圖2.1.4德國物理學(xué)家海因里希·魯?shù)婪颉ず掌潱℉einrichRudolfHertz,1857—1894年）

1887年，赫茲剛剛30歲，新婚燕爾，他站在卡爾斯魯厄大學(xué)的一間實驗室里，專心致志地擺弄著他的裝置。裝置很簡單，其主要部分是一個電火花發(fā)生器，有兩個大銅球作為電容，并通過銅棒連接到兩個相隔很近的小銅球上。導(dǎo)線從兩個小球上伸展出去，纏繞在一個大感應(yīng)線圈的兩端，然后又連接到一個梅丁格電池上，將這個古怪的裝置連成了一個整體。

赫茲全神貫注地注視著那兩個幾乎緊挨在一起的小銅球，然后合上了電路開關(guān)。頓時，電的魔力開始在這個簡單的系統(tǒng)里展現(xiàn)出來：無形的電流穿過裝置里的感應(yīng)線圈，并開始對銅球電容進行充電。赫茲冷冷地注視著他的裝置，在心里面想象著電容兩端電壓不斷上升的情形。在電學(xué)領(lǐng)域攻讀了那么久，赫茲對自己的知識是有充分信心的。他知道，當(dāng)電壓上升到20000V左右時，兩個小球之間的空氣就會被擊穿，電荷就可以從中穿過，往來于兩個大銅球之間，從而形成一個高頻電感電容振蕩回路（LC回路）。但是，他現(xiàn)在想要觀察的不是這個。

果然，過了一會兒，隨著細微的“啪”的一聲，一束美麗的藍色電花爆開在兩個銅球之間，整個系統(tǒng)形成了一個完整的回路，細小的電流束在空氣中不停地扭動，綻放出幽幽的熒光。火花稍縱即逝，因為每一次放電都伴隨著少許能量的損失，使電容兩端的電壓很快又降低到擊穿值以下。于是這個“怪物”養(yǎng)精蓄銳，繼續(xù)充電，直到再次恢復(fù)飽滿的精力，開始另一場火花表演。

赫茲更加緊張了。他跑到窗口，將所有的窗簾都拉上，同時又關(guān)掉了實驗室的燈，讓自己處在一片黑暗之中。這樣一來，那些火花就顯得格外醒目。赫茲揉了揉眼睛，盯著那串間歇放電的電火花，還有電火花旁邊的空氣，心里想象了一幅又一幅的圖景。他不是要看這個裝置如何產(chǎn)生火花短路，而是為了求證那虛無縹緲的“電磁波”的存在。那是一種什么樣的東西啊，它看不見，摸不著，誰也沒有看見過、驗證過它的存在。可是，赫茲對此堅信不疑，因為它是麥克斯韋理論的一個預(yù)言，而麥克斯韋理論在數(shù)學(xué)上簡直完美得像一個奇跡！仿佛是上帝之手寫下的一首詩歌。這樣的理論，很難想象它是錯誤的。赫茲吸了一口氣，又笑了：“不管理論怎樣無懈可擊，它畢竟還是要通過實驗來驗證的呀！”如果麥克斯韋是對的話，那么每當(dāng)發(fā)生器火花放電的時候，在兩個銅球之間就應(yīng)該產(chǎn)生一個振蕩的電場，同時引發(fā)一個向外傳播的電磁波。赫茲轉(zhuǎn)過頭去，在不遠處，放著兩個開口的長方形銅環(huán)，其接口處也各鑲了一個小銅球，那是電磁波的接收器。如果麥克斯韋所說的電磁波真的存在，那么它就會飛越空間，到達接收器，在那里感生一個振蕩的電動勢，從而在接收器的開口處也同樣激發(fā)出電火花來。

實驗室里面靜悄悄地，赫茲一動不動地站在那里，仿佛他的眼睛已經(jīng)看見那無形的電磁波在空間穿越。當(dāng)發(fā)生器上產(chǎn)生火花放電的時候，接收器是否也同時感生出火花來呢？赫茲睜大了雙眼，他的心跳得快極了。此時，銅環(huán)接收器突然顯得有點異樣，赫茲簡直忍不住要大叫一聲，他湊到銅環(huán)的前面，明明白白地看見似乎有微弱的火花在兩個銅球之間的空氣里躍過。是幻覺，還是心理作用？不，都不是。一次、兩次、三次，赫茲看清楚了：雖然它一閃即逝，但千真萬確，真的有火花正從接收器的兩個小球之間穿過，而接收器既沒有連接電池，也沒有任何能量來源。赫茲不斷地重復(fù)著放電過程，每一次，火花都聽話地從接收器上被激發(fā)出來，在赫茲看來，世上簡直沒有什么能比它更美麗了。

良久良久，終于赫茲揉了揉眼睛，直起腰來。現(xiàn)在一切都清楚了，電磁波真真實實地存在于空間之中，正是它激發(fā)了接收器上的電火花。他勝利了，麥克斯韋的理論也勝利了，物理學(xué)的一個新高峰——電磁理論終于被建立起來了。偉大的法拉第為它打下來地基，偉大的麥克斯韋建造了它的主體，而今天，他——偉大的赫茲，為這座大廈封了頂。（摘編自曹天元《量子物理史話》）

1888年，德國物理學(xué)家海因里希·魯?shù)婪颉ず掌澥紫扔脤嶒灥姆椒ǐ@得了電磁波，并且通過電諧振接收到它，這就證實了電磁波的實際存在。后來又通過實驗發(fā)現(xiàn)，電磁波在金屬表面上要反射，在金屬凹面鏡上反射后會聚焦，通過瀝青棱鏡時要發(fā)生折射等現(xiàn)象。從而證實了光波在本質(zhì)上跟電磁波是一樣的。

早在1862年，年僅31歲的英國物理學(xué)家麥克斯韋就從理論上科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，但是他本人并沒有能夠用實驗證實。一些對電磁波理論持反對態(tài)度的人不斷發(fā)難：“誰見過電磁波？它是什么樣子？拿出來看看！”

第一個證明電磁波存在的就是德國物理學(xué)家赫茲（圖2.1.4）。1888年2月，他公布用自行設(shè)計的裝置（如圖2.1.5a所示）完成了這一轟動科學(xué)界的實驗。

1886年，29歲的赫茲在做放電實驗時，偶然發(fā)現(xiàn)身邊的一個線圈兩端發(fā)出電火花，如圖2.1.5b所示，這些小火花在迅速地來回跳躍。他想到，這可能與電磁波有關(guān)。

后來，他制作了一個十分簡單而又非常有效的電磁波金屬探測器——諧振環(huán)，就是把一根粗銅絲彎成環(huán)狀，環(huán)的兩端各連一個金屬小球，球間距離可以調(diào)整。最初，赫茲把諧振環(huán)放在放電的萊頓瓶（一種早期的電容器）附近，如圖2.1.5c所示，反復(fù)調(diào)整諧振環(huán)的位置和小球的間距，終于在兩個小球間閃出電火花。

▲圖2.1.5赫茲用諧振環(huán)（金屬圈）檢驗電磁波的存在

a）赫茲的實驗裝置（電磁波發(fā)生器+接收器）原理圖 b）通電線圈產(chǎn)生電磁波
c）萊頓瓶（電容器）放電產(chǎn)生電磁波

赫茲認為，這種電火花是萊頓瓶放電時發(fā)射出的電磁波被諧振環(huán)接收后而產(chǎn)生的。后來，赫茲又用諧振環(huán)接收到其他裝置產(chǎn)生的電磁波，諧振環(huán)中也發(fā)出了電火花。所以，諧振環(huán)就好像收音機一樣，它是電磁波的接收器。就這樣，人們懷疑并期待已久的電磁波終于被實驗驗證了。

1888年2月13日，赫茲在柏林科學(xué)院將他的實驗結(jié)果公布于世。這讓整個科學(xué)界為之震動。赫茲實驗不僅驗證了電磁波的存在，同時也導(dǎo)致了無線電通信的產(chǎn)生，開辟了電子技術(shù)的新紀元。

赫茲在1894年元旦去世，終年不到37歲。但是，赫茲對人類的貢獻是不朽的，人們?yōu)榱擞肋h紀念他，就把頻率的單位定為“赫茲”。

為了測量電磁波的速度，赫茲在暗室遠端的墻壁上裝上可反射電波的鋅板，如圖2.1.6所示，入射波與反射波重疊應(yīng)產(chǎn)生駐波。赫茲先求出振蕩器（電感電容組成的諧振器）的頻率ν，又以接收器檢波器量得駐波的波長λ，二者乘積即電磁波的傳播速度。為了測量的準確性，他把檢波器放在距振蕩器不同距離處檢測加以證實，正如麥克斯韋預(yù)測的那樣，電磁波傳播的速度等于光速。1888年，赫茲的實驗成功了，而麥克斯韋理論也因此獲得了無上的光彩。赫茲在實驗時曾指出，電磁波可以被反射、折射和偏振，如同可見光、熱波一樣。由他的振蕩器所發(fā)出的電磁波是平面偏振波，其電場平行于振蕩器的導(dǎo)線，而磁場垂直于電場，且兩者均垂直于傳播方向。

圖2.1.6赫茲用入射波與反射波重疊產(chǎn)生的駐波測量電磁波的速度

此后，1890年，波波夫（1859—1906年）演示了一個無線電接收器。1896年，馬可尼（1874—1937年）實現(xiàn)了收發(fā)無線電報信號達到6km。1901年，馬可尼實現(xiàn)了橫跨大西洋的無線電報通信。