年）、微波通訊（1933年）、雷達(dá)（1935年），以及遙控、遙感、衛(wèi)星通訊、射電天文學(xué)……它們使整個(gè)世界面貌發(fā)生了深刻的變化。