第一个发射电磁波的人:赫兹

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一八七O年的德国年轻一代,掀起崇拜军事武力的狂热。雄伟的日标、激情的口号、有效率的组织,把全国人民塑造成一模一样的东西。却有一个人例外。

起起伏伏的孩子

一八七六年九月,入伍的赫兹(HeinrichHertz)写信给父母道:“如果要医治一个懒惰的人,军队是最好的地方。每日每时,总有许多忙不完的事 情。但是,我受不了每天都做同样事情的枯燥,真是在苦捱日子,而不是在学东西……车队在训练众人成为一致,我却天生无法与团体一致。”六个月后,赫兹的父 亲,动用关系让赫兹顺利离开军校。

赫兹进军校以前还在一所技术学院念工程系,他觉得工程太枯燥,日子灰色得很,他写道:“我怀疑我是这里多余的人。”因而转去念陆军官校。离开军校后,他去 德雷斯顿。因为高中时代数学成绩最好,他选择念数学系。念了半年,他觉得纯数学太抽象了,他写下:“这里的日子没有幽默、没有欢笑,又必须强迫自己完全投 入。”于是转到慕尼黑念建筑系,念了三个月又觉得没意思,再度转学到柏林大学念物理系。

当时除了他的母亲以外,没有人看得出来这位三心二意的学生,将来会成为首先发射无线电波,带动德国精密电学科技的人。

母亲的特殊教育方法

赫兹一八五七年二月二十二日生于德国北部的汉堡,父亲是律师,母亲是法兰克福大学物理学教授潘弗努肯博士的女儿。赫兹在六岁能拿稳笔时,母亲就教他雕刻,培养他能够长期工作的专心与忍耐,奠下他日后能以熟练的双手制造精密光电仪器的基础。

赫兹一生都感谢他的母亲:“到我六岁,每天晚饭以后,妈妈都花一小时念一篇长文章给我听,然后鼓励我发表意见,与我讨论。”在德国那个鼓励军事发展,消除个人的歧异性的极权时代,赫兹母亲的教育方法,刚好与时代潮流相反,也造成赫兹日后特立独行的个性。

读书与考试

赫兹在念中学时,就显出独特巧妙的制造能力。他的音乐并不好,但是他会自己造乐器;他的生物课也不好,但是他会自制显微镜;在化学课里,他自己烧制实验用的玻璃器皿。这种特殊的本领,几乎吓坏了学校老师。

赫兹这种非考试所能测出的成绩,令他的老师很难评断他在班上的名次。赫兹写道:“我妈妈每天陪我看书,每星期六自己给三个孩子考试。她永远比学校的考试早 知道我们的程度。所以在学校考试时,我都不用紧张。她已在考试前责备或鼓励我们,考试的结果好坏,她不用看也知道。”

赫兹中学毕业后,还不知道自己这种善于制造的能力,该去哪个系就读最能发挥。他三年内转了四所学校,母亲并没有责备他,因为她知道自己孩子的能力。

赫兹进柏林大学物理系后,就证明走对了!他在大学里出类拔萃。赫兹写道:“一个学生对于考试的成败,要抱着近乎‘无知’的单纯,才能在不断的考试竞争中,失败了再来,失败了再来……不被失败打败,不致徒留在自责自怜的泥泞中。”

旷野先知

赫兹高度的创造力逐渐伸入一片留待开发的电磁学领域,一八七九年八月,他以《电流的惰性研究》获得研究论文比赛第一名。他给母亲的信上写道:“在精确的实验与努力里,绝对没有什么叫‘失败’。如果没有达到预定的目标,只要调整向左或向右,都是正面的结果。”

一八八O年二月,赫兹以电子动力研究完成博士论文,他写下“对我而言,实验室是世界最美丽的角落,可以充分地发挥我那无止境的热心。我对外面的大世界,没 有丝毫的野心……我知道我是把生命当做一场实验,像是《圣经》里的施洗约翰,只能走到无人的旷野去呼喊真理,让世界上的人来听;我不可能为世界妥协我的原 则。他研究学问,不仅获得知识学位,也塑造他的生命个性。”

他可以不理世界,但是现实却紧追不舍,要他低头。毕业后,他的深奥理论不能为他换来什么好工作,只好留校当了三年博士后研究。那段黯淡岁月,他仍持续研究电子学,怎能想到百年后,跟随他脚步的电机、电子工程学系的学生会这么热门抢手。

太超前的研究者,需要经过漫长的年日,世界才能了解他,加上赫兹不擅于交际,他认为他没有办法忍受社交场合里,没有意义的对白。他把一生的路弄得更狭窄了。”

穷途末路

一八八三年五月他终于找到第一份教职,在德国北部的军港基尔工业学校教机械科。这里没有实验室,他只好又开始烧制他的玻璃瓶、做电池,慢慢把简单的实验室装配起来。

他的空暇时间很多,经常一个人到海边的沙滩散步。孤单、工作不稳定、想家,使他越来越愤世嫉俗。他在一八八四年五月写道:“我深深地感到不公平——为什么人要有炫人的头衔,众人的眼光才会盯着你,却没有人在意你手上做了什么事?”

一八八四年十二月他经历一次严重的失恋。这是一生中最灰色的日子,他也搞不清楚为什么会把自己弄到这步田地?他课堂上的学生都快逃光了,只剩七个人留下来听课;他满腹理想全化为牢骚,一八八五年初他情绪差到几乎自杀。这时只有短短几个字的祷告:“主啊,你知道!”

苦境转回

一八八五年三月,他有机会转到德国西南部边境的卡尔斯鲁尔技术学院,担任物理系教授。又开始装配他的电学实验室,并且在上课时示范电学实验。他说:“我不相信一个人只能由理论,就可以知道实际。”

小学校的实验经费少得可怜,他却一点一滴造出一间精密的电磁实验室。系上教三角学的多尔教授很欣赏他,知道这个年轻人身上有一种不与人比较的风骨;他请赫兹来家里坐坐,把女儿伊利沙白介绍给他。

伊利沙白后来写下:“赫兹在星光下有一种近乎骄傲的自信。他自认是全世界唯一了解星光是什么的人,在他看来满天的星光是不同的光体,规律地发出不同频率的 电磁波来到地上……在他的说明中,星夜不只是美丽的,而且是规则准确的。”赫兹的自信没有错,十九世纪全世界最懂电磁波实验的有两人,一位是法拉第,另一 位就是赫兹。

伊利沙白不懂电磁波,但是她知道这位寻求科学之真的男士,心里也是一片真诚与率直。他们认识不到四个月就结婚,当时赫兹二十九岁。

赫兹找到爱情的归宿,并展开他一生最着名的研究。因为这一实验研究的成功,后来纽约物理系教授薛默士回顾历史上物理学家,由伽利略到爱因斯坦,他认为最伟大的物理实验家就是赫兹。赫兹以实验证明人类千古的谜团——光的本质是电磁波。

第一个发射电磁波的人

如果物理学像是一出歌剧,那歌剧最精采的一个高音无疑就是电磁波的研究。今天的无线电波、收音机、电视、人造卫星通讯,都是电磁波研究的结果。


一八八六年十月,赫兹发明“电流共振器”,使空气中能够产生并传送一定频率的电磁波,这是一个不得了的发明,除了天然的太阳、星星、烛光之外,这是人类第 一次能够发射电磁波。一八八七年十二月,赫兹再发明“电流振荡器”,利用电流加速的装置可以产生一种高频率的电流。这是第一个人工微波的产生;比微波更高 频率的有红外线、可见光、紫外线、X光、伽玛射线,一般人称为“光”其实是电磁波中一段极窄的范围。

一八八八年赫兹发表这项研究成果,立刻震惊世界科学界。解开人类长久的谜团,电磁学上的不朽贡献,不是来自名校名教授,而是来自一所名不见经传的学院、一个躲在象牙塔里的怪人。

不要讥笑象牙塔,因为许多科学的突破,不是来自万众瞩目的科技舞台,却是来自象牙塔内默默的耕耘者。

后来的科学界为了感谢他的贡献,将电磁波每一秒钟振荡一次的频率,就称为赫兹(简称为Hz,或称为赫)。今天全世界每一本物理课本,一定会出现Hz这个字。德国的皇家科学会赠送他金质奖章,德国着名的波恩大学也奉上物理学教授一职。

赫兹对社会没有什么要求,只是带着妻子,抱着还未满月的女儿到莱茵河边散步。他的妻子写信给父亲道:“我终于看到赫兹对我笑了,他第一次像是个放松的螺丝。”

一八八九年,赫兹再发表光的反射、折射、偏光的测量;发明一种空气中的电磁波收集器,这是人类的第一支天线,从此人类对电磁波可收发自如了。他又发现阴极射线发出的光束也有波的形式,且证明另一伟大电磁学家马克斯威尔理论的正确。

赫兹并没有活得很久,积劳成疾,死于一八九四年一月一日。他的贡献造福了许许多多的电子、电机、通讯、广电……事业。在短暂的一生中,这样的努力值得吗? 正如他对上帝的祷告:“主啊,你知道!”不管最后人类的历史有没有记他一笔,上帝必定记念他的祷告,也许这就够了。


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