他是与星光对话的人——海因里希•赫兹

他是与星光对话的人——海因里希•赫兹

他是与星光对话的人——海因里希•赫兹

1885年,来自卡尔斯鲁厄大学、年仅28岁的海因里希•赫兹(Heinrich Hertz)教授决定设计一个实验,他希望亲手将行迹无踪的电磁波捉拿归案。

赫兹追随热力学的开山鼻祖赫尔曼•冯•亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz)完成学业之后,辗转来到德意志帝国的边境重镇卡尔斯鲁厄。沉浸在硝烟散尽后静谧的湖光山色间,他从零开始,利用微薄的研究经费着手装配自己的电学实验室。

他是与星光对话的人——海因里希•赫兹

就在此时,赫兹遇到了他一生的挚爱:伊丽莎白•多尔(Elisaheth Doll)。伊丽莎白是几何教授多尔的女儿,她原先对物理并不甚了解,但却被赫兹那兼具思想者与行动派的从容气质所征服,她曾于日记中写道:“星空之下,赫兹有一种近乎骄傲的自信。他自认为是全世界唯一了解星光的人,在他看来,星光是远方的光源遵照一定规律向地球输送的不同频率的电磁波……星夜不仅是美丽的,而且是严守秩序的。”

知音既遇,赫兹将全身心都投注到了研究当中。两年后,在校园一角那间垂挂着厚重窗帘的“魔幻小屋”里,奇迹诞生了。

赫兹首先将一个感应线圈的两端分别与两个小铜球相连,每个小铜球又通过铜质导线分别与一个中空的大铜球相接,再配置适当的电源后,一套简易的电磁波发生器便搭建好了。

他是与星光对话的人——海因里希•赫兹

赫兹小心翼翼地合上电路开关,然后迅速把目光锁定在两个相隔不过1厘米的小铜球间。洪水般的电流便无声地穿过感应线圈,涌向作为电容的大铜球。电压持续升高,不一会儿,大球内部的电荷总量就突破了极限。暴怒中,电流以决堤之势冲将下来,“嗞”的一声,俩小球间的空气被彻底击穿,冰蓝色的电火花欣然绽放,像一条妖冶的小蛇,欢快地扭动着肢体,将己方的电荷偷赠予彼端的电容。

可惜好景不长,绚烂的光芒耗费了太多的能量,致使电压急剧下降。随着火光的熄火,一切转瞬又归于沉寂,而沉寂则意味着新一轮的蓄势……如此,正/负电荷乘坐着全金属打造的超级过山车往复振荡,眨眼便是百十个来回。游戏过程中,电火花的每一轮燃烧与寂灭,都昭示着电场正在经历的剧烈变化。

依据麦克斯韦的理论:变化的电场必将孕生磁场,而磁场又会激发新的电场。因而赫兹可以百分百确定,发生器所辐射的电磁波此刻就游荡在他的鼻尖。下一步的关键是:如何让它现出身形?

赫兹设计的接收器简单得出奇。将一根铜质导线弯成环状,并在接口两端分别镶上一粒小铜球,两球之间照例留下1厘米长的间隙。把铜环放置在距离电磁波发生器数米之外,如果麦克斯韦的猜想是对的,那么发生器所创造的电磁波将如同涟漪一般于空间之中层层扩散。直抵铜环;而作为回应,铜环上将产生一个感应电压,由此,俩小球间同样会迸射出些许电火花。

他是与星光对话的人——海因里希•赫兹

两套装置皆准备就绪,赫兹郑重地合上开关。少倾,发生器内狂舞的小蛇如约而至。而几乎就在同一时刻,接收器上也幽灵般地闪过一丝光亮。赫兹屏住呼吸,眼睛紧紧盯住两粒小铜球,“嗞嗞嗞……”每当对面电光乍现,铜环的缺口处便很快报以一丝羞赧的微光,一明一灭、韵律盎然。渐渐地,火花忽闪忽闪的倩影在赫兹的泪水中晕成一片星光,成功啦!

这是人类历史上首次捕捉到电磁波的真身,而“赫兹”这两个字也因此被永远地印刻在地球文明的丰碑上——作为频率的国际单位,在每一本物理著作中,你都不难找见“Hz”的身影。

可令人心痛的是,赫兹本人却在事业不断跨越高峰之际,因败血症过早地离开了他所热恋的故土,去世时还不到37岁。也恰在同一年,20岁的意大利小伙古列尔莫•马可尼(Guglielmo Marconi)在伦巴第消夏时,偶然读到赫兹关于电磁波的实验报告,立刻被那跌宕于时空之中永不消逝的波纹给深深吸引。他敏锐地意识到,既然赫兹已在几米之外检测到了电磁波,那么如果能造出更为精密的接收器,也一定可以在千里之外俘获同一列波。

他是与星光对话的人——海因里希•赫兹

经过无数次尝试与改进,1901年12月12日,马可尼建造的发报系统终于成功地将电磁信号从英格兰的康沃尔郡传送到大西洋彼岸加拿大的纽芬兰省,全程跨度近3400千米。从此,地球任意两点间实时通信不再是痴人说梦,电视传媒、卫星导航、无线网络、天文射电等一曲曲各具韵味的电磁之歌不仅彻底改变了我们的生活方式,更逐步改变着我们对宇宙的认知,把人类社会推进到崭新的信息时代。

文源:《时与光:一场从古典力学到量子力学的思维盛宴》

版权归原作者所有

编辑:祁蕊

相关推荐

他是与星光对话的人——海因里希•赫兹

《 时与光:一场从古典力学到量子力学的思维盛宴 》 作者:棽棽

清华大学出版社出版

他是与星光对话的人——海因里希•赫兹