圖2.1.4德國(guó)物理學(xué)家海因里希·魯?shù)婪颉ず掌潱℉einrichRudolfHertz,1857—1894年）

1887年，赫茲剛剛30歲，新婚燕爾，他站在卡爾斯魯厄大學(xué)的一間實(shí)驗(yàn)室里，專(zhuān)心致志地?cái)[弄著他的裝置。裝置很簡(jiǎn)單，其主要部分是一個(gè)電火花發(fā)生器，有兩個(gè)大銅球作為電容，并通過(guò)銅棒連接到兩個(gè)相隔很近的小銅球上。導(dǎo)線(xiàn)從兩個(gè)小球上伸展出去，纏繞在一個(gè)大感應(yīng)線(xiàn)圈的兩端，然后又連接到一個(gè)梅丁格電池上，將這個(gè)古怪的裝置連成了一個(gè)整體。

赫茲全神貫注地注視著那兩個(gè)幾乎緊挨在一起的小銅球，然后合上了電路開(kāi)關(guān)。頓時(shí)，電的魔力開(kāi)始在這個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)里展現(xiàn)出來(lái)：無(wú)形的電流穿過(guò)裝置里的感應(yīng)線(xiàn)圈，并開(kāi)始對(duì)銅球電容進(jìn)行充電。赫茲冷冷地注視著他的裝置，在心里面想象著電容兩端電壓不斷上升的情形。在電學(xué)領(lǐng)域攻讀了那么久，赫茲對(duì)自己的知識(shí)是有充分信心的。他知道，當(dāng)電壓上升到20000V左右時(shí)，兩個(gè)小球之間的空氣就會(huì)被擊穿，電荷就可以從中穿過(guò)，往來(lái)于兩個(gè)大銅球之間，從而形成一個(gè)高頻電感電容振蕩回路（LC回路）。但是，他現(xiàn)在想要觀(guān)察的不是這個(gè)。

果然，過(guò)了一會(huì)兒，隨著細(xì)微的“啪”的一聲，一束美麗的藍(lán)色電花爆開(kāi)在兩個(gè)銅球之間，整個(gè)系統(tǒng)形成了一個(gè)完整的回路，細(xì)小的電流束在空氣中不停地扭動(dòng)，綻放出幽幽的熒光。火花稍縱即逝，因?yàn)槊恳淮畏烹姸及殡S著少許能量的損失，使電容兩端的電壓很快又降低到擊穿值以下。于是這個(gè)“怪物”養(yǎng)精蓄銳，繼續(xù)充電，直到再次恢復(fù)飽滿(mǎn)的精力，開(kāi)始另一場(chǎng)火花表演。

赫茲更加緊張了。他跑到窗口，將所有的窗簾都拉上，同時(shí)又關(guān)掉了實(shí)驗(yàn)室的燈，讓自己處在一片黑暗之中。這樣一來(lái)，那些火花就顯得格外醒目。赫茲揉了揉眼睛，盯著那串間歇放電的電火花，還有電火花旁邊的空氣，心里想象了一幅又一幅的圖景。他不是要看這個(gè)裝置如何產(chǎn)生火花短路，而是為了求證那虛無(wú)縹緲的“電磁波”的存在。那是一種什么樣的東西啊，它看不見(jiàn)，摸不著，誰(shuí)也沒(méi)有看見(jiàn)過(guò)、驗(yàn)證過(guò)它的存在。可是，赫茲對(duì)此堅(jiān)信不疑，因?yàn)樗�是麥克斯韋理論的一個(gè)預(yù)言，而麥克斯韋理論在數(shù)學(xué)上簡(jiǎn)直完美得像一個(gè)奇跡！仿佛是上帝之手寫(xiě)下的一首詩(shī)歌。這樣的理論，很難想象它是錯(cuò)誤的。赫茲吸了一口氣，又笑了：“不管理論怎樣無(wú)懈可擊，它畢竟還是要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證的呀！”如果麥克斯韋是對(duì)的話(huà)，那么每當(dāng)發(fā)生器火花放電的時(shí)候，在兩個(gè)銅球之間就應(yīng)該產(chǎn)生一個(gè)振蕩的電場(chǎng)，同時(shí)引發(fā)一個(gè)向外傳播的電磁波。赫茲轉(zhuǎn)過(guò)頭去，在不遠(yuǎn)處，放著兩個(gè)開(kāi)口的長(zhǎng)方形銅環(huán)，其接口處也各鑲了一個(gè)小銅球，那是電磁波的接收器。如果麥克斯韋所說(shuō)的電磁波真的存在，那么它就會(huì)飛越空間，到達(dá)接收器，在那里感生一個(gè)振蕩的電動(dòng)勢(shì)，從而在接收器的開(kāi)口處也同樣激發(fā)出電火花來(lái)。

實(shí)驗(yàn)室里面靜悄悄地，赫茲一動(dòng)不動(dòng)地站在那里，仿佛他的眼睛已經(jīng)看見(jiàn)那無(wú)形的電磁波在空間穿越。當(dāng)發(fā)生器上產(chǎn)生火花放電的時(shí)候，接收器是否也同時(shí)感生出火花來(lái)呢？赫茲睜大了雙眼，他的心跳得快極了。此時(shí)，銅環(huán)接收器突然顯得有點(diǎn)異樣，赫茲簡(jiǎn)直忍不住要大叫一聲，他湊到銅環(huán)的前面，明明白白地看見(jiàn)似乎有微弱的火花在兩個(gè)銅球之間的空氣里躍過(guò)。是幻覺(jué)，還是心理作用？不，都不是。一次、兩次、三次，赫茲看清楚了：雖然它一閃即逝，但千真萬(wàn)確，真的有火花正從接收器的兩個(gè)小球之間穿過(guò)，而接收器既沒(méi)有連接電池，也沒(méi)有任何能量來(lái)源。赫茲不斷地重復(fù)著放電過(guò)程，每一次，火花都聽(tīng)話(huà)地從接收器上被激發(fā)出來(lái)，在赫茲看來(lái)，世上簡(jiǎn)直沒(méi)有什么能比它更美麗了。

良久良久，終于赫茲揉了揉眼睛，直起腰來(lái)。現(xiàn)在一切都清楚了，電磁波真真實(shí)實(shí)地存在于空間之中，正是它激發(fā)了接收器上的電火花。他勝利了，麥克斯韋的理論也勝利了，物理學(xué)的一個(gè)新高峰——電磁理論終于被建立起來(lái)了。偉大的法拉第為它打下來(lái)地基，偉大的麥克斯韋建造了它的主體，而今天，他——偉大的赫茲，為這座大廈封了頂。（摘編自曹天元《量子物理史話(huà)》）

1888年，德國(guó)物理學(xué)家海因里希·魯?shù)婪颉ず掌澥紫扔脤?shí)驗(yàn)的方法獲得了電磁波，并且通過(guò)電諧振接收到它，這就證實(shí)了電磁波的實(shí)際存在。后來(lái)又通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電磁波在金屬表面上要反射，在金屬凹面鏡上反射后會(huì)聚焦，通過(guò)瀝青棱鏡時(shí)要發(fā)生折射等現(xiàn)象。從而證實(shí)了光波在本質(zhì)上跟電磁波是一樣的。

早在1862年，年僅31歲的英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋就從理論上科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，但是他本人并沒(méi)有能夠用實(shí)驗(yàn)證實(shí)。一些對(duì)電磁波理論持反對(duì)態(tài)度的人不斷發(fā)難：“誰(shuí)見(jiàn)過(guò)電磁波？它是什么樣子？拿出來(lái)看看！”

第一個(gè)證明電磁波存在的就是德國(guó)物理學(xué)家赫茲（圖2.1.4）。1888年2月，他公布用自行設(shè)計(jì)的裝置（如圖2.1.5a所示）完成了這一轟動(dòng)科學(xué)界的實(shí)驗(yàn)。

1886年，29歲的赫茲在做放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)身邊的一個(gè)線(xiàn)圈兩端發(fā)出電火花，如圖2.1.5b所示，這些小火花在迅速地來(lái)回跳躍。他想到，這可能與電磁波有關(guān)。

后來(lái)，他制作了一個(gè)十分簡(jiǎn)單而又非常有效的電磁波金屬探測(cè)器——諧振環(huán)，就是把一根粗銅絲彎成環(huán)狀，環(huán)的兩端各連一個(gè)金屬小球，球間距離可以調(diào)整。最初，赫茲把諧振環(huán)放在放電的萊頓瓶（一種早期的電容器）附近，如圖2.1.5c所示，反復(fù)調(diào)整諧振環(huán)的位置和小球的間距，終于在兩個(gè)小球間閃出電火花。

▲圖2.1.5赫茲用諧振環(huán)（金屬圈）檢驗(yàn)電磁波的存在

a）赫茲的實(shí)驗(yàn)裝置（電磁波發(fā)生器+接收器）原理圖 b）通電線(xiàn)圈產(chǎn)生電磁波
c）萊頓瓶（電容器）放電產(chǎn)生電磁波

赫茲認(rèn)為，這種電火花是萊頓瓶放電時(shí)發(fā)射出的電磁波被諧振環(huán)接收后而產(chǎn)生的。后來(lái)，赫茲又用諧振環(huán)接收到其他裝置產(chǎn)生的電磁波，諧振環(huán)中也發(fā)出了電火花。所以，諧振環(huán)就好像收音機(jī)一樣，它是電磁波的接收器。就這樣，人們懷疑并期待已久的電磁波終于被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了。

1888年2月13日，赫茲在柏林科學(xué)院將他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果公布于世。這讓整個(gè)科學(xué)界為之震動(dòng)。赫茲實(shí)驗(yàn)不僅驗(yàn)證了電磁波的存在，同時(shí)也導(dǎo)致了無(wú)線(xiàn)電通信的產(chǎn)生，開(kāi)辟了電子技術(shù)的新紀(jì)元。

赫茲在1894年元旦去世，終年不到37歲。但是，赫茲對(duì)人類(lèi)的貢獻(xiàn)是不朽的，人們?yōu)榱擞肋h(yuǎn)紀(jì)念他，就把頻率的單位定為“赫茲”。

為了測(cè)量電磁波的速度，赫茲在暗室遠(yuǎn)端的墻壁上裝上可反射電波的鋅板，如圖2.1.6所示，入射波與反射波重疊應(yīng)產(chǎn)生駐波。赫茲先求出振蕩器（電感電容組成的諧振器）的頻率ν，又以接收器檢波器量得駐波的波長(zhǎng)λ，二者乘積即電磁波的傳播速度。為了測(cè)量的準(zhǔn)確性，他把檢波器放在距振蕩器不同距離處檢測(cè)加以證實(shí)，正如麥克斯韋預(yù)測(cè)的那樣，電磁波傳播的速度等于光速。1888年，赫茲的實(shí)驗(yàn)成功了，而麥克斯韋理論也因此獲得了無(wú)上的光彩。赫茲在實(shí)驗(yàn)時(shí)曾指出，電磁波可以被反射、折射和偏振，如同可見(jiàn)光、熱波一樣。由他的振蕩器所發(fā)出的電磁波是平面偏振波，其電場(chǎng)平行于振蕩器的導(dǎo)線(xiàn)，而磁場(chǎng)垂直于電場(chǎng)，且兩者均垂直于傳播方向。

圖2.1.6赫茲用入射波與反射波重疊產(chǎn)生的駐波測(cè)量電磁波的速度

此后，1890年，波波夫（1859—1906年）演示了一個(gè)無(wú)線(xiàn)電接收器。1896年，馬可尼（1874—1937年）實(shí)現(xiàn)了收發(fā)無(wú)線(xiàn)電報(bào)信號(hào)達(dá)到6km。1901年，馬可尼實(shí)現(xiàn)了橫跨大西洋的無(wú)線(xiàn)電報(bào)通信。