赫兹与电磁波

来源 :大众科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rainbow03262009
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  
  故事要从1887年的德国开始。位于莱茵河边的卡尔斯鲁厄是一座风景秀丽的城市,在它的城中心,矗立着著名的18世纪的宫殿。郁郁葱葱的森林和温暖的气候也使得这座小城成为了欧洲的一个旅游名胜。然而这些怡人的景色似乎没有分散海因里希·鲁道夫·赫兹的注意力:现在他正在卡尔斯鲁厄大学的一间实验室里专心致志地摆弄他的仪器。那时候,赫兹刚刚30岁,也许不会想到他将在科学史上成为和他的老师赫耳姆霍兹一样鼎鼎有名的人物,不会想到他将和卡尔·本茨一样成为这个小城的骄傲。现在他的心思,只是完完全全地倾注在他的那套装置上。
  赫兹的装置在今天看来是很简单的:它的主要部分是一个电火花发生器,有两个相隔很近的小铜球作为电容。赫兹全神贯注地注视着这两个相对而视的铜球,然后合上了电路开关。顿时,电的魔力开始在这个简单的系统里展现出来:无形的电流穿过装置里的感应线圈,并开始对铜球电容进行充电。赫兹冷冷地注视着他的装置,在心里面想象着电容两段电压不断上升的情形。在电学的领域攻读了那么久,赫兹对自己的知识是有充分信心的,他知道,随着电压的上升,很快两个小球之间的空气就会被击穿,然后整个系统就会形成一个高频的振荡回路(LC回路),但是,他现在想要观察的不是这个。
  果然,过了一会儿,随着细微的“啪”的一声,一束美丽的蓝色电花爆开在两个铜球之间,整个系统形成了一个完整的回路,细小的电流束在空气中不停地扭动,绽放出幽幽的荧光。
  赫兹反而更加紧张了,他盯着那串电火花,还有电火花旁边的空气,心里面想象了一幅又一幅的图景。他不是要看这个装置如何产生火花短路,他这个实验的目的,是为了求证那虚无飘渺的“电磁波”的存在。那是一种什么样的东西啊,它看不见,摸不着,到那时为止谁也没有见过,验证过它的存在。可是,赫兹是坚信它的存在的,因为它是麦克斯韦理论的一个预言。而麦克斯韦理论……哦,它在数学上简直完美得像一个奇迹!仿佛是上帝的手写下的一首诗歌。这样的理论,很难想象它是错误的。赫兹吸了一口气,又笑了:不管理论怎样无懈可击,它毕竟还是要通过实验来验证的呀。他站在那里看了一会儿,在心里面又推想了几遍,终于确定自己的实验无误:如果麦克斯韦是对的话,那么在两个铜球之间就应该产生一个振荡的电场,同时引发一个向外传播的电磁波。赫兹转过头去,在实验室的另一边,放着一个开口的铜环,在开口处也各镶了一个小铜球。那是电磁波的接收器,如果麦克斯韦的电磁波真的存在的话,那么它就会穿越这个房间到达另外一端,在接收器那里感生一个振荡的电动势,从而在接收器的开口处也激发出电火花来。
  实验室里面静悄悄地,赫兹一动不动地站在那里,仿佛他的眼睛已经看见那无形的电磁波在空间穿越。铜环接受器突然显得有点异样,赫兹简直忍不住要大叫一声,他把自己的鼻子凑到铜环的前面,明明白白地看见似乎有微弱的火花在两个铜球之间的空气里闪烁。赫兹飞快地跑到窗口,把所有的窗帘都拉上,现在更清楚了:淡蓝色的电花在铜环的缺口不断地绽开,而整个铜环却是一个隔离的系统,既没有连接电池也没有任何的能量来源。赫兹注视了足足有一分钟之久,在他眼里,那些蓝色的火花显得如此地美丽。终于他揉了揉眼睛,直起腰来:现在不用再怀疑了,电磁波真真实实地存在于空间之中,正是它激发了接收器上的电火花。他胜利了,成功地解决了这个8年前由柏林普鲁士科学院提出悬赏的问题;同时,麦克斯韦的理论也胜利了,物理学的一个新高峰--电磁理论终于被建立起来。伟大的法拉第为它打下了地基,伟大的麦克斯韦建造了它的主体,而今天,他——伟大的赫兹——为这座大厦封了顶。
  赫兹小心地把接受器移到不同的位置,电磁波的表现和理论预测的丝毫不爽。根据实验数据,赫兹得出了电磁波的波长,把它乘以电路的振荡频率,就可以计算出电磁波的前进速度。这个数值精确地等于30万公里/秒,也就是光速。麦克斯韦惊人的预言得到了证实:原来电磁波一点都不神秘,我们平时见到的光就是电磁波的一种,只不过它的频率限定在某一个范围内,而能够为我们所见到罢了。
  无论从哪一个意义上来说,这都是一个了不起的发现。古老的光学终于可以被完全包容于新兴的电磁学里面,而“光是电磁波的一种”的论断,也终于为争论已久的光本性的问题下了一个似乎是不可推翻的定论。电磁波的反射、衍射和干涉实验很快就做出来了,这些实验进一步地证实了电磁波和光波的一致性,无疑是电磁理论的一个巨大成就。
  赫兹的名字终于可以被闪光地镌刻在科学史的名人堂里。可是,作为一个纯粹的严肃的科学家,赫兹当时却没有想到他的发现里面所蕴藏的巨大的商业意义。在卡尔斯鲁厄大学的那间实验室里,他想的只是如何可以更加靠近大自然的终极奥秘,根本没有料到他的实验会带来一场怎么样的时代革命。赫兹英年早逝,还不到37岁就离开了这个他为之醉心的世界。然而,就在那一年,一位在伦巴底度假的20岁意大利青年读到了他的关于电磁波的论文;两年后,这个青年已经在公开场合进行了无线电的通讯表演,不久他的公司成立,并成功地拿到了专利证。到了1901年,赫兹死后的第7年,无线电报已经可以穿越大西洋,实现两地的实时通讯了。这个来自意大利的年轻人就是古格列尔莫·马可尼。与此同时俄国的波波夫也在无线通讯领域做了同样的贡献。他俩掀起了一场革命的风暴,把整个人类带进了一个崭新的“信息时代”。(摘自《量子物理史话》)
其他文献
她是画家,曾入围“中国油画三百家”;  她也是美术教育家,曾有十几年教授上千人绘画的教育经历;  她更是儿童教育家,2004年创办了中目的巴学园“李跃儿芭学园”由美术教育转入幼儿教育;  她是中国版的“小林校长”,她不仅把“孩子是脚,教育是鞋”的教育理念在她的芭学园里深耕、播种,还著述了《谁拿走了孩子的幸福》《谁误解了孩子的行为》等芭学园系列丛书传播相关理念;  她说,目标只有一个:为孩子打下一生
在电影院里看着电影,就轻轻松松地做出了一项很有意义的发现。德国动物学家科尔姆无疑是个幸运者。  电影《南极考察记》是科尔姆在1947年的一天夜晚的启迪者。  银幕上,勇敢的探险家们翻越冰沟,攀爬冰坡,加上严寒、冰雹,真是艰苦卓绝。电影中不时穿插一些南极的动物,如逆戟鲸、磷虾、企鹅等。在南极沿海的冰山上,企鹅们像穿着黑色燕尾服的绅士,挺着胸,迈着可笑的步伐。  科尔姆没有笑,他睁大着眼睛看着。它不是
王菲终于复出了。复出前的王菲被《忽然一周》的记者拍摄到秘密赴港,在一家美容中心打美容针,为复出做准备。据说她打的是“10万港币一针的人胎盘素”,前后耗时1个多小时,仅付出了眼角产生些许红肿的代价。如果王菲真打了美容针,那么她打的究竟是不是“人胎盘素”?  从《忽然一周》的描述看,美容针的注射位置是眼角,而且效果立竿见影。据此推测,王菲使用的应该是透明质酸。它广泛分布于人的皮肤和结缔组织内。将透明质
居家智能是指以住宅为平台,兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化,集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。居家智能可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统,有机地结合在一起,通过统筹管理,让家居生活更加舒适、安全、有效。  与普通家居相比,居家智能不仅具有传统的居住功能,提供舒适安全、高品位且宜
女性健康美在不同的年龄阶段,有着不同的标准。人们普遍认为,女性健康美的诱人之处不能简单化——女性健康美取决于时尚、文化,或者种族,以及男人的看法。  例如,在维多利亚时代,小波纹型的嘴唇在英国女性中被认为是美丽的最高标准。  今天,小嘴妙龄少女已经被那些可以称之为“鲑鱼大嘴”的女子所替代。在今天的西方女性中,大嘴被认为是美丽的标准。  所以,一个令所有人都同意的健康美标准相当模糊。那么,女性健康美
现在,计算机已成为我们生活和工作中一个密不可分的“亲密伴侣”,但关于计算机,你是否知道:最早的计算机,是从齿轮开始的;最早的电子计算机,是为计算弹道轨迹而研发的;最早的PC机,叫“牛郎星”;最快的计算机,每秒运算速度高达33.86千万亿次……  从齿轮带动的简单机械,到每秒运算千万亿次的超级计算机,在漫长的时光中,计算机走过了一条怎样的发展之路?
提要:农药只杀害虫吗?不!不是的!农药只杀害虫是一种认识的误区,一种人类美好的愿望  不错,农药是专门为杀死与人类作对的“有害生物”而生产的;但别忘了,农药的本质是一类毒药!它们能毒死害虫,肯定也能毒死其它生灵!  农药在被喷洒后,真正能接触目标害虫的农药不足农药使用量的5%。换句话说,95%以上的农药不是在对付害虫,而是在威胁其它无辜的生灵。受害者中有各种各样与“目标害虫”毫不相干的无辜殉葬者,
“最早的数学家”泰勒斯利用等腰直角三角形和相似三角形的基本原理,轻而易举地测出了金字塔的高度,开创了数学命题的简单证明  金字塔是古埃及人的伟大创造。最早的金字塔建造于3500多年以前,坐落在撒哈拉沙漠的边缘,雄视着一望无际的戈壁沙丘和肥沃的绿洲。  金字塔究竟有多高呢?由于年代久远,它的精确高度连埃及人也记不清了。金字塔又高又陡,况且又是法老们的陵墓,出于敬畏心理,没人敢登上去进行测量。所以,要
奶牛产奶有假期吗?牛奶能急救解毒吗?从奶牛到牛奶,从喝牛奶到牛奶包装纸盒的回收,您可能不知道的“奶知识”,本文一一为您解答  牛奶是最古老的天然饮料之一。早在6000多年前,人类已经开始品尝这种从母牛身上挤出来的乳汁了。当然,它最初的用途是哺育小牛。牛奶顾名思义是从雌性奶牛身上所挤出来的。在不同国家,牛奶也分有不同的等级,目前最普遍的是全脂、低脂及脱脂牛奶。目前市面上牛奶的添加物也相当多,如高钙低
科幻电影《星球大战》中的移动全息成像可通过笔记本电脑来实现,美国麻省理工学院的科学家基于最新创新技术,实现低成本、高分辨率全息影像。  当前移动全息图像投影系统成本较高,并且存在着严重的局限性。主要的问题在于空间光调制器,它能够在三维空间中直接投射光线形成点,此外,当前技术、显示尺寸关键因素、可视角度、帧频和图像深度都受到限制。麻省理工学院的工程师研制出一种新型空间光调制器,克服了以上问题。科学家