Научная статья на тему 'Генрих Рудольф Герц (160-летие со дня рождения)'

Генрих Рудольф Герц (160-летие со дня рождения) Текст научной статьи по специальности «История и археология»

CC BY
284
12
Поделиться
Ключевые слова
ГЕНРИХ ГЕРЦ / ГЕРМАН ГЕЛЬМГОЛЬЦ / ДЖЕЙМС МАКСВЕЛЛ / ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ / КАРЛСРУЭ / ВИБРАТОР ГЕРЦА / БЕСПРОВОДНЫЕ КОММУНИКАЦИИ

Аннотация научной статьи по истории и археологии, автор научной работы — Самохин В.П., Тихомирова Е.А.

Без того, к чему причастен Генрих Герц, современную жизнь представить невозможно, поскольку радио и телевидение являются важной частью нашего быта, а он сделал открытие именно в этой области. Природа не часто наделяет людей такими яркими способностями. Герц  поистине любимец богов», охарактеризовал его Герман Гельмгольц. «Имя Герца останется среди первых имён до тех пор, пока электрические колебания будут служить людям

Похожие темы научных работ по истории и археологии , автор научной работы — Самохин В.П., Тихомирова Е.А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Henry Rudolf Hertz (the 160th anniversary of his birth)

A brief overview of the main achievements of Heinrich Hertz, an outstanding German physicist, has been shown to prove to the whole world the existence of electromagnetic waves. Biographical information and details of Hertz's education, his work in Hermann Helmholtz's laboratory, as well as interesting facts from his life and work are given. These include the unique experimental work performed by Hertz, a professor at the Higher Technical School in Karlsruhe, using the emitter of electromagnetic waves the "Hertz Vibrator" and their own design receiver. Along with James Maxwell and Oliver Heaviside, Hertz can be considered the founder of electrodynamics: he received electromagnetic waves predicted by Maxwell's theory, showed their identity with light waves and gave a classical calculation of the electromagnetic radiation of the simplest vibrator. Hertz's discoveries formed the basis for the theory of radiation of radio waves and methods for calculating antennas, and became the basis for the birth of the era of wireless communications, radio and television

Текст научной работы на тему «Генрих Рудольф Герц (160-летие со дня рождения)»

НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ МГТУ ИМ. Н, Э. БАУМАНА

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Эл № ФС77 - 48211. ISSN 1994-0408

приложение

Генрих Рудольф Герц (160-летие со дня рождения) # 5, май 2017

DOI: 10.7463/0517.0001233 Самохин В. П.1, Тихомирова Е.А.1*

УДК 929

1МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

*

elizarti@bmstu.ru

Без того, к чему причастен Генрих Герц, современную жизнь представить невозможно, поскольку радио и телевидение являются важной частью нашего быта, а он сделал открытие именно в этой области.

«Природа не часто наделяет людей такими яркими способностями. Герц ^ - поистине любимец богов», - охарактеризовал его Герман Гельмгольц.

«Имя Герца останется среди первых имён до тех пор, пока электрические колебания будут служить людям», -Макс Планк.

Детство и юность. Генрих Герц (нем. Heinrich Rudolf Hertz) родился 22 февраля 1857 года в семье преуспевающих представителей гамбургского общества. Его отец - Густав Фердинанд Герц

(первоначально Давид Густав Герц; 1827 - 1914) происходил из перешедшей в христианство еврейской семьи, был адвокатом, с 1877 года судьёй и с 1887 по 1904 год - возглавлял управление юстиции в городском Сенате. Мать Генриха ^ Анна Элизабет, урождённая Пфефферкорн (нем. Pfefferkorn; 1835 - 1910), была дочерью врача.

С детских лет Генрих, не отличавшийся крепким здоровьем, проявлял редкую одаренность и удивительную разносторонность интересов. В шестилетнем возрасте он поступил в частную школу Ричарда Ланге (нем. R. Lange). По свидетельству школьных учителей, он «блистал в учении, как звезда первой величины. Никто не мог превзойти его в быстроте и остроте восприятия». Он одинаково успешно осваивал математику, физику и гуманитарные науки. Обладая даром к иностранным языкам, он овладел английским, французским и итальянским языками, понимал греческий и брал уроки на арабском языке. [1]

У Генриха были младшие братья Густав Теодор будущий отец Густава Людвига Герца, лауреата Нобелевской премии по физике (1925), Рудольф Отто и сестра Мелани. По воскресеньям Герц посещал школу искусств и ремесел, где изучал чертежное, слесарное и столярное дело; увлекался работой на токарном станке. Когда он стал известным ученым, его старый учитель по токарному делу сказал с огорчением: «Жаль! Из него вышел бы прекрасный токарь».

Генрих поступил в Гамбургское реальное училище и собирался изучать юриспруденцию.

Однако после того, как в училище начались занятия по физике, его интересы круто изменились. К счастью, родители не мешали мальчику искать

свое призвание и разрешили ему переити в гимназию, окончив которую, он получил право поступления в университет. [2] На пути к высшему образованию. Получив аттестат зрелости, Генрих покинул отчий дом и в 1875 году уехал в Дрезден, где поступил в Политехнический институт.

Вскоре он был призван на год военной службы в железнодорожный полк в Берлине.

В Политехе была хорошая физическая лаборатория, курс обучения в нём обычно вёл к карьере практика. В отличие от этого университет обещал будущую жизнь исследо-

вателя, которая соответствовала бы научным, идеалистическим вкусам Герца. Поэтому, отслужив год, Генрих, с одобрения своего отца поступил на второй курс Мюнхенского университета, где провел свой первый семестр, изучая математику Лагранжа, Лапласа и Пуассона, а также механику.

Хотя Герц считал, что, при правильном понимании, все в природе является математическим, он на протяжении всей своей карьеры интересовался прежде всего физическими и лишь косвенно - математическими проблемами. В Германии 1870-х годов считалось, что идеальный физик должен одинаково хорошо себя чувствовать и с физической аппаратурой, и с математикой. 1 ноября 1877 года Генрих отправил родителям письмо, где были такие слова: «Раньше я часто говорил себе, что быть посредственным инженером для меня предпочтительнее, чем посредственным ученым. А теперь думаю, что Фридрих Шиллер прав, сказав: «Кто трусит жизнью рисковать, тому успехов в ней не знать!» И эта излишняя моя осторожность была бы с моей стороны безумием». Генрих Герц и Герман Гельмгольц. Годы учёбы в Мюнхене показали, что университетских знаний недостаточно для самостоятельных научных занятий. Необходимо было найти ученого, который согласился бы стать его научным руководителем. Поэтому после окончания университета Герц отправился в Берлин, где устроился ассистентом в лаборатории крупнейшего тогда немецкого физика Германа Гельмгольца. [3]

Гельмгольц заметил талантливого юношу, и между ними установились хорошие отношения, которые перешли в дружбу и одновременно в научное сотрудничество. В первый же год работы на практикумах проявилось необыкновенное дарование Генриха-экспериментатора. В октябре 1878 года он взялся за решение в девятимесячный срок факультетской конкурсной задачи. Герц решил ее за три месяца, закончив работу в январе 1879 года, и получил за это свою первую научную награду - золотую медаль. Характеризуя состояние электродинамики в то время, Гельмгольц писал: «...область электродинамики превратилась в то время в бездорожную пустыню. Факты, основанные на наблюдениях и следствиях из весьма сомнительных теорий, - все это было вперемежку соединено между собой». Гельмгольц, предложивший задачу и проявлявший большой интерес к ее решению, предоставил Герцу комнату в

своем физической лаборатории, направил ему литературу по этой проблеме и ежедневно уделял внимание прогрессу его исследований. В результате именно тогда была опубликована работа Герца под названием «Кинетическая энергия движущихся зарядов», и он родился как ученый.

Вторую научно-исследовательскую работу «Об электромагнитной индукции во вращающихся проводниках» Герц выполнил в 1879 году всего за три месяца. Аналогичные исследования проводились и другими учёными, от Араго и Фарадея до Максвелла. За эту работу Герц получил призовую медаль Философского факультета и в четвёртом семестре своего университетского образования представил её к защите на соискание ученой степени. 5 февраля 1880 года Ученым советом под председательством Германа Гельмгольца и Густава Кирхгофа (1824 - 1887) Генриху Герцу была присвоена степень доктора наук с отличием (нем. magna oum laude [2]), что в истории Берлинского университета случалось очень редко. Тогда R появилась первая публикация Генриха Герца в журнале «Annalen der Physik», и Гельмгольц записал: «Яувидел, что имею дело с учеником совершенно необычайного дарования».

По окончании Берлинского университета Герц в 1880...1883 годах оставался в физической лаборатории ассистентом Гельмгольца и часто обедал с ним и его семьей. За это время было опубликовано 15 разнообразных статей Герца, часть которых посвящена электромагнитной индукции, остаточным зарядам в диэлектриках и катодным лучам. В других работах он разработал новый амперметр и гигрометр, сохраняя свое раннее увлечение инструментами. Влечение к технике и физике нашло отражение в его исследованиях по теории упругого твердого тела, что привело к публикации в техническом журнале о новом, абсолютном показателе твердости материалов.

Положение Герца имело большие преимущества - он находился рядом с Гельмгольцем и мог работать, используя лучшие в Германии исследовательские установки, но он решил перейти на преподавательскую работу, так как математическая физика стала тогда самостоятельной дисциплиной. Кирхгоф рекомендовал Герца для работы в Кильском университете, где с 1883 по 1885 год Генрих работал приват-доцентом, а затем заведующим кафедрой теоретической физики. Он оказался успешным лектором и вскоре привлек к себе десятки студентов, создав учебную лабораторию физики в

lieber die

Induction in rotirenden Kugeln.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

INAUCUKAL-DISSmATION

museuxu m doctorwCrm

*(»* DEB I'll I MiSlIPЩЙСНЕЯ ГiCDLTlT

гшкпки-п-lni.uKi.MH.-inivkiwitat кг пквглк

im IG. Mini iaao

Heinrich Hertz

M. Himburg.

»rriuimi Herr Dr. ami. С. (IBvthar.

find, phifc. P. Scbntu ■ Borg«.

- Stttf. jnr, 0. llcrt». BERLIN.

собственном доме из-за отсутствия такой в университете. Его публикации в это время состояли из теоретических работ по электродинамике, метеорологии, электрическим и магнитным единицам. В работе 1884 года Герц показывает, что электродинамика Максвелла обладает преимуществами по отношению к обычной, но не считает её единственно возможной. В дальнейшем Герц остановился на компромиссной теории Гельмгольца, который взял у Максвелла и Фарадея признание роли среды в электромагнитных процессах и предложил Герцу вновь заняться проверкой теории Максвелла.

Джеймс Клерк Максвелл (англ. James Clerk Maxwell; 1831- 1879) - британский физик, математик и механик, член Лондонского королевского общества (1861), заложил основы классической электродинамики, ввёл в физику понятия тока смещения и электромагнитного поля, статистические представления, получил ряд важных результатов в молекулярной физике и термодинамике.

Среди других работ Максвелла - исследования по механике (анализ устойчивости колец Сатурна), кинетической теории газов, оптике, цветной фотографии и математике. Он много внимания уделял популяризации науки, сконструировал ряд научных приборов.

В 1885 году Герцу предложили профессуру в Кильском университете, но он отказался, уступив должность теоретического физика своему преемнику Максу Планку (нем. Max Planck; 1858 - 1947), будущему основоположнику квантовой физики, лауреату Нобелевской премии (1918).

В 1885 году Генрих Герц стал профессором физики Высшей технической школы (ВТШ) в Карлсруэ. Здесь ^ у него была собственная лаборатория с возможностями заниматься тем, к чему он

чувствовал призвание. Герц осознал, что больше всего его интересуют быстрые электрические колебания, над изучением которых он трудился еще в студенческие годы. Именно в Карлсруэ начался наиболее

плодотворный период его научной деятельности, который, к сожалению, продолжался недолго.

В июле 1886 года Генрих Герц женился на дочери преподавателя ВТШ Елизавете Долль ^ (нем. Dolles). У них родились дочери Джоана и Матильда, которые в браке не состояли. Так что прямых потомков у этой семьи не осталось. Бюст Генриха Герца К в нефе ф при здании ВТШ в Карлсруэ (работа скульптора Фердинанда Редтенбахера (нем. F. Redtenbacheij).

В физическом кабинете внимание Герца привлекли индукционные спирали Рисса (англ. Riess) Ж, предназначавшиеся для лекционных демонстраций. «Меня поразило, - писал он, - что для полу-чспирали Рисса чения искр в одной обмотке не было необходимости разряжать большие батареи через другую, ... для этого достаточны ... разряды небольшого индукционного аппарата, если разряд пробивал искровой промежуток». Экспериментируя с индукционными катушками, Герц пришел к идее своего первого опыта.

«Лебединая песня» Генриха Герца. Для доказательства теории Максвелла прежде всего необходимо было получить такие быстрые электромагнитные колебания, чтобы соответствующие им электромагнитные волны можно было наблюдать в пределах лаборатории. Необходимо было найти также и способы обнаружения этих волн. Известными в то время способами, например, при разряде лейденской банки, удавалось получить токи колебательного характера, однако частота таких колебаний была не более 106 в секунду, что соответствовало волнам длиной не менее 300 м. При этом колебания состояли всего из нескольких быстро затухающих толчков. Герц сумел увеличить частоту колебаний в сотни раз. Для этого он придумал и сконструировал свой излучатель электромагнитных волн, названный впоследствии «Вибратором Герца» и представляющий собой полуволновой диполь.

Первоначально вибратор представлял собой два соосных медных стержня диаметром 5 мм и длиной по 1,3 м; на концах стержней были насажены по одному латунному шарику диаметром 3 см и по одной большой цинковой полусфере диаметром 30 . Микр0мегр™*

см либо квадратной пластине. Между маленькими шариками оставался искровой промежуток в 7...7,5 мм. К

МеДНЫМ СТерЖНЯМ вблИЗИ МалеНЬКИХ ШарИКОВ быЛИ повышающая обмотка

катушки Румкорфа

прикреплены выводы повышающей обмотки катушки Румкорфа. Л Ток батареи, проходя через первичную обмотку такой катушки, намагничивает её железный сердечник, который притягивает подвижный контакт прерывателя, и цепь разрывается. Магнитное поле исчезает, и контакт замыкается снова. В результате при замкнутом Выключателе такой схемой автоматически формируется частота прерываний в пределах до 1000 раз в секунду. [4]

При прерываниях в цепи питания первичной обмотки катушки Румкорфа возникает ЭДС самоиндукции, в цепи её повышающей обмотки между шариками проскакивают искры, и с частотой прерываний в окружающую среду излучаются электромагнитные волны (ЭМВ). Перемещением полусфер или прямоугольных пластин вдоль стержней и изменениями их длины регулировались индуктивность и емкость выходной нагрузки вибратора, определяющей период колебаний ЭМВ.

Чтобы улавливать излучаемые волны, Герц сделал резонатор-детектор, представляющий собой проволочное незамкнутое кольцо 0 70 см или прямоугольную незамкнутую рамку 125x80 см, также с латунными шариками на концах и с малым искровым регулируемым промежутком. Изменяя размеры и конфигурацию резонатора (детектора), Герц настраивал его на частоту колебаний вибратора. В разряднике резонатора проскакивали маленькие искры в те самые моменты, когда происходили разряды между шариками вибратора. Интенсивность искрообразования была очень мала, и наблюдения приходилось вести в темноте.

Такие опыты Герц начал в конце октября 1886 года и уже в ноябре в рабочем дневнике записал: «Мне посчастливилось установить индукционное действие друг на друга двух незамкнутых цепей с током». Дневниковая запись в начале декабря: «Удалось установить резонанс между электрическими колебаниями в двух цепях». Сначала Герц добился частоты электромагнитных колебаний 50*106 в секунду. Затем, совершенствуя конструкции вибратора и резонатора и уменьшая их размеры, например, длину медных стержней - до 13 см, искровые промежутки - до 3 мм, диаметры шариков - до 3 см, заменив один латунный шарик острием и, соответственно, в 5 раз уменьшив диаметр резонатора, он довел частоту колебаний до 500*106 в секунду. Таким образом, уже в начале работы были открыты способы получения и обнаружения электромагнитных колебаний сверхвысоких частот и сконструированы устройства для этого: высокочастотный генератор - вибратор и детектор излучаемых им колебаний - резонатор. Экспериментальную установку и сами опыты Герц описал в опубликованной в 1887 году статье «О весьма быстрых электрических колебаниях», принесшей ему широкую известность.

С помощью излучающего вибратора, помещенного в фокусе вогнутого зеркала, и плоского зеркала Герц получил стоячую волну. Суперпюиция падающей „

отраженной воли:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Ег = 2Ей cos tscosfflf Н_ = 2Н„ sin tein cot

Стоячая Lienrnpo-чогнотная «ama состоит ur доух стоячих ваян - центрической н магнитной

s

Фашный сдвиг на 2

Измерив расстояние между узлами и пучностями волны, Герц нашел длину волны L Произведение X на частоту колебаний вибратора v дало скорость ЭМВ, которая оказалась близкой к скорости света Ху =с_

1 У У 1'

щ tPÉ

Герц обратил внимание на отражение электромагнитных волн от проводящих предметов. На стене лаборатории размером 15x6 м был укреплен цинковый экран 4x2 м, вибратор находился на расстоянии 13 м от экрана, а настроенный резонатор перемещался между вибратором и экраном. Наблюдая интенсивность искры в резонаторе, Герц установил наличие максимумов и минимумов, характерных для стоячих волн. Так была получена интерференция волн, идущих от вибратора, и волн, отраженных от экрана, и были измерены их длины: сначала 9,6 м, затем 6 м, 60 см и даже 30 см.

«Эти опыты, - написал Герц, - в которых волнообразное распространение индукции в воздухе делается почти осязаемым... могут служить основанием теории электродинамических явлений, разработанной Максвеллом, базирующейся на представлениях Фарадея». Для Герца его определение в конце 1887 года скорости распространения ЭМВ, равной скорости света (!), было самым волнующим моментом во всей последовательности экспериментов. «Период этих колебаний, - написал Герц, - определяемый, конечно, лишь при помощи теории, измеряется стомиллионными долями секунды. Следовательно, в отношении продолжительности они занимают среднее место между звуковыми колебаниями весомых тел и световыми колебаниями эфира».

Укорачивая длину волны, Герц попытался достичь концентрации электромагнитной энергии с помощью отражающих зеркал, имеющих форму Я параболических цинковых цилиндров. Вибратор был укреплен внутри зеркала Работа неизвестного художника на его фокальной оси. Настроенный резонатор показал наличие заметной концентрации электромагнитного излучения в направлении оптической оси зеркала. Затем Герц манипулировал двумя вращающимися зеркалами, поместив на фокальной оси второго зеркала резонатор.

Для выяснения вопроса о поляризации электромагнитных волн Герц сначала произвел опыты с относительным вращением зеркал вокруг их оптической оси. Затем он применил решетку размером 2x2 м из медных проволок диаметром 1 мм, натянутых на деревянной раме Ф с расстоянием между ними 3 см, и расположил ее между зеркалами с вибратором и резонатором. При этом оси зеркал были параллельны.

Когда проволоки решетки были перпендикулярны вибратору и

резонатору, искры получались такими же, как и при отсутствии решетки. По мере вращения решетки искры в резонаторе ослабевали и при параллельном расположении проволок совершенно прекращались. Опыты подтвердили, что электрическое поле вибратора лежит в плоскости, проходящей через его ось. При взаимно-перпендикулярном расположении зеркал искры в резонаторе отсутствовали как при горизонтальном, так и при вертикальном расположении проволок решетки. Однако при повороте решетки на 45° в резонаторе появлялись достаточно сильные искры. «Очевидно, - писал по этому поводу Герц, - решетка разлагает проходящее колебание Е на две составляющие и пропускает лишь ту, которая перпендикулярна направлению ее проволок Е1. Эта составляющая образует угол 45° с фокальной линией второго зеркала и, будучи еще раз им разложена, оказывает влияние Е2 на резонатор». Так было доказано явление поляризации электромагнитных волн. [5]

Продолжая изучать явление отражения ЭМВ, Герц расположил зеркала так, что их оптические оси образовывали некоторый угол. При расположении цинкового экрана в точке пересечения оптических осей, когда перпендикуляр к его поверхности совпадал с биссектрисой угла, возникало ис-крообразование. Аналогичные результаты получались при замене сплошного экрана проволочной решеткой. Опыты показали, что отражение электромагнитных волн происходит по тем же законам, что и отражение света, как это и следует из теории Максвелла.

Для изучения вопроса о преломлении электромагнитных волн Герц изготовил призму из стекла Флинт (с высоким показателем преломления) высотой 1,5 м с поперечным сечением в виде равнобедренного треугольника со сторонами 1,2 м. Призма образовывала преломляющий угол 30°. Помещение призмы между зеркалами, стоящими одно против другого, вызывало прекращение искрообразования в резонаторе. Оно восстанавливалось при перемещении приемного зеркала на угол 22° по направлению к основанию призмы. Вычисленный коэффициент преломления (1,69) оказался в пределах типовых значений для стекла этого типа. Подводя итоги опытам, Герц написал в ноябре 1887 года о них Гельмгольцу: «... описанные опыты доказывают идентичность света, тепловых лучей и электродинамического волнового движения». он вскоре получил ответ: «Манускрипт получен. Браво! В четверг пошлю в печать».

Всё это время Герц был в тесном контакте с Гельмгольцем, посылая ему статьи для быстрой публикации через Берлинскую академию наук до их отправки в журнал Annalen der Physik. В ряде последующих работ Герц подтвердил существование электромагнитных волн, распространяющихся с конечной скоростью. «Результаты опытов, поставленных мною над быстрыми электрическими колебаниями, - заключил Герц в статье «Силы электрических колебаний, рассматриваемые с точки зрения теории Максвелла» (1888), - показали мне, что теория Максвелла обладает преимуществом перед всеми другими теориями электродинамики».

Большая часть теоретической работы была проведена Генрихом Герцем одновременно с английским физиком Оливером Хевисайдом [6], который значительно упростил 20 уравнений Максвелла с 20 переменными, сведя их к двум уравнениям с двумя переменными, описывающим векторы электрического и магнитного поля. Герц дал классический расчет электромагнитного излучения простейшего вибратора (диполя). Его выводы легли в основу теории излучения радиоволн и методики расчета антенн.

Поле в волновой зоне Герц изображал с помощью силовых линий. Эти рисунки вошли во все учебники электродинамики, а его расчеты легли в основу теории излучения ЭМВ. Генрих Герц опубликовал в общей сложности девять статей по результатам своих электрических исследований в Карлсруэ, и они получили широкое признание. В том же 1888 году вышла фундаментальная работа Герца «Об электродинамических волнах в воздухе и их отражении». Силовые линии Я вибратора Герца

Физики всего мира стали воспроизводить опыты Герца, повсюду говорили и писали о «волнах Герца». Заключительная работа цикла «О лучах электрической силы», доложенная Герцем 13 декабря 1888 года на заседании Берлинской академии наук, произвела сенсацию. Он получил от ряда университетов предложения возглавить кафедры и выбрал кафедру физики в Боннском университете. Герц окончательно перешел на точку зрения Максвелла, дополнил его постулаты теорией электромагнитного излучения, получил экспериментально электромагнитные волны, предсказанные теорией Максвелла, и показал их тождество с волнами света.

В Карсруэ Герц совершил еще одно крупнейшее открытие. В своей работе «О влиянии ультрафиолетового света на электрический разряд», поступившей 9 июня 1887 года в журнал Annalen der Physik, описано важное явление, открытое им и получившее название фотоэлектрического эффекта. Это замечательное открытие было сделано благодаря несовершенству метода детектирования колебаний. Искры, возбуждаемые в приемнике, были настолько слабы, что Герц решил для облегчения наблюдения поместить приемник в темный футляр. Однако оказалось, что максимальная длина искры при этом значительно меньше, чем в открытом контуре. Удаляя последовательно стенки футляра, Герц заметил, что мешающее действие оказывает стенка, обращенная к искре генератора. Тщательно исследуя это явление, Герц установил причину, облегчающую искровой разряд приемника, -ультрафиолетовое излучение в спектре излучения от искры вибратора. Так в 1887 году был открыт внешний фотоэффект, привлекший пристальное внимание многих физиков. Уже в 1888 году в Трудах Парижской академии наук стали появляться основополагающие публикации по этому эффекту профессора Московского университета А.Г. Столетова (1839 - 1896), а в 1905 году объяснение фотоэффекту на основе электронной и квантовой теории предложил Альберт Эйнштейн. Последние годы жизни. В дальнейшем Генрих Герц перестал заниматься электромагнитными волнами. Свои труды в этой области он издал под названием «Исследования о распространении электрической силы». Герц переехал в Бонн, где возглавил кафедру физики в местном университете.

В 1889 году на 62-м съезде немецких естествоиспытателей и врачей Герц прочитал доклад «О соотношении между светом и электричеством», в котором подвёл итоги своих опытов: «Они означают блестящую победу теории Максвелла. <...> Насколько маловероятным казалось ранее ее воззрение на сущность света, настолько трудно теперь не разделить это воззрение».

В 1890 году Генрих Герц по приглашению Королевского общества посетил Англию, где имел возможность осмотреть оригинальные приборы Майкла Фарадея (1791 - 1867). В Лондоне и в Кембридже Герц читал доклады на английском языке, встречался со знаменитыми английскими учёными, среди них Уильям Томсон (англ. William Thomson, 1st Baron Kelvin; 1824 - 1907). Герца принимали как великого физика со всевозможными научными почестями. [7]

В 1890 году Герц опубликовал статьи "Об основных уравнениях электродинамики в покоящихся телах" и "Об основных уравнениях электродинамики для движущихся тел". Эти статьи содержали исследования о распространении "лучей электрической силы" и привели наряду с трудами Хевисайда к каноническому виду Максвелловской теории электрического поля, которое вошло в учебники.

Сравнительно большие длины электромагнитных волн создавали проблемы даже для такого блистательного экспериментатора, как Генрих Герц. Он опытным путем подтвердил распространение электромагнитных волн в воздухе со скоростью света, но в его исследованиях по передаче электромагнитных волн по проводам скорость распространения волн оказалась равной лишь 4/7 скорости света, что не согласовывалось с теорией. В дальнейшем выяснилось, что это расхождение обусловлено слишком близким расстоянием экспериментальной установки от стен лаборатории, что приводило к влиянию на результаты отражения волн. Когда другие экспериментаторы повторили опыт Герца вдали от стен, скорость распространения волн по проводам оказалась такой же, как скорость света. Конечно, между скоростью света в воздухе и скоростью распространения электромагнитных волн по проводам есть разница (теоретически она определяется так называемыми "телеграфными уравнениями"), но она слишком мала, чтобы тогда, в XIX веке, ее можно было обнаружить. [2]

Опыты Герца вызвали огромный резонанс. Особое внимание привлекли опыты, описанные в работе «О лучах электрической силы». «Эти опыты с вогнутыми зеркалами, - писал Герц во Введении к своей книге "Исследования по распространению электрической силы", - быстро обратили на себя внимание, они часто повторялись и подтверждались. Они получили положительную оценку, которая далеко превзошла мои ожидания». Среди многочисленных повторений опытов Герца особое место занимают опыты знаменитого русского физика-экспериментатора, выпускника ИМТУ, Петра Николаевича Лебедева (1866 - 1912), сконструировавшего вибратор на длины волн до трёх сантиметров и подтвердившего экспериментально вывод Максвелла о наличии светового давления. Это были совсем крошечные вибраторы! Результаты экспериментов с ними были опубликованы в 1895 году.

В 1891 году Герц наблюдал прохождение "катодных лучей" (потока электронов) через тонкие пластинки из золота, серебра и алюминия. Физики тогда даже не помышляли о том, что частицы способны беспрепятственно проходить через вещество. Генрих Герц опубликовал статью "О прохождении катодных лучей в тонких металлических слоях" и посоветовал своему ассистенту Филиппу Ленарду (нем. Philipp von Lenard; 1862 - 1947) разделить катодную трубку алюминиевой фольгой на две части и исследовать катодные лучи в отдельных пространствах с разным давлением газов.

Развивая эту идею, Ленард изготовил катодную трубку с окошком из фольги и установил, что это позволяет вывести катодные лучи за пределы трубки. Изобретение Ленарда было использовано в многочисленных экспериментах, позволивших исследовать природу и свойства катодных лучей, за что учёный был награждён 1905 году Нобелевской премией по физике. [8]

В конце жизни Генрих Герц работал над книгой «Принципы механики, изложенные в новой

связи», в которой он стремился наметить дальнейшие пути исследования электрических явлении, но здоровье его резко ухудшилось. Сказалось перенапряжение, когда он, по собственному определению, трудился "... как рабочий на заводе по времени и по характеру", заметим, что подвергаясь при этом запредельным дозам облучениям ультракороткими волнами собственного вибратора и ультрафиолетовому при разглядываниях искровых разрядов.

В результате испортилось зрение и обострились прочие болезни Герца. Его несколько раз прооперировали, пытаясь избавить от недугов, но 1 января 1894 года Генрих Рудольф Герц скончался от заражения крови ("гранулематоза с по-лиангиитом"). Похоронен Генрих Герц на Ольсдорфском кладбище Я (нем. Friedhof Ohlsdorf) в Гамбурге.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Последний труд Генриха Герца закончил и подготовил к изданию Филипп Ленард. В предисловии к этой книге Герман Гельмгольц назвал Генриха Герца самым талантливым из своих учеников и предсказал, что его открытия будут определять развитие науки на многие десятилетия вперед. Слова Гельмгольца оказались пророческими и начали сбываться уже через

I ZUSAIHranUXQE ПАШЕЙ

несколько лет после его смерти. В XX веке достижения Герца стали основополагающими почти всех направлений современной физики.

Генрих Герц запомнился всем, кто его знал, как приятный, скромный и благородный человек, хороший лектор, который никогда не возвышал себя над слушателями. Невозможно переоценить значение творчества Герца для зарождения беспроводной связи, хотя он не применил для неё открытые им электромагнитные волны. Генрих Герц стремился познать природу, и его работы создали необходимые предпосылки для возникновения радиотехники. Ещё не одно десятилетие основой всех физических экспериментов с ЭМВ служил «Вибратор Герца».

Признание. Работы Генриха Герца были отмечены премиями Парижской и Венской академий наук. В 1889 году Итальянское общество наук наградило его медалью Карло Меттеуччи (итал. Carlo Matteucci; 1811 - 1868), профессора физики, основателя Высшей школы в Милане. Через год Лондонское королевское общество наградило Герца медалью Бенджамина Румфорда.

В 1891 году ученого наградили премией Туринской академии наук. Генрих Герц был награжден также прусским орденом «Короны» Л и японским орденом Л «Священного Сокровища». Семь европейских академий избрали его членом-корреспондентом.

После смерти Герца его работы были собраны и изданы в трех томах «Н. Hertz. Gesammelte Werke. - Leipzig: Barth, 1895-1914» Ф. Ленардом. Русский перевод основных работ Герца по ЭМВ содержится в книге: 50 лет волн Герца /Отв. ред. В.К.Аркадьев. - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1938.

* * *

Профессор Санкт-Петербургского университета Орест Хвольсон в 1890 году отметил: "Опыты Герца, классические на веки вечные, обратили на себя внимание не только ученых, занимающихся физикой, но и всего образованного мира".

Сэр Оливер Лодж, описывая в 1894 году на страницах журнала «London Electrician» свои эксперименты с электромагнитными волнами и влияние явления резонанса настройки заметил: «Герц сделал то, что не смогли сделать именитые английские физики. Кроме того, что он подтвердил истинность теорем Максвелла, он сделал это с обескураживающей скромностью». [9]

Известный английский физик Джозеф Томсон (англ. Sir Joseph John Thomson; 1856 - 1940; Нобелевская премия по физике за открытие электрона, 1906) охарактеризовал значение работ Генриха Герца так: "Подобно открытию Фарадеем электромагнитной индукции, оно имело огромное влияние на цивилизацию".

Выдающийся российский физик, заслуженный профессор А.Г. Столетов в своей речи «Эфир и электричество», произнесенной 8 января 1890 года в Санкт-Петербурге, сказал об открытии Герца: "Эти результаты поразительны. Максвелл нашел или предсказал их путем теории. Оставалось проверить предсказание теории. Эта-то важная победа науки достигнута блестящими опытами Герца. До его опытов Максвелловскую теорию можно было замалчивать или третировать, теперь о ней надо говорить". [1]

Много препятствий пришлось преодолеть на пути осуществления радиосвязи: создать чувствительный детектор радиоволн, развить понятия передающей и приемной антенн, заземления, настройки в резонанс, познать особенности распространения радиоволн, решить ряд технических проблем. У истоков этого великого дела стоял выдающийся немецкий физик Генрих Герц, а "радиоволны Герца" вошли в число важнейших доминант жизни современного общества. Не случайно первыми словами, переданными А.С. Поповым по беспроволочной связи, были «Генрих Герц». С его безвременной смертью мировая наука потеряла одного из самых ярких своих представителей.

С 1919 по 1932 год Германию, проигравшую I мировую войну, сменила Веймарская республика, названная так в честь принятой в одноименном городе конституции. 23 февраля 1928 года в Берлине был основан Институт им. Генриха Герца (нем. Heinrich Hertz Institute, HHI) для исследований в области радио- и телевизионных технологий, акустики помещений и электронной музыки.

В 1930 году Международная электротехническая комиссия установила новую единицу измерения - герц (Гц), применяемую как мера количества повторяющихся событий в единицу времени. Она была принята Международным бюро мер и весов в 1964 году как единица частоты в системе СИ.

В 1933 году в ходе нацисткой "зачистки" в Гамбурге был убран бронзовый памятник Генриху Герцу

«Волны эфира» работы скульптора Фридриха Вильда (нем. «Ätherwellen», F. Wield), из галереи знаменитостей в ратуше удалён барельефный портрет, а в 1936 году имени Герца был лишён HHI.

После войны конфискованные скульптурные композиции были возвращены, возобновилась и работа HHI, как Fraunhofer HHI (FHHI, в составе Общества коммуникаций имени им. Фраунгофера), занимающегося прикладными исследованиями в области физики, электротехники и компьютерных наук.

В 1969 году в Восточной Германии была выпущена памятная монета достоинством 5 марок. В 1987 году ШЕЕ учредила Медаль Генриха Герца «За выдающиеся достижения в изучении волн Герца», присуждаемую ежегодно учёным-теоретикам и эксперимента-

торам.

100-летние даты жизни Генриха Герца были отмечены в Германии

гашением почтовых марок. ^ В честь Герца назвали кратер на востоке обратной стороны Луны.

На родине Герца его именем названо самое высокое сооружение в Гамбурге ^ - 270-метровая теле-радиокоммуникационная башня НетпсЬ-НеА^-Тигш. В Берлине возвышается главное здание ^ Института имени Герца, занимающегося информационными и

коммуникационными технологиями, в частности, системами волоконно-оптических датчиков, кодирования видеосигналов и обработки изображений.

Мемориальная доска из посвящённой Генриху Герцу музейной экспозиции в ВТШ (Карлсруэ)

Список литературы

1. Шарле Д. Генрих Герц - любимец богов // Электросвязь. - 1997. № 2. - С. 42-45.

2. Рыбак, Дж. Великий экспериментатор Генрих Герц // Электросвязь. - 1994. № 1. - С. 44-45.

3. Самохин В.П., Мещеринова К.В. Памяти Германа Гельмгольца (1821 - 1894) // technomag.edu.ru: Наука и образование: электронное научно-техническое издание, 2014, вып. 9. Режим доступа: URL

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

http://technomag.bmstu.ru/doc/730289.html (дата обращения 30.04.2017).

4. Поляков В.Т. Посвящение в радиоэлектронику. - М.: Радио и связь, 1988. - С. 90-93. Режим доступа djvu: URL http://electrik.info/ebooks/171-posvyashhenie-v-radioyelektroniku-polyakov-v-t.html (дата обращения 30.04.2017).

5. Heinrich Hertz // de.wikipedia.org/wiki/Wikipedia: материал из Википедии. Режим доступа: URL https://de.wikipedia.org/wiki/Heinrich Hertz (дата обращения 30.04.2017).

6. Самохин В.П., Тихомирова Е.А. Памяти Оливера Хевисайда (1850 - 1925)// technomag.edu.ru: Наука и образование: электронное научно-техническое издание, 2015, вып. 2. Режим доступа: URL http://technomag.bmstu.ru/doc/757600.html (дата обращения 30.04.2017).

7. Пионеры атомного века: Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга// Ф. Гернек: [пер. с нем.]. -М.: Прогресс, 1974. - 376 с.

8. Чолаков. В. Нобелевские премии. Учёные и открытия: Пер. с болг./ Под ред. и с предисл. А.Н. Шамина. -М.: Мир, 1966. - с. 40.

9. Самохин В.П., Мещеринова К.В. На заре радиокоммуникаций// technomag.edu.ru: Наука и образование: электронное научно-техническое издание, 2013, вып. 7. Режим доступа: URL http://technomag.bmstu.ru/doc/603624.html (дата обращения 30.04.2017).

В очерке использованы кадры и факты из фильма «Генрих Герц и радиоволны» (нем. Heinrich Hertz und die elektromagnetischen Wellen), снятого студией Target Film GmbH, Mühchen в 1991 году.

Составители выражают признательность В.Т. Полякову и В.А. Урвалову за информационную

поддержку и консультации, оказанные при обработке материалов очерка.

Поляков Владимир Тимофеевич - в 1963 году окончил радиотехнический факультет Московского физико-технического института (МФТИ), работал в промышленности, в 1968 году окончил аспирантуру МФТИ по специальности «Радиофизика» и защитил кандидатскую диссертацию, его позывной RA3AAE сегодня известен радиоспортсменам всех континентов, в настоящее время - профессор кафедры телекоммуникаций РОСНОУ и главный редактор журнала «CQ-QRP»; В.Т. Поляков - автор 10 изобретений, более 100 публикаций, в том числе нескольких книг.