一連の素晴らしい実験で、Heinrich Hertzは電波を発見し、James Clerk Maxwellの電磁気学の理論が正しいことを確立しました。
ヘルツは光電効果も発見し、量子世界の存在への最初の手がかりの1つを提供した。 周波数の単位であるヘルツは、彼の名誉にちなんで命名されています。
始まり
Heinrich Rudolf Hertzは、1857年2月22日にドイツの港湾都市ハンブルクで生まれました。 5人の子供の長子であった。
母は医師の娘アンナ-エリーザベト-プフェファーコンであった。
父はグスタフ-フェルディナント-ヘルツであり、上院議員となった弁護士であった。
父方の祖父、裕福なユダヤ人実業家はルター派の家族と結婚し、キリスト教に改宗していた。
ハインリヒの両親はともにルター派であり、彼はこの信仰の中で育てられました。 彼の両親は、しかし、彼の宗教的地位よりも彼の教育に興味を持っていました。
学校
6歳の時、ハインリヒはハンブルクのウィシャール・ランゲ博士学校で学んだ。 これは有名な教育者Friedrich Wichard Langeによって運営されている男の子のための私立学校でした。 学校は宗教的な影響を受けずに運営されており、生徒の個人差を考慮して、子供中心の教育方法を使用していました。 それはまた厳しく、学生はクラスのトップになるために懸命に働き、互いに競争することが期待されていました。 ハインリヒは学校で彼の時間を楽しんで、確かに彼のクラスのトップでした。
異常に、ランゲ博士の学校は、大学入学に必要なギリシャ語とラテン語–古典–を教えていませんでした。 非常に若いHeinrichは彼がエンジニアになりたいと思った彼の両親に言った。 彼らが彼のために学校を探したとき、彼らは科学を含むランゲ博士の代替焦点が最良の選択肢であると判断しました。
Heinrich Hertzは12歳で、父、母、二人の弟と一緒にいました。
ハインリヒの母親は特に彼の教育に情熱を持っていました。 彼は物事を作るために、描画のための自然な才能を持っていた実現し、彼女は専門学校で日曜日に彼のために製図のレッスンを手配しました。 11歳の時にスタートした。
ホームスクールと科学装置の構築
15歳で、ハインリヒはランゲ博士の学校を離れ、自宅で教育を受けました。 やっぱり大学に行きたいと思っていたのです。 今、彼は試験のために彼を準備するためにギリシャ語とラテン語の家庭教師を受けました。
彼は言語に秀でており、父親から受け継いだと思われる贈り物である。
ハインリヒにアラビア語の授業料を与えた言語の専門家であるRedslob教授は、ハインリヒが東洋言語の学生になるべきであると父親に助言した。 決して前に彼はより大きい自然な才能を持つだれでもに会った。
ハインリヒはまた、家庭教師の助けを借りて、再び家庭で科学と数学の勉強を始めました。
彼は勤勉のための巨大な食欲を持っていた。 彼の母親は言った:
彼が彼の本と坐ったときに何も彼を妨げるか、またはそれらからの彼を引くことができなかった。
彼は師範学校を辞めていたが、日曜日の朝に専門学校に通い続けた。
夕方、彼は手を使って働いた。 彼は旋盤を操作することを学んだ。 彼はモデルを構築し、分光器などのますます洗練された科学装置を構築し始めました。 彼は彼自身の物理学と化学の実験を行うためにこの装置を使用しました。
建築と軍隊
17歳のハインリヒは、大学の古典試験に完全に準備するために、学校、ヨハネウムに一年間戻りました。 試験に合格した後、彼はすぐに再び心を変え、建築家の見習いになることを決めました。 彼はフランクフルトに移り、日中は建築家のオフィスで働き、夕方にはドイツ語の物理学の本を読んだり、古代ギリシャ語の古代ギリシャ文学を読んだりしました。
建築はすぐに彼を退屈させた。
1876年春、19歳で再びドレスデンに移り、工学を学んだ。 わずか数ヶ月後、彼は1年間の義務的な奉仕のために軍隊に徴兵されました。 彼は軍の生活の規律を楽しんだが、彼は軍隊が退屈であることを発見した。 むしろ悲惨なことに、彼はある時点で家に書いた:
“……日々、私はこの世界にどれだけ役に立たないかをより認識しています。”
一方、数学と物理学への彼の関心は成長を続けた。
文脈におけるヘルツの寿命
ヘルツの寿命と関連する科学者と数学者の寿命。
科学者になる
ミュンヘンで物理学
彼の軍のサービスを完了した後、20歳のヘルツは1877年10月に工学コースを開始するためにミュンヘンに移 一ヶ月後、多くの内部の苦悩の後、彼はコースを中退しました。 彼は何よりも物理学者になりたいと決めました。
彼はミュンヘン大学に入学し、高度な数学と力学、実験物理学、実験化学のコースを選択しました。
ミュンヘンで成功した年の後、彼はミュンヘンよりも優れた物理学の研究室を持っていたので、ベルリン大学に移りました。
ベルリン、ヘルムホルツ、および認識
ベルリンでは、21歳、ヘルツは偉大な物理学者ヘルマンフォンヘルムホルツの研究所で働き始めました。
ヘルムホルツはヘルツでは珍しい才能を認めていたに違いないが、すぐに彼に彼が特に興味を持っていた解決策の問題に取り組むように頼んだ。 この問題は、ヘルムホルツとヴィルヘルム・ウェーバーという名の別の物理学者との間で激しい議論の対象となった。
ベルリン大学の哲学部は、ヘルムホルツの励ましを受けて、問題を解決できる人に賞を提供していた：電気は慣性で動くのだろうか？ あるいは、私たちはこの質問を次の形式でフレーム化することができます：電流は質量を持っていますか？ または、ヘルツに囲まれているように：電流は運動エネルギーを持っていますか？
ヘルツは問題の作業を開始し、すぐに楽しいルーチンに落ちた: 分析力学または電気&磁気のいずれかの講義に毎朝出席し、午後4時まで実験室で実験を行い、夕方に読書、計算、思考を行います。
彼は個人的にヘルムホルツの質問に答えるだろうと思った実験を設計した。 彼は本当に家に書いて、自分自身を楽しむようになった:
“他の人や自分だけから学ぶのではなく、自然から直接自分自身や他の人のために知識を得ることがどれほど満足できるかを伝えることはできません。”
賞
1879年8月、22歳で、ヘルツは金メダルを獲得しました。 一連の非常に敏感な実験で、彼は電流が全く質量を持っていれば、それは信じられないほど小さくなければならないことを実証しました。 ヘルツがこの研究を行ったとき、電流のキャリアである電子は発見されていなかったことに留意する必要があります。 J-J-トムソンの発見は1897年、ヘルツの研究から18年後に行われた。
1.109 x1030電子の質量は1kgである。
の質量は1.109×1030人は、私たち自身のような30以上の太陽系に等しくなります。
確かに電子の質量は小さい。
他の物理学者は、ヘルツの仕事がどれほど見事であるかに気付き始めました–若い学生は物理学の最前線に実験をまとめ、必要に応じて個人的に装置 夕方に自宅で開発された彼の実践的なスキルは、貴重であることが証明されていました。 彼の賞を受賞した作品は、権威ある雑誌Annalen der Physikに掲載されました。
ヘルムホルツは、彼の研究室で持っていた信じられないほどの才能を認識し、ヘルツにベルリン-アカデミーから提供された賞を競うように頼んだ。 マクスウェルは1864年に、光は電磁波であり、他の種類の電磁波も存在する可能性があると述べていた。
物理学博士
ヘルツはこのプロジェクトを拒否し、成功を保証するものではない試みには数年の作業が必要であると信じていた。 彼は野心的で、彼の評判を確立するために新しい結果をすぐに出版したいと思っていました。
賞のために働く代わりに、彼は電磁誘導に関する見事な三ヶ月のプロジェクトを実施した。 彼はこれを論文として書いた。 1880年、23歳の時、彼の論文は彼に物理学の博士号の賞をもたらした。 ヘルムホルツはすぐに彼を助教授に任命した。 その年の後半に、ヘルツはこう書いた。:
“私は自分の分野の中心にいることをますます認識し、予想以上に多くの方法で成長します。”
ヘルツは1883年までヘルムホルツの研究室に滞在し、その間に学術雑誌に15の論文を発表した。
キールの数理物理学
ヘルツは才能のある実験物理学者でしたが、ベルリンでの講義を確保するための競争は高かったです。
代わりに、ヘルムホルツの支援を受けて、ヘルツはキール大学の数理物理学の講師になりました。 この立場は、実験的ではなく理論的であり、彼の能力を拡張した。 キールで彼は彼の日記に書いて、マクスウェルの方程式とグリップを取得するようになった:
“夕方のマクスウェル電磁気学でハード。 電磁気以外は何もありません。”
ヘルツの研究の結果は、マクスウェルの電磁気理論を競合する理論と比較して高く評価された論文であった。 彼はマクスウェルの理論が最も有望に見えたと結論付けた。 実際、彼はマクスウェルの方程式をより便利な形に再加工しました。
彼は後に書いた:
“最初から、マクスウェルの理論はすべての中で最もエレガントだった…マクスウェルの理論の基本的な仮説は、通常の見解と矛盾し、決定的な実験から”
電波の発見
ヘルツの電波の発見についてもう少し詳細な技術的な説明が必要な場合は、ここにあります。
設備の整った研究室と最大の問題を攻撃
1885年3月、実験物理学に戻ることを切望して、ヘルツはカールスルーエ大学に移りました。 28歳の時、彼は完全な教授職を確保していました。 彼は実際に他の二つの完全な教授職、彼の繁栄の評判の兆候を提供されました。 彼はカールスルーエを選んだのは、それが最高の実験施設を持っていたからです。
彼の研究がどの方向に進むべきか疑問に思っていた彼の考えは、ヘルムホルツが六年前に行うように説得することに失敗した賞の仕事に漂った。
ヘルツは、この強大な事業がカールスルーエでの彼の研究の焦点であると判断した。
すべてを変えた火花
数ヶ月の実験の後、マクスウェルの理論を証明しようとするすべての試みを挫折させた明らかに壊れない壁が崩壊し始めた。
それは火花から始まりました。
これは、ヘルツが学生に電気火花を見せていた1886年10月の早い時期に偶然の観測から始まりました。 ヘルツは、電気回路における火花とその影響について深く考え始めました。 彼は一連の実験を開始し、さまざまな方法で火花を発生させました。
彼は何か驚くべきことを発見した。 火花は、それらが間に飛び込んだ電線内に規則的な電気的振動を生じさせた。 振動は、ヘルツがこれまでに彼の電気作業で遭遇したものよりも毎秒頻繁に前後に移動しました。
彼は振動が電荷の急速な加速と減速で構成されていることを知っていた。 マクスウェルの理論が正しければ、これらの電荷は光と同じように空気を通過する電磁波を放射するでしょう。
電波の生成と検出
1886年11月、ヘルツは以下のような装置を構築しました。
発振器。 端部には直径30cmの2つの中空亜鉛球があります。 球は、それぞれの間にジャンプする火花のためのギャップがある中央に実行銅線に接続されています。
彼は中央の火花ギャップに高電圧a.c.電気を印加し、火花を発生させた。
火花により、銅線内に激しい電流パルスが発生した。 これらのパルスはワイヤ内で反響し、毎秒約100万の速度で前後に急増しました。
マクスウェルが予測していたように、振動する電荷は電磁波–電波–を発生させ、それは電線の周りの空気を通って広がった。 いくつかの波は1.5メートル離れた銅線のループに達し、その中に電流のサージを生成しました。 これらのサージは、火花がループ内の火花ギャップを横切ってジャンプする原因となりました。
これは実験的な勝利だった。 ヘルツは、電波を生成し、検出しました。 彼は1メートル以上離れた場所にある1つの装置から別の装置に空気中の電気エネルギーを渡していました。 接続ワイヤーは必要ありませんでした。
それをさらに
次の3年間で、一連の素晴らしい実験で、HertzはMaxwellの理論を完全に検証しました。 彼は、彼の装置が電磁波を生成していることを疑いなく証明し、彼の電気発振器から放射されるエネルギーが反射され、屈折され、干渉パターンを生成し、光のように定在波を生成することができることを実証した。
ヘルツの実験は、電波と光波が同じ家族の一部であることを証明しました。
電磁スペクトル。 ヘルツは、スペクトルの無線部分を発見しました。
しかし、不思議なことに、ヘルツは彼が作り出した電磁波の記念碑的な実用的な重要性を理解していませんでした。
「私が発見した無線波は実用的な応用があるとは思わない。”
これは、ヘルツが純粋な科学者の中で最も純粋な人の一人だったからです。 彼は彼にその謎を明らかにするために自然を誘惑する実験を設計することにのみ興味がありました。 彼がこれを達成したら、彼は他の人が悪用するための実用的なアプリケーションを残して、上に移動します。
ヘルツが1886年11月に最初に発生した波は、世界を急速に変えました。
1896年までにグリエルモ-マルコーニは無線通信の特許を申請していた。 1901年までに、彼はイギリスからカナダに大西洋を渡って無線信号を送信していた。
ヘルツの発見は、現代の通信技術の多くの基礎となった。 ラジオ、テレビ、衛星通信、および携帯電話はすべてそれに依存しています。 電子レンジでさえ電磁波を使用します：波は食べ物に浸透し、内部から素早く加熱します。
電波を検出する我々の能力は、天文学の科学にも変革をもたらした。 電波天文学は、私たちがスペクトルの目に見える部分で見ることができない特徴を”見る”ことを可能にしました。 また、雷は電波を発するので、木星や土星の雷嵐を聞くことさえできます。
科学者と非科学者は同じようにハインリッヒ-ヘルツに多くの借りを持っています。
光電効果
1887年、電磁気学に関する彼の研究の一環として、ヘルツは物理学の未来と宇宙の基本的な理解に大きな影響を与える現象を報告しました。 それは光電効果として知られるようになりました。
彼は帯電した金属に紫外線を照射し、紫外線が金属の電荷を他の方法よりも速く失う原因になっているように見えたことを観察した。
彼はこの作品を書き上げ、Annalen der Physikで出版し、他の人が追求するためにそれを残しました。 ヘルツ自身が調査するのは魅力的な現象だったでしょうが、彼は当時マクスウェルのプロジェクトにあまりにも巻き込まれていました。
実験者はヘルツが発表した新しい現象を調査するために急いだ。
1899年J.J. 電子の発見者であるトムソンは、紫外線が実際に金属から電子を放出することを確立した。
これにより、アルベルト-アインシュタインは光の理論を再考するようになった。 1905年に彼は正しく光が光子と呼ばれるエネルギーの別個のパケットで来たことを提案した。 紫外光の光子は、金属中の電子と相互作用するための適切な量のエネルギーを有し、電子が金属から脱出するのに十分なエネルギーを与える。
アインシュタインの光電効果の説明は、原子スケールの事象を記述する全く新しい方法-量子物理学を構築する上で重要なドライバーの一つでした。 アインシュタインは、ヘルツが発見した34年前の効果を説明したことで、1921年のノーベル物理学賞を受賞した。
光電効果。 UV光の光子は、金属から電子を取り出すために正しい量のエネルギーを運びます。
いくつかの個人的な詳細と終わり
1886年、29歳、ヘルツはカールスルーエでエリーザベト-ドールと結婚した。 彼女は数学者の娘だった。 二人の娘、ヨハンナとマチルドがいた。 マチルドは影響力のある生物学者になり、動物が問題をどのように解決するかの分野で考えさせられる発見をしました。
35歳の時、ヘルツは非常に病気になり、重度の偏頭痛を患った。 医師は彼が感染していると思った。 彼らは一連の操作を行ったが、ヘルツは悪化し続けた。
Heinrich Rudolf Hertzは、免疫系の問題、特に多発性血管炎を伴う肉芽腫症に起因する血管炎症のため、1894年1月1日にボンで36歳で死亡した。 彼は故郷のハンブルクのオールスドルフ墓地に埋葬された。
1930年、周波数の単位は国際電気技術委員会によってヘルツと命名されました。 1960年、単位は度量衡の総会によって公式にされた。
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"Heinrich Hertz." Famous Scientists. famousscientists.org. 23 Nov. 2015. Web. <www.famousscientists.org/heinrich-hertz/>.
有名な科学者によって出版されました。org
さらに読む
Heinrich Hertz
Electric Waves
Macmillan and Co.,1893
Sir Oliver Lodge
The work of Hertz and some of his successors
D.van Nostrand Company,1894
Rollo Appleyard
電気通信のパイオニア：Heinrich Rudolf Hertz
Electrical Communication,No.2,2,p63-77,October1927
G.R.M.Garratt
ラジオの初期の歴史：ファラデーからマルコーニまで
IET、1994
Jed Z.Buchwald
科学的効果の創造: Heinrich Hertz and Electric Waves
University of Chicago Press,1994
Michael Heidelberger,Gregor Schiemann
自然科学における仮説の意義
Walter de Gruyter,2009
D.Baird,R.I.Hughes,Alfred Nordmann(Editors)
Heinrich Hertz:古典物理学者,現代哲学者
シュプリンガー科学&ビジネスメディア、2013