Генрих Герц - предтеча радиотехники

Давид Шарле

Стремительное становление

Генрих Рудолвер Герц родился 22 февраля 1857 г. в Гамбурге в интеллигентной семье. С детских лет Генрих проявлял редкую одаренность и удивительную разносторонность интересов. По свидетельству школьных учителей, он "блистал в учении как звезда первой величины". Одинаково успешно осваивал и точные науки - математику, физику - и гуманитарные. Владел французским, английским, итальянским языками, понимал арабский и греческий.

Начав в 1875 г. учебу в Высшей технической школе, в 1877 г. Герц круто изменил свой жизненный путь, решив стать не инженером, а ученым-физиком. Высшее образование он получил в Берлинском университете.

В 1878 г. Герц решил за три месяца конкурсную задачу, на которую было отведено девять месяцев, и получил за нее университетский приз. Вторую научно-исследовательскую работу "Об индукции во вращающемся шаре" он выполнил в 1879 г. и еще до окончания университета представил ее к защите на соискание ученой степени. Вскоре, 23 февраля 1880 г., 23-летний Герц был удостоен Ученым советом степени доктора наук с отличием, что случалось крайне редко в истории Берлинского университета. Его научный руководитель знаменитый физик Герман Гельмгольц писал: "Я уверен, что имею дело с учеником совершенно необычайного дарования".

По окончании университета Герц в 1880-1883 гг. остается в нем в качестве ассистента физической лаборатории, затем переезжает в Киль, где с 1883 по 1885 гг. состоит сначала приват-доцентом, а затем заведующим кафедрой теоретической физики Кильского университета. С начала 1885 г. 28-летний Герц - профессор Высшей технической школы в Карлсруэ.

Чудо-опыты

Осенью 1886 г. начался цикл знаменитых опытов Герца, гениальных по замыслу и простоте исполнения.

Лишь 25 месяцев потребовалось Герцу, чтобы экспериментально подтвердить электромагнитную теорию выдающегося английского физика Джеймса Максвелла, которая 25 лет не находила признания в научном мире.

Герц понял, что для доказательства теории Максвелла прежде всего необходимо получить такие быстрые электромагнитные колебания, чтобы соответствующие им электромагнитные волны можно было наблюдать в пределах лаборатории, также нужно было найти способы обнаружения этих волн.

Герц сумел увеличить частоту колебаний в сотни раз. Для этого он придумал и сконструировал свой знаменитый излучатель электромагнитных волн, названный впоследствии вибратором Герца.

Чтобы улавливать излучаемые волны, Герц сделал резонатор, представляющий собой проволочное незамкнутое кольцо или прямоугольную незамкнутую рамку с латунными шариками на концах и с малым искровым промежутком, регулируемым посредством винта.

Вибратор и резонатор Герца поражают своей остроумной простотой и высокой эффективностью. Изменяя размеры и положение резонатора, ученый 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.

Этим было доказано, что энергия передавалась проволочному кольцу от искры путем распространения электромагнитных волн и возбуждала в кольце ток, обусловливающий искру в месте его разрыва.

Таким образом, уже в начале работы были достигнуты два важнейших результата: открыты способы получения электромагнитных колебаний сверхвысоких частот и их обнаружения и сконструированы устройства для этого - высокочастотный генератор (вибратор) и детектор излучаемых им колебаний (резонатор).

С помощью серии оригинальных опытов искусный экспериментатор установил, что электромагнитные волны, подобно световым, подвержены отражению, преломлению, интерференции, поляризации и дифракции. Удалось измерить длину и рассчитать скорость распространения волн.

В работе "Силы электрических колебаний, рассматриваемые с точки зрения теории Максвелла" (1888 г.) Герц дал классический расчет электромагнитного излучения простейшего вибратора (диполя). Его выводы легли в основу теории излучения радиоволн и методики расчета антенн.

В том же 1888 г. вышла фундаментальная работа Герца "Об электродинамических волнах в воздухе и их отражении". Физики всего мира начали воспроизводить опыты Герца, повсюду говорили и писали о "волнах Герца". Заключительная работа цикла "О лучах электрической силы", доложенная Герцом 13 декабря 1888 г. на заседании Берлинской академии наук, произвела подлинную сенсацию.

Мировое признание

Генрих Герц умер в расцвете творческих сил, в возрасте 37 лет. За свою короткую жизнь он сделал очень много. Еще не одно десятилетие все физические эксперименты с электромагнитными волнами основывались на вибраторе Герца, он же использовался при практическом применении электромагнитных волн для сигнализации и связи.

Введенная им при расчете электромагнитных полей вспомогательная функция P, являющаяся векторной величиной, получила название вектор Герца. Эта функция постоянно используется в теории распространения радиоволн.

В 1887 г. Герц наблюдал явление внешнего фотоэффекта, когда под влиянием ультрафиолетового свечения искры усиливается электрический разряд между двумя электродами. В 1891 г. он опубликовал статью "О прохождении катодных лучей в тонких металлических слоях".

Развивая теорию Максвелла, он придал уравнениям электродинамики симметричную форму, наглядно демонстрирующую полную взаимозависимость между электрическими и магнитными явлениями (электродинамика Максвелла - Герца).

Исследования электромагнитных волн принесли Герцу мировую известность и способствовали всеобщему признанию теории Максвелла, что в свою очередь повлекло за собой революцию в научном мировоззрении, в восприятии физического мира. А исследования фотоэффекта сыграли важную роль в развитии квантовой теории.

В 1888-1891 гг. Герц был награжден рядом премий и медалей научных обществ Англии, Италии, Австрии, Франции. Семь европейских академий избрали его членом-корреспондентом. Прусское правительство наградило орденом Короны.

В 1935 г. на VIII съезде Международной электротехнической комиссии именем выдающего ученого названа единица частоты - Герц (Гц) - одно колебание в секунду. А "волны Герца", получившие в дальнейшем название радиоволн, вошли в число важнейших доминант жизни современного общества. С его безвременной смертью мировая наука потеряла одного из самых ярких своих представителей.

Статья опубликована в PC Week/RE № 7 от 26.02.2002 г., стр. 19.
Перепечатывается с разрешения редакции