无线电波是如何被发现的？

许多人一定想知道，当把电视机或收音机调到某个频率，或衡量电脑CPU的速度时，为什么都是以赫兹、千赫兹、兆赫兹和千兆赫兹等“赫兹”来衡量。而每个电子工程师都知道，振荡波的国际频率单位（即每秒周期数）是以证明电磁波可以发射、传输和接收的人——德国科学家海因里希·鲁道夫·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）命名的。

不同频率电磁波的传播示意图

赫兹于1857年2月22日在德国汉堡出生，今年2月22日是他的165周年诞辰。他先在法兰克福的一家工程公司接受培训，然后服了一年兵役。之后他决定从工程学转向物理学，并在慕尼黑大学学习。1880年，赫兹获得了柏林大学的博士学位，并在接下来的三年里留在那里进行博士后研究。1883年，赫兹在基尔大学担任理论物理学的讲师。1885年，赫兹成为德国卡尔斯鲁厄大学的一名正式教授。

海因里希·鲁道夫·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）

赫兹以詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）的理论工作为基础。麦克斯韦在19世纪60年代用数学方法证明了电场和磁场的所有变化都会在空间引起电磁波。赫兹深信，法拉第和麦克斯韦的理论是基于这样的想法，即充满空气的空间在电动力方面的表现与任何其他电介质一样。于是他的任务变成了需要证明电磁波在空气中的有限传播速度。

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）

为了证明这样的理论，他在实验室里建立了一个由两根带金属球的棒子组成的发射器，其内端有7.5毫米的间隙，外端有金属板，它被安装在抛物线金属镜的焦点上，棒子连接到一个感应线圈。在实验室的另一端，他在另一个金属镜的焦点处设置了一个具有类似间隙的大线环。当感应线圈在发射器的气隙上产生火花时，他观察到在接收器上也会出现火花。

赫兹电磁波传播探测实验实物示意图

赫兹1887年用于产生和探测无线电波的仪器原理图如下：火花间隙发射器（左）由一个带有火花间隙（S）的偶极子天线组成，由鲁姆考夫线圈（T）的高压脉冲供电，接收器（右）由环形天线和火花间隙组成。

赫兹电磁波传播探测实验原理图

经过无数次的实验和实验装置，他成功地产生了非常快的电振荡，频率约为80兆赫（根据今天的表达方式）。在今天这被认为属于甚高频（Very High Frequency，VHF）范围内。通过进一步的实验，他还发现，电波以直线传播，可以被抛物面镜反射，而且振动可以被折射，其波长与可见光相似。这种电磁波的传输和接收，后来被称为 '赫兹波'（再以后被人们称为“无线电波”），证实了赫兹所研究的麦克斯韦的早期理论。

波的折射行为

在赫兹的实验中，他还观察到了“光电”效应，即在有紫外线的情况下，火花跳跃间隙的能力会增强。他没有进一步研究这个效应，而是将他的信息提供了给其他人，这个效应在1905年被爱因斯坦赋予了理论基础，爱因斯坦因此获得了诺贝尔物理学奖。

爱因斯坦因光电效应理论方面的贡献获得了诺贝尔物理学奖

赫兹的实验总共解释了电波的反射、折射、偏振、干涉和速度，其他科学家和工程师将这些实验作为他们自己进一步实验的基础。古列尔莫·马可尼（Guglielmo Marconi）阅读了赫兹关于电波和振荡器的实验报告，改进了实验并改进了仪器，利用电波进行更远距离的通信，将其用于电报和无线电通信。

古列尔莫·马可尼（Guglielmo Marconi）

赫兹关于某些材料对波的反射而不是所有材料对波的反射的研究成果，为后人发明雷达打下了重要基础，包括空腔磁控管的发明。这是马库斯·奥利芬特（Sir Marcus Laurence Elwin 'Mark' Oliphant）和其他人包括约翰·兰德尔（Sir John Randall）和哈里·布特（Harry Boot）发明的短波便携式雷达的主要部件。空腔磁控管在第二次世界大战中产生了巨大的影响。

空腔磁控管（本图中为日本产）

赫兹曾在1890年12月到过英国一次，当时他被授予朗福德奖章，这是皇家学会在物理学领域每两年颁发一次的奖项，以表彰他对电磁辐射的 '杰出研究'。八年后，奥利弗-洛奇因其在物质和乙醚之间的关系方面的工作而被授予同样的奖章，菲茨杰拉德在1899年被授予皇家学会的皇家奖章，而海维斯德和洛奇都被授予了法拉第奖章。他们的大量成就都要归功于海因里希-赫兹的实验工作。为了纪念他，汉堡的电视塔被正式命名为海因里希-赫兹塔。

德国汉堡市的电视塔被正式命名为海因里希-赫兹塔以纪念赫兹

德国纪念赫兹的邮票

本文为乖小熊原创，博主部分配图，如有错误或不妥敬请指出。