ГЕРЦ ГЕНРИХ РУДОЛЬФ (1857 г. – 1894 г.)

ГЕРЦ ГЕНРИХ РУДОЛЬФ

(1857 г. – 1894 г.)

У людей, изучающих физику, часто складывается впечатление, что знаменитые опыты Генриха Герца по изучению электромагнитных волн и, например, квантовая теория Макса Планка разделены целой эпохой, во время которой в физике произошло большое количество изменений и было сделано немало фундаментальных открытий. И это действительно так. Но, обратив внимание на биографические данные, можно с удивлением обнаружить, что Герц был старше Планка всего лишь на год. Дело в том, что Планк прожил дольше своего коллеги более чем на полстолетия. И за это время в физике действительно произошел большой эволюционный скачок. Жизнь Генриха Герца оборвалась на 37-м году. Но и за этот короткий срок ученый успел сделать открытия, благодаря которым можно сказать, что именно он стоял у истоков этого скачка.

Генрих Герц родился 22 февраля 1857 года в Гамбурге. Его отец был преуспевающим юристом, одно время он даже занимал пост сенатора и главы гамбургского управления юстиции. Очень рано мальчик проявил блестящие и всесторонние способности. Он не только прекрасно учился в общеобразовательной школе, но и дополнительно изучил арабский язык, посещал школу искусств и ремесел, изучал черчение, столярное и слесарное дело, и везде проявлялась его необычайная одаренность. Интересно, что когда мастер, который обучал Генриха токарному делу, узнал, что его ученик стал знаменитым ученым, он воскликнул: «Ах, как жаль, из него мог получиться прекрасный токарь!» Особенно привлекали юношу естественные науки, прежде всего физика.

Несмотря на свою одаренность, Генрих был очень скромным и даже неуверенным в себе юношей. После окончания школы он долго не решался избрать научную карьеру, считая, что ученый должен обладать некими выдающимися способностями, которых он у себя не находил. Поэтому, получив в 1875 году аттестат зрелости, он некоторое время набирался опыта в конструкторском бюро во Франкфурте-на-Майне, а весной 1876 года поступил в Высшую техническую школу Дрездена. Уже осенью как студент инженерного ведомства Герц был призван на годичную военную службу при железнодорожном корпусе Берлина.

Но тяга к науке все-таки одержала победу над робостью, и весной 1878 года Генрих отправился в Берлинский университет. Осенью он приступил к учебе на новом месте. Здесь его учителями стали Кирхгоф и Гельмгольц. Герц привлек к себе внимание знаменитых ученых, особенно Гельмгольца, который так отзывался о своем ученике: «Уже во время элементарных практических работ, проведенных им, я видел, что имею дело с учеником необычайной одаренности».

В конце летнего семестра Гельмгольц должен был распределить темы конкурсных студенческих работ. Он без колебаний предложил Герцу очень интересную, но и не менее сложную задачу: попытаться обнаружить явление инерции при возникновении в проводнике электрического тока или при его прекращении. Задача это восходила к спору между сторонниками концепций дальнодействия и близкодействия, уже упомянутых нами в статье о Максвелле. Как мы знаем теперь, электрический ток обладает некоей инерцией, так как его носителями в металлах являются электроны, а они имеют массу. Но инерция эта во много тысяч раз меньше, чем Герц мог обнаружить доступными ему в те времена способами. Отсутствие же инерции говорило в пользу теории дальнодействия, что отвечало взглядам Гельмгольца. Сама же работа была выполнена прекрасно, ее результаты получили известность и послужили трамплином к будущей славе автора. За блестяще выполненные исследования ректор университета лично наградил Генриха Герца памятной медалью.

Следующую тему для исследований Герцу также предложил Гельмгольц. На этот раз молодому ученому предстояло подтвердить или опровергнуть теорию Максвелла, показав влияние изоляторов на электродинамические процессы. Но Генрих, проделав предварительные расчеты, пришел к выводу, что существующего на тот момент оборудования недостаточно для проведения соответствующих исследований, и временно отказался от этой тематики. Вместо этого он решил попытаться обнаружить «электрическую инерцию» во вращающихся шарах. Обширные исследования и внушительную теоретическую часть работы Герц выполнил в очень короткие сроки – примерно за три месяца. В начале 1880 года Генрих подал оформленную работу под названием «Индукция во вращающихся шарах» в качестве докторской диссертации. Работа была высоко оценена и Гельмгольцем, и Кирхгофом. Уже через 14 дней Герц был допущен к экзаменам на докторскую степень, которые он успешно сдал 5 февраля.

15 марта 1880 года Герцу был вручен докторский диплом, и вскоре он занял освободившееся место ассистента Гельмгольца. Эти обязанности Генрих исполнял два года и, несмотря на большую нагрузку (ему была поручена работа с практикантами), он провел ряд исследований по термодинамике, теории упругости, твердости тел, испарению и опубликовал их результаты. Как ученый Герц отличался аккуратностью, большой экспериментаторской фантазией и одновременно осторожностью в оценке результатов, большим трудолюбием. Например, в 1882 году Генрих приступил к исследованию световых явлений в разреженных газах. Для работ в этой области он использовал в качестве источника тока самостоятельно сконструированную электрическую батарею, состоящую из 1000 элементов.

Тем временем стало ясно, что в ближайшее время возможностей для карьерного роста для Генриха в Берлине нет. Конечно же, Герцу было нелегко отказаться от возможности работать в прекрасно оборудованной лаборатории Гельмгольца, но в конце концов он прислушался к совету другого своего наставника, Кирхгофа, и согласился переехать в Киль, где ему предложили место доцента по математической физике в небольшом местном университете. В Киле Герц преподавал два года. Нагрузка была невелика, и поэтому Генрих располагал свободным временем, которое посвящал совершенствованию своей теоретической подготовки, размышлениям над всевозможными физическими проблемами, планированию будущих экспериментов и исследований: оборудования в провинциальном университете не хватало.

В начале 1885 года Генрих Герц перебрался в Карлсруэ. Здесь он занял должность ординарного профессора физики в Высшей технической школе. Теперь в распоряжении ученого были прекрасно оборудованные лаборатории, однако резко сократилось количество свободного времени: работы было очень много. В этот период времени Генрих писал родителям: «Неужели я тоже стану одним из тех, кто, получив профессуру, перестает что-либо создавать?» К счастью, его опасения не сбылись. В течение года Генрих привыкал к новым обязанностям, устраивал свой быт. Летом 1886 года он женился на Елизавете Долль, дочери одного из своих коллег. А уже в октябре ученый приступил к экспериментам, впоследствии прославившим его имя.

Начало исследованиям положила, можно сказать, случайность. Герц проводил эксперименты с электрическими разрядами и заметил искрение на одной из лежащих рядом друг с другом изолированных спиралей. Ученый предположил, что наблюдает явление, связанное с индукцией и представляющее собой электромагнитный резонанс. Теперь он решился взяться за конкурсную задачу, от которой отказался в 1879 году. Его первой целью было выяснить, влияют ли изоляторы на электродинамические процессы, а задачей максимум – опровергнуть или доказать существование электромагнитных волн. Несколько дней понадобилось гениальному экспериментатору для того, чтобы подготовить приборы и приступить к исследованиям. В качестве источника электромагнитных волн ученый использовал сконструированный им вибратор (диполь) Герца. Он представлял собой простейшую антенну – медный стержень с металлическими шарами на концах и небольшим разрывом посередине (искровым промежутком). Две части вибратора ученый заряжал, пока в промежутке не проскакивала искра. В результате возникали колебания и, как следствие – электромагнитные волны.

25 октября 1886 года Генрих записал в своем дневнике: «Получил искровой микрометр (так Герц называл свой прибор) и начал с ним опыты». А уже 2 декабря появилась запись, свидетельствующая о первом успехе: «Удалось вызвать явление резонанса между двумя электрическими колебаниями». 5 декабря Герц отправил Гельмгольцу описание своих наблюдений. Вскоре в «Видемановских анналах физики и химии» появилась статья «Об очень быстрых электрических колебаниях», в которой были опубликованы первые результаты исследований. В статье «О влиянии ультрафиолетового света на электрический разряд» Герц описал открытое им явление внешнего фотоэффекта. А 5 ноября 1887 года Герц отправил Гельмгольцу новую работу «О явлении индукции, вызываемой в изоляторах электрическими процессами», в которой полностью решил то самое конкурсное задание 1879 года. Через три дня пришел ответ: «Рукопись получил. Браво! В четверг передаю ее в печать. Герман фон Гельмгольц».

Но на достигнутом Герц не остановился. Наоборот, успех окрылил его, и он с новыми силами продолжал свои исследования. Правда, его, эксперименты были весьма трудоемкими, сложность состояла в том, что ученый имел дело с волнами большой длины, а это требовало особых условий. Работы необходимо было проводить в просторном помещении – приходилось использовать большую (14?15 м) учебную аудиторию и, естественно, только в промежутках между занятиями. Из помещения удаляли все металлические предметы (газовые трубы, люстры и т. д.). Отражателем волн служила цинковая пластинка высотой 4 метра. Сиденья соединялись специальными мостками, чтобы экспериментатор мог свободно перемещаться по всему пространству аудитории. Герц ходил по всему помещению с проволочным кольцом, служащим измерительным инструментом (по своей сути кольцо представляло собой тот же диполь). Позже он проводил наблюдения в темноте и даже с лупой – так были открыты стоячие электромагнитные волны.

В целом проведенные в 1886–1888 годах опыты Герца не только убедительно продемонстрировали существование электромагнитных волн, но позволили открыть целый ряд их свойств: особенности распространения, отражения, преломления, поляризации. Сходство этих свойств со свойствами световых лучей подтвердило предположение Фарадея и Максвелла о единой природе света и электричества. Вместе с этим была окончательно повержена концепция дальнодействия.

Открытия привлекли к Генриху Герцу внимание научного сообщества. Он стал получать заманчивые предложения от различных учебных заведений. Его приглашали в Гиссен на кафедру, недавно оставленную Рентгеном; после смерти Кирхгофа, в 1887 году, поступило предложение занять его место в Берлинском университете. Но Герц хотел иметь больше времени для исследований и поэтому выбрал университет Бонна, где весной 1889 года стал ординарным профессором физики.

В Бонне его предшественником был великолепный ученый Рудольф Клаузиус – один из основателей термодинамики. Клаузиус умер годом раньше, и в распоряжение семьи Герца перешел дом покойного. Дом окружал прекрасный сад, в котором Генрих любил проводить время с женой и двумя дочерьми. Новое жилище имело и еще одно преимущество. Герц писал: «То, что в доме жил один из самых знаменитых в моей науке людей, конечно, привлекательно для меня и всех физиков, которым случается меня посещать».

В университете же Герц на первых порах столкнулся с трудностями. Ему пришлось переоборудовать лабораторию, на что ушло много времени и сил. К серьезным практическим работам удалось приступить только через год. В сентябре 1889 года ученый с большим успехом выступил на 62-м заседании Общества немецких естествоиспытателей и врачей с докладом «Об отношении между светом и электричеством». Доклад, подготовленный для широкого круга слушателей, способствовал росту научной славы Герца. Следующим шагом на вершину научного Олимпа стала поездка в Лондон по приглашению Королевского общества. Генрих читал лекции в Лондоне и Кембридже, общался с коллегами, например с Уильямом Томсоном. Повсюду его встречали как великого ученого. Научные общества многих стран мира принимали его в свои члены, награждали медалями, читали о нем доклады. Надо сказать, что слава и популярность не испортили характер Герца. До конца своих дней он никогда не проявлял свойственной многим великим ученым безапелляционности. Например, в одном из писем, говоря о своих исследованиях в области механики, он писал: «Все же трудно избавиться от некоторой робости, когда приступаешь к делу, которое никогда не обсуждалось ни одним человеком».

В 1890 году Генрих Герц, продолжая эксперименты, приступил к теоретическим работам. В труде «Основные уравнения электродинамики покоящихся тел» он дополнил и обобщил теорию Максвелла. Далее последовали работы над основами механики. Герц попытался построить механику, избавив ее от искусственного понятия «силы». Результаты ученый изложил в трудах «Принципы механики, изложенные в новой связи» и «Механика без сил».

Результаты экспериментальных исследований Герц опубликовал в 1892 году под заголовком «Исследования о распространении электрической силы». Эта работа представляет особый интерес для историков науки, так как в ней автор подробно описывает не только результаты своих исследований, но и то, как он пришел к ним. В Бонне ученый обратился и к новой области исследований, плоды которых опубликовал в фундаментальной статье «О прохождении катодных лучей через тонкие слои металла». Он сделал важное открытие: атомы не представляют собой непроницаемые шарики, а масса их собрана только в одной мельчайшей части пространства. Этот результат в дальнейшем лег в основу модели атома Резерфорда.

К сожалению, Генриху Герцу недолго пришлось наслаждаться научной славой, новыми исследованиями, счастливой семейной жизнью, отдыхом и играми с дочерьми в прекрасном саду. В 1893 году ученый заболел. Все началось с обыкновенного флюса. Но врачи никак не могли помочь Генриху, многочисленные операции только на короткое время избавляли от мучений. В конце года профессору пришлось прекратить чтение лекций. 9 декабря 1893 года он писал родителям: «Если со мной действительно что-либо случится, Вы не должны печалиться, но Вы должны немного гордиться и думать, что я принадлежу к тем избранным, которые живут мало и все-таки достаточно. Этой судьбы я не хотел и не выбирал, но, раз она меня нашла, я должен быть доволен». 1 января 1894 года один из величайших и знаменитейших ученых своего времени умер от заражения крови.

16 февраля 1894 года на заседании Берлинского физического общества Макс Планк произнес речь, посвященную памяти Генриха Герца. Заканчивалась она такими словами: «Теперь наука будет двигаться вперед без него: то, что он, возможно, мог бы еще открыть, рано или поздно – в этом нет сомнения – откроют другие. Но никто из работающих в его области не сможет избежать его влияния. Тысячекратно, как плоды его усилий, будут развиваться на благоприятной почве, давая жизнь новым стремлениям, те ростки, которые он заложил в своих трудах».

Данный текст является ознакомительным фрагментом.