Генріх Рудольф Герц

Створення Дж. Максвеллом теорії електромагнітного поля стало найважливішим подією історії фізики. Проте визнання цього теорії прийшло далеко ще не відразу. Ще практично протягом двадцяти років фізики обговорювали альтернативні підходи до опису електромагнітних явищ. Вирішальну роль підтвердженні справедливості польових уявлень Фарадея — Максвелла зіграли досліди німецького фізика Р. Герца, у якому отримані і досліджені електромагнітні хвилі, існування яких передбачив Максвелл.

Генріх Рудольф Герц (1857−1894) народився 22 лютого у Гамбурзі, у ній адвоката, що є пізніше сенатором. Навчався Герц чудово й був неперевершеним за кмітливістю учнем. Він любив всі речі, любив писати вірші та працювати на токарському верстаті. На жаль, все життя Герцу заважало слабке здоровье.

У 1875 р. по закінченні гімназії Герц вступає у Дрезденське, а потім Мюнхенську вища технічна училище. Ішлося добре до того часу, поки вивчалися предмети загального характеру. Але щойно почалася спеціалізація, Герц змінив своє рішення. Він хоче бути вузьким фахівцем, він рветься до наукової праці і надходить у Берлінський університет. Герцу пощастило: його безпосереднім наставником виявився Гельмгольц. Хоча знаменитий фізик був прибічником теорії дальнодействия, але як істинний учений він беззастережно визнавав, що ідеї Фарадея — Максвелла про близкодействии і фізичному полі дають прекрасне згоду з экспериментом.

Потрапивши у Берлінський університет, Герц з великим бажанням прагне занять в фізичних лабораторіях. Але роботі у лабораторіях допускалися лише ті студенти, які займалися рішенням конкурсних завдань. Гельмгольц запропонував Герцу завдання в галузі електродинаміки: чи має електричний струм кінетичною енергією? Гельмгольц хотів направити сили Герца до області електродинаміки, яку нині вважає найбільш запутанной.

Герц приймається за рішення поставленого завдання, інтерв'ю, розраховане 9 місяців. Вона сама виготовляє прилади й налагоджує їх. Працюючи над першої проблемою відразу ж потрапляє було виявлено закладені у Герці риси дослідника: завзятість, рідкісне працьовитість і мистецтво експериментатора. Завдання вирішена три місяці. Результат, як і очікувалося, був негативним. (Зараз нам ясно, що електричний струм, являє собою спрямоване рух електричних зарядів (електронів, іонів), має кінетичної енергією. Щоб Герц міг знайти це, треба було підвищити точність його експерименту в тисячі разів.) Отриманий результат збігався з думками Гельмгольца, хоч і помилковою, але у здібностях молодого Герца не помилився. «Я побачив, що мав справу з учнем цілком незвичного обдарування», — зазначав він познее. Робота Герца удостоїлася премии.

Повернувшись після літніх канікул 1879 р., Герц домігся дозволу працювати над інший темою: «Про індукції у обертових тілах», взятої у ролі докторську дисертацію. Це була теоретична робота. Він припускав завершити за 2−3 місяці, захистити й одержати швидше звання доктора, хоча університет ще було закінчено. Працюючи з великим підйомом і наснагою, Герц швидко закінчив дослідження. Захист пройшла успішно, і йому присудили ступінь доктора з «відзнакою" — явище виключно рідкісне, тим паче студента.

З 1883 по 1885 р. Герц завідував кафедрою теоретичної фізики в провінційне містечко Кілі, де взагалі було фізичної лабораторії. Герц вирішив займатися теоретичними питаннями. Він коригує систему рівняння електродинаміки однієї з яскравих представників дальнодействия Неймана. У результаті роботи Герц написав свою систему рівнянь, з якої легко виходили рівняння Максвелла. Герц розчарований, адже він намагався довести універсальність електродинамічних теорій представників дальнодействия, а чи не теорії Максвелла. «Цей висновок не вважається точним доказом максвеллівською системи як єдино можливою», — робить для себе, сутнісно, заспокійливий вывод.

У 1885 р. Герц приймає запрошення технічної школи Карлсруе, де буде проведено його знамениті досліди з розповсюдження електричної сили. Ще 1879 р. Берлінська академія наук поставила завдання: «Показати експериментально наявність який-небудь зв’язок між електродинамічними силами і діелектричним поляризацією діелектриків». Попередні підрахунки Герца показали, що очікуваний ефект буде, дуже малий навіть за найсприятливіших умовах. Тому, певне, і відмовився від цього роботи восени 1879 р. Але він не переставав подумати шляхах її рішення й дійшов висновку, що задля цього потрібні високочастотні електричні колебания.

Герц старанно вивчив усього, що знали на той час про електричних коливаннях й у теоретичному, й у експериментальному планах. Знайшовши у фізичному кабінеті технічної школи пару індукційних котушок і проводячи із нею лекційні демонстрації, Герц виявив, що з допомогою можна давалися швидкі електричні коливання з періодом 10 в мінус восьмий ступеня. Через війну експериментів Герц створив як високочастотний генератор (джерело високочастотних коливань), а й резонатор — приймач цих колебаний.

Генератор Герца складалася з індукційною котушки і присоедененных до неї дротів, їхнім виокремленням розрядний прмежуток, резонатор — з дроти прямокутної форми і двох кульок з його кінцях, їхнім виокремленням також розрядний проміжок. Через війну проведених дослідів Герц виявив, що тоді як генераторі відбуватимуться високочастотні коливання (у його розрядному проміжку проскакує іскра), то розрядному проміжку резонатора, такого далекого від генератора навіть у 3 м, також будуть проскакувати маленькі іскри. Отже, іскра на другий ланцюга виникла це без будь-якого безпосереднього контакту з першого ланцюгом. Яким є механізм її передачі? Чи це електрична індукція, відповідно до теорії Гельмгольца, чи электромагнитная хвиля, відповідно до теорії Максвелла? У 1887 р. Герц поки нічого свідчить про електромагнітних хвилях, але він вже відзначав, що вплив генератора на приймач надто у разі резонансу (частота коливань генератора збігаються з власної частотою резонатора).

Провівши численні досліди що за різних взаємних положеннях генератора і приймача, Герц дійшов висновку про існування електромагнітних хвиль, поширених з кінцевої швидкістю. Чи вони вести себя, как світло? І Герц проводить ретельну перевірку цього припущення. Після вивчення законів відблиски і приломления, після встановлення поляризації й вимірювання швидкості електромагнітних хвиль він довів їхню цілковиту аналогію зі світловими. Усе було викладено у роботі «Про променях електричної сили», що вийшла грудні 1888 р. Цей рік вважався роком відкриття електромагнітних хвиль і эксперементального підтвердження теорії Максвелла. У 1889 р., виступаючи з'їзд німецьких естествоипытателей, Герц говорив: «Всі ці досліди дуже прості у принципі, тим щонайменше вони тягнуть у себе найважливіші слідства. Вони руйнують будь-яку теорію, що вважає, що електричні сили перестрибують простір миттєво. Вони означають блискучу перемогу теорії Максвелла. Наскільки малоймовірним здавалося раніше її погляд на сутність світла, настільки важко тепер розділити це воззрение».

Напружена робота Герца не пройшла безкарно щодо його і так слабкого здоров’я. Спочатку відмовили очі, потім занедужали вуха, зуби і ніс. Невдовзі почалося сепсис крові, від якої навіть помер славнозвісний вже у свої 37 років учений Генріх Герц.

Герц завершив величезна праця, розпочатий Фарадеем. Якщо Максвелл перетворив уявлення Фарадея в математичні образи, то Герц перетворив ці образи видимі і чутні електромагнітні хвилі, які є йому вічним пам’ятником. Ми пам’ятаємо Г. Герца, коли слухаємо радіо, дивимося телевізор, коли радіємо повідомленню ТАРС то запусках космічних кораблей, с якими підтримується стійка зв’язку з допомогою радіохвиль. І невипадково першими словами, переданими російським фізиком О. С. Поповим по першої бездротового зв’язку, були: «Генріх Герц».