【文摘】赫兹:全世界每一个电台,每天仍在呼唤他的名字

作者/张文亮

来源/科学大师的求学、恋爱与理念

海因里希·赫兹(德语:Heinrich Hertz,1857年2月22日-1894年1月1日)

象牙塔中的独白

在温雷克古堡(WindeckCastle)的长春藤下,

止不住兴奋地对可爱的伊,

讲述自己的电磁学研究心得:

『你知道电磁波吗?  

知道无线电波接受器吗? 

知道电位差产生的电弧吗? 

知道如何自制巨大的电池吗? 

知道如何检定电流的惰性吗?那是……』

伊利沙白小姐微笑地听这位紧张的男士

滔滔不绝地讲…… 

就是当时物理系的高材生,也不会懂的内容,

伊只是用微笑的眼神,鼓励他讲下去…… 

知道那是他一生执着,不计名利的

研究菁华。 

到落日余晖染红小山麓上的冷杉树,

整整四个小时,

他才讲完电磁学实验,接着问:

『那你愿意……嫁给我吗?』  

孤独的一条电波,在寻找一声爱情的共振。

『是的,我愿意。』伊利沙白坚定地答道。

伊没有想到这声肯定,燃起

一个颓丧男人的生命热忱,

建立了日后全球无线电波通讯网路,

迄今全世界每一个电台,每天仍在唤出他的名字——

 Hz(赫兹)  

知道他是谁吗?  

德国物理学大师——『电磁波王子』赫兹。

公元一八六〇年德国的『铁血宰相,俾斯麦在议会上狂吼:「只有权力!只有权力!!才能重组德意志联邦,才能打败我们的敌人!」从此欧洲大地染满青年人的鲜血,弥漫重炮的硝烟。

唰!唰!唰!……一队队精良的德国陆军举着军旗,在大将毛奇(Count Helmcith Moltke)的率领下走上边疆。鼓号连天,『上刺刀,冲锋!杀……』一八六四年击败丹麦,一八六六年击败奥地利,一八七O年再击败法国,一八七一年巴黎的防卫军在毛奇的重炮口下,像是一排等死的蚂蚁……

胜利!胜利!不断的胜利!一八七O年的德国年轻一代,掀起崇拜军事武力的狂热。雄伟的目标、激情的口号、有效率的组织,把全国人民塑造成一模一样的东西。却有一个人例外

〖起起伏伏的孩子〗

一八七六年九月,入伍的赫兹(HeinrichHertz)写信给父母道:『如果要医治一个懒惰的人,军队是最好的地方。每日每时,总有许多忙不完的事情。但是,我受不了每天都做同样事情的枯燥,真是在苦捱日子,而不是在学东西……车队在训练众人成为一致,我却天生无法与团体一致。六个月后,赫兹的父亲,动用关系让赫兹顺利离开军校。

赫兹进军校以前还在一所技术学院念工程系,他觉得工程太枯燥,日子灰色得很,他写道:『我怀疑我是这里多余的人。』因而转去念陆军官校。

离开军校后,他去德雷斯顿(Dresden)。因为高中时代数学成绩最好,他选择念数学系。念了半年,他觉得纯数学太抽象了,他写下:『这里的日子没有幽默、没有欢笑,又必须强迫自己完全投入。』

转到慕尼黑念建筑系,念了三个月又觉得没意思,再度转学到柏林大学念物理系。

当时除了他的母亲以外,没有人看得出来这位三心二意的学生,将来会成为首先发射无线电波,带动德国精密电学科技的人

〖母亲的特殊教育方法〗

赫兹一八五七年二月二十二日生于德国北部的汉堡(Hanburg),父亲是律师,母亲是法兰克福大学物理学教授潘弗努肯(Pfefferkorn)博士的女儿。赫兹在六岁能拿稳笔时,母亲就教他雕刻,培养他能够长期工作的专心与忍耐,奠下他日后能以熟练的双手制造精密光电仪器的基础。 

赫兹一生都感谢他的母亲:『到我六岁,每天晚饭以后,妈妈都花一小时念一篇长文章给我听,然后鼓励我发表意见,与我讨论。』(随手注:建议弟兄姐妹们也用这样的方法教育孩子,而不是一味地学习知识。)在德国那个鼓励军事发展,消除个人的歧异性的极权时代,赫兹母亲的教育方法,刚好与时代潮流相反,也造成赫兹日后特立独行的个性。 

〖读书与考试〗

赫兹在念中学时,就显出独特巧妙的制造能力。他的音乐并不好,但是他会自己造乐器;他的生物课也不好,但是他会自制显微镜;在化学课程,他自己烧制实验用的玻璃器皿。这种特殊的本领,几乎吓坏了学校老师。

赫兹这种非考试所能测出的成绩,令他的老师很难评断他在班上的名次。赫兹写道:『我妈妈每天陪我看书,每星期六自己给三个孩子考试。她永远比学校的考试早知道我们的程度。所以在学校考试时,我都不用紧张。她已在考试前责备或鼓励我们,考试的结果好坏,她不用看也知道。』

赫兹中学毕业后,还不知道自己这种善于制造的能力,该去哪个系就读最能发挥。他三年内转了四所学校,母亲并没有责备他,因为她知道自己孩子的能力

赫兹进柏林大学物理系后,就证明走对了!他在大学里出类拔萃。赫兹写道:『一个学生对于考试的成败,要抱着近乎『无知』的单纯,才能在不断的考试竞争中,失败了再来,失败了再来……不被失败打败,不致徒留在自责自怜的泥泞中。』 

〖旷野先知〗 

赫兹高度的创造力逐渐伸入一片留待开发的电磁学领域,一八七九年八月,他以《电流的惰性研究》获得研究论文比赛第一名。他给母亲的信上写道:『在精确的实验与努力里,绝对没有什么叫『失败』。如果没有达到预定的目标,只要调整向左或向右,都是正面的结果。』

一八八〇年二月,赫兹以电子动力(eletrodynamic)研究完成博士论文,他写下『对我而言,实验室是世界最美丽的角落,可以充分地发挥我那无止尽的热心。我对外面的大世界,没有丝毫的野心……我知道我是把生命当做一场实验,像是圣经里的施洗约翰,只能走到无人的旷野去呼喊真理,让世界上的人来听;我不可能为世界妥协我的原则。』他研究学问,不仅获得知识学位,也塑造他的生命个性。

他可以不理世界,但是现实却紧追不舍,要他低头。毕业后,他的深奥理论不能为他换来什么好工作,只好留校当了三年博士后研究。那段黯淡岁月,他仍持续研究电子学,怎能想到百年后,跟随他脚步的电机、电子工程学系的学生会这么热门抢手。

太超前的研究者,需要经过漫长的年日,世界才能了解他,加上赫兹不擅于交际,他写道:『我没有办法忍受社交场合里,没有意义的对白。我把一生的路弄得更狭窄了。』 

〖穷途末路〗 

一八八三年五月他终于找到第一份教职,在德国北部的军港基尔(Kiel)工业学校教机械科。这里没有实验室,他只好又开始烧制他的玻璃瓶、做电池,慢慢把简单的实验室装配起来。

他的空暇时间很多,经常一个人到海边的沙滩散步。孤单、工作不稳定、想家,使他愈来愈愤世嫉俗。他在一八八四年五月写道:『我深深地感到不公平——为什么人要有炫人的头衔,众人的眼光才会盯着你,却没有人在意你手上做了什么事?

一八八四年十二月他经历一次严重的失恋。这是一生中最灰色的日子,他也搞不清楚为什么会把自己弄到这步田地?他课堂上的学生都快逃光了,只剩七个人留下来听课;他满腹理想全化为牢骚,一八八五年初他情绪差到几乎自杀。这时只有短短几个字的祷告:『主啊,你知道!』 

〖苦境转回〗

一八八五年三月,他有机会转到德国西南部边境的卡尔斯鲁尔(Karlsruhe)技术学院,担任物理系教授。又开始装配他的电学实验室,并且在上课时示范电学实验。他说:『我不相信一个人只能由理论,就可以知道实际。』

小学校的实验经费少得可怜,他却一点一滴造出一间精密的电磁实验室。系上教三角学的多尔(MaxDoll)教授很欣赏他,知道这个年轻人身上有一种不与人比较的风骨;他请赫兹来家里坐坐,把女儿伊利沙白(Elisabeth Doll)介绍给他。

伊利沙白后来写下:『赫兹在星光下有一种近乎骄傲的自信。他自认是全世界唯一了解星光是什么的人,在他看来满天的星光是不同的光体,规律地发出不同频率的电磁波来到地上……在他的说明中,星夜不只是美丽的,而且是规则准确的。』赫兹的自信没有错,十九世纪全世界最懂电磁波实验的有两人,一位是法拉第(Michael Faraday),另一位就是赫兹。 

伊利沙白不懂电磁波,但是她知道这位寻求科学之真的男士,心里也是一片真诚与率直。他们认识不到四个月就结婚,当时赫兹二十九岁。

赫兹找到爱情的归宿,并展开他一生最著名的研究。因为这一实验研究的成功,后来纽约物理系教授薛默士(MorrisH.Shamos)回顾历史上物理学家,由伽利略到爱因斯坦,他认为最伟大的物理实验家就是赫兹。赫兹以实验证明人类千古的谜团——光的本质是电磁波

〖第一个发射电磁波的人〗 

如果物理学像是一出歌剧,那歌剧最精彩的一个高音无疑就是电磁波的研究。今天的无线电波、收音机、电视、人造卫星通讯,都是电磁波研究的结果。

一八八六年十月,赫兹发明『电流共振器』(resonator),使空气中能够产生并传送一定频率(frequency)的电磁波,这是一个不得了的发明,除了天然的太阳、星星、烛光之外,这是人类第一次能够发射电磁波。一八八七年十二月,赫兹再发明『电流振荡器』(oscillator),利用电流加速的装置可以产生一种高频率的电流。这是第一个人工微波(microwave)的产生;比微波更高频率的有红外线、可见光、紫外线、X光、伽玛射线,一般人称为『光』其实是电磁波中一段极窄的范围。

一八八八年赫兹发表这项研究成果,立刻震惊世界科学家解开人类长久的谜团,电磁学上的不朽贡献,不是来自名校名教授,而是来自一所名不见经传的学院、一个躲在象牙塔里的怪人

不要讥笑象牙塔,因为许多科学的突破,不是来自万众瞩目的科技舞台,却是来自象牙塔内默默的耕耘者。

后来的科学界为了感谢他的贡献,将电磁波每一秒钟振荡一次的频率,就称为赫兹(简称为Hz,或称为赫)。今天全世界每一本物理课本,一定会出现Hz这个字。德国的皇家科学会赠送他金质奖章,德国著名的波恩(Bonn)大学也奉上物理学教授一职。 

赫兹对社会没有什么要求,只是带着妻子,抱着还未满月的女儿到莱茵河边散步。他的妻子写信给父亲道:『我终于看到赫兹对我笑了,他第一次像是个放松的螺丝。』 

一八八九年,赫兹再发表光的反射、折射、偏光的测量;发明一种空气中的电磁波收集器,这是人类的第一支天线(antenna),从此人类对电磁波可收发自如了。他又发现阴极射线发出的光束也有波的形式,且证明另一伟大电磁学家马克斯威尔(James Clerk Maxwell)理论的正确。

赫兹并没有活得很久,积劳成疾,死于一八九四年一月一日。他的贡献造福了许许多多的电子、电机、通讯、广电……事业。在短暂的一生中,这样的努力值得吗?正如他对上帝的祷告:『主啊,你知道!』不管最后人类的历史有没有记他一笔,上帝必定记念他的祷告,也许这就够了

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