Генрих Герц — жизнь и исследования немецкого физика: факты об ученом и его экспериментах
Ученый Генрих Герц относился к собственным исследованиям как к бесполезным с практической точки зрения вещам. Тем не менее за свои достижения физик удостоился массы премий и наград, а его имя известно во всем мире.
Происхождение
Будущий ученый родом из Гамбурга, появился на свет 22 февраля 1857 года. Полное имя – Генрих Рудольф Герц. Он был не единственным ребенком в культурной обеспеченной семье банкиров и финансистов, у родителей росли еще сыновья.
Прадед физика отметился тем, что в свое время основал известный банк, который до сих пор существует. Отец Генриха служил адвокатом, а позже стал сенатором. Мать, дочь армейского врача, тоже работала в финансовой сфере.
Начальное образование
Генрих Герц с детства отличался послушным характером, прилежностью и любознательностью. Правда, при этом у него было слабое здоровье, родители даже всерьез опасались за жизнь отпрыска. Но мальчик тщедушного вида обладал завидной силой воли.
Он установил себе жесткий распорядок дня, которому неукоснительно следовал годами. Герц рано просыпался, сразу после пробуждения брался за работу и в течение дня трудился с небольшими перерывами. С малых лет Генрих выработал в себе целеустремленность, усердие и настойчивость, которые у него сохранились на всю недолгую жизнь.
Генрих Герц среди прочего обладал поистине феноменальной памятью. В учебе у него не возникало сложностей, педагоги в один голос называли его сообразительным и непревзойденным воспитанником.
Юный Герц увлекался с детства не только физикой, но и арабским языком. Ему нравилось читать запоем, больше остальных он ценил произведения Гомера и Данте. Даже сам Генрих пытался сочинять стихи.
Токарь
Каждое воскресенье после уроков Генрих ходил в школу, где преподавали ремесла и искусства. В этом заведении мальчик освоил азы токарного дела и черчения. Ему нравилось пользоваться станком, с помощью которого он сооружал различные модели механизмов.
Юный гений даже планировал собственными руками смастерить для личного пользования все часто используемые оптические и механические приборы. Он не боялся трудностей, все умел и не сторонился никаких занятий. Исследователи биографии Герца утверждают, что он искренне любил хвататься за различные виды незамысловатых простых работ, и с возрастом эта тяга только усиливалась.
Инженер и ученый
Родители Герца рассчитывали, что он пойдет по их стопам, считая юриспруденцию неплохим источником дохода и уважаемой сферой деятельности. По сути, они были правы, и сын также не планировал им перечить. Но с получением аттестата зрелости он продолжил получать образование в Мюнхене и Дрездене, когда стал отчетливо понимать, что его больше всего привлекает техника. Так Генрих решил сделаться инженером.
С началом специализации в будущем ученом вновь возникли сомнения, он замечал за собой, что любовь к инженерному делу в нем уступает страсти к науке. Его не прельщала перспектива стать узким специалистом, тянуло к обширной научной деятельности. Настал 1878 год — Генрих Рудольф поехал в Берлин, где поступил на физический факультет университета.
Здесь Герц учился вполне успешно, уже студентом проводил ряд экспериментов не без поддержки наставника — крупнейшего физика той эпохи Фердинанда Гельмгольца.
Доктор Герц
Летом 1879 года после окончания летних каникул студент Герц попытался провести новые серии научных экспериментов. По факту они представляли собой продолжение его старых опытов.
Молодого ученого увлекала тема индукции во вращающихся телах. Это направление стало центральной темой его докторской диссертации. В течение сравнительно небольшого для такой деятельности времени ему удалось благополучно завершить исследование.
Во многом при проведении экспериментов ему помогли навыки работы на токарном станке. Герц защитил диссертацию на соискание докторской степени. Для тех лет такое явление считалось редкостью, особенно если доктором становился студент.
Теория Максвелла
Окончив университет, Генрих Герц продолжил работать ассистентом Гельмгольца. Вскоре он стал доцентом, а еще чуть позже — профессором. В этот период он как раз заинтересовался публикацией в научном журнале, где излагалась теория электромагнитного поля Джеймса Максвелла.
Благодаря теоретическим изысканиям британского физика состоялось открытие такого явления, как электромагнитные волны. С этого момента в научной среде заговорили об объединении совершенно, казалось бы, разнородных свойств — магнетизма и электричества. В них обнаружились признаки одного и того же явления, а именно электромагнитного взаимодействия.
Колебания, которые возникают в колебательном контуре, по мнению Максвелла, способны распространяться в пространстве. Путем математических расчетов он доказал, что такие волны разлетаются мгновенно, точнее, со скоростью света.
Доказательство существования электромагнитных волн
Выводы Максвелла по поводу электромагнетизма попытался оспорить Генрих Герц, как и несколько других его современников. Он решил провести эксперимент, чтобы опровергнуть распространение электромагнитного поля. Для опытов собрал специальное приспособление, чтобы с его помощью исследовать свойства электромагнитных волн.
С окончанием исследований Герц пришел к твердому выводу, что Максвелл прав. Немецкий физик поделился своими результатами в научной работе. Публикация вышла в печати в 1888 году. Научное сообщество оказалось вынуждено согласиться с существованием электромагнитных волн и тем, что факт этот неопровержим.
1888-й остался в истории как год, когда открыли электромагнитные волны. Экспериментальным путем Герц подтвердил, что Максвелл выдвинул совершенно верную теорию. После такого триумфа Генрих перебрался в Бонн, где поселился в доме и оказался главой кафедры физики в местном университете.
Праотец радио
Для собственных опытов по теории Максвелла Генрих Герц создал для волн излучатель и приемник. Новый прибор выглядит как пара прутков из меди, на концах которых закреплены латунные шарики.
С помощью этого устройства Герц открыл существование электромагнитных волн, а также стал первым человеком, сумевшим управлять ими. При этом интересен факт, что ученый не собирался налаживать беспроводную связь. Зато остальные физики увлеклись его подробно описанными в научных публикациях экспериментами.
Ученые по всему миру принялись предпринимать попытки по усовершенствованию его излучателя и приемника. В результате на основе известных открытий и применения радиоволн сначала изобрели радиотелеграф, а позже и радио.
Фотоэффект
Среди прочего Герц стремился лучше рассмотреть искру, которая возникает в процессе эксперимента. Ради этого однажды он догадался установить приемник в затемненную камеру. Так ученый обратил внимание, что искру не только лучше видно, при этом ее длина укорачивается. Физик провел ряд опытов, заинтересовавшись явлением, например, исследовал зависимость длины искры от наличия перегородок из тех или иных материалов между излучателем и приемником.
Выяснил, что электромагнитные волны сквозь одни материалы проходят беспрепятственно, а от других полностью отражаются. Позже это явление стало основой для создания радаров. Вдобавок он определил, что при попадании на пластины конденсатора ультрафиолетовых лучей уровень его заряда падает куда быстрее.
Открытие назвали фотоэффектом, но Герц не смог дать ему теоретическое обоснование. Это позже удалось сделать Альберту Эйнштейну, за что он удостоился Нобелевской премии.
Увлечение метеорологией
В XIX столетии многие ученые полагали, что окружающая людей энергия — это результат действия флюидов. Законы физики были еще слабо изучены, поэтому само существование электрических и магнитных полей подвергалось серьезному сомнению.
Герца в эти годы привлекало практическое исследование различных физических явлений, поэтому он так рьяно занимался глубокими изучениями.
Ему удалось внести некоторый вклад в метеорологию. Генрих Герц выпустил ряд ранних научных работ под протекцией наставника Гельмгольца, описав результаты наблюдений за испаряющимися жидкостями. Он создал новые приборы для измерения свойств воздуха (влажности и пр.).
Теория контактных напряжений
Помимо прочего, Герца признают отцом теории контактных напряжений. В этой сфере используют индекс H в честь основоположника.
Сегодня расчеты контактной прочности в области механики взаимодействий основаны на формулах Герца. С их помощью проектируют разного рода машины либо механизмы, например, подшипники или зубчатые передачи.
Семья и потомки
Личная жизнь Герца устроилась, когда он работал в Карлсруэ профессором в институте и плотно занимался научными изысканиями. Он познакомился с Элизабет Долль, приходившейся дочерью местному преподавателю геометрии. Девушка была младше Генриха на 7 лет. Через полгода после первой встречи пара официально поженилась.
В браке родились двое детей. После смерти Герца супруга больше не выходила замуж, дочери Матильда и Джоанна также не связали себя узами брака. Когда в Германии власть пришла в руки к Гитлеру, они обе перебрались в Британию. Получается, прямых наследников у гениального физика не осталось.
Что касается непрямых потомков, они стали известными людьми. Племянник последовал примеру дяди — рожденный в 1887 году Густав Людвиг Герц тоже был физиком и даже Нобелевским лауреатом. Его сын в свою очередь изобрел медицинский сонограф — прототип будущих аппаратов УЗИ.
Смерть
В 1892 году врачи после продолжительной мигрени диагностировали у Генриха Герца неутешительный диагноз — «инфекция крови». Правда, сегодня становится очевидно, что на самом деле тогдашние медики так понимали раковую опухоль. Она и стала причиной смерти ученого.
Доктора предпринимали попытки по спасению физика, провели ему ряд операций, но успеха не добились. Знаменитый ученый умер, не дожив до собственного 37-летия, его не стало 1 января 1894 года.
Тело увезли в Гамбург, где и прошли похороны на крупнейшем городском кладбище — Ольсдорфском. Там и сегодня можно увидеть могилу ученого со скромным гранитным надгробием.
Черты характера
Судя по воспоминаниям людей, близко знавших Генриха, он всю жизнь оставался доброжелательным скромным человеком. Зависть ему была неведома, он каждый раз искренне радовался успехам коллег и товарищей. При этом сохранял стойкую принципиальность.
Сам физик никогда не гнался за всемирной славой, ему больше нравилось оставаться в тени. Это выражалось в том, что даже посвященные собственным открытиям статьи он писал сжато, немногословно, только по делу. Так же спокойно вел себя и при чтении лекций.
Будучи тихим, молчаливым и деловитым немцем, Герц при необходимости умел вставить оживляющее скучную университетскую лекцию меткое замечание или так же остроумно высказаться в дружеской беседе.
В памяти и культуре
В 1930 году в научном сообществе согласовали появление новой физической единицы измерения — в честь немецкого физика электрические колебания начали измерять в герцах. Через 3 года после этого понятие закрепилось как международный стандарт.
Физик — выходец из еврейской семьи. Правда, ее представители приняли лютеранство, сам ученый ни разу не заявлял о своем еврейском происхождении. Но биографы регулярно об этом упоминают. А еще на это обратили внимание фашисты, убрав его портрет, висевший в гамбургской ратуше.
В честь ученого учредили медаль, которую каждый год вручают отличившимся в области физики экспериментаторам и теоретикам. Его именем назвали башню в Германии и кратер на Луне.
Когда Александр Попов изобрел радио и передал первую в истории радиограмму, ее текст оказался лаконичным: «Генрих Герц». Так русский ученый отдал должное гению, внесшему громадный вклад в физику. Его короткий век оказался крайне плодотворным. Если бы не Герц, человечество, вероятно, узнало бы о радио, телевидении и мобильных телефонах намного позже.