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科学家与基督教的情缘 --赫兹37  

2012-01-04 19:06:22|  分类: 科学家与基督教的 |  标签: |举报 |字号 订阅

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科学家与基督教的情缘 --赫兹37 - 圆圆 - 圆圆的博客

  赫兹:德国物理学家

    海因里希·鲁道夫·赫兹 (1857—1894)德国物理学家,于1888年首先证实了无线电波的存在。并对电磁学有很大的贡献,故频率的国际单位制单位赫兹以他的名字命名。

    赫兹1857年2月23日生于德国北部的汉堡(Hanburg),父亲是律师,母亲是法兰克福大学物理学教授潘弗努肯(Pfefferkorn)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。

    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;在化学课程,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。”

    赫兹高度的创造力逐渐伸入一片留待开发的电磁学领域,1879年8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。”

    1880年2月,赫兹以电子动力(eletrodynamic)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尽的热心。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,他写道:“我没有办法忍受社交场合里,没有意义的对白。我把一生的路弄得更狭窄了。”

   1883年五月他终于找到第一份教职,在德国北部的军港基尔(Kiel)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。

    1884年12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,1885年初他情绪差到几乎自杀。但他从祷告中得到力量,他的祷告词很短:“主啊,你知道!”

    1885年3月,他有机会转到德国西南部边境的卡尔斯鲁尔(Karlsruhe)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(Max Doll)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(Elisabeth Doll)介绍给他。

    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(Morris H.Shamos)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。

    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。

    1886年10月,赫兹发明“电流共振器”(resonator),使空气中能够产生并传送一定频率(frequency)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。1887年12月,赫兹再发明“电流振荡器”(oscillator),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(microwave)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。

    1888年赫兹发表这项研究成果,立刻震惊世界科学家。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。

    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(Bonn)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。”

    1889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(antenna),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麦克斯韦(James Clerk Maxwell)理论的正确。

    赫兹的主要贡献是用实验证明了电磁波的存在,并测出电磁波传播的速度跟光速相同,还进一步观察到电磁波具有聚焦、直进性、反射、折射和偏振等性质。直接测出电磁波的传播速度。观察到电磁波有聚焦、直进、反射、折射和偏振现象,发现电子与原子的碰撞规律。

    但他36岁就积劳成积,死于骨肿瘤。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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