Σύνοψη

Ο Heinrich Rudolf Hertz (22 Φεβρουαρίου 1857, Αμβούργο - 1 Ιανουαρίου 1894, Βόννη) ήταν Γερμανός φυσικός.Αποφοίτησε από το Πανεπιστήμιο του Βερολίνου, όπου καθηγητές του ήταν ο Hermann von Helmholtz και ο Gustav Kirchhoff. Από το 1885 έως το 1889 ήταν καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης. Από το 1889 ήταν καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Βόννης.

Το κύριο επίτευγμά του ήταν η πειραματική επιβεβαίωση της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του Τζέιμς Μάξγουελ για το φως. Ο Hertz απέδειξε την ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Διερεύνησε λεπτομερώς την ανάκλαση, την παρεμβολή, τη διάθλαση και την πόλωση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και απέδειξε ότι η ταχύτητα διάδοσής τους ήταν ίδια με εκείνη του φωτός και ότι το φως ήταν ένας τύπος ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Βασίζει την ηλεκτροδυναμική των κινούμενων σωμάτων στην υπόθεση ότι ο αιθέρας παρασύρεται από τα κινούμενα σώματα. Ωστόσο, η θεωρία του για την ηλεκτροδυναμική δεν επιβεβαιώθηκε από τα πειράματα και αργότερα έδωσε τη θέση της στη θεωρία των ηλεκτρονίων του Hendrik Lorentz. Τα αποτελέσματα που έλαβε ο Hertz αποτέλεσαν τη βάση για την ανάπτυξη του ραδιοφώνου.

Το 1886-1887 ο Χερτζ παρατήρησε και περιέγραψε για πρώτη φορά το εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Ο Hertz ανέπτυξε τη θεωρία του κυκλώματος συντονισμού, μελέτησε τις ιδιότητες των καθοδικών ακτίνων και διερεύνησε την επίδραση των υπεριωδών ακτίνων στην ηλεκτρική εκκένωση. Σε μια σειρά από έργα μηχανικής έδωσε τη θεωρία της ελαστικής πρόσκρουσης της μπάλας και υπολόγισε το χρόνο πρόσκρουσης. Στις Αρχές της Μηχανικής (1894) κατέληξε σε γενικά θεωρήματα της μηχανικής και της μαθηματικής της συσκευής από μία και μόνη αρχή (αρχή Χερτζ).

Το Hertz είναι η μονάδα μέτρησης της συχνότητας Hertz, η οποία αποτελεί μέρος του Διεθνούς Συστήματος Μονάδων (SI) από το 1933.

Η μητέρα του Χάινριχ Χερτς, γεννημένη ως Άννα Ελίζαμπεθ Πφέφερκορν (1835-1910), ήταν κόρη του Γιοχάνες Πφέφερκορν (1793-1850), στρατιωτικού γιατρού στη Φρανκφούρτη και της Σουζάνα Γκαντροϊτερ (1797-1872). Ο Χάινριχ είχε τρία μικρότερα αδέλφια και μια αδελφή.

Κατά τη διάρκεια των σπουδών του στο Πανεπιστημιακό Γυμνάσιο του Αμβούργου, ο Χάινριχ Χερτζ έδειξε κλίση στις θετικές επιστήμες καθώς και στις γλώσσες, μαθαίνοντας αραβικά και σανσκριτικά. Σπούδασε επιστήμη και τεχνολογία στη Δρέσδη, το Μόναχο και το Βερολίνο, όπου ήταν μαθητής των Kirchhoff και Helmholtz. Το 1880 ο Χερτζ έλαβε το διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο του Βερολίνου και παρέμεινε για μεταδιδακτορικές σπουδές υπό τον Χέλμολτς. Το 1883 ανέλαβε τη θέση του λέκτορα θεωρητικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Κιέλου και το 1885 ο Χερτζ έγινε τακτικός καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης, όπου έκανε την επιστημονική του ανακάλυψη για την ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Το έργο του Hertz έπαιξε τεράστιο ρόλο στην ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, συμβάλλοντας στην εμφάνιση του ασύρματου τηλέγραφου, των ραδιοεπικοινωνιών, του ραδιοεντοπισμού και της τηλεόρασης.

Ο Χερτζ είχε πάντα ένα βαθύ ενδιαφέρον για τη μετεωρολογία, το οποίο πιθανότατα απέκτησε μέσω των επαφών του με τον Βίλχελμ φον Μπέτζολντ (ήταν καθηγητής του Χερτζ στο εργαστήριο του Πολυτεχνείου του Μονάχου το καλοκαίρι του 1878). Ο Χερτζ, ωστόσο, συνέβαλε ελάχιστα στον τομέα αυτό, εκτός από κάποιες πρώιμες εργασίες ως βοηθός του Χέλμχολτς στο Βερολίνο. Σε αυτές περιλαμβάνονται η μελέτη της εξάτμισης των υγρών, η ανάπτυξη ενός νέου είδους υγρομέτρου και η ανάπτυξη γραφικών εργαλείων για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων του υγρού αέρα που υπόκειται σε αδιαβατικές μεταβολές.

Το 1881-1882 ο Χερτζ δημοσίευσε δύο εργασίες σχετικά με αυτό που αργότερα έγινε γνωστό ως μηχανική της αλληλεπίδρασης επαφής. Αν και ο Χερτζ είναι κυρίως γνωστός για τη συμβολή του στην ηλεκτροδυναμική, οι δύο αυτές εργασίες δεν πέρασαν απαρατήρητες. Ήταν η πηγή σημαντικών ιδεών και οι περισσότερες εργασίες που εξετάζουν τη θεμελιώδη φύση της επαφής αναφέρονται σε αυτές. Ο Joseph Boussinesq άσκησε ορισμένες σημαντικές κριτικές στο έργο του Hertz, αναγνωρίζοντας παράλληλα τη μεγάλη σημασία του.

Σε αυτά τα έργα, ο Geertz εξετάζει τη συμπεριφορά φορτίου δύο αξονοσυμμετρικών αντικειμένων σε επαφή. Τα αποτελέσματα βασίζονται στην κλασική θεωρία της ελαστικότητας και στη μηχανική της συνέχειας. Η σημαντικότερη αδυναμία της θεωρίας του ήταν η παραμέληση της προσκόλλησης οποιασδήποτε φύσης μεταξύ δύο στερεών σωμάτων, η οποία αποδεικνύεται σημαντική όταν τα σώματα αυτά αρχίζουν να συμπεριφέρονται ελαστικά. Εκείνη την εποχή ήταν φυσικό να το παραμελήσουμε, καθώς δεν υπήρχαν τότε πειραματικές μέθοδοι για τη διερεύνησή του.

Για να τεκμηριώσει τη θεωρία του, ο Χερτζ διερεύνησε τη συμπεριφορά των ελλειπτικών δακτυλίων Νεύτωνα που σχηματίζονται με την τοποθέτηση μιας γυάλινης σφαίρας πάνω σε ένα φακό. Πίστευε ότι η πίεση που ασκούσε η σφαίρα στο φακό θα προκαλούσε την αλλαγή των δακτυλίων του Νεύτωνα. Χρησιμοποίησε ξανά τους δακτυλίους του Νεύτωνα όταν εξέτασε τη θεωρία του σε πειράματα για να υπολογίσει τη διάτμηση που προκαλούσε η σφαίρα στο φακό.

Από το 1885 έως το 1889, ο Χερτζ εργάστηκε ως καθηγητής φυσικής στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης. Κατά τη διάρκεια αυτών των ετών πραγματοποίησε τα περίφημα πειράματά του σχετικά με τη διάδοση της ηλεκτρικής δύναμης, τα οποία απέδειξαν την πραγματικότητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Η συσκευή που χρησιμοποίησε ο Hertz μπορεί να φαίνεται σήμερα κάτι παραπάνω από απλή, αλλά τα αποτελέσματά του είναι ακόμη πιο αξιοσημείωτα. Οι πηγές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας του ήταν σπινθήρες στον απαγωγό. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα από τους απαγωγείς προκαλούσαν εκκενώσεις σπινθήρων μεταξύ των σφαιρών στους "δέκτες" - κυκλώματα που ήταν τοποθετημένα μερικά μέτρα μακριά και είχαν τεθεί σε συντονισμό. Ο Χερτζ δεν ήταν μόνο σε θέση να ανιχνεύει κύματα, συμπεριλαμβανομένων των στάσιμων κυμάτων, αλλά και να μελετά την ταχύτητα, την ανάκλαση, τη διάθλαση και ακόμη και την πόλωση. Όλα αυτά ήταν πολύ παρόμοια με την οπτική, με τη μόνη (πολύ σημαντική!) διαφορά ότι τα μήκη κύματος ήταν σχεδόν ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερα (περίπου 3 μέτρα).

Ραδιοπομπός Hertz βασισμένος σε πηνίο Rumkorff (με κρουστική διέγερση του κυκλώματος ταλάντωσης από διακόπτη πλήκτρων). Το συνεχές ρεύμα από την πηγή, περνώντας μέσα από το πηνίο, μαγνητίζει τον σιδερένιο πυρήνα του, έλκει μια κινητή επαφή και το κύκλωμα διακόπτεται, όταν το μαγνητικό πεδίο εξαφανιστεί η επαφή κλείνει ξανά.Για τη διεξαγωγή πειραμάτων ο Hertz επινόησε και σχεδίασε τον περίφημο ηλεκτρομαγνητικό κυματοδότη του, που αργότερα ονομάστηκε "δονητής Hertz". Ο δονητής αποτελούνταν από δύο χάλκινες ράβδους με μπάλες ορείχαλκου και από μία μεγάλη σφαίρα ψευδαργύρου ή τετράγωνη πλάκα, που λειτουργούσε ως πυκνωτής. Μεταξύ των σφαιρών υπήρχε ένα κενό - ένα κενό σπινθήρα. Στις χάλκινες ράβδους ήταν προσαρτημένα τα άκρα του δευτερεύοντος τυλίγματος του πηνίου Rumkorff - ενός μετατροπέα χαμηλής τάσης συνεχούς ρεύματος σε υψηλή τάση εναλλασσόμενου ρεύματος. Όταν το εναλλασσόμενο ρεύμα παλλόταν, μεταξύ των σφαιρών αναβόσβηναν σπινθήρες και εκπέμπονταν ηλεκτρομαγνητικά κύματα στον περιβάλλοντα χώρο. Μετακινώντας τις σφαίρες ή τις πλάκες κατά μήκος των ράβδων, ρυθμίζονταν η αυτεπαγωγή και η χωρητικότητα του κυκλώματος, η οποία καθορίζει το μήκος κύματος.

Ραδιοφωνικός δέκτης Hertz (δέκτης σπινθήρων)Για να συλλάβει τα εκπεμπόμενα κύματα, ο Hertz επινόησε ένα απλό αντηχείο - έναν μη κλειστό συρμάτινο δακτύλιο ή ένα ορθογώνιο μη κλειστό πλαίσιο με τις ίδιες μπάλες ορείχαλκου στα άκρα και ένα ρυθμιζόμενο διάκενο σπινθήρων όπως ο "πομπός". Πειράματα που διεξήγαγε ο Hertz αποκάλυψαν ότι αν στη γεννήτρια λαμβάνουν χώρα ταλαντώσεις υψηλής συχνότητας (ένας σπινθήρας αναβοσβήνει στο διάκενο εκκένωσής της), τότε μικροί σπινθήρες θα αναβοσβήνουν και στο διάκενο εκκένωσης του αντηχείου, το οποίο βρίσκεται ακόμη και 3 μέτρα μακριά από τη γεννήτρια. Έτσι, ο σπινθήρας στο δεύτερο κύκλωμα προκλήθηκε χωρίς άμεση επαφή με το πρώτο κύκλωμα. Μετά από πολυάριθμα πειράματα με διαφορετικές αμοιβαίες θέσεις της γεννήτριας και του δέκτη, ο Χερτζ καταλήγει στο συμπέρασμα ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαδίδονται με πεπερασμένη ταχύτητα. Θα συμπεριφέρονται όπως το φως; Ο Hertz διεξάγει έναν ενδελεχή έλεγχο αυτής της υπόθεσης. Αφού μελέτησε τους νόμους της ανάκλασης και της διάθλασης, αφού διαπίστωσε την πόλωση και μέτρησε την ταχύτητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, απέδειξε την πλήρη αναλογία τους με τα κύματα φωτός. Όλα αυτά παρουσιάστηκαν στο έργο του "On Beams of Electric Power", που δημοσιεύθηκε τον Δεκέμβριο του 1888. Θεωρείται η χρονιά της ανακάλυψης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και της πειραματικής επιβεβαίωσης της θεωρίας του Μάξγουελ.

Μέσα από τα πειράματά του, ο Χερτζ κατέληξε στα ακόλουθα συμπεράσματα:

Το 1887, τα πειράματα ακολουθήθηκαν από το πρώτο άρθρο του Hertz "Περί πολύ γρήγορων ηλεκτρικών δονήσεων" και το 1888 από το ακόμη πιο θεμελιώδες έργο του "Περί ηλεκτροδυναμικών κυμάτων στον αέρα και της αντανάκλασής τους".

Ο Χερτζ θεωρούσε ότι οι ανακαλύψεις του δεν ήταν πιο πρακτικές από εκείνες του Μάξγουελ: "Είναι απολύτως άχρηστες. Είναι μόνο ένα πείραμα που αποδεικνύει ότι ο Maestro Maxwell είχε δίκιο. Απλά έχουμε μυστηριώδη ηλεκτρομαγνητικά κύματα που δεν μπορούμε να δούμε με το μάτι, αλλά είναι εκεί". "Και τι ακολουθεί;" - τον ρώτησε ένας από τους μαθητές. Ο Χερτζ ανασήκωσε τους ώμους, ήταν ένας ταπεινός άνθρωπος, χωρίς αξιώσεις ή φιλοδοξίες: "Δεν υποθέτω τίποτα.

Αλλά ακόμη και σε θεωρητικό επίπεδο, τα επιτεύγματα του Hertz αναγνωρίστηκαν αμέσως από τους επιστήμονες ως η απαρχή μιας νέας "ηλεκτρικής εποχής".

Για να δει καλύτερα τον σπινθήρα στα πειράματά του, ο Hertz τοποθέτησε τον δέκτη σε ένα σκοτεινό κουτί. Παρατήρησε ότι στο κουτί, το μήκος του σπινθήρα στο δέκτη έγινε μικρότερο. Στη συνέχεια ο Hertz πειραματίστηκε προς αυτή την κατεύθυνση. Συγκεκριμένα, διερεύνησε την εξάρτηση του μήκους του σπινθήρα όταν μεταξύ του πομπού και του δέκτη τοποθετήθηκε μια οθόνη από διαφορετικά υλικά. Ο Χερτζ διαπίστωσε ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα περνούσαν μέσα από ορισμένους τύπους υλικών και αντανακλούνταν από άλλους, οδηγώντας στο μέλλον στο ραντάρ. Επιπλέον, ο Hertz παρατήρησε ότι ένας φορτισμένος πυκνωτής χάνει το φορτίο του γρηγορότερα όταν οι πλάκες του φωτίζονται από υπεριώδες φως. Τα αποτελέσματα ήταν η ανακάλυψη ενός νέου φαινομένου στη φυσική που ονομάζεται φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Η θεωρητική βάση του φαινομένου δόθηκε αργότερα από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, ο οποίος έλαβε γι' αυτό το βραβείο Νόμπελ το 1921.

Το 1892 ο Χερτζ διαγνώστηκε με λοίμωξη (μετά από σοβαρή ημικρανία). Χειρουργήθηκε αρκετές φορές για να θεραπεύσει την ασθένεια, αλλά χωρίς αποτέλεσμα. Πέθανε το 1894 από κοκκιωμάτωση Wegener σε ηλικία 36 ετών στη Βόννη. Είναι θαμμένος στο Αμβούργο στο νεκροταφείο Olsdorf.

Η χήρα του Elisabeth Hertz (κατά κόσμον Elisabeth Doll) δεν ξαναπαντρεύτηκε ποτέ. Ο Hertz άφησε πίσω του δύο κόρες, τη Johanna και τη Matilda. Και οι τρεις μετανάστευσαν στην Αγγλία τη δεκαετία του 1930 μετά την άνοδο του Χίτλερ στην εξουσία. Τη δεκαετία του 1960 ο Charles Suskind πήρε συνέντευξη από τη Matilda, την οποία στη συνέχεια δημοσίευσε σε ένα βιβλίο για τον Heinrich Hertz. Σύμφωνα με το βιβλίο του Süskind, οι κόρες του Hertz δεν παντρεύτηκαν, οπότε δεν είχε απογόνους. Η Matilde Carmen Hertz (1891-1975), μόλις τριών ετών όταν πέθανε ο πατέρας της, έγινε διάσημη ψυχολόγος.

Αν και ο Hertz ήταν Λουθηρανός και δεν θεωρούσε τον εαυτό του Εβραίο, το πορτρέτο του αφαιρέθηκε από τους Ναζί από την τιμητική του θέση στο δημαρχείο του Αμβούργου, επειδή ήταν "εν μέρει εβραϊκής καταγωγής".

Ο ανιψιός του Gustav Ludwig Hertz (1887-1975) έγινε διάσημος φυσικός και κάτοχος βραβείου Νόμπελ, ενώ ο γιος του τελευταίου, Carl Helmut Hertz (1920-1990), δημιούργησε την ιατρική υπερηχογραφία.

Στις 7 Μαΐου 1895, ο εφευρέτης του ραδιοφώνου Αλεξάντερ Ποπόφ χρησιμοποίησε μια συσκευή δικής του εφεύρεσης για να μεταδώσει τις λέξεις "Χάινριχ Χερτζ", οι οποίες είναι οι πρώτες λέξεις που μεταδόθηκαν ποτέ μέσω ραδιοφώνου.

Το 1930, η Διεθνής Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή καθιέρωσε μια νέα μονάδα μέτρησης, το Hertz (Hz), προς τιμήν του Hertz, που χρησιμοποιείται ως μέτρο του αριθμού των επαναλαμβανόμενων γεγονότων ανά μονάδα χρόνου (που ονομάζεται επίσης "αριθμός κύκλων ανά δευτερόλεπτο"). Εγκρίθηκε από την XI Γενική Διάσκεψη για τα βάρη και τα μέτρα το 1960 ως μονάδα συχνότητας στο σύστημα SI.

Το 1969 εκδόθηκε αναμνηστικό μετάλλιο στην Ανατολική Γερμανία προς τιμήν του Heinrich Hertz. Το 1987, το ΙΕΕΕ θέσπισε το μετάλλιο Heinrich Hertz "για εξαιρετικά επιτεύγματα στη μελέτη των κυμάτων Hertz", το οποίο απονέμεται ετησίως σε θεωρητικούς και πειραματικούς επιστήμονες.

Ένας κρατήρας στην ανατολική πλευρά της πίσω πλευράς του φεγγαριού φέρει το όνομα του Hertz. Ο πύργος τηλεοπτικών και ραδιοφωνικών επικοινωνιών της πόλης στο Αμβούργο έχει πάρει το όνομά του από τον διάσημο γηγενή κάτοικο του Αμβούργου.

Το 1889 η Ιταλική Εταιρεία Επιστημών της Νάπολης του απένειμε το μετάλλιο Matteucci, η Ακαδημία Επιστημών του Παρισιού του απένειμε το βραβείο Lakaz και η Αυτοκρατορική Ακαδημία της Βιέννης του απένειμε το βραβείο Baumgartner. Ένα χρόνο αργότερα η Βασιλική Εταιρεία του Λονδίνου απένειμε στον Χερτζ το μετάλλιο Rumford και το 1891 η Βασιλική Ακαδημία του Τορίνο του απένειμε το βραβείο Bresse. Η πρωσική κυβέρνηση του απονέμει το παράσημο του Στέμματος. Επιπλέον, ο Hertz τιμήθηκε με το ιαπωνικό παράσημο του Ιερού Θησαυρού.

Πηγές

1. Χάινριχ Χερτζ
2. Герц, Генрих Рудольф