我们的故事要从1887年的德国小城——卡尔斯鲁厄说起。16年前,雄才大略的俾斯麦通过一场漂亮的战争战胜了拿破仑三世,攫取了河对岸的阿尔萨斯和洛林,也留下了法国人的眼泪和我们课本中震撼人心的《最后一课》的故事。这是一座安静祥和的城市,据说他的名字本身就是由城市建造者卡尔和“安静”一词组成。对于科学家来说,这里实在是一个远离尘嚣的地方。
现在,一个叫做海因里希.鲁道夫.赫兹就站在卡尔斯鲁厄大学的一间实验室里,专心致志的摆弄着他的仪器。那时候,赫兹刚刚30岁,他也许不会想到他将在科学史上成为和他的老师亥姆霍兹一样鼎鼎有名的人物,现在他的心思全在那一套实验装备上了。
赫兹的装置是很简单的:他的主要部分是一个电火花发生器,有两个大铜球作为电容,并通过铜棒连接到两个相隔很近的小铜球上。导线从两个小铜球上伸展出去,缠绕在一个大感应线圈的两端,然后又连接到一个梅丁格电池上,将这套古怪的装置连接成了一个整体。
如果你没看懂上边所说的东西,没关系,直接上图
赫兹全神贯注的注视着那两个几乎紧挨在一起的小铜球,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,并开始对铜球进行充电。当两个小铜球之间的电压上升到2万伏左右的时候,两个小球之间的空气就会被击穿,电荷就可以从中穿过,往来于两个大铜球之间,从而形成了一个高频的震荡回路,俗称LC回路。但是,他现在想看的不是这无聊的小电火花。
果然,过了一会儿,随着细微的“啪”的一声,一束美丽的蓝色电火花在两个铜球之间穿梭,整个系统形成了一个完整的回路,细小的电流束在空中不停地扭动,但是这电火花稍纵即逝,因为每一次的震荡都会伴随着少许能量的损失,使得电容两端的电压很快就降到了击穿值一下,于是这个小伙伴又开始养精蓄锐,继续充电,直到再次恢复饱满的精力,开始再一次火花表演为止。
赫兹更加紧张了,他跑到窗口,把所有的窗帘都拉上,同时又关掉了实验室的灯,让自己处于一片黑暗之中。这样一来,那些火花就显得格外的醒目刺眼,他盯着那间歇的电火花,心里想象了一幅又一幅场景。他不是要看这个电路如何产生火花,他这个实验的目的,是为了证明那虚无缥缈的“电磁波”的存在。那是一个什么样的东西呢?它看不见,摸不着,到那时为止,谁也没有见过,它只是麦克斯韦理论的一个预言,而麦克斯韦理论,在数学上简直完美的像一个奇迹,这样的理论很难想象它是错误的。然而,再怎么无懈可击的理论,它毕竟还是要通过实验来证明。
他站在那里反复推想:如果麦克斯韦是正确的话,那么每当发生器火花放电的时候,在两个铜球之间就会产生一个震荡的电场,同时引发一个向外传播的电磁波。而在不远处,放着两个开口的长方形铜环,在接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,那么它就会飞越空间,到达接收器,在那里感生出一个震荡的电动势,从而在接收器的开口处也同样激发出电火花来。
实验室里静悄悄的,赫兹一动不动的站在那里,仿佛已经看到了无形的电磁波在空间穿越。当发生器上产生火花放电的时候,接收器是否也同时感生出火花来呢?赫兹睁大了眼睛,突然,接收器的铜球突然显得有点异样,赫兹简直不敢相信自己的眼睛,他明明白白的看见有微弱的火花在两个铜球之间的空气里越过。一次,两次,三次,赫兹看清楚了:虽然它一闪即逝,但是,千真万确,真的有电火花从接收器的两个小球之间穿过,而整个接收器却是一个隔离系统啊。
现在很清楚了,电磁波真真实实的存在于空间之中,正是他激发了接收器上的电火花,他胜利了,同时,麦克斯韦的理论也胜利了。
赫兹小心的把接收器移到不同的位置,电磁波的表现和理论预测的分毫不差,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,已计算出电磁波的前进速度,这个数值恰好等于30万公里/秒,也就是光速。麦克斯韦惊人的预言得到了证实:原来电磁波一点也不神秘,我们平时见到的光就是电磁波的一种。
无论从哪个意义上来说,这都是一个了不起的发现,古老的光学终于可以包容在新兴的电磁学之内。赫兹的名字终于可以被闪耀的镌刻在科学史的名人堂里。
1887年,基尔霍夫去世,他曾极力推荐赫兹成为那个教授职位的继任者,但赫兹拒绝了。也许在赫兹看来,柏林的喧嚣并不适合他,亥姆霍兹理解自己学生的想法,写信勉励他:一个希望与众多科学问题搏斗的人最好还是远离大城市。“
只是赫兹万万没想到,他的这个决定在冥冥之中改变了很多事情。他并不知道,自己已经在电磁波的试验中埋下了一个幽灵的种子,这颗种子又最终会摧毁了他一手建立的电磁场论。而顶替他去柏林任教的那个人,则会在一个命中注定的时刻把这个幽灵从沉睡中唤醒过来。在那之后,一切都改变了。
一场革命的序幕已经在不知不觉中悄悄拉开,而我们的宇宙,也即将经受一场暴风雨般的洗礼,从而变得更加神秘莫测,震撼人心。
赫兹发现电磁波对人类的意义极其重大,想一想我们手机的信号,以前看电视接受的信号,包括无线网络,本质都是电磁波,要是人类没有发现电磁波,我简直无法想象没有网络的生活。。。。