赫茲傳

大家好，我是小棗君。

在此前的《通信名人傳記系列》中，我給大家介紹過法拉第、麥克斯韋、馬可尼、波波夫、特斯拉等多位大牛。他們要么是電磁理論的奠基人，要么是電磁應用的發(fā)明家。

但是，有一個人，我一直沒來得及介紹。他就是電磁理論和電磁應用之間最重要的銜接者，第一個證實電磁波真實存在的人，德國著名物理學家，海因里希·魯?shù)婪?middot;赫茲（Heinrich Rudolf Hertz）。

赫茲

赫茲在物理史上擁有舉足輕重的地位。如果沒有他，麥克斯韋的電磁理論和方程式只能繼續(xù)吃灰，而馬可尼等人的無線電發(fā)明，連影子都不會有。

正因為有了赫茲和他的發(fā)現(xiàn)，麥克斯韋才能沉冤得雪，電磁理論也能重見天日。我們呢，則最終迎來了精彩紛呈的移動通信時代。

那么，赫茲究竟是一個什么樣的人？他是如何證實電磁波存在的？今天這篇文章，小棗君給大家講講赫茲的傳奇故事。

天才少年的成長之路

1857 年 2 月 22 日，赫茲出生在德國漢堡一個猶太家庭。

他的家境非常不錯，父親叫古斯塔夫·費迪南德·赫茲，是德國漢堡市的一名大律師（后來成為參議員）。母親叫安娜·伊麗莎白·菲弗克恩，是一位醫(yī)生的女兒。赫茲是家里最大的孩子，他還有 3 個弟弟和 1 個妹妹。

赫茲一家（右二站立者是赫茲）

6 歲時，赫茲被父母安排進入了漢堡當?shù)氐乃搅W校進行學習。這所學校的校長弗里德里希·威查德·蘭格，是一個著名的教育家。他的教育理念是以孩子為中心，進行個性化培養(yǎng)。赫茲在這所學校里表現(xiàn)出色，排名第一。

少年赫茲，小帥哥一枚

15 歲的時候，赫茲離開了私立學校，在家自學。因為他想考大學，而威查德·蘭格的私立學校并沒有希臘語和拉丁語的課程（這是大學入學必須具備的能力）。

為了更好地學習語言，他們家請了一個很厲害的家教——德國著名語言專家雷德斯洛教授。結果，沒過多久，雷教授跑去告訴赫茲的老爹，說赫茲實在是個語言學天才，“我從來沒見過像赫茲這么有天分的孩子”。

17 歲的時候，赫茲來到約翰尼姆學校，復習準備大學考試。結果，當他一年后考試通過時，這家伙又改變了主意。他搬到法蘭克福，跟著一個建筑師當學徒，想進軍建筑行業(yè)。

沒過多久，赫茲就放棄了自己的建筑師夢想，跑回德累斯頓學習工程學。

幾個月后，赫茲應征入伍，服役一年。這期間，赫茲陷入了人生的迷茫階段。他在給自己老媽寫信時，提到：

“日復一日，我覺得自己就是個廢柴。”

（……day by day I grow more aware of how useless I remain in this world.  ）

青年赫茲（頭發(fā)還在）

值得慶幸的是，赫茲的頹廢狀態(tài)并沒有持續(xù)多久。1877 年 10 月，退役的赫茲搬到慕尼黑，開始繼續(xù)學習工程學課程。

同年，赫茲考入慕尼黑大學，選修高等數(shù)學、力學、實驗物理和實驗化學課程。一年后，表現(xiàn)優(yōu)異的他又進入柏林大學。

師從名師，嶄露頭角

來到柏林之后，赫茲終于遇到了自己人生中最重要的兩位導師，德國著名科學家古斯塔夫·基爾霍夫（Gustav Kirchhoff）和赫爾曼·馮·赫爾姆霍茨（Hermann von Helmholtz）。

基爾霍夫專攻輻射、光譜學和電路理論的研究。赫爾姆霍茲則致力于電動力學和熱力學領域的理論研究 。

赫爾姆霍茨很快發(fā)現(xiàn)赫茲是一個物理學的天才，于是對其非常器重，進行重點培養(yǎng)。

當時，赫爾姆霍茨在學院里設立了一個有獎競答。誰能回答出他的問題，就能拿到獎品。

他的問題很短，但是很難：

“電是帶著慣性運動的嗎？”

（這個問題也可以理解為：“電是有質量（動能）的嗎？”）

赫茲對這個問題非常著迷。于是，他到處搜集資料進行學習，試圖找到答案。

1879 年 8 月，22 歲的赫茲通過一系列實驗，得到了自己的結論：如果電流有任何質量，這個值一定小到難以置信。

當時的人們，并不知道電子的存在。直到 18 年后的 1897 年，英國物理學家約瑟夫·約翰·湯姆生在研究陰極射線時，才發(fā)現(xiàn)了電子。電子的質量確實是極小的，只有9.10956×10-31kg。以赫茲那個時代的技術能力，肯定是測不出來滴。

不管怎么說，赫茲的回答得到了赫爾姆霍茨的認可，他也贏得了老師的獎品——一塊金牌。

后來，赫爾姆霍茨又提了一個問題。這次赫茲不干了，拒絕參與。他認為，花三年的時間，又去研究一個可能沒有結果的問題，實在是浪費生命。

1880 年 1 月，赫茲完成了關于旋轉導體電磁感應的論文，并從大學畢業(yè)。

畢業(yè)后，赫茲在柏林物理研究所擔任了三年赫爾姆霍茨教授的助理。在此期間，赫茲發(fā)表了 15 篇關于各種領域的論文，其中涉及氣象學、力學、電學、電磁感應和陰極射線等多個學科。

漸漸地，赫茲開始在科學界建立起自己的影響力。

漸漸地，發(fā)際線也保不住了

1883 年，26 歲的赫茲來到基爾大學，擔任理論物理講師。

1885 年 3 月，赫茲轉到德國西南部邊境的卡爾斯魯爾大學（Karlsruhe），擔任物理系教授。

同年 7 月 31 日，赫茲娶了自己同事——幾何講師馬克斯·多爾的女兒，伊麗莎白·多爾（Elizabeth Doll）。當時，他們相識還不到四個月。后來，他們生了兩個女兒，分別叫約翰娜和瑪?shù)贍柕隆?/p>

走向巔峰，發(fā)現(xiàn)電磁波

接下來，就是赫茲的高光時刻了。

赫茲跟隨赫爾姆霍茲研究物理學的時候，就曾經(jīng)研究麥克斯韋的電磁理論。當時，德國物理界普遍相信韋伯的電力與磁力可瞬時傳送的理論。因此，赫茲決定，以實驗來驗證韋伯和麥克斯韋的理論，到底誰是對的。

依照麥克斯韋理論，電擾動能輻射電磁波。于是，赫茲先設計了一個電磁波發(fā)生器。

他建造了一個由銅旋鈕構成的振蕩器。每個旋鈕都連接到一個高壓感應線圈上，并通過一個小間隙與另一個旋鈕分離，火花可以在這個間隙上移動。當感應線圈的電流突然中斷時，其感應高電壓使電火花隙之間產(chǎn)生火花。瞬間后，電荷便經(jīng)由電火花隙在鋅板間振蕩，頻率高達數(shù)百萬。如果麥克斯韋的理論是正確的，此時就會產(chǎn)生電磁波。

赫茲的實驗裝置

為了監(jiān)測電磁波，赫茲又設計了一個接收器。他將一小段導線彎成圓形，線的兩端點間留有小電火花隙。如果有電磁波，此小線圈上就會產(chǎn)生感應電壓，從而使電火花隙產(chǎn)生火花。

因為火花極其微小，所以，他必須坐在暗室中進行實驗。果然，在實驗中，赫茲親眼看到了微弱火花的產(chǎn)生！

1887 年 11 月 5 日，赫茲發(fā)表了名為《論在絕緣體中電過程引起的感應現(xiàn)象》的論文，總結了自己的重要發(fā)現(xiàn)。這一論文直接轟動了整個物理學界。麥克斯韋的電磁理論，翻身逆襲，被奉為經(jīng)典。此時，距離麥神去世，已經(jīng)過去了整整 9 年。

麥克斯韋

后來，赫茲繼續(xù)通過實驗，確認了電磁波是橫波，具有與光類似的特性，如反射、折射、衍射等。赫茲還實驗了兩列電磁波的干涉，同時證實了在直線傳播時，電磁波的傳播速度與光速相同，從而證明了光就是一種電磁波。

在此基礎上，赫茲還進一步完善了麥克斯韋方程組，使它更加優(yōu)美、對稱，得出了麥克斯韋方程組的現(xiàn)代形式。

赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時代的意義。當時，因為是赫茲驗證了電磁波的存在，所以電磁波直接被稱為“赫茲波”，直到多年以后，才改叫“電磁波”。

我們現(xiàn)在都知道，赫茲的發(fā)現(xiàn)具有廣泛的實際用途，打開了新世界的大門。但是，當時的赫茲，并沒有意識到這一點。他說：

“我認為我所發(fā)現(xiàn)的無線電波，不會有任何實際應用。”

除了發(fā)現(xiàn)電磁波之外，赫茲還在光電效應領域做出了貢獻。

他注意到帶電金屬物體當被紫外光照射時，會很快失去它的電荷，發(fā)現(xiàn)了光電效應。

當時，他無法解釋這一現(xiàn)象。若干年后， 愛因斯坦成功解釋了這一現(xiàn)象（紫外光光子有足夠的能量與金屬中的電子相互作用，使電子有足夠的能量逃離金屬），并以此獲得了諾貝爾獎。

1889 年，赫茲來到波恩大學擔任教授。在這里，赫茲與他的助手菲利普·勒納德（Philipp Lenard）一起研究陰極射線和氣體放電。沒想到，后來的 1905 年，勒納德憑借自己在陰極射線方面的研究，拿到了諾貝爾物理學獎。。。

勒納德

英年早逝，令人嘆息

1888年至 1890 年，赫茲獲得了國內外的廣泛榮譽。他分別獲得意大利科學協(xié)會、巴黎科學院、維也納帝國科學院頒發(fā)的各種獎章獎金，德國政府還授予了他“王冠勛章”。

然而，也就是這一期間，赫茲開始遭遇嚴重的健康問題。

在搬到波恩之前，赫茲就開始牙痛，接受了牙科治療。1889 年，他把所有的牙齒都拔掉了，試圖治愈這一頑疾。然而，到 1892 年初，問題又回來了，這次是他的喉嚨和鼻子。劇烈的疼痛導致赫茲無法繼續(xù)工作，只能四處尋找治療方法。

1893 年春天，赫茲嘗試恢復工作，并做了幾次手術。不幸的是，疾病讓他患上了抑郁癥。12 月 3 日，他寄出了自己最后著作（《機械原理》）的手稿。12 月 7 日，赫茲做了生前最后一次演講。

不久后，1894 年 1 月 1 日，赫茲因血液中毒，在波恩去世（死因至今存在爭議），年僅 37 歲。

赫茲死后，他的妻子并未改嫁，而是繼續(xù)撫養(yǎng)兩個女兒長大。1930 年代，希特勒和納粹黨掌權，開始迫害猶太人。他妻子帶著女兒逃往英國劍橋。

值得一提的是，赫茲的家族后來也算是人才輩出。他的女兒瑪?shù)贍柕拢蔀榱艘幻纳飳W家和心理學家。他的侄子古斯塔夫·路德維希·赫茲（Gustav Ludwig Hertz），作為量子力學的先驅，獲得了 1925 年的諾貝爾獎。古斯塔夫的兒子，卡爾·赫爾穆特·赫茲，則是核磁共振波譜學的先驅，發(fā)明了醫(yī)學超聲。

古斯塔夫·路德維希·赫茲

1930 年，國際電工委員會為了紀念赫茲，將他的名字定為頻率測量單位。1960 年，國際度量衡大會官方正式確認了這一單位。

1945 年二戰(zhàn)結束后，赫茲恢復了自己在德國的名譽，重新獲得德國民眾的尊重。德國漢堡的無線電塔，也被命名為赫茲塔。

最后，我們用赫茲的悼詞來結束今天的文章：

“他是個高尚的人，有著難得的好運，能找到許多崇拜者，但沒有人恨他，也沒有人羨慕他；那些與他有過私人接觸的人，都被他的謙遜所打動，被他的和藹可親所著迷。他是真正的朋友，是尊敬的老師；對他的家人來說，他是一位慈愛的丈夫和父親。”

感謝您，偉大的海因里希·魯?shù)婪?middot;赫茲！