赫兹发现了电磁波

刘庆贺

1887年，赫兹首先发现并验证了电磁波的存在。当时年仅29岁。赫兹的重大发现不但为无线电通信创造了条件，并且根据电磁波的传播规律，确定了电磁波和光波一样，具有反射、折射和偏振等性质，验证了麦克斯韦关于光是一种电磁波的理论推测。

19世纪60年代，麦克斯韦提出了电磁场的理论，并从理论上推测到电磁波的存在，可惜他英年早逝，未能用实验来证明自己推测的正确性。当时，没有人能理解麦克斯韦的学说，因此，他的功绩生前并未得到重视，直到他死后近10年，赫兹发现并证明了电磁波存在后，人们才意识到麦克斯韦理论的重要性。如果把电磁理论的建立比作一座宏伟的大厦，那么，为这座大厦奠定了坚实地基的是法拉第；在坚实的地基上建成这座大厦的是麦克斯韦；为这座雄伟的大厦进行内部装修，使它能够最后被人们广泛使用的是赫兹。人们为了纪念这位年轻的科学家为人类做出的不朽功勋，用他的名字来命名物理学和数学的一些概念，并采用“赫兹”作为频率的单位。

1857年2月22日，亨利希·赫兹生于德国汉堡。赫兹在少年时代就显示了自己非凡的聪明才智，以及出众的实验才能。他特别喜欢做力学和光学实验。为了提高自己的动手能力，他利用课余时间向一位细木工学习手艺，还向车工师傅学习车工技术，练就了一双灵巧的手。星期天，赫兹从来不休息，他在学校里学习制图。有趣的是，后来当他的车工师傅得知赫兹当了物理学教授的消息时，曾带着惋惜的口吻赞叹道：“唉！真可惜！赫兹本该是一个多么出色的车工啊！”

1884年秋，赫兹开始攻克他的导师亥姆霍兹提出的柏林科学院悬赏奖的问题。即如何用实验来证实电磁波的存在？他对这个难题进行了无数次实验，均未取得什么成效。然而，赫兹并没有灰心，一直思索着解决这道难题的办法。他几乎把全部时间都耗在了学校实验室里。在学校的物理实验室中，有一种叫黎斯螺线管的感应线圈，这种仪器有初级和次级两个线圈，它们是相互绝缘的。在实验中，赫兹发现：若给初级线圈输入脉冲电流，次级线圈的火花隙中便有电火花发生。这种现象立即引起了赫兹的注意，他敏锐地感到，这是一种与声共振现象相似的快速电磁共振过程。他想，电火花的往返跳跃表明在电极间建立了一个迅速变化的电场和磁场，因为根据尚未被实验证明的麦克斯韦的电磁理论，变化的场将以电磁波的形式向周围空间辐射。赫兹断定：次级线圈中火花隙中的电火花，是因为初级线圈电磁振荡，次级线圈受到感应的结果。

为了用实验来证实麦克斯韦高深莫测的电磁场理论，验证电磁波的确存在，赫兹精心设计了一个电磁波发生器，对“电火花实验”进行了一系列深入的研究。赫兹用两块边长40.64厘米的正方形锌板，每块锌板接上一个30.5厘米长的铜棒，铜棒的一端焊上一个金属球，将铜棒与感应圈的电极相连。通电时，如果使两根铜棒上的金属球靠近，便会看到有火花从一个球跳到另一个球，这些火花表明电流在循环不息。在金属球之间产生的这种高频电火花，即电磁波。麦克斯韦的理论认为由此电磁波便会被送到空间去。赫兹为了捕捉这些电磁波，证明它确实被送到了空间，他用一根两端带有铜球的铜丝弯成环状，当作检波器。他把这个检波器放到离电磁波发生器10米远的地方，当电磁波发生器通电后，检波器铜丝圈两端的铜球上产生了电火花。这些火花是怎样产生的呢？赫兹认为：这便是电磁波从发射器发出后，被检波器捉住了；电磁波不仅产生了，而且传播了10米远。

谁也没有想到，赫兹竟用如此简单的自制仪器验证了麦克斯韦如此深奥的电磁场理论，赫兹的论文出色地解答了1879年亥姆霍兹提出的悬赏难题，由此荣获柏林学院的科学奖。从此，电磁波的存在得到了确认，再也没有人怀疑了。