Heinrich Rudolf Hertz
gigatos | februar 28, 2022
Resumé
Heinrich Rudolf Hertz (tysk: 22. februar 1857 – 1. januar 1894) var en tysk fysiker, som først beviste eksistensen af de elektromagnetiske bølger, som James Clerk Maxwells ligninger for elektromagnetisme forudsagde, på afgørende vis. Enheden for frekvens, cyklus pr. sekund, blev opkaldt “hertz” til ære for ham.
Heinrich Rudolf Hertz blev født i 1857 i Hamborg, dengang en suveræn stat i det tyske forbund, i en velstående og kultiveret hansestadsfamilie. Hans far var Gustav Ferdinand Hertz. Hans mor var Anna Elisabeth Pfefferkorn.
Mens Hertz studerede på Gelehrtenschule des Johanneums i Hamborg, viste han en evne til både naturvidenskab og sprog og lærte arabisk og sanskrit. Han studerede naturvidenskab og ingeniørvidenskab i de tyske byer Dresden, München og Berlin, hvor han studerede under Gustav R. Kirchhoff og Hermann von Helmholtz. I 1880 fik Hertz sin ph.d. fra universitetet i Berlin, og i de næste tre år blev Hertz til postdoc-studier under Helmholtz og fungerede som hans assistent. I 1883 fik Hertz en stilling som lektor i teoretisk fysik ved universitetet i Kiel. I 1885 blev Hertz professor ved universitetet i Karlsruhe.
I 1886 giftede Hertz sig med Elisabeth Doll, datter af Max Doll, der var lektor i geometri i Karlsruhe. De fik to døtre: Johanna, født den 20. oktober 1887, og Mathilde, født den 14. januar 1891, som senere blev en kendt biolog. I denne periode gennemførte Hertz sin skelsættende forskning i elektromagnetiske bølger.
Hertz blev professor i fysik og direktør for fysikinstituttet i Bonn den 3. april 1889, en stilling han beholdt indtil sin død. I denne periode arbejdede han med teoretisk mekanik, og hans arbejde blev offentliggjort i bogen Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange dargestellt (Mekanikkens principper præsenteret i en ny form), som udkom posthumt i 1894.
Læs også, biografier-da – Roald Dahl
Død
I 1892 blev Hertz diagnosticeret med en infektion (efter et anfald af alvorlig migræne) og blev opereret for at behandle sygdommen. Han døde efter komplikationer i forbindelse med operationen i forsøget på at løse den tilstand, som forårsagede migræne, og som nogle mener var en ondartet knoglesygdom. Han døde som 36-årig i Bonn, Tyskland, i 1894 og blev begravet på Ohlsdorf-kirkegården i Hamborg.
Hertz” kone, Elisabeth Hertz (1864-1941), giftede sig ikke igen, og han overlevede sine døtre, Johanna (1887-1967) og Mathilde (1891-1975). Ingen af dem blev nogensinde gift, og derfor har Hertz ingen levende efterkommere.
Læs også, historie – Anden koalitionskrig
Elektromagnetiske bølger
I 1864 foreslog den skotske matematiske fysiker James Clerk Maxwell en omfattende teori om elektromagnetisme, som i dag kaldes Maxwells ligninger. Maxwells teori forudsagde, at koblede elektriske og magnetiske felter kunne bevæge sig gennem rummet som en “elektromagnetisk bølge”. Maxwell foreslog, at lys bestod af elektromagnetiske bølger med kort bølgelængde, men ingen havde været i stand til at bevise dette eller til at generere eller registrere elektromagnetiske bølger med andre bølgelængder.
Under Hertz” studier i 1879 foreslog Helmholtz, at Hertz” doktordisputats skulle handle om at teste Maxwells teori. Helmholtz havde også foreslået “Berlin-pris”-problemet samme år ved det preussiske videnskabsakademi for enhver, der eksperimentelt kunne bevise en elektromagnetisk effekt i polarisation og depolarisering af isolatorer, noget som Maxwells teori forudsagde. Helmholtz var sikker på, at Hertz var den mest sandsynlige kandidat til at vinde prisen. Da Hertz ikke så nogen mulighed for at bygge et apparat til eksperimentelt at afprøve dette, mente han, at det var for svært, og arbejdede i stedet på elektromagnetisk induktion. Hertz udarbejdede en analyse af Maxwells ligninger i løbet af sin tid i Kiel, som viste, at de havde større gyldighed end de dengang fremherskende “aktion på afstand”-teorier.
Efter at Hertz havde fået sit professorat i Karlsruhe, eksperimenterede han med et par Riess-spiraler i efteråret 1886, da han bemærkede, at han ved at lade en Leyden-krukke blive tømt ud i den ene spole, fik han en gnist i den anden spole. Med en idé om, hvordan man kunne bygge et apparat, havde Hertz nu en måde at gå videre med problemet med “Berlin-prisen” fra 1879 om at bevise Maxwells teori (selv om selve prisen var udløbet uindhentet i 1882). Han brugte en dipolantenne bestående af to kollineære 1-meter-tråde med et gnistgab mellem de indre ender og zinkkugler, der var fastgjort til de ydre ender for at skabe kapacitet, som en radiator. Antennen blev exciteret af højspændingsimpulser på ca. 30 kilovolt, der blev tilført mellem de to sider fra en Ruhmkorff-spole. Han modtog bølgerne med en resonant single-loop-antenne med en mikrometer stor gnistgab mellem enderne. Dette eksperiment producerede og modtog det, der nu kaldes radiobølger i det meget høje frekvensområde.
Mellem 1886 og 1889 gennemførte Hertz en række eksperimenter, der skulle bevise, at de effekter, han observerede, var resultatet af Maxwells forudsagte elektromagnetiske bølger. Hertz startede i november 1887 med sit papir “On Electromagnetic Effects Produced by Electrical Disturbances in Insulators” og sendte en række papirer til Helmholtz på Berlins akademi, herunder papirer i 1888, der viste tværgående elektromagnetiske bølger i det frie rum, som bevægede sig med en begrænset hastighed over en afstand. I det apparat, Hertz brugte, strålede de elektriske og magnetiske felter væk fra ledningerne som tværgående bølger. Hertz havde placeret oscillatoren ca. 12 meter fra en reflekterende zinkplade for at frembringe stående bølger. Hver bølge var ca. 4 meter lang. Ved hjælp af ringdetektoren registrerede han, hvordan bølgernes størrelse og komponenternes retning varierede. Hertz målte Maxwells bølger og påviste, at disse bølgers hastighed var lig med lysets hastighed. Hertz målte også bølgernes elektriske feltintensitet, polarisering og refleksion. Disse eksperimenter fastslog, at lys og disse bølger begge var en form for elektromagnetisk stråling, der adlyder Maxwell-ligningerne. Hertz var måske ikke den første, der opdagede radiobølger – David Edward Hughes opdagede måske deres eksistens ni år tidligere, men offentliggjorde ikke sine resultater.
Hertz var ikke klar over den praktiske betydning af sine radiobølgeeksperimenter. Han udtalte, at,
Hertz blev spurgt om anvendelsen af sine opdagelser og svarede,
Hertz” bevis for eksistensen af elektromagnetiske bølger i luften førte til en eksplosion af eksperimenter med denne nye form for elektromagnetisk stråling, som blev kaldt “Hertz-bølger” indtil omkring 1910, hvor udtrykket “radiobølger” blev almindeligt anvendt. Inden for 10 år brugte forskere som Oliver Lodge, Ferdinand Braun og Guglielmo Marconi radiobølger i de første trådløse telegrafiske radiokommunikationssystemer, hvilket førte til radioudsendelser og senere tv. I 1909 modtog Braun og Marconi Nobelprisen i fysik for deres “bidrag til udviklingen af trådløs telegrafi”. I dag er radio en vigtig teknologi i globale telekommunikationsnetværk og bærer for moderne trådløse enheder i gasmedier og i rummet.
Læs også, mytologi-da – Achilleus
Katodestråler
I 1892 begyndte Hertz at eksperimentere og viste, at katodestråler kunne trænge igennem meget tyndt metalfolie (f.eks. aluminium). Philipp Lenard, en elev af Heinrich Hertz, forskede yderligere i denne “stråleeffekt”. Han udviklede en version af katodestrålerøret og undersøgte røntgenstrålernes gennemtrængning af forskellige materialer. Lenard var imidlertid ikke klar over, at han producerede røntgenstråler. Hermann von Helmholtz formulerede matematiske ligninger for røntgenstråler. Han postulerede en dispersionsteori, før Röntgen gjorde sin opdagelse og bekendtgørelse. Den blev dannet på grundlag af den elektromagnetiske teori om lys (Wiedmann”s Annalen, Vol. XLVIII). Han arbejdede dog ikke med egentlige røntgenstråler.
Læs også, biografier-da – Henri Rousseau
Fotoelektrisk effekt
Hertz var med til at fastslå den fotoelektriske effekt (som senere blev forklaret af Albert Einstein), da han bemærkede, at et ladet objekt mister sin ladning hurtigere, når det bliver belyst af ultraviolet stråling (UV). I 1887 gjorde han observationer af den fotoelektriske effekt og af produktionen og modtagelsen af elektromagnetiske (EM) bølger, som blev offentliggjort i tidsskriftet Annalen der Physik. Hans modtager bestod af en spole med et gnistgab, hvorved en gnist ville blive set ved detektering af EM-bølger. Han placerede apparatet i en mørk kasse for bedre at kunne se gnisten. Han observerede, at den maksimale gnistlængde blev reduceret, når den befandt sig i kassen. Et glaspanel placeret mellem kilden til EM-bølgerne og modtageren absorberede UV-stråler, som hjalp elektronerne med at springe over gennembruddet. Når den blev fjernet, blev gnistlængden større. Han observerede ingen reduktion i gnistlængden, da han erstattede glas med kvarts, da kvarts ikke absorberer UV-stråling. Hertz afsluttede sine måneders undersøgelser og rapporterede de opnåede resultater. Han fortsatte ikke yderligere undersøgelser af denne effekt, og han gjorde heller ikke noget forsøg på at forklare, hvordan det observerede fænomen blev fremkaldt.
Læs også, biografier-da – Marcus Vipsanius Agrippa
Kontakt mekanikere
I 1881 og 1882 udgav Hertz to artikler om det, der senere blev kendt som kontaktmekanikken, og som viste sig at være et vigtigt grundlag for senere teorier på området. Joseph Valentin Boussinesq offentliggjorde nogle kritisk vigtige bemærkninger til Hertz” arbejde, hvilket ikke desto mindre fastslog, at dette arbejde om kontaktmekanik var af enorm betydning. Hans arbejde opsummerer grundlæggende, hvordan to aksi-symmetriske objekter, der er placeret i kontakt, vil opføre sig under belastning, og han opnåede resultater baseret på den klassiske elasticitetsteori og kontinuumsmekanikken. Den største fejl i hans teori var, at han ikke tog hensyn til enhver form for vedhæftning mellem de to faste legemer, hvilket viser sig at være vigtigt, når de materialer, som de faste legemer består af, begynder at få en høj elasticitet. Det var imidlertid naturligt at negligere adhæsion på det tidspunkt, da der ikke fandtes nogen eksperimentelle metoder til at teste den.
Hertz beskrev også den “Hertzske kegle”, en type brud i sprøde faste stoffer, der skyldes overførsel af spændingsbølger.
Læs også, biografier-da – Robert Altman
Meteorologi
Hertz havde altid haft en dyb interesse for meteorologi, hvilket sandsynligvis skyldtes hans kontakt med Wilhelm von Bezold (som var hans professor på et laboratoriekursus på München Polytechnic i sommeren 1878). Som assistent for Helmholtz i Berlin bidrog han med nogle få mindre artikler på området, herunder forskning i fordampning af væsker, en ny slags hygrometer og en grafisk metode til at bestemme egenskaberne af fugtig luft, når den udsættes for adiabatiske ændringer.
Da Hertz” familie konverterede fra jødedommen til lutheranismen to årtier før hans fødsel, kom hans arv i konflikt med den nazistiske regering i 1930”erne, et regime, der klassificerede folk efter “race” i stedet for efter religiøst tilhørsforhold.
Hertz” navn blev fjernet fra gader og institutioner, og der var endda en bevægelse for at omdøbe den frekvensenhed, der blev opkaldt til hans ære (hertz), efter Hermann von Helmholtz i stedet, idet symbolet (Hz) blev bibeholdt uændret.
Hans familie blev også forfulgt på grund af deres ikke-ariske status. Hertz” yngste datter, Mathilde, mistede et lektorat ved Berlins universitet, efter at nazisterne kom til magten, og i løbet af få år forlod hun, hendes søster og deres mor Tyskland og bosatte sig i England.
Heinrich Hertz” nevø Gustav Ludwig Hertz fik Nobelprisen, og Gustavs søn Carl Helmut Hertz opfandt den medicinske ultralydsundersøgelse. Hans datter Mathilde Carmen Hertz var en kendt biolog og sammenlignende psykolog. Hertz” grandnevø Hermann Gerhard Hertz, professor ved universitetet i Karlsruhe, var en pioner inden for NMR-spektroskopi og udgav i 1995 Hertz” laboratorieoptegnelser.
SI-enheden hertz (Hz) blev oprettet til hans ære af den internationale elektrotekniske kommission i 1930 for frekvens, der er et udtryk for antallet af gange, en gentagen begivenhed forekommer pr. sekund. Den blev vedtaget af CGPM (Conférence générale des poids et mesures) i 1960 og erstattede officielt den tidligere betegnelse “cyklusser pr. sekund” (cps).
I 1928 blev Heinrich-Hertz-instituttet for svingningsforskning grundlagt i Berlin. I dag er det kendt som Fraunhofer Institute for Telecommunications, Heinrich Hertz Institute, HHI.
I 1969 blev der i Østtyskland støbt en Heinrich Hertz-mindemedalje. IEEE Heinrich Hertz-medaljen, der blev indstiftet i 1987, er “for fremragende resultater inden for Hertz-bølger, der årligt uddeles til en person for resultater af teoretisk eller eksperimentel karakter”.
I 1980 blev der i Italien grundlagt en højskole kaldet “Istituto Tecnico Industriale Statale Heinrich Hertz” i kvarteret Cinecittà Est, i Rom.
Submillimeterradioteleskopet på Mt. Graham i Arizona, der blev bygget i 1992, er opkaldt efter ham.
Et krater på månens anden side, lige bag den østlige side, er opkaldt til hans ære. Hertz-markedet for radioelektronikprodukter i Nizhny Novgorod, Rusland, er opkaldt efter ham. Heinrich-Hertz-Turm-radiotårnet i Hamborg er opkaldt efter byens berømte søn.
Hertz er hædret af Japan med et medlemskab af Order of the Sacred Treasure, som har flere niveauer af æresbevisninger for fremtrædende personer, herunder videnskabsmænd.
Heinrich Hertz er blevet hædret af en række lande rundt om i verden på deres frimærkeudgaver, og i tiden efter Anden Verdenskrig har han også optrådt på forskellige tyske frimærkeudgaver.
På hans fødselsdag i 2012 hædrede Google Hertz med en Google doodle, der var inspireret af hans livsværk, på sin hjemmeside.
Kilder
