بیوگرافی هاینریش هرتز، فیزیک‌دان آلمانی کاشف امواج الکترومغناطیسی

هاینریش رودولف هرتز، دانشمند آلمانی قرن ۱۹ و کاشف امواج الکترومغناطیس بود که به‌عنوان پیش‌گام عصر ارتباطات رادیویی شناخته می‌شود.

هاینریش هرتز (Heinrich Hertz) از دانشمندان بزرگ قرن ۱۹ در اروپا بود که برای اولین‌بار وجود امواج الکترومغناطیس را اثبات کرد. او طبق نظریه‌ی الکترومغناطیسی نور جیمز کلارک مکسول آزمایش‌ها و تحقیقات خود را پیش برده بود و با اثبات آن‌ها، خود را به‌عنوان پیش‌گام عصر ارتباطات رادیویی در تاریخ علم جاودان کرد.

دانشمند آلمانی کاشف امواج الکترومغناطیس، در دوران فعالیت آزمایش‌ها و تحقیقات متنوعی انجام داد و نظریه‌های متعددی را به‌صورت عملی آزمایش کرد. او علاوه‌بر امواج مذکور، پدیده‌ی اثر فتوالکتریک را کشف کرد که به‌نوعی یک شروع برای دنیای کوانتوم محسوب شد. از مهم‌ترین یادگارها و افتخاراتی که به‌نام این دانشمند بزرگ ثبت شد، می‌توان به واحد فرکانس در سیستم استاندارد جهانی اشاره کرد که با عبارت Hertz – Hz شناخته می‌شود.

تولد و تحصیل

هاینریش رودولف هرتز در ۲۲ فوریه‌ی سال ۱۸۵۷ در شهر بندری هامبورگ آلمان به‌دنیا آمد. او فرزند اول خانواد‌ه‌ای با چهار فرزند بود. مادرش آنا الیزابت فرکورن دختر یک پزشک بود. پدر هاینریش، گوستاو فردینان هرتز نام داشت که ابتدا وکیل و سپس سناتور شد. پدربزرگ پدری هاینریش یک تاجر مشهور آلمانی بود و به‌نوعی زندگی آن‌ها در قرن ۱۹، ثروتمندانه محسوب می‌شد.

مدرسه‌ی دکتر ویچارد لانژ در هامبورگ اولین مکان تحصیل هاینریش بود. او در ۶ سالگی تحصیلات ابتدایی را شروع کرد و شیوه‌ی تدریس در مدرسه، نقش مهمی در پیشرفت‌های آتی‌اش داشت. مدرسه‌ی آن‌ها به‌نوعی مبتنی بر آموزش متمرکز بر دانش‌آموزان بود و تفاوت‌های شخصی آن‌ها را در شیوه‌های تدریس لحاظ می‌کرد. به‌علاوه شیوه‌های تدریس رقابت را در بالاترین حد بین دانش‌آموزها تشویق می‌کرد و آن‌ها برای رسیدن به نمره‌های برتر به سختی تلاش می‌کردند. هاینریش عاشق روش‌های تدریس و ارزشیابی در مدرسه بود و در بین بالاترین دانش‌آموزان کلاس هم قرار داشت.

هاینریش هرتز / Heinrich Hertz

امضای منتسب به هاینریش هرتز

مدرسه‌ی ابتدایی هاینریش با وجود تمامی امکانات و شیوه‌های عالی آموزشی، یک ایراد غیرمعمول داشت؛ آن‌ها دروس زبان یونانی و لاتین را در برنامه‌ی آموزشی لحاظ نکرده بودند. در آن سال‌ها زبان‌های یونانی و لاتین اهمیت زیادی در آزمون‌ ورودی دانشگاه‌ها داشتند. هاینریش نوجوان به والدینش گفته بود که به مهندسی علاقه‌ی زیادی دارد. به همین دلیل آن‌ها با وجود ایراد تدریس زبان‌های خارجی در مدرسه‌ی دکتر لانژ، آنجا را به‌خاطر تمرکز بالا روی موارد علمی انتخاب کرده بودند.

مادر هاینریش تمرکز زیادی روی تحصیل و مطالعه‌ی پسرش داشت. او متوجه استعداد ذاتی فرزندش در طراحی و ساخت شده بود و به‌همین دلیل او را کلاس‌های جانبی در دانشکده‌ی فنی هامبورگ ثبت‌نام کرد. درنتیجه هاینریش در ۱۱ سالگی در کنار تحصیلات عادی به مطالعه‌ی طراحی و ساخت هم مشغول شد که نقش مهمی در دستاوردها و موفقیت‌های سال‌های بعدی‌اش داشت.هاینریش در دوران تحصیل و تحقیق چند بار مسیر خود را تغییر داد

استعداد بالا و علاقه‌ی هاینریش به فعالیت‌های مهندسی باعث شد تا او بیش از قبل با شیوه‌های آموزشی دکتر لانژ فاصله بگیرد. درنهایت نوجوان آلمانی در ۱۵ سالگی مدرسه‌ی مذکور را رها کرد تا در خانه به تحصیل بپردازد. به‌علاوه آمادگی برای ورود به دانشگاه هم بهانه‌ی خوبی بود و هاینریش به‌خاطر همان تصمیم، مطالعه‌ی زبان‌های آلمانی و یونانی را شروع کرد. به‌ هر حال هاینریش به موفقیت قابل‌توجهی در یادگیری زبان‌ها رسید که تاحدودی آن را از پدرش به ارث برده بود.

پروفسور ردزلاب، استاد زبان عربی هاینریش هرتز بود. او هاینریش را با استعدادترین دانش‌آموز در موضوعات مرتبط با زبان می‌دانست و به‌همین دلیل پیشنهاد ادامه‌ی تحصیل در رشته‌ی زبان‌های شرقی را به دانش‌آموزش داد. هاینریش در کنار یادگیری زبان‌ها به مطالعه‌ی علوم و ریاضیات هم مشغول شد که از آموزش خصوصی برای آن‌ها بهره می‌برد. سختکوشی و پشتکار هاینریش در مطالعه و تحصیل، مثال‌زدنی بود. مادرش درباره‌ی او می‌گفت که هیچ چیز در زمان مطالعه و یادگیری نمی‌تواند موجب حواس‌پرتی هاینریش شود.

هاینریش هرتز / Heinrich Hertz

تمبر یادبود هاینریش هرتز

در سال‌هایی که هاینریش در خانه به ادامه‌ی تحصیل می‌پرداخت، کلاس‌های دانشکده‌ی فنی را به‌صورت منظم پیگیری می‌کرد. او بعدازظهرها به تمرین‌های فنی و عملی می‌پرداخت و در کنار دوستانش در نوجوانی، کار کردن با ماشین‌تراش را آموخت. توانایی کار با دستگاه‌های ماشین‌کاری به‌مرور موجب ساخت تجهیزات و ماشین‌آلات متعدد توسط هاینریش شد. او تجهیزات پیشرفته‌تر همچون طیف‌نما را هم در همان سال‌های نوجوانی ساخت. تجهیزاتی که هاینریش در کارگاه کوچکش می‌ساخت، توسط خودش برای آزمایش‌های فیزیک و شیمی استفاده می‌شدند.

هاینریش در ۱۷ سالگی به مدرسه بازگشت. او در مدرسه‌ی Johanneum در هامبورگ ثبت‌نام کرد تا به‌صورت کامل برای آزمون ورودی دانشگاه آماده شود. نوجوان بااستعداد آلمانی پس از قبولی در آزمون‌ها مجددا نظرش را تغییر داد. او تصمیم گرفت تا به‌عنوان کارآموز معماری مشغول به کار شود و مهارت‌های فنی و عملی خود را بهبود دهد. هاینریش در ادامه‌ی تصمیم خود به فرانکفورت رفت و روزها در دفتر یک معمار مشغول به کار شد. او مطالعه‌ی فیزیک را فراموش نکرد و بعدازظهرها تمرکز خود را روی آن معطوف می‌کرد. به‌علاوه مطالعه‌ی ادبیات یونان نیز بخشی از زمان هاینریش را به خود اختصاص می‌داد. درنهایت معماری هم پس از مدتی برای هرتز جوان خسته‌کننده شد.

سال ۱۸۷۶ زمان تغییر مسیر بعدی برای هاینریش بود. او در ۱۹ سالگی بار دیگر مهاجرت و این بار درسدن را برای ادامه‌ی تحصیل در رشته‌ی مهندسی انتخاب کرد. پس از چند ماه هرتز جوان به خدمت اجباری در ارتش آلمان فراخوانده شد. خدمت به ارتش هم پس از مدتی روحیه‌ی هاینریش را تضعیف کرد. او از نظم موجود در ساختارهای نظامی لذت می‌برد، اما پیشرفتی برای شخص خود در آن نمی‌دید. هاینریش در آن زمان حتی در نامه‌ای به خانواده، زندگی خود را بسیار بی‌معنی توصیف کرده بود. البته او در همان شرایط هم به تحصیل و مطالعه‌ی فیزیک و ریاضی می‌پرداخت و در آن پیشرفت می‌کرد.

دانشمند جوان فیزیک

هاینریش هرتز پس از پایان دوران خدمت در ارتش، در ۲۰ سالگی به مونیخ رفت تا دوره‌های مهندسی را در این شهر بگذارند. او پس از مدتی مجددا از تحصیل و روند یکنواخت دل‌زده شد و این بار با تصمیمی محکم، رشته‌ی فیزیک را برای تحقیق و تحصیل انتخاب کرد. درنهایت دانشگاه مونیخ میزبان هاینریش جوان شد تا دوره‌های آموزشی را در رشته‌های ریاضی پیشرفته، مکانیک و فیزیک و شیمی کاربردی در آنجا بگذراند. پس از یک سال تحصیل موفق در مونیخ، دانشگاه برلین برای ادامه‌ی تحصیل انتخاب شد چون آزمایشگاه فیزیک حرفه‌ای‌تری نسبت به مونیخ داشت.

هاینریش هرتز / Heinrich Hertz

طرحی از میز آزمایش هرتز

دانشگاه برلین فرصت‌هایی عالی را برای پیشرفت هرتز در علم فیزیک فراهم کرد. او در آنجا با فیزیک‌دان بزرگ آلمانی، هرمان فون هلمهولتز آشنا شد. هلمهولتز به‌سرعت استعداد هرتز را در فیزیک کشف کرد و پروژه‌هایی خاص و تحقیقاتی را بر عهده‌ی او گذاشت. پروژه‌های مذکور، شباهت زیادی به علایق هاینریش در علم فیزیک داشتند. مسئله‌ی اول هرتز، موضوع یکی از مهم‌ترین مناظره‌های علمی بین هلمهولتز و فیزیک‌دان دیگر به‌نام ویلهلم وبر بود.

دانشگاه برلین با تشویق هلمهولتز، مسئله‌ی فیزیک مهمی را به‌صورت مسابقه بین دانشجویان مطرح کرد. آن‌ها جایزه‌ای را هم برای دانشجوی پیروز در رقابت تعیین کرده بودند. مسئله‌ی مسابقه این‌گونه مطرح می‌شد: آیا الکتریسیته با اینرسی (لَختی) حرکت می‌کند؟ می‌توان مسئله‌ی مذکور را به این صورت هم مطرح کرد: آیا جریان الکتریسیته جرم دارد؟ هرتز مسئله را به‌صورت دیگری تعریف کرد: آیا جریان الکتریسیته انرژی جنبشی دارد؟هرتز در جوانی مدارج علمی متعدد را به‌سرعت کسب کرد

شروع فرایند حل مسئله‌ی بالا برای هاینریش با مسیری جذاب در مسیر علم همراه شد. او هر روز صبح در کلاس‌های دینامیک تحلیلی یا الکتریسیته و مغناطیس شرکت می‌کرد و تا بعدازظهر به تحقیق در آزمایشگاه فیزیک مشغول بود. ساعت‌های بعد نیز به مطالعه، محاسبه‌ و تفکر درباره‌ی مسئله‌ی مهم الکتریسیته و انرژی جنبشی اختصاص داشت. هاینریش جوان برای پیدا کردن پاسخ مسئله‌ی هلمهولتز، حتی آزمایش‌هایی اختصاصی طراحی کرد. او در آن سال‌ها بیشترین لذت را از زندگی و تحصیل می‌برد و این‌بار در نامه‌ای به خانواده، از انرژی مثبت مطالعه و تحقیق علمی تعریف کرد.

مطالعه‌ها و آزمایش‌های فردی هاینریش باعث شد تا او در سال ۱۸۷۹ و در ۲۲ سالگی مدال طلای مسابقات داخل دانشگاه را دریافت کند. او در مجموعه‌ای از آزمایش‌ها به این نتیجه رسید که اگر جریان الکتریکی جرمی هم داشته باشد، آن جرم بسیار کم خواهد بود. فراموش نکنید که در زمان انجام آزمایش‌ها توسط هرتز، هنوز الکترون به‌عنوان ذره‌ی حامل الکتریسیته کشف نشده بود. جی جی تامسون ۱۸ سال پس از تلاش‌های هرتز، الکترون را در سال ۱۸۹۷ کشف کرد.

هاینریش هرتز / Heinrich Hertz

دانشمندان آن سال‌های محافل علمی فیزیک پس از مشاهده‌ی دستاوردهای هرتز متوجه اهمیت آن شدند. هلمهولتز این بار از دانشجوی خود دعوت کرد تا در مسابقه‌ای در آکادمی علمی برلین شرکت کند. مسابقه‌ی مذکور با هدف اثبات نظریه‌ی جیمز کلارک مکسول درباره‌ی ماهیت الکترومغناطیس برگزار می‌شد. مکسول در سال ۱۸۶۴ ادعا کرده بود که نور یک موج الکترومغناطیس است و دیگر انواع موج الکترومغناطیسی هم در جهان وجود دارند.

هرتز پس از آشنایی با نظریه‌ی مکسول در کمال ناباوری استادش، آن را نپذیرفت. او اعتقاد داشت اثبات نظریه‌ی مذکور به سال‌ها تحقیق و آزمایش نیاز دارد که احتمال عدم موفقیت آن نیز پایین نیست. دانشمند جوان آلمانی بیشتر به‌دنبال تحقیقات سریع بود تا با انتشار نتایج آن‌ها به شهرتی در محافل علمی دست پیدا کند.

هرتز پس از رد کردن پیشنهاد شرکت در مسابقه‌ی آکادمی برلین، پروژه‌ای سه‌ ماهه را برای بررسی القاء الکترومغناطیس شروع کرد. همین موضوع برای تز دکترای هرتز هم انتخاب شد و او در ۲۳ سالگی در سال ۱۸۸۰ مدرک دکترای فیزیک دریافت کرد. هلمهولتز به‌سرعت او را به‌عنوان دستیار تدریس انتخاب کرد. هرتز درباره‌ی آن سال‌ها با لذت و افتخار بالایی صحبت می‌کرد و از احساسش به‌جهت قرارگیری در مرکز توجه حوزه‌ی فیزیک، خشنود بود. حضور هاینریش هرتز در آزمایشگاه هلمهولتز تا سال ۱۸۸۳ ادامه پیدا کرد و منجر به انتشار ۱۵ مقاله‌ی آکادمیک شد.

سال‌های تدریس و آموزش در دانشگاه برلین با رقابت شدید برای هاینریش هرتز همراه بود. او فیزیک‌دانی حرفه‌ای در حوزه‌ی کاربردی و تجربی محسوب می‌شد، اما به‌ هر حال رقابت برای کسب کرسی تدریس فیزیک، بسیار شدید بود. درنهایت هلمهولتز بار دیگر به هرتز کمک کرد تا در جوامع علمی پیشرفت کند. او تدریس در کرسی فیزیک ریاضیاتی را در دانشگاه کیل برای دانشجوی بااستعدادش فراهم کرد. این موقعیت بیش از دانش تجربی نیاز به دانش نظری داشت و به‌نوعی روند کاری هرتز را تغییر می‌داد. به‌علاوه در همان دانشگاه مجددا هرتز با نظریه‌های مکسول درگیر شد.

هاینریش هرتز / Heinrich Hertz

یادبود هرتز در تالار افتخارات هامبورگ

اولین درگیری هرتز با نظریه‌های مکسول در مقایسه‌ی آن با نظریه‌های رقیبان علمی شروع شد. او در اولین مقاله‌ی خود نتیجه گرفت که نظریه‌ی مکسول منطقی‌تر و علمی‌تر است. به‌علاوه هرتز معادله‌های مکسول را به شیوه‌ی قابل فهم‌تر بهبود داد.

کشف امواج رادیویی

هاینریش هرتز با وجود موفقیت‌های علمی در فیزیک نظری، همیشه علاقه‌ای قلبی به فیزیک تجربی و کاربردی داشت. او در سال ۱۸۸۵ به دانشگاه کارلسروهه رفت تا سبک جدیدی از تدریس و تحقیق را آغاز کند. دانشمند جوان در ۲۸ سالگی به مقام استادی کامل رسید و همچنین از دو دانشگاه دیگر هم پیشنهاد تدریس دریافت کرد. درنتیجه می‌توان ادعا کرد که شهرت و اعتبار علمی هرتز به درجه‌ی قابل‌توجهی رسیده بود. او کارلسروهه را به‌خاطر آزمایشگاه‌های پیشرفته‌تر و امکات تحقیق و آزمایش حرفه‌ای پیرامون نظریه‌های مکسول انتخاب کرد.انتقال جرقه‌ی الکتریکی، اولین آزمایشی بود که به کشف امواج انجامید

دانشمند جوان آلمانی در اکتبر ۱۸۸۶ اولین مواجهه را با جرقه‌های الکتریکی داشت؛ جرقه‌ای که در پی آن، آزمایش‌های و تحقیق‌هایی با مقصدی به اندازه‌ی تغییر جهان رخ دادند. هرتز در جریان یکی از کلاس‌های تدریس خود، دستگاهی الکتریکی به‌نام مارپیچ Riess را به دانشجوها نشان می‌داد. مارپیچ‌های‌ دستگاه طی روند القاء الکترومغناطیسی جرقه‌های الکتریکی تولید می‌کردند. مشاهده‌ی جرقه‌های الکتریکی ذهن هرتز را به خود مشغول کرد.

پس از اولین مواجهه‌ی هرتز با جرقه‌های الکتریکی، آزمایش‌های بیشتر روی آن‌ها شروع شد. او با استفاده از سیم‌پیچ‌های القایی، جرقه تولید می‌کرد. مدار تولید جرقه را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید. دانشمند آلمانی پس از آزمایش‌های اولیه تصمیم گرفت تا بخش دومی برای تولید جرقه به مدار اضافه کند. او از سیم‌پیچ القایی برای ایجاد جریان AC با ولتاژ بالا استفاده می‌کرد که منجر به ایجاد جرقه‌های منظم در جرقه‌ساز اصلی مدار (Main Spark Gap) می‌شد.

هاینریش هرتز / Heinrich Hertz

اولین نتیجه‌ی آزمایش هرتز با جرقه‌های الکتریکی، در مشاهده‌ی جرقه‌های ثانویه شکل گرفت. در زمانی‌که ولتاژ بالا از مدار عبور می‌کرد، جرقه‌ساز ثانویه (Secondary Spark Gap) جرقه‌هایی هم‌زمان با جرقه‌ساز اصلی تولید می‌کرد. هرتز آن‌ها را جرقه‌های جانبی نامید. رفتار و شیوه‌ی تولید جرقه‌های جانبی برای او بسیار جالب بود. هرتز در ادامه تغییراتی در مدار بالا ایجاد کرد تا فاصله‌ی CA با CB برابر شود و جرقه تولید نشود.

وقتی سیم‌های CA و CB در مدار بالا با هم برابر می‌شدند، ولتاژی که به نقطه‌ی A می‌رسید با ولتاژ نقطه‌ی B برابر می‌شد. درنتیجه موج‌های الکتریکی CA و CB با هم برابر بودند و جرقه ایجاد نمی‌شد. درواقع جرقه تنها زمانی صورت می‌گرفت که فاصله‌ی ولتاژی بسیار بالایی بین A و B وجود داشت.

هرتز با ادامه‌ی تحقیقات به این نتیجه رسید که جرقه‌ها در جرقه‌ساز اصلی، امواج الکتریکی منظمی و زیبایی را ایجاد می‌کنند که عملکردی قابل پیش‌بینی دارند. او امواج ایجادشده بر اثر بار مغناطیسی را به‌صورت رفت و برگشتی تصور کرد که موجی پایدار را در سیم ایجاد می‌کردند. به‌ بیان دیگر هرتز اعتقاد داشت که مدار مانند یک دیاپازون در فرکانس طبیعی و رزونانسی خود می‌لرزد. او تصور می‌کرد که مداری در حالت رزونانس دارد. البته لرزش مدار هرتز قطعا بر اثر صوت نبود و به‌نوعی بار الکتریکی باعث چنان لرزش‌هایی می‌شد.

نکته‌ی مهم درباره‌ی مدار هرتز و لرزش‌های آن در مفهوم رزونانس مشخص می‌شود. برای تولید امواج الکترومغناطیسی لزوما به رزونانس نیاز نخواهد بود. درواقع آن‌ها هر زمان که بار الکتریکی افزایش یابد، تولید می‌شوند. اهمیت رزونانس در آنجا مشخص می‌شود که اگر گیرنده فرکانس رزونانسی برابر با فرستنده داشته باشد، امواج الکترومغناطیسی که وارد می‌شوند، تأثیر بیشتری روی آن خواهند داشت. هرتز اطلاع داشت که فرکانس لرزش‌های الکتریکی و درنتیجه رزونانس، با خواص الکتریکی یعنی ظرفیت القای مغناطیسی و ظرفیت الکتریکی مشخص می‌شوند. درنتیجه او همین دو فاکتور را در مدار خود مورد بررسی بیشتر قرار داد.

ادامه‌ی تحقیقات هرتز موجب درک مفهومی به‌نام خودالقایی در سیم‌ها شد. در ادامه او استنباط کرد که لرزش‌های الکتریکی فرکانس بسیار بالایی دارند. در ادامه‌ی آزمایش‌ها، اتصال سیمی بین جرقه‌ساز اصلی و ثانویه قطع شد (تصویر زیر). به‌علاوه ظرفیت القاء الکترومغناطیسی و ظرفیت الکتریکی مدار اصلی به‌گونه‌ای تغییر کرد تا با ۱۰۰ میلیون بار در ثانیه برابر شود (امروز چنین فرکانسی را با عدد ۱۰۰ مگاهرتز می‌شناسیم). نظریه‌ی مکسول در چنین حالتی ادعا می‌کرد که مدار اصلی، امواج الکترومغناطیس با طول موجی به اندازه‌ی یک متر ایجاد می‌کنند.

هاینریش هرتز / Heinrich Hertz

هاینریش هرتز در نوامبر ۱۸۸۶ دستگاه آزمایش اصلی خود را با امید به تولید و مشاهده‌ی امواج الکترومغناطیسی آماده‌ی فعالیت کرد. تصویر زیر، طرحی از دستگاه آزمایشی هرتز را نشان می‌دهد. در دو طرف آن کره‌هایی خالی از جنس روی می‌بینیم که قطر ۳۰ سانتی‌متری دارند. آن‌ها در فاصله‌ی سه متری از هم قرار گرفته‌اند و به‌نوعی نقش خازن را ایفا می‌کنند. سیم مسی به ضخامت دو میلی‌متر بین آن‌ها قرار دارد و به قطعه‌ی مرکزی یا همان جرقه‌ساز اصلی متصل می‌شود. امروزه چنین دستگاهی را به‌نام آنتن دوقطبی می‌شناسیم.

گیرنده‌ی آزمایشگاهی هرتز، سیمی مسی به شکل مستطیل و طول و عرض ۱۲۰ و ۸۰ سانتی‌متر بود. سیم مذکور هم مجهز به جرقه‌ساز (فاصله‌ی میان سیم‌ها) بود. دانشمند آلمانی جریانی با شدت بالا را از تولیدکننده‌ی اصلی جرقه عبور داد و اولین جرقه‌های الکتریکی مشاهده شدند. جرقه‌ها پالس‌هایی شدید از جریان الکتریکی را ایجاد کردند که به کره‌های از جنس روی منتقل می‌شدند. همان‌طور که مکسول پیش‌بینی کرده بود، بار الکتریکی نوسانی، امواج الکترومغناطیس تولید می‌کردند (که امروز به‌نام امواج رادیویی می‌شناسیم)؛ امواجی که با سرعت نور از طریق هوای اطراف سیم پخش می‌شدند.

هرتز با ادامه‌ی تحقیقات با استفاده از گیرنده‌ی سیم مسی توانست امواج را شناسایی کند. درواقع جرقه‌ها با وجود فاصله‌ی ۱/۵ متری بین گیرنده و فرستنده، به‌خوبی در جرقه‌ساز مشاهده می‌شدند. جرقه‌ها به‌خاطر دریافت امواج الکترومغناطیسی ایجاد می‌شدند که در ابتدا در فرستنده تولید شده بود. کشف هرتز نقطه‌ی مهم تاریخی در شناسایی امواج الکترومغناطیس بود. دانشمند جوان بالاخره امواج رادیویی را در محیط آزمایشگاهی تولید و شناسایی کرد.

هاینریش هرتز / Heinrich Hertz

نکته‌ی جالب درباره‌ی کشف امواج رادیویی توسط هرتز این است که او ابتدا ارزش زیادی برای یافته‌ی تاریخی خود قائل نمی‌شد. هرتز در جایی گفته بود که تصور کارایی خاصی برای امواج بی‌سیم کشف‌شده ندارد. چند سال بعد مارکونی، پتنتی برای ارتباط‌های بی‌سیم ثبت کرد و به‌نوعی مهم‌ترین دستاورد اکتشاف هرتز متولد شد.

دستگاهی که هرتز برای انتقال جرقه و جریان الکتریکی ساخته بود، به‌مرور به شهرت زیادی در جوامع دست یافت. آموزش ساخت دستگاه انتقال جرقه در اختیار کودکان و نوجوانان هم قرار گرفت و به‌مرور همه به آن علاقه‌مند شدند. استفاده از جرقه در دستگاه‌های رادیویی تا دهه‌ی ۱۹۲۰ به‌نوعی منسوخ شد و لامپ‌های خلأ جایگزین آن‌ها شدند. در سال‌های بعد، ترانزیستورها جای لامپ‌های مذکور را گرفتند.

تأثیر کشف هرتز بر تاریخ جهان

همان‌طور که گفتیم، هرتز ارزش و کارایی چندانی برای امواج بی‌سیم قائل نبود. او در تاریخ به‌عنوان یکی از دانشمندانی شناخته می‌شود که علم را تنها به‌خاطر عشق به علم پیگیری می‌کرد. علاقه‌ی اصلی هرتز، طراحی آزمایش‌هایی بود که رازهای هستی را برایش برملا کنند. او پس از رسیدن به این هدف، از یافته‌ی خود عبور کرده و شناخت مسیرهای کاربردی برای آن را به دیگران واگذار می‌کرد.

مارکونی در سال ۱۹۰۱ توانست اولین ارتباط رادیویی را از طریق اقیانوس اطلس برقرار کند؛ ارتباطی که بریتانیا را به کانادا متصل می‌کرد. دستاورد هرتز را می‌توان سنگ‌بنایی برای فناوری ارتباطات مدرن دانست. رادیو، تلویزیون، ارتباطات ماهواره‌ای و گوشی‌های موبایل همگی به کشف او وابسته هستند. حتی اجاق‌های مایکروویو هم از امواج الکترومعناطیس استفاده می‌کنند. توانایی بشر در شناسایی و درک امواج رادیویی، علم نجوم را هم تحت تأثیر قرار داد. فناوری رادیویی و نجوم با استفاده از امواج رادیویی به ما امکان داد تا بخش‌هایی از فضا را ببینیم که در طیف مرئی وجود ندارند.

هاینریش هرتز / Heinrich Hertz

یافته‌های علمی دیگر

هاینریش هرتز در سال ۱۸۸۷ و در مسیر تحقیقات روی الکترومغناطیس، پدیده‌ای را کشف کرد که در آینده‌ی علم فیزیک اثری بسیار مهم داشت. دستاورد او حتی درک بنیادی ما از جهان هستی را هم تغییر داد. پدیده‌ای که در کنار تحقیقات هرتز روی امواج رادیویی کشف شد، به‌نام اثر فتوالکتریک شناخته می‌شود.

در جریان یکی از تحقیقات هرتز روی فناوری انتقال امواج و اثر الکتریسیته، او نوری ماورای بنفش را به فلزی با بار الکتریکی تاباند. درنتیجه‌ی چنین فرایندی، بار الکتریکی فلز با سرعت بیشتری نسبت به زمان عادی کاهش یافت. نتیجه‌ی این آزمایش هم مانند دیگر دستاوردهای هرتز تنها در ژورنال علمی چاپ شد و برای درک کاربردها در اختیار دیگر دانشمندان قرار گرفت. مطالعه‌ی کاربردهای یافته‌ی جدید برای خود هرتز هم جذاب بود، اما او زمان اصلی خود را به تحقیق پیرامون نظریه‌ی مکسول اختصاص می‌داد.کاربرد یافته‌‌های علمی هرتز، توسط دیگر دانشمندان کشف می‌شد

پس از انتشار اولین نتایج تحقیقات هرتز، دانشمندان تجربی متعددی برای بررسی آن اقدام کردند. در سال ۱۸۹۹ جی جی تامسون کاشف الکترون اعلام کرد که امواج فرابنفش به‌نوعی موجب خروج الکترون‌ها از فلز می‌شوند. همین یافته‌ها موجب شد تا آلبرت اینشتین به بررسی بیشتر نظریه‌ی نور بپردازد. او در سال ۱۹۰۵ پدیده‌ی پکت‌های نوری را مطرح کرد و آزمایش هرتز این‌گونه توصیف شد: فوتون‌های نور فرابنفش انرژی لازم را برای درگیری با الکترون‌های فلز دارند و درنتیجه انرژی لازم را برای خروج از فلز به آن‌ها می‌دهند.

یکی از تحقیقات هرتز در سال ۱۸۹۲ پدیده‌ی مهم دیگری به‌نام اشعه‌های کاتدی را در سال ۱۸۹۲ پوشش می‌داد. او نفوذ اشعه‌های مذکور را به ورقه‌های نازک فلزی (مانند آلومینیوم) بررسی می‌کرد و موفق به اثبات آن شد. فیلیپ لنارد، یکی از دانشجوهای هرتز بود که تحقیقات گسترده‌تری را روی پدیده‌ی مذکور انجام داد و با ساخت یک لامپ کاتدی، نفوذ اشعه‌های ایکس را به مواد گوناگون بررسی کرد. البته او درکی از اشعه‌های ایکس در آن زمان نداشت و هلمهولتز به‌نوعی موفق به فرمول‌دهی اشعه‌ها شد. او درنهایت نظریه‌ای را پیرامون اشعه‌ها منتشر کرد که پس از آن، رونتگن موفق به کشف و اعلام عمومی اشعه‌های ایکس شد.

هاینریش هرتز / Heinrich Hertz

نموداری از آزکایش اشعه‌های فرابنفش هرتز

مکانیک برخورد، موضوع دیگری بود که در سال‌های ۱۸۸۶ تا ۱۸۸۹ توسط هرتز مورد بررسی قرار گرفت و بعدها به‌عنوان پایه‌های مهم در نظریه‌های این علم مطرح شد. هرتز برای توسعه‌ی نظریه‌ی خود در موضوع مکانیک برخورد، آزمایشی را پیرامون حلقه‌های نیوتنی انتخاب کرد. آزمایش‌های او سال‌ها بعد و در دهه‌ی ۱۹۷۰ توسط فیزیک‌دانان تکرار و بهینه‌سازی شدند و شاید بتوان تأثیرات آن را در علمی همچون نانوتکنولوژی هم متصور شد.

از دستاوردهای مهم دیگر هرتز در دوران تحقیق و تدریس می‌توان به مخروط هرتزی اشاره کرد. دانشمند آلمانی در ادامه‌ی تحقیقات خود پیرامون اثرات مواد بر یکدیگر یا همان مکانیک برخورد، چنین مفهومی را مطرح کرد. مخروط هرتزی نوعی از تغییر شکل ماده‌ی صلب است که بر اثر ورود ماده‌ی دیگر یا انتقال امواج فشاری ایجاد می‌شود.

هرتز مانند بسیاری از دانشمندان فیزیک دیگر به هواشناسی هم علاقه‌مند بود. شاید علاقه‌ی او در زمان ارتباط با استادش در دانشگاه پلی‌تکنیک مونیخ یعنی ویلهلم فون بزولد شکل گرفته باشد. هرتز پس از خروج از مونیخ و تدریس در برلین هم به بررسی مفاهیم هواشناسی ادامه داد و در کنار ههلمهولتز مقاله‌هایی پیرامون آن منتشر کرد. از موضوعات مقاله‌ها می‌توان به تبخیر سطحی مایعات، بهینه‌سازی طراحی دستگاه نم‌سنج و روشی گرافیکی برای تشخیص ویژگی‌های هوای مرطوب در مواجهه با فرایند بی‌دررو اشاره کرد.

زندگی شخصی و مرگ

هاینریش هرتز در سال ۱۸۸۶ و در سن ۲۹ سالگی با الیزابت دال در کارلسروهه ازدواج کرد. آن‌ها دو دختر به نام‌های جوآن و ماتیلدا داشتند. ماتیلدا از زیست‌شناس‌های مشهور قرن بیستم بود که نظریه‌ها و دستاوردهای قابل توجهی در ارتباط با شیوه‌ی حل مسئله توسط حیوان‌ها مطرح می‌کرد.

هاینریش هرتز / Heinrich Hertz

یادبود هرتز در دانشگاه کارلسروهه

هرتز در ۳۵ سالگی دچار بیماری شدیدی شد و از میگرن رنج می‌برد. پزشک‌ها ابتدا برای او عفونت تشخیص دادند و به‌همین دلیل عمل‌های جراحی متعددی انجام شد. درنهایت جراحی‌ها مفید واقع نشدند و دانشمند جوان آلمانی در یکم ژانویه‌ی ۱۸۹۴ در ۳۶ سالگی از دنیا رفت. دلیل مرگ او التهاب رگ‌های خونی بر اثر مشکلات سیستم ایمنی بدن اعلام شد. جسد هرتز در گورستان اولسدورف در هامبورگ دفن شد.

از مهم‌ترین یادگارهایی که به‌نام هرتز ثبت شدند، می‌توان به واحد استاندارد SI برای محاسبه‌ی فرکانس اشاره کرد که Hz یا هرتز نام‌گذاری شد. انتخاب این واحد در سال ۱۹۳۰ صورت گرفت و به‌معنای تعداد تکرارهای یک رخداد در ثانیه است. در سال ۱۹۲۸ مرکز علمی تحقیقات نوسان در برلین به‌نام هاینریش هرتز تأسیس شد. دولت آلمان شرقی در سال ۱۹۶۹ مدالی را به‌‌نام دانشمند بزرگ قرن ۱۹ ثبت کرد. در سال ۱۹۸۷، انجمن IEEE هم مدالی به‌نام هاینریش هرتز معرفی کرد که سالانه به افرادی با دستاوردهای علمی مرتبط با جهان طبیعت اهدا می‌شود.

علاوه‌بر نام‌گذاری‌ها و مدال‌های بالا، مکان‌ها و یادگارهای جغرافیایی دیگری هم به‌نام هاینریش هرتز ثبت شده‌اند. از میان آن‌ها می‌توان به دبیرستانی در ایتالیا، دهانه‌ای در سمت پشتی کره‌ی ماه، برج مخابراتی در هامبورگ و بسیاری تمبرها و اسکناس‌ها در سرتاسر جهان اشاره کرد.

نظرات 0

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *