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第一個以實驗證實電磁波存在的科學家:赫茲 (Heinrich Rudolf Hertz)

         赫茲,德國著名的物理學家,1857年2月22日出生於德國漢堡,於1894因血液中毒逝世,享年37歲。赫茲以實驗產生及接收電磁波,證明了麥克斯威爾的電磁理論。後人為了紀念赫茲的成就,便把無線電波的頻率單位—每秒振動一次,以赫茲的名字命名,以表揚他的貢獻。

         赫茲從小即是個極端聰明的小孩,並在各種領域都有傑出的表現。1875年,他高中畢業,並於翌年進入德雷斯頓(Dresden)理工學院就讀,高中畢業的這一年裡,他常常整日都待在圖書館中,並於此時學習了數學與自然科學,這段期間他也於圖書館中研讀了很多有關有線電報的文獻,為其開啟了日後的科學研究之路。隨後,歷經轉學、兵役,赫茲來到了柏林大學,並有幸在物理大師亥姆霍茲(Helmholtz)手下學習和工作,亥姆霍茲對他未來的事業和未來起了不可估量的作用。
         1879年,亥姆霍茲想要以“實驗證明絕緣體電介質極化和電磁力之間的關係”為題,設置了柏林科學院獎,這個實驗本來是亥姆霍茲指派給赫茲研究的論文主題,但赫茲當時認為太困難而沒有接受老師給他的任務。也許他無法預知,這個實驗在數年後還是在他手上完成。


             奪取1879年科學獎

在1887年,赫茲於柏林卡爾斯魯(Karlsruhe),他的物理實驗室中以實驗證明了1879柏林科學院的那個命題,並且同時證明了電磁波的存在。他的實驗裝置如下

        赫茲的裝置是一對金屬棒,點對點放置,中間隔一小縫隙用來產生放電火花,當金屬棒被給予正負電荷強到足以產生放電火花時,電流會沿著金屬棒及跨越縫隙而前後振盪,這種振盪器能產生頻率極高的電振盪,足以使接收的迴路次級線圈縫隙產生火花,完全使附近的絕緣體介質極化,赫茲就是這樣證明麥克斯威爾提出位移電流的假說,解決了柏林科學院在1879年提出的問題。

         隨後,赫茲更證明了電磁波的速度等於光波,在赫茲之前,試圖測量電磁波速度的人早已有之,但無一人成功,其中包含法拉地和亥姆霍茲等人。赫茲最後並證明電磁波和光波的同一性。在赫茲的實驗成功之時,他的學生很感動的想知道這神奇的現象是否可做任何應用,赫茲卻只是說“沒有什麼用,這只是一個實驗,驗證了麥克斯威爾是正確的,我們確實擁有這些我們裸眼看不到的電磁波,但它們的確存在 ”。很快地,赫茲的成就被世人所認同,並被視為是一個新的電子時代的開始。英國著名的數學物理家奧利夫‧亥維賽(Oliver Heaviside)於1891年這樣說“三年前,電磁波到處都不存在,很快地,它們卻無所不在”

        簡單總結赫茲的實驗重要性:他解決了電磁波的反射、折射、極化、干擾及速度的問題。他的發現很快地激發了了無線電和無線電報的發明。

        這件事情是這樣發生的,一位在義大利倫巴底(Lombardy)阿爾卑斯山脈度假的年輕人,一天,他隨手翻閱了一本電學雜誌,無意間發現了一篇有關於赫茲以實驗證明電磁波存在的報導。對他而言,赫茲的發現給了他一些想法:為何不使用赫茲火花振盪器產生的電磁波來通訊呢?這位年輕人便是後來的無線電廣播之父—馬可尼( Marconi )。赫茲往後一連串的實驗更奠定了電磁波蓬勃的發展,其中赫茲的一項重要貢獻為他重新公式化麥克斯威爾(Maxwell)複雜的場方程式成對稱而簡潔緊致的形式,使得麥克斯威爾的數學理論更廣為被接受赫茲偉大的科學實驗是成就現在無線通訊蓬勃發展的原因之一。除了頻率的單位以赫茲名字命名之外,德國現今有一所研究院也是以赫茲的名字命名—亨里希‧赫茲 研究院(Heinrich Hertz Institute)


網址:http://www.hhi.de/engl-HHI/engl-hhi.html

 

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