Χάινριχ Χερτζ

gigatos | 12 Νοεμβρίου, 2021

Post Views: 138

Σύνοψη

Ο Χάινριχ Ρούντολφ Χερτζ (γερμανικά: 22 Φεβρουαρίου 1857 – 1 Ιανουαρίου 1894) ήταν Γερμανός φυσικός, ο οποίος απέδειξε για πρώτη φορά οριστικά την ύπαρξη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που προβλέπονταν από τις εξισώσεις του ηλεκτρομαγνητισμού του Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ. Η μονάδα της συχνότητας, κύκλος ανά δευτερόλεπτο, ονομάστηκε προς τιμήν του “Hertz”.

Κατά τη διάρκεια των σπουδών του στο Gelehrtenschule des Johanneums στο Αμβούργο, ο Χερτζ έδειξε κλίση στις θετικές επιστήμες καθώς και στις γλώσσες, μαθαίνοντας αραβικά και σανσκριτικά. Σπούδασε θετικές επιστήμες και μηχανική στις γερμανικές πόλεις της Δρέσδης, του Μονάχου και του Βερολίνου, όπου μαθήτευσε κοντά στους Gustav R. Kirchhoff και Hermann von Helmholtz. Το 1880, ο Χερτζ απέκτησε το διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο του Βερολίνου και για τα επόμενα τρία χρόνια παρέμεινε για μεταδιδακτορικές σπουδές υπό τον Χέλμολτς, υπηρετώντας ως βοηθός του. Το 1883, ο Χερτζ ανέλαβε θέση λέκτορα θεωρητικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Κιέλου. Το 1885, ο Χερτζ έγινε τακτικός καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης.

Το 1886, ο Χερτζ παντρεύτηκε την Ελίζαμπεθ Ντολ, κόρη του Μαξ Ντολ, καθηγητή γεωμετρίας στην Καρλσρούη. Απέκτησαν δύο κόρες: Johanna, που γεννήθηκε στις 20 Οκτωβρίου 1887, και Mathilde, που γεννήθηκε στις 14 Ιανουαρίου 1891, η οποία έγινε μια αξιόλογη βιολόγος. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου ο Χερτζ διεξήγαγε την έρευνα-ορόσημο για τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.

Ο Χερτζ ανέλαβε τη θέση του καθηγητή Φυσικής και διευθυντή του Ινστιτούτου Φυσικής στη Βόννη στις 3 Απριλίου 1889, μια θέση που κράτησε μέχρι το θάνατό του. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου ασχολήθηκε με τη θεωρητική μηχανική, με το έργο του να δημοσιεύεται στο βιβλίο Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange dargestellt (Οι αρχές της μηχανικής παρουσιάζονται σε νέα μορφή), το οποίο εκδόθηκε μετά θάνατον το 1894.

Διαβάστε επίσης, βιογραφίες – Βελισάριος

Θάνατος

Το 1892, ο Χερτζ διαγνώστηκε με λοίμωξη (μετά από μια περίοδο σοβαρών ημικρανιών) και υποβλήθηκε σε χειρουργικές επεμβάσεις για την αντιμετώπιση της ασθένειας. Πέθανε μετά από επιπλοκές κατά τη χειρουργική επέμβαση στην προσπάθειά του να διορθώσει την πάθησή του που προκαλούσε αυτές τις ημικρανίες, την οποία ορισμένοι θεωρούν ότι ήταν μια κακοήθης πάθηση των οστών. Πέθανε σε ηλικία 36 ετών στη Βόννη της Γερμανίας το 1894 και θάφτηκε στο νεκροταφείο Ohlsdorf του Αμβούργου.

Η σύζυγος του Hertz, Elisabeth Hertz (1864-1941), δεν ξαναπαντρεύτηκε. Ο Hertz άφησε δύο κόρες, τη Johanna (1887-1967) και τη Mathilde (1891-1975). Οι κόρες του Hertz δεν παντρεύτηκαν ποτέ και δεν έχει απογόνους.

Διαβάστε επίσης, βιογραφίες – Πτολεμαίος Γ΄ Ευεργέτης

Ηλεκτρομαγνητικά κύματα

Το 1864 ο Σκωτσέζος μαθηματικός φυσικός Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ πρότεινε μια ολοκληρωμένη θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού, που σήμερα ονομάζεται εξισώσεις του Μάξγουελ. Η θεωρία του Μάξγουελ προέβλεψε ότι τα συζευγμένα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία μπορούν να ταξιδέψουν στο χώρο ως “ηλεκτρομαγνητικό κύμα”. Ο Μάξγουελ πρότεινε ότι το φως αποτελείται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα μικρού μήκους κύματος, αλλά κανείς δεν είχε καταφέρει να το αποδείξει αυτό ή να παράγει ή να ανιχνεύσει ηλεκτρομαγνητικά κύματα άλλων μηκών κύματος.

Κατά τη διάρκεια των σπουδών του Hertz το 1879 ο Helmholtz πρότεινε η διδακτορική διατριβή του Hertz να αφορά τον έλεγχο της θεωρίας του Maxwell. Ο Helmholtz είχε επίσης προτείνει το πρόβλημα του “Βραβείου του Βερολίνου” εκείνο το έτος στην Πρωσική Ακαδημία Επιστημών για όποιον θα μπορούσε να αποδείξει πειραματικά ένα ηλεκτρομαγνητικό φαινόμενο στην πόλωση και την αποπόλωση των μονωτών, κάτι που προέβλεπε η θεωρία του Maxwell. Ο Helmholtz ήταν βέβαιος ότι ο Hertz ήταν ο πιο πιθανός υποψήφιος για να το κερδίσει. Μη βλέποντας κανέναν τρόπο να κατασκευάσει μια συσκευή για να το ελέγξει πειραματικά, ο Χερτζ θεώρησε ότι ήταν πολύ δύσκολο και ασχολήθηκε αντ” αυτού με την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Ο Χερτζ κατά τη διάρκεια της θητείας του στο Κίελο προέβη σε ανάλυση των εξισώσεων του Μάξγουελ, δείχνοντας ότι είχαν μεγαλύτερη εγκυρότητα από τις θεωρίες “δράσης εξ αποστάσεως” που επικρατούσαν τότε.

Αφού ο Χερτζ έλαβε την έδρα του στην Καρλσρούη, πειραματιζόταν με ένα ζεύγος σπειρών Riess το φθινόπωρο του 1886, όταν παρατήρησε ότι η εκκένωση ενός βάζου Leyden σε ένα από αυτά τα πηνία παρήγαγε σπινθήρα στο άλλο πηνίο. Με μια ιδέα για το πώς να κατασκευάσει μια συσκευή, ο Χερτζ είχε πλέον έναν τρόπο να προχωρήσει στο πρόβλημα του “Βραβείου του Βερολίνου” του 1879 για την απόδειξη της θεωρίας του Μάξγουελ (αν και το πραγματικό βραβείο είχε λήξει ανείσπρακτο το 1882). Χρησιμοποίησε μια διπολική κεραία αποτελούμενη από δύο κολλητά σύρματα ενός μέτρου με κενό σπινθήρα μεταξύ των εσωτερικών άκρων τους και σφαίρες ψευδαργύρου προσαρτημένες στα εξωτερικά άκρα για χωρητικότητα, ως ακτινοβολητή. Η κεραία διεγείρονταν με παλμούς υψηλής τάσης περίπου 30 κιλοβόλτ που εφαρμόζονταν μεταξύ των δύο πλευρών από ένα πηνίο Ruhmkorff. Έλαβε τα κύματα με μια συντονισμένη κεραία ενός βρόχου με διάκενο σπινθήρα μικρομέτρου μεταξύ των άκρων. Το πείραμα αυτό παρήγαγε και έλαβε αυτό που σήμερα ονομάζεται ραδιοκύματα στην περιοχή των πολύ υψηλών συχνοτήτων.

Μεταξύ του 1886 και του 1889 ο Χερτζ διεξήγαγε μια σειρά πειραμάτων που θα αποδείκνυαν ότι τα φαινόμενα που παρατηρούσε ήταν αποτελέσματα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που προέβλεψε ο Μάξγουελ. Ξεκινώντας τον Νοέμβριο του 1887 με την εργασία του “On Electromagnetic Effects Produced by Electrical Disturbances in Insulators”, ο Χερτζ έστειλε μια σειρά εγγράφων στον Χέλμολτς στην Ακαδημία του Βερολίνου, συμπεριλαμβανομένων εγγράφων το 1888 που έδειχναν εγκάρσια ηλεκτρομαγνητικά κύματα ελεύθερου χώρου που ταξίδευαν με πεπερασμένη ταχύτητα σε μια απόσταση. Στη συσκευή που χρησιμοποίησε ο Hertz, τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία ακτινοβολούνταν μακριά από τα σύρματα ως εγκάρσια κύματα. Ο Hertz είχε τοποθετήσει τον ταλαντωτή σε απόσταση περίπου 12 μέτρων από μια ανακλαστική πλάκα ψευδαργύρου για να παράγει στάσιμα κύματα. Κάθε κύμα είχε μήκος περίπου 4 μέτρα. Χρησιμοποιώντας τον ανιχνευτή δακτυλίου, κατέγραψε πώς μεταβαλλόταν το μέγεθος του κύματος και η κατεύθυνση των συνιστωσών του. Ο Hertz μέτρησε τα κύματα του Maxwell και απέδειξε ότι η ταχύτητα αυτών των κυμάτων ήταν ίση με την ταχύτητα του φωτός. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, η πόλωση και η ανάκλαση των κυμάτων μετρήθηκαν επίσης από τον Hertz. Τα πειράματα αυτά τεκμηρίωσαν ότι το φως και τα κύματα αυτά ήταν και τα δύο μια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που υπακούει στις εξισώσεις του Μάξγουελ. Ο Χερτζ μπορεί να μην ήταν ο πρώτος που συνάντησε το φαινόμενο των ραδιοκυμάτων – ο Ντέιβιντ Έντουαρντ Χιουζ μπορεί να είχε ανιχνεύσει την ύπαρξή τους εννέα χρόνια νωρίτερα, αλλά δεν δημοσίευσε τα ευρήματά του.

Ο Χερτζ δεν είχε συνειδητοποιήσει την πρακτική σημασία των πειραμάτων του με τα ραδιοκύματα. Δήλωσε ότι,

Ερωτηθείς σχετικά με τις εφαρμογές των ανακαλύψεών του, ο Χερτζ απάντησε,

Η απόδειξη της ύπαρξης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στον αέρα από τον Χερτζ οδήγησε σε μια έκρηξη πειραματισμών με αυτή τη νέα μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, η οποία ονομάστηκε “κύματα Χερτζ” μέχρι περίπου το 1910, όταν επικράτησε ο όρος “ραδιοκύματα”. Μέσα σε 10 χρόνια ερευνητές όπως ο Oliver Lodge, ο Ferdinand Braun και ο Guglielmo Marconi χρησιμοποίησαν τα ραδιοκύματα στα πρώτα συστήματα ασύρματης τηλεγραφικής ραδιοεπικοινωνίας, οδηγώντας στη ραδιοφωνική μετάδοση και αργότερα στην τηλεόραση. Το 1909, ο Braun και ο Marconi έλαβαν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για τη “συμβολή τους στην ανάπτυξη της ασύρματης τηλεγραφίας”. Σήμερα το ραδιόφωνο αποτελεί βασική τεχνολογία στα παγκόσμια τηλεπικοινωνιακά δίκτυα και το μέσο μετάδοσης που διέπει τις σύγχρονες ασύρματες συσκευές.

Διαβάστε επίσης, βιογραφίες – Γάιος Καλιγούλας

Ακτίνες καθόδου

Το 1892, ο Χερτζ άρχισε να πειραματίζεται και απέδειξε ότι οι καθοδικές ακτίνες μπορούσαν να διαπεράσουν πολύ λεπτό μεταλλικό φύλλο (όπως το αλουμίνιο). Ο Philipp Lenard, μαθητής του Heinrich Hertz, ερεύνησε περαιτέρω αυτό το “φαινόμενο των ακτίνων”. Ανέπτυξε μια εκδοχή του καθοδικού σωλήνα και μελέτησε τη διείσδυση των ακτίνων Χ σε διάφορα υλικά. Ωστόσο, ο Λέναρντ δεν συνειδητοποίησε ότι παρήγαγε ακτίνες Χ. Ο Hermann von Helmholtz διατύπωσε μαθηματικές εξισώσεις για τις ακτίνες Χ. Διατύπωσε μια θεωρία διασποράς πριν ο Ρένγκεν κάνει την ανακάλυψη και την ανακοίνωσή του. Διαμορφώθηκε με βάση την ηλεκτρομαγνητική θεωρία του φωτός (Wiedmann”s Annalen, τόμος XLVIII). Ωστόσο, δεν εργάστηκε με πραγματικές ακτίνες Χ.

Διαβάστε επίσης, βιογραφίες – Κωνσταντίνος Α΄ της Ελλάδας

Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Ο Χερτζ συνέβαλε στην εδραίωση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου (το οποίο αργότερα εξηγήθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν) όταν παρατήρησε ότι ένα φορτισμένο αντικείμενο χάνει το φορτίο του ευκολότερα όταν φωτίζεται από υπεριώδη ακτινοβολία (UV). Το 1887 έκανε παρατηρήσεις για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και για την παραγωγή και τη λήψη ηλεκτρομαγνητικών (ΗΜ) κυμάτων, οι οποίες δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Annalen der Physik. Ο δέκτης του αποτελούνταν από ένα πηνίο με διάκενο σπινθήρα, με αποτέλεσμα να παρατηρείται σπινθήρας κατά την ανίχνευση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Τοποθέτησε τη συσκευή σε ένα σκοτεινό κουτί για να βλέπει καλύτερα τον σπινθήρα. Παρατήρησε ότι το μέγιστο μήκος του σπινθήρα μειωνόταν όταν βρισκόταν μέσα στο κουτί. Ένα γυάλινο πάνελ που τοποθετήθηκε μεταξύ της πηγής των ΗΜ κυμάτων και του δέκτη απορροφούσε υπεριώδη ακτινοβολία που βοηθούσε τα ηλεκτρόνια να πηδήξουν στο διάκενο. Όταν αφαιρούνταν, το μήκος του σπινθήρα αυξανόταν. Δεν παρατήρησε μείωση του μήκους σπινθήρα όταν αντικατέστησε το γυαλί με χαλαζία, καθώς ο χαλαζίας δεν απορροφά υπεριώδη ακτινοβολία. Ο Hertz ολοκλήρωσε την πολύμηνη έρευνά του και ανέφερε τα αποτελέσματα που έλαβε. Δεν συνέχισε περαιτέρω τη διερεύνηση αυτού του φαινομένου, ούτε έκανε καμία προσπάθεια να εξηγήσει πώς προκλήθηκε το παρατηρούμενο φαινόμενο.

Διαβάστε επίσης, βιογραφίες – Πέρσι Σέλλεϋ

Μηχανικοί επικοινωνίας

Το 1886-1889, ο Χερτζ δημοσίευσε δύο άρθρα σχετικά με αυτό που έμελλε να γίνει γνωστό ως πεδίο της μηχανικής της επαφής, τα οποία αποδείχθηκαν σημαντική βάση για μεταγενέστερες θεωρίες στον τομέα αυτό. Ο Joseph Valentin Boussinesq δημοσίευσε ορισμένες κρίσιμα σημαντικές παρατηρήσεις σχετικά με το έργο του Hertz, καθιερώνοντας ωστόσο αυτό το έργο για τη μηχανική της επαφής ως τεράστιας σημασίας. Το έργο του συνοψίζει ουσιαστικά τον τρόπο με τον οποίο δύο αξονοσυμμετρικά αντικείμενα που βρίσκονται σε επαφή θα συμπεριφέρονται υπό φόρτιση, έλαβε αποτελέσματα βασισμένα στην κλασική θεωρία της ελαστικότητας και της μηχανικής της συνέχειας. Το σημαντικότερο ελάττωμα της θεωρίας του ήταν η παραμέληση κάθε είδους πρόσφυσης μεταξύ των δύο στερεών, η οποία αποδεικνύεται σημαντική καθώς τα υλικά που συνθέτουν τα στερεά αρχίζουν να αποκτούν υψηλή ελαστικότητα. Ωστόσο, ήταν φυσικό να παραμεληθεί η πρόσφυση εκείνη την εποχή, καθώς δεν υπήρχαν πειραματικές μέθοδοι για τον έλεγχό της.

Ο Hertz περιέγραψε επίσης τον “κώνο του Hertz”, έναν τύπο θραύσης σε εύθραυστα στερεά που προκαλείται από τη μετάδοση κυμάτων τάσης.

Διαβάστε επίσης, ιστορία – Πόλεμος της Ισπανικής Διαδοχής

Μετεωρολογία

Ο Χερτζ είχε πάντα ένα βαθύ ενδιαφέρον για τη μετεωρολογία, το οποίο πιθανότατα προήλθε από τις επαφές του με τον Βίλχελμ φον Μπέζολντ (ο οποίος ήταν καθηγητής του σε ένα εργαστηριακό μάθημα στο Πολυτεχνείο του Μονάχου το καλοκαίρι του 1878). Ως βοηθός του Helmholtz στο Βερολίνο, συνεισέφερε μερικά μικρά άρθρα στον τομέα αυτό, συμπεριλαμβανομένης της έρευνας για την εξάτμιση των υγρών, ενός νέου είδους υγρομέτρου και ενός γραφικού μέσου για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων του υγρού αέρα όταν υπόκειται σε αδιαβατικές μεταβολές.

Ο Χάινριχ Χερτς ήταν Λουθηρανός σε όλη του τη ζωή και δεν θα θεωρούσε τον εαυτό του Εβραίο, καθώς όλη η οικογένεια του πατέρα του είχε ασπαστεί τον Λουθηρανισμό όταν ο πατέρας του ήταν ακόμη στην παιδική του ηλικία (επτά ετών), το 1834.

Παρ” όλα αυτά, όταν το ναζιστικό καθεστώς απέκτησε την εξουσία δεκαετίες μετά το θάνατο του Χερτς, οι αξιωματούχοι του αφαίρεσαν το πορτρέτο του από την περίοπτη τιμητική θέση του στο Δημαρχείο του Αμβούργου (Rathaus), λόγω της εν μέρει εβραϊκής καταγωγής του. (Ο πίνακας έχει έκτοτε επανέλθει στη δημόσια έκθεση).

Η χήρα και οι κόρες του Hertz εγκατέλειψαν τη Γερμανία τη δεκαετία του 1930 και εγκαταστάθηκαν στην Αγγλία.

Ο ανιψιός του Χάινριχ Χερτζ, ο Γκούσταβ Λούντβιχ Χερτζ, ήταν νομπελίστας και ο γιος του Γκούσταβ, ο Καρλ Χέλμουτ Χερτζ, εφηύρε την ιατρική υπερηχογραφία. Η κόρη του Mathilde Carmen Hertz ήταν γνωστή βιολόγος και συγκριτική ψυχολόγος. Ο ανιψιός του Χέρμαν Γκέρχαρντ Χερτζ, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης, ήταν πρωτοπόρος της φασματοσκοπίας NMR και το 1995 δημοσίευσε τις εργαστηριακές σημειώσεις του Χερτζ.

Η μονάδα Hertz (Hz) του SI καθιερώθηκε προς τιμήν του από τη Διεθνή Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή το 1930 για τη συχνότητα, μια έκφραση του αριθμού των φορών που επαναλαμβάνεται ένα επαναλαμβανόμενο γεγονός ανά δευτερόλεπτο. Υιοθετήθηκε από την CGPM (Conférence générale des poids et mesures) το 1960, αντικαθιστώντας επίσημα την προηγούμενη ονομασία, “κύκλοι ανά δευτερόλεπτο” (cps).

Το 1928 ιδρύθηκε στο Βερολίνο το Ινστιτούτο Heinrich-Hertz για την έρευνα των ταλαντώσεων. Σήμερα είναι γνωστό ως Ινστιτούτο Fraunhofer για τις τηλεπικοινωνίες, Ινστιτούτο Heinrich Hertz, HHI.

Το 1969, στην Ανατολική Γερμανία, χύνεται ένα μετάλλιο μνήμης του Χάινριχ Χερτζ. Το μετάλλιο Heinrich Hertz του ΙΕΕΕ, που θεσπίστηκε το 1987, είναι “για εξαιρετικά επιτεύγματα στα κύματα Hertz και απονέμεται ετησίως σε ένα άτομο για επιτεύγματα θεωρητικής ή πειραματικής φύσης”.

Το 1980, στην Ιταλία ιδρύθηκε ένα Λύκειο με την ονομασία “Istituto Tecnico Industriale Statale Heinrich Hertz” στη γειτονιά της Cinecittà Est, στη Ρώμη.

Ένας κρατήρας που βρίσκεται στην άλλη πλευρά της Σελήνης, ακριβώς πίσω από το ανατολικό άκρο, πήρε το όνομά του προς τιμήν του. Η αγορά Hertz για ραδιοηλεκτρονικά προϊόντα στο Νίζνι Νόβγκοροντ της Ρωσίας πήρε το όνομά του. Ο πύργος ραδιοτηλεπικοινωνιών Heinrich-Hertz-Turm στο Αμβούργο πήρε το όνομά του από τον διάσημο γιο της πόλης.

Η Ιαπωνία τιμά τον Hertz με την ιδιότητα του μέλους του Τάγματος του Ιερού Θησαυρού, το οποίο έχει πολλαπλά επίπεδα τιμής για εξέχοντες ανθρώπους, συμπεριλαμβανομένων των επιστημόνων.

Ο Heinrich Hertz έχει τιμηθεί από πολλές χώρες σε όλο τον κόσμο στις ταχυδρομικές τους εκδόσεις, ενώ μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο εμφανίστηκε και σε διάφορες γερμανικές εκδόσεις γραμματοσήμων.

Στα γενέθλιά του το 2012, η Google τίμησε τον Hertz με ένα Google doodle, εμπνευσμένο από το έργο της ζωής του, στην αρχική της σελίδα.

Πηγές