我們的生活早已離不開電磁波,但是你知道電磁波是如何被發現的嗎

我們的生活早已離不開電磁波,但是你知道電磁波是如何被發現的嗎

我們的故事要從1887年的德國小城——卡爾斯魯厄說起。16年前,雄才大略的俾斯麥通過一場漂亮的戰爭戰勝了拿破崙三世,攫取了河對岸的阿爾薩斯和洛林,也留下了法國人的眼淚和我們課本中震撼人心的《最後一課》的故事。這是一座安靜祥和的城市,據說他的名字本身就是由城市建造者卡爾和“安靜”一詞組成。對於科學家來說,這裡實在是一個遠離塵囂的地方。

現在,一個叫做海因裡希.魯道夫.赫茲就站在卡爾斯魯厄大學的一間實驗室裡,專心致志的擺弄著他的儀器。那時候,赫茲剛剛30歲,他也許不會想到他將在科學史上成為和他的老師亥姆霍茲一樣鼎鼎有名的人物,現在他的心思全在那一套實驗裝備上了。

赫茲的裝置是很簡單的:他的主要部分是一個電火花發生器,有兩個大銅球作為電容,並通過銅棒連接到兩個相隔很近的小銅球上。導線從兩個小銅球上伸展出去,纏繞在一個大感應線圈的兩端,然後又連接到一個梅丁格電池上,將這套古怪的裝置連接成了一個整體。

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我們的生活早已離不開電磁波,但是你知道電磁波是如何被發現的嗎

赫茲全神貫注的注視著那兩個幾乎緊挨在一起的小銅球,然後合上了電路開關。頓時,電的魔力開始在這個簡單的系統裡展現出來:無形的電流穿過裝置裡的感應線圈,並開始對銅球進行充電。當兩個小銅球之間的電壓上升到2萬伏左右的時候,兩個小球之間的空氣就會被擊穿,電荷就可以從中穿過,往來於兩個大銅球之間,從而形成了一個高頻的震盪迴路,俗稱LC迴路。但是,他現在想看的不是這無聊的小電火花。

果然,過了一會兒,隨著細微的“啪”的一聲,一束美麗的藍色電火花在兩個銅球之間穿梭,整個系統形成了一個完整的迴路,細小的電流束在空中不停地扭動,但是這電火花稍縱即逝,因為每一次的震盪都會伴隨著少許能量的損失,使得電容兩端的電壓很快就降到了擊穿值一下,於是這個小夥伴又開始養精蓄銳,繼續充電,直到再次恢復飽滿的精力,開始再一次火花表演為止。

赫茲更加緊張了,他跑到窗口,把所有的窗簾都拉上,同時又關掉了實驗室的燈,讓自己處於一片黑暗之中。這樣一來,那些火花就顯得格外的醒目刺眼,他盯著那間歇的電火花,心裡想象了一幅又一幅場景。他不是要看這個電路如何產生火花,他這個實驗的目的,是為了證明那虛無縹緲的“電磁波”的存在。那是一個什麼樣的東西呢?它看不見,摸不著,到那時為止,誰也沒有見過,它只是麥克斯韋理論的一個預言,而麥克斯韋理論,在數學上簡直完美的像一個奇蹟,這樣的理論很難想象它是錯誤的。然而,再怎麼無懈可擊的理論,它畢竟還是要通過實驗來證明。

他站在那裡反覆推想:如果麥克斯韋是正確的話,那麼每當發生器火花放電的時候,在兩個銅球之間就會產生一個震盪的電場,同時引發一個向外傳播的電磁波。而在不遠處,放著兩個開口的長方形銅環,在接口處也各鑲了一個小銅球,那是電磁波的接收器。如果麥克斯韋的電磁波真的存在的話,那麼它就會飛越空間,到達接收器,在那裡感生出一個震盪的電動勢,從而在接收器的開口處也同樣激發出電火花來。

實驗室裡靜悄悄的,赫茲一動不動的站在那裡,彷彿已經看到了無形的電磁波在空間穿越。當發生器上產生火花放電的時候,接收器是否也同時感生出火花來呢?赫茲睜大了眼睛,突然,接收器的銅球突然顯得有點異樣,赫茲簡直不敢相信自己的眼睛,他明明白白的看見有微弱的火花在兩個銅球之間的空氣裡越過。一次,兩次,三次,赫茲看清楚了:雖然它一閃即逝,但是,千真萬確,真的有電火花從接收器的兩個小球之間穿過,而整個接收器卻是一個隔離系統啊。

現在很清楚了,電磁波真真實實的存在於空間之中,正是他激發了接收器上的電火花,他勝利了,同時,麥克斯韋的理論也勝利了。

赫茲小心的把接收器移到不同的位置,電磁波的表現和理論預測的分毫不差,根據實驗數據,赫茲得出了電磁波的波長,把它乘以電路的振盪頻率,已計算出電磁波的前進速度,這個數值恰好等於30萬公里/秒,也就是光速。麥克斯韋驚人的預言得到了證實:原來電磁波一點也不神秘,我們平時見到的光就是電磁波的一種。

無論從哪個意義上來說,這都是一個了不起的發現,古老的光學終於可以包容在新興的電磁學之內。赫茲的名字終於可以被閃耀的鐫刻在科學史的名人堂裡。

1887年,基爾霍夫去世,他曾極力推薦赫茲成為那個教授職位的繼任者,但赫茲拒絕了。也許在赫茲看來,柏林的喧囂並不適合他,亥姆霍茲理解自己學生的想法,寫信勉勵他:一個希望與眾多科學問題搏鬥的人最好還是遠離大城市。“

只是赫茲萬萬沒想到,他的這個決定在冥冥之中改變了很多事情。他並不知道,自己已經在電磁波的試驗中埋下了一個幽靈的種子,這顆種子又最終會摧毀了他一手建立的電磁場論。而頂替他去柏林任教的那個人,則會在一個命中註定的時刻把這個幽靈從沉睡中喚醒過來。在那之後,一切都改變了。

一場革命的序幕已經在不知不覺中悄悄拉開,而我們的宇宙,也即將經受一場暴風雨般的洗禮,從而變得更加神秘莫測,震撼人心。

我們的生活早已離不開電磁波,但是你知道電磁波是如何被發現的嗎

赫茲發現電磁波對人類的意義極其重大,想一想我們手機的信號,以前看電視接受的信號,包括無線網絡,本質都是電磁波,要是人類沒有發現電磁波,我簡直無法想象沒有網絡的生活。。。。


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