在悖论中前行(物理学史话)/科学新悦读文丛

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第二十一回 寻找电磁波 麦克斯韦死后的第十一年，德国人海因里希·赫 兹（1857—1894）找到了电磁波。赫兹出生于德国的 一个犹太家庭，他从小就有很高的动手天赋。上大学 后，他是物理学大师基尔霍夫（1822—1887）和亥姆 霍兹的学生。1885年，赫兹到一个偏远地区担任某所 大学的物理学教授。这是一个很小的学校，以致连政 府给的教育经费都少得可怜。和法拉第一样，赫兹秉 承着“没有枪、没有炮，我们自己造”的原则，一点 一滴地造出精密的仪器。这让学校里的一位老教授看 在眼里，喜在心间。他请赫兹到家里来，并把自己的 女儿介绍给赫兹。赫兹经过3个月坚持不懈的努力， 终于获得了伊丽莎白小姐的芳心，从此王子和公主过 着幸福的生活。 那时依然是牛顿力学统治的天下，很多哲学思想 都建立在此基础之上，超距理论自然不用说。所以， 当麦克斯韦的电磁场理论出现后，很多有威望的哲学 家认为一切不以牛顿理论为基础的科学都是对牛顿的 亵渎——牛顿早已被神化了。亥姆霍兹是超距理论的 坚定拥护者，在赫兹上大学期间，他就鼓励赫兹去研 究麦克斯韦的新理论，不过出发点极有可能是想让赫 兹证明麦克斯韦错了。显然亥姆霍兹的思想影响了赫 兹，起先赫兹也在电磁场与超距理论之间徘徊，但是 他相信证明二者的唯一办法便是找到电磁波，如果能 找到，孰是孰非自会一目了然。 一晃多少年过去了，那个在实验室中形单影只的 书生身边早有佳人相伴，但是寻找电磁波依然毫无结 果。他的妻子对丈夫的事业给予无条件的支持，新婚 刚过不久，赫兹在夫人的鼓励下又开始在实验室中流 连忘返。 说来也巧，1885年的某天赫兹正在做实验。实验 需要两个感应线圈，二者彼此绝缘。当他对其中的一 个线圈输入电流时，另一个线圈产生了电火花。他想 起麦克斯韦的话：电火花产生电磁波。 电火花怎么产生电磁波呢？电火花是高压击穿绝 缘介质（如空气）的时候产生的一种现象。在实验中 ，用高压击穿电容就可以产生电火花，在电容被击穿 的一瞬间，电荷会在电容的两个极板上以高频形式来 回振荡，形成变化的电流，电场和磁场就产生了。如 此，一个电磁波发生器就搞定了，赫兹将其命名为“ 振荡偶极子”。 现在赫兹需要一个电磁波检测器来验证电磁波的 存在，又怎样验证呢？共振！必须是共振，只有共振 （电磁共振叫谐振）才能搞明白到底是超距作用还是 电磁波。 取一个断开的金属环，两端各连接一个小金属球 ，如果产生谐振，小球之间也会产生感应电压，进而 产生电火花。这就是检波器，赫兹将其命名为“共振 偶极子”，如图21—1所示。 当发生器线圈的开关断开时，线圈对电容充电。