海因里希·赫兹—

海因里希·赫兹1857—1894

电信技术的奠基人

无论我们身处何处，都摆脱不了那些看不见摸不着的无线电、电视、手机、定向通信、无线电话或雷达等信号的包围，电磁波无时无刻都在不停地传播着音乐、图像和声音，或发出简单的嘶嘶喳喳声。没有天线等接收和解码专用设备，人们就无法解开这些信号中隐含的秘密，光靠能量的强弱还无法辨别这些信号的实质，我们需要能感应这种电磁波的“感觉器官”。这种信号无处不在，无时不在，它们或来自远方，或近在咫尺，或相互叠加，或各行其是，虽无影无踪，却永不停歇地奔驶在各种发射和接收设备之间，甚至飞向遥远的太空。

■海因里希·赫兹，1892年

人们通常把1895年5月7日称为是无线电发射的诞生日，因为在那一天，俄国物理学家亚历山大·波波夫向圣彼得堡物理协会展示了自己组装的无线电发射和接收装置，他让助手在大厅的一头安放好火花感应器， 自己在讲台上调好接收机，每当火花感应器放一次电，波波夫的接收器就会发出铃声。围观的人们惊奇地发现，发射和接收装置之间没有任何联系。波波夫希望他的机器今后能借助更快的电波振动来远距离传播信号，而意大利电气工程师古列尔莫·马可尼却捷足先登，于1894年就制造出一台无线电装置，在1897年所作的一次试验中，马可尼的无线发射机发出的信号跨越了布里斯托尔附近一个宽约5公里的海湾。1909年，马可尼与德国工程师费迪南德·布劳恩一起因在无线电通讯方面的贡献而分享了当年的诺贝尔物理奖。

如果不是海因里希·赫兹英年早逝，1909年的诺贝尔物理奖也许要由三位科学家来分享。年轻的德国物理学教授赫兹才华横溢，在卡尔斯鲁厄的实验室里，他首次进行了验证电磁波的实验，从而为其他先驱者的研究打下了坚实的基础。遗憾的是，赫兹在1894年死于败血症，年仅三十七岁。

不同的视角

小时候，海因里希·赫兹不但记忆力过人，成为一名人人夸奖的好学生，而且在动手能力方面也显示出了不同凡响的天赋。过十岁生日时，父母亲送给他一台车床，一位车床师傅教会了他车削的手艺。当得知赫兹成了一名著名的教授后，这位当年的师傅不无遗憾地说：“太可惜了！要不海因里希就能成为一名出色的旋工了。”

■海因里希·赫兹展示的振荡偶极子的电力线。赫兹开创性地设计出振荡回路，第一次成功验证了电磁波。铜版画，1889年

赫兹的发现并不出于偶然，完全是他平时系统研究和探索的结果。早在柏林学习和作助理工作时，赫兹就听从导师赫尔曼·冯·亥姆霍兹的建议，对当时的电学理论做了大量的研究，赫兹是当时欧洲大陆为数不多的掌握麦克斯韦理论的科学家之一，麦克斯韦的理论当时在欧洲大陆很新颖时尚，与传统的理论相反，麦克斯韦理论把电磁现象看作是以有限速度在空间作波状扩散的东西，根据麦克斯韦的理论，电磁力不是一种远距作用力，它们不像牛顿力学理论里所说的万有引力那样在任何地方都会瞬时出现。麦克斯韦认为，运动的电荷会产生在空间和时间上可变化的电磁场，这种电磁场能以很快但有限的速度在物质和空间传播，特别是周期性振荡的电荷，即以相同节奏来回振荡的电荷（可以形成振荡回路的电荷）会产生电磁波。此前，还没有人能成功地验证这种电磁波的存在，因为在当时可实现的频率下，振荡回路的波长太大了。

■ 1886—1888年赫兹用过的实验器具原物。借助这些实验器具，赫兹研究了电磁波的各种特性。从左到右：2个环形谐振器、1个带玻璃罩的产生紫外光线的火花发生器、1个验证电振荡的热线式电流表、1个方形谐振器

赫兹有机会充分展示其在实验方面的灵巧和天才，年轻时，赫兹就曾自己制造出复杂的工件和机器，现在他终于又成功地设计研制出频率很高（几百兆赫）的振荡回路，这样一来，相关电磁场的振荡波长就缩短到当时的试验室可测量的范围。简单来讲，赫兹用一个电路验证了电磁波，这个电路的两端为开口，在电磁场的作用下，电路两端的空隙处进发出激烈的火花。用这样一个简易的“天线”，赫兹测定了电磁场的方向和强度。

赫兹研究电磁现象长达数年之久，并通过实验证实了麦克斯韦的理论。赫兹的实验使麦克斯韦的理论在欧洲大陆得到了广泛的传播，在各种相互竞争的理论中脱颖而出。赫兹的研究证实了根据麦克斯韦方程推导出来的“光只是一种电磁波”的论断，从而使电磁和光学这两个以前一直相互分离的物理分支整合到同一理论之中。

从困惑到自信

就像其他许多才华横溢的天才人物一样，年轻的赫兹在学习方向的选择上也饱受困惑的折磨。二十岁时，赫兹在给其父母的一封信里写道：“生活天天都在告诉我，我于这个世界是多么的无用。”在他生命的晚期，赫兹的人生态度发生了根本性的变化，在给其父母的最后一封信里，他以自豪和满足的心情向他们暗示着自己即将离开人世的信息，他写道：“如果我真的有什么不测，你们不用悲伤。你们应该感到骄傲，应该想想，我是属于生活虽短，但却丰富的人。”

■卡尔斯鲁厄赫兹实验室中带火花感应器的发射实验装置

高频电磁感应器的研究和对电磁波的实验证明使赫兹名声大振，柏林大学甚至希望他接管导师古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫（1824—1887）的讲席，但赫兹拒绝了这一邀请，因为他害怕喧哗纷杂的首都很难能使他静下心来从事科学研究，于是，他选择了安静的波恩作为自己研究和教学的城市。在波恩大学，赫兹潜心研究实验理论和其他基础理论，其研究方向甚至接近阿尔伯特·爱因斯坦日后大有收获的相对论领域，假如能再多活几年，提出相对论理论的人也许就是海因里希·赫兹。

赫兹是无线电通讯技术的理论创始人之一，但他英年早逝，生前并没有得到应有的荣誉。对于赫兹是否对无线电通讯技术的发展做出过创新性的贡献这个问题，人们一直持怀疑态度，因为很显然，赫兹对这种技术上的可能性没有做出正确的估计。对于工程师们提出的能否根据赫兹的理论把变压器或电话的磁力线传输到远方这个问题，赫兹的回答是否定的。尽管如此，不少人后来都强烈建议用电磁波来进行无线电信号传输，从而使无线电通讯技术得到了长足的发展。

■欧文，兰米尔（左）1922年向意大利物理学家和无线电专家古列尔莫·马可尼介绍位于纽约的通用电器研究室。马可尼于1897年根据赫兹的研究成果成功研制了一台无线电通讯装置

后来者的崇敬

后来，波波夫用电报机代替电铃，当做接受机的终端，这种装置就成了一台无线电发报机。1896年3月24日，波波夫和助手雷布金在俄国物理化学协会的年会上，正式进行了用无线电传递莫尔斯电报码的表演，在场的观众有一千多人。表演的时候，接收机装设在物理学会会议大厅里，发射机放在附近森林学院的化学馆里。雷布金拍发信号，波波夫接收信号，通信距离是250米。物理学会分会会长佩特罗司赫夫基教授把接收到的电报字母逐一写在黑板上，最后得到的报文是“海因里希·赫兹”。它表示波波夫对这位电磁波的发明者的崇敬。这份电报虽然很短，只有几个字，它却是世界上第一份有明确内容的无线电报。

海因里希·赫兹

生平与学术生涯

1857年2月22日，海因里希·鲁道夫·赫兹出生在德国汉堡的一个上流社会家庭，父亲古斯塔夫是一位律师，后来成为汉堡市的司法部长。小时候，海因里希就因出众的记忆力和敏锐的理解力而引人注目，除了音乐和唱歌以外，他在学校的各科成绩均名列前茅。海因里希不但善于思考，而且还有一双灵巧的双手，少年时代就能自己动手制作物理器具。在私人学校上完小学后，海因里希于1874年毕业于汉堡著名的约翰中学，他一心想成为一名建筑工程师，所以先在法兰克福学习技术制图，不久又转学德累斯顿工业大学。1876—1877年，海因里希·赫兹在军队服役，退伍后他在慕尼黑工业大学注册学习工程科学，但不久便改学自然科学。根据慕尼黑工业大学导师的建议，他后来来到了柏林继续学习，在这里他遇到了亥姆霍兹和基尔霍夫两位名师，1880年，赫兹完成博士论文，成为导师赫尔曼·冯·亥姆霍兹教授的助手，亥姆霍兹当时被公认为是一名全才教授，他在医学、生理学和物理学领域都口碑极佳，在亥姆霍兹的建议下，赫兹悉心研究麦克斯韦和法拉第的理论等问题。1883年，赫兹作为大学的编外讲师来到了基尔，获得了大学讲课的资格，在基尔他继续从事理论研究，并把麦克斯韦方程整理成今天人们所熟知的系统形式。1885年，赫兹成为卡尔斯鲁厄大学的物理学正教授，在卡尔斯鲁厄，赫兹与全力支持其研究工作的伊丽莎白·多尔结婚。1886—1888年，赫兹通过实验开创性地获得并验证了高频电磁波，这一发现使他名声大振，全德国的大学纷纷向他发出邀请，但他最终选择了安静的波恩大学，在波恩，赫兹提出了振荡回路理论，即赫兹偶极子理论，同时还研究了运动物质的电动力学。1892年，赫兹得了严重的颌骨感染症，起初被医生误诊，后来的多次手术也均告失败，于1894年1月1日死于败血症。

相关知识

频率单位“赫兹”

“赫兹”这个度量单位是人们为了纪念海因里希·赫兹而设立的，它是频率的国际单位，它是每秒中的周期性变动重复次数的计量。1赫兹等于每秒一次周期振荡。赫兹与人的心脏在静止状态下的心跳次数相吻合纯粹是一种巧合（静止状态下，心脏每分钟跳动约60下）。

推荐

阅读：

《物质构造》，海因里希·赫兹著，Berlin 1999

《海因里希·赫兹》， Albrecht Föelsing著，Hamburg 1997

《海因里希·赫兹：无线电波的发现》， Josef Kuczera著，Leipzig 1987

《纪念赫兹：证实电磁波存在一百年》，陈涵奎著，华东师范大学出版社1989

参观：

藏有赫兹实验器械的慕尼黑德意志博物馆电展馆

点评

无线电波的发现是国际知识传播结出硕果的一个典范，假如来自欧洲大陆的赫兹不研究学习来自大不列颠的麦克斯韦的理论，就不可能成为无线电通讯的理论创始人。