Роль Генриха Герца в становлении теории электромагнитного поля
методическая разработка по физике на тему

Введение

В начале 19 века существовало две теории электричества: теория «силовых линий»  Фарадея  и теория, разработанная великими французами Кулоном, Ампером, Био, Саваром, Араго и Лапласом. Исходная точка французов -представление о так называемом «дальнодействии», мгновенном действии одного тела на другое на расстоянии без помощи какой-либо промежуточной среды. Эти ученые были в плену авторитета великого Ньютона и в плену созданных им математических формул.

Шарль Огюстен Кулон в начале своей научной деятельности написал несколько трактатов о скручивании нитей, волос, тонких проволок. его глубокие знания в этом вопросе позволили создать всем известные «крутильные весы», на которых он изучал силу взаимодействия двух электрических зарядов.

Результат был поразителен: сила взаимодействия зарядов в пустоте, точно так же, как и ньютоновская сила тяготения, зависела лишь от величины зарядов и расстояний между ними. Кулон был твердо убежден, что промежуточная среда во взаимодействии участия не принимает, взаимодействие происходит на расстоянии без ее участия, и следовательно мгновенно.

Открытие закона взаимодействия магнитных масс, в точности повторяющего «по конструкции» законы Ньютона и Кулона, утвердило французских физиков в справедливости концепции «мгновенного дальнодействия». Теория великих французов были прекрасно математически обработаны, и в общем выстраивались в довольно изящную и цельную теорию.

Воззрения Фарадея в корне расходились с такими представлениями. он не знал математики. Реалистически мыслящий Фарадей, докапывающийся до самых основ, проверяющий всех и вся, органически не  мог примириться с теориями великих французов. Он был абсолютно убежден в том, что «материя не может действовать там, где ее нет».Поэтому Фарадею понадобилась какая-то материальная среда, заполняющая даже «пустое» пространство и через которую от точки к точке передается электрическое и магнитное воздействие. Среду, через которую передается воздействие, Фарадей назвал «полем».Поле, считал он, пронизано магнитными и электрическими «силовыми линиями».Силовые линии одновременно определяют направление и величину силы, действующей на заряд.

Однако сторонники дальнодействия не принимали всерьез теоретически построения Фарадея, хотя, восхищались его экспериментальными результатами.

Именно в это время двадцатипятилетний  Максвелл начинает свою борьбу за фарадеевскую теорию. Он искал и непрерывно находил в трудах Фарадея прежде всего новые прогрессивные физические воззрения. К фарадеевской концепции «поля» Максвелл присоединяется безоговорочно. Нравятся ему и силовые линии Фарадея. Итак, и Ампер и Фарадей считали, что каждый электрический ток окружен магнитным полем. Максвелл решает записать этот тезис в форме уравнения

                                                Rot =                                                                                                                                              
- вектор напряженности магнитного поля.

- вектор плотности электрического тока, в который Максвелл включает и никем пока не наблюдавшийся «ток смещения».

c- некоторая постоянная.

Обозначении rot – сокращение от слова rotor-вихрь. Операция rot, грубо говоря, показывает в данном случае, что вектор напряженности магнитного поля вращается вокруг вектора тока плотностью ј.

Другой, сразу же завоевавший признание Максвелла идеей стало представление Фарадея о природе электромагнитной индукции- то есть возникновении электричества в контуре, число магнитных силовых линий в котором изменяется то ли вследствие относительного движения контура и магнита, то ли вследствие изменения магнитного поля. После многолетних трудов Максвелл записал строку:

                                                       Rot  = -  

– вектор электрического поля.

   - изменение магнитного поля во времени.

c- некоторая постоянная величина.

Операция означает вращение вектора E, охват им некоторого источника, которым в данном случае является изменение магнитного поля B.

Так же Максвелл дописал еще два уравнения:

                                                        Div =4πρ

Ρ-плотность электрических зарядов.

Силовые линии электрического поля кончаются на зарядов, плотность которых ρ

                                                         Div =0.

Силовые линии магнитного поля не кончаются нигде- они замкнуты сами на себе.

Входящие в эти уравнения векторы электрической и магнитной индукции  ( и ) и векторы напряженностей электрического и магнитного поле ( и ) связаны простыми соотношениями:

=ε

=µ

µ- магнитная проницаемость среды

ε-диэлектрическая постоянная среды.

Теория Максвелла – триумф идей Фарадея.

Оставалось выяснить, что за постоянная c в уравнении.

Применив уравнения к одному конкретному случаю, Максвелл нашел, неизвестное число  с  оказалось равно отношению электромагнитной и электростатической единиц заряда – примерно 300000 километров в секунду.  Из своих уравнений максвелл понял, что электромагнитное поле распространяется в виде волны, причем незатухающей – энергия магнитного поля в пустоте полностью переходит в энергию поля электрического, и наоборот.

Максвелл делает сразу два далеко идущих вывода.

Электромагнитное поле распространяется в пространстве в виде поперечных волн. Убежденный в универсальности своих уравнений, Максвелл показывает, что «свет есть электромагнитное возмущение».

Электромагнитные волны распространяются в пространстве со скоростью света, то есть со скоростью 300000 километров в секунду. Скорость распространения волн зависит от свойств среды.

Признание конечной, хотя и очень большой, скорости распространения электричества и магнетизма камня на камне не оставляло от теории сторонников «мгновенного  дальнодействия».

Новая теория завоевала себе позиции с большим трудом. Нужен был толчок,

  Этот толчок суждено было сделать немецкому физику Генриху Герцу.  

Содержание

1.Введение …………………………………………………………………..2

2.Колебание при выборе пути………………………………………………6

3.Учеба в Берлинском университете……………………………………….8

4. Открытие вопреки себе…………………………………………………..12

5.Последующие годы жизни………………………………………………..16

6.Заключение………………………………………………………………...17

7.Список используемой литературы……………………………………….18

Колебания при выборе пути

                                   Герц Генрих (1857—1894)— немецкий физик, он происходил  из среды состоятельного немецкого бюргерства. Он был старшим сыном гамбургского адвоката, который позднее стал сенатором и руководил управлением юстиции ганзейского города. Генрих  Герц родился                                                                                                                                                    в Гамбурге 22 февраля 1857  года.  Таким  образом,  Герц  был  почти ровесником Планка; однако он  умер  на  полстолетия  раньше  Планка,  и  нам сегодня кажется, что он принадлежал к старшему  поколению  физиков.  Вначале Генрих Герц посещал частную школу. Наряду с умственными способностями  очень рано стали очевидны  его  сноровка  и  склонность  к  практическим  занятиям техникой. В  свободное  время  он  по  собственному  желанию  брал  уроки  у столяра, изучил на профессиональном уровне также токарное дело.

  В  городской  школе Герц  считался  одним  из  лучших  в  классе.  Его   блестящая   одаренность соединялась  с  ярко  выраженным  чувством  долга.  Все   учебные   предметы привлекали  его  одинаково  сильно.  Математикой  и  естественными   науками занимался он так же охотно и успешно, как древними и  новыми  языками.  Наряду с итальянским, французским и английским Герц  занимался  и такими языками, которые не относились к числу  обязательных  предметов. У него был также талант рисовальщика, и  он  развивал его  в  специальной  школе.  Лишь  к  одному  предмету  он  был   совершенно неспособен: к музыке. Все старания учителей развить  у  него  слух  остались безрезультатными. Он не мог  участвовать  даже  в  школьном  хоре,  так  как сбивал всех своим гудением. Как и многие  физики  и  химики,  Генрих  Герц  еще  школьником ставил   простые    естественнонаучные    опыты.    Особенно    охотно    он экспериментировал в области механики и оптики.  В 18 лет, в 1875 году, Герц сдал экзамены на  аттестат  зрелости в школе Иоганнеумса, в которой он  заканчивал  обучение.  По  математике  он получил оценку «очень хорошо», по естествознанию –  «хорошо».  

Общая характеристика отмечала у  абитуриента острую логику,  надежную  память  и  «легкость  (если  не  сказать  красоту) изложения»;  к  недостаткам  отнесена  монотонность  его  речи.  Эта  оценка осталась справедливой и в дальнейшем. По желанию отца и  следуя  собственной склонности Генрих Герц хотел стать  инженером-строителем  или  архитектором.

Как считал Гельмгольц, скромность, бывшая всегда характерной  чертой  натуры Герца,  заставила  его  поначалу  усомниться  в  собственной  способности  к теоретическому  естествознанию;  занимаясь  своими  любимыми   работами   по механике, он был  более  уверен,  что  добьется  успеха.  Для  подготовки  к избранной  профессии  Герц  занимался  один  год  практической   работой   в конструкторском  бюро  во   Франкфурте-на-Майне.   Весной   1876   года   он отправляется в Дрезден, чтобы начать  занятия  инженерной  наукой  в  Высшей технической школе. Он пробыл там лишь один семестр. Как видно из его  писем, Герц не получил особенной  пользы  от  большинства  «довольно-таки  скучных» лекций. Осенью 1876 года он, как студент инженерного ведомства, был  призван для несения годичной военной службы при железнодорожном корпусе  в  Берлине.

Вначале его очень угнетала жизнь  в  прусской  казарме.  Муштра  отталкивала его. Однако благодаря своей способности осваиваться, он вскоре нашел в  этом свои хорошие стороны. «И все же служба дает  нечто  прочно-положительное,  – говорится в  одном  из  писем  родителям  в  ноябре  1876  года,  –  леность изгоняется из человека основательно; теперь очевидно,  что  не  бывает  худа без добра».  После  окончания  службы  Герц  отправляется  в  Мюнхен,  чтобы продолжить занятия инженерной наукой в Высшей технической  школе.  При  этом он слушал в университете лекции по математике и физике у Филиппа фон  Жолли, прославленного физика того времени, который был  также  учителем  Планка.  В нем росло и крепло убеждение, что  только  научная  работа  и  академическое поприще могут дать ему истинное удовлетворение. С согласия отца Герц  меняет

свои планы. Он прекращает обучение в Высшей технической  школе  и  полностью посвящает себя занятиям физикой и математикой  в  университете Жолли отослал любознательного студента к  фундаментальным  трудам

по математике. Он прежде всего назвал ему произведения Лагранжа,  Лапласа  и других классиков точных наук  и  посоветовал  основательно  изучать  их.  Он рекомендовал ему  уделить  внимание  истории  естествознания,  так  как  это способствует  пониманию  актуальных  проблем   исследования   природы.

 Для того чтобы  слушать  лекции всемирно известных специалистов по математике  и  экспериментальной  физике, Гельмгольца и Кирхгофа, и закончить образование под их руководством, Герц  в октябре 1878 года становится студентом  Берлинского  университета, где  попадает в очень хорошие руки- его руководителем становится  Герман Гельмгольц ,едва ли не самый  видный немецкий физик того времени.

Учеба в Берлинском университете

Прежде  чем начать разговор о достижениях Герца стоит поговорить о Гельмгольце, поскольку вся короткая жизнь Герца прошла под его покровительством, а научные взгляды сформировались в громадной степени под влиянием взглядов Гельмгольца.

К моменту первого знакомства с Герцем ему было 56 лет. Он был признан главой немецкой физики. Еще за тридцать лет до этой встречи молодой врач Гельмгольц, ничего не знавший о забытых работах Ломоносова, о работах его современников Майера и Джоуля, обосновал закон сохранение и превращение энергии. Последние время Гельмгольца занимает электричество, особенно теория Максвелла. Он первым среди европейских ученых обратил на нее внимание и сразу оценил ее сильные стороны , ее универсальность. И тут проявилась во всей полноте трагическое противоречие научного мировоззрения Гельмгольца: с одной стороны, роль промежуточной среды, подчеркивавшаяся Максвеллом, была ему очевидна, с другой – признать саму промежуточную среду, «ничто», в качестве физической реальности он не мог. Не мог прежде всего потому что он был последователем немецкого философа-идеалиста И.Канта, отрицавшего возможность познания мира. Отсюда приверженность Гельмгольца к идеям дальнодействия, где в основу без объяснения берутся таинственные непознаваемые свойства материи. Его не смущал ,например, факт, что в соответствии с теорией одного из столпов дальнодействия –Вебера, электричеством нельзя зарядить тело, имеющий конечный объем. Это противоречит  и здравому смыслу и опыту.

Опирающиеся только на факты глубоко реалистические в своей основе взгляды Фарадея, обработанные математиком Максвеллом, были ему чужды. И в тоже время научная добросовестность Гельмгольца  не позволяла идти против истины «В настоящие время Фарадеево воззрение является единственным, согласным со всеми экспериментальными данными и не противоречащим ни в каком из своих выводов основным законом динамики».

Для того что бы примирить свои философские взгляды с бесспорными научными фактами, Гельмгольц должен был пойти на компромисс: он разработал свою собственную электродинамическую теорию, которой пытался сочетать несочетаемое  взгляды Максвелла на роль промежуточной среды  и теории немецких приверженцев дальнодействия- Вебера и Неймана.

Двадцатилетний Герц, с несформировавшимися еще взглядами, естественно , попал под влияние великого Гельмгольца и в течение всей своей жизни тщетно пытался разделять его научные взгляды.

«тщетно»- потому что чем больше экспериментов ставил Герц для проверки теории Гельмгольца , тем радикальней он опровергал ее. Теория  Гельмгольца подтверждалась лишь в тех своих частностях, где были использованы идеи Максвелла.

Попав в Берлинский университет, Герц решил сразу же начать заниматься научной работой в физической лаборатории. Однако попасть в лабораторию не так просто. Туда допускались лишь те  студенты, которые участвовали в работах  «на премию»-руководство факультета назначало студентам премии за скорейшие выполнение предложенных профессорами научных работ. В качестве такой работы Герц выбрал решение следующей сложно проблемы: обладает ли  электрический ток кинетической энергией?

Сейчас нам ясно, что поскольку электрический ток – это движение электронов,  а электроны обладают массой , то электрический ток в принципе обладает кинетической энергией. Однако тогда электроны – материальные носители электрического тока, известны не были, и вопрос о кинетической энергии  электрического тока был открыт. Как только Герц начал работу над первой своей самостоятельной темой, сразу же проявились  заложенные в нем черты исследователя: упорство, редкое трудолюбие и столь часто помогавшая ему в последствии способность делать сложные лабораторные установки своими руками.

Конкурсная тема объявлена была в августе и рассчитана на девять месяцев работы. Герц приступил к работе в октябре и окончил ее за три месяца.

Результат , как и ожидалось, был отрицательным – с помощью очень точных методов, разработанных Герцем , не удалось заметить ни малейших признаков кинетической энергии  у электрического тока. Это совпадало с точкой  зрения Гельмгольца. Гельмгольц столько же был удовлетворен результатом, сколько восхищен  способностями молодого Герца: «Я увидел, что имел дело с учеником совершенно необычайного дарования» .

Решением конкурсной задачи Берлинского университета  Герц  сделал

первый шаг к своей мировой  славе  физика.  Памятная  медаль,  которой  были отмечены  его  достижения,  «очень  большая  и  красивая  золотая   медаль», врученная  ему  ректором,  философом  Эдуардом  Целлером,  в  конце  летнего семестра 1879 года в актовом зале  университета,  была  его  первой  научной наградой.  Более  широкая  по  содержанию  работа  –  вновь  по   инициативе Гельмгольца – была вынесена на конкурс Берлинской Академией наук.  Следовало установить, влияют ли изоляторы каким-либо  образом  на  электродинамические процессы, как того  требовала  максвелловская  теория  в  противовес  старым воззрениям. Гельмгольц предложил это задание, ожидая, что Герц  справится  с ним  успешно.  Однако  приблизительный  расчет  убедил  Герца  в  том,   что

применяемые  тогда  лабораторные  средства  недостаточны   для   возбуждения быстрых   электрических   колебаний,    которые    были    необходимы    для экспериментального разрешения этого  вопроса.  Он  не  мог  решиться  начать разработку.

 Осенью 1879  года  увенчанный  премией  студент  приступил   к   разработке   своей докторской диссертации «Индукция во вращающихся шарах». Через три месяца  он закончил опыты и письменно изложил  их  результаты.  Гельмгольц  оценил  работу  на «очень хорошо».

15 марта 1880 года Герц получает диплом доктора, написанный  по-латыни.  Вскоре после  этого  Гельмгольц   предлагает   высокоодаренному   молодому   физику освободившееся место ассистента в своем  институте.  Два  с  половиной  года Герц  был  ассистентом  в  институте  на  Рейхстагуфер.  Наряду  со   своими служебными обязанностями  по  руководству  практикантами  он  находил  время делать собственные эксперименты и публиковать их результаты. В  его  работах обсуждались  вопросы  термодинамики,  теории   упругости,   твердости   тел, испарения. «Равновесие плывущей льдины,  на  которой  стоит  человек»,  тоже относилось к проблемам, которыми  он  занимался.  Как  следует  из  писем  к

родителям, начиная с лета 1882 года,  Герц  занялся  световыми  явлениями  в

разреженных газах. При этом он заметил, что исследования в этой  еще  «очень неясной» области, по его мнению, приобретут большое теоретическое  значение. Это было верным предвидением. Исследование катодных лучей, о  котором  здесь шла речь, привело в дальнейшем к открытию рентгеновских  лучей  и  к  снятию таинственного покрова  со  структуры  материи  –  событиям,  до  которых  не пришлось дожить самому Герцу.

После того как в мае 1883 года за статью о газосветном разряде  он  получил  право преподавания,  Герц  два  года  преподавал  в  Киле  математическую  физику. Влияние его преподавательской деятельности на  этот  маленький  университет, где на всех факультетах, взятых вместе,  насчитывалось  лишь  несколько  сот студентов, было скромно. Большей частью в его аудитории  сидело  лишь  6...8 студентов. В хорошую летнюю погоду их было еще  меньше.   Время от времени он  находил  аудиторию совсем пустой.

При таких обстоятельствах молодой ученый имел  относительно  много

времени  для  размышления  о  научных  вопросах  и  работы  над специальной литературой. Это было лучшее из  того,  чем  отмечены  годы,  проведенные  в Киле, и что впоследствии  очень  благоприятно  отразилось  на  его  успехах.

Заметки в дневнике позволяют детально  проследить  исследования,  проводимые доцентом.   Так,    19    января    1884    года    говорится:    «Обдумывал электродинамические  опыты».   27   января   он   отметил:   «Размышлял   об электромагнитном излучении». 29 января  он  раздумывал  об  электромагнитной теории света. 4 марта его занимала недавно вышедшая «Механика» Эрнста  Маха. 6 марта он посвятил оптике. 11 мая  говорится:  «Вечером  –  основательно  – электродинамика по Максвеллу». 13 мая: «Исключительно  электродинамика».  16 мая: «Весь день занимался электродинамикой». Вплоть до  поздней  осени  1884 года на первом плане стояли занятия электродинамикой. Все время  встречаются записи о том, что Герц  «размышлял»  над  вопросами  электродинамики.  

Маленькая  частная  лаборатория,  которую  он  начал оборудовать самодельными приборами в  подсобном  помещении  своей  квартиры,

могла  быть  лишь  паллиативом.  Герц  был  прирожденным экспериментатором. Несмотря  на  свои  ярко  выраженные  математические  способности  и   живые теоретические наклонности,  он  не  чувствовал  себя  счастливым,  занимаясь математической физикой. Поэтому  он  с  радостью  принял  осенью  1884  года приглашение на должность ординарного профессора физики в Высшую  техническую школу  в  Карлсруэ,  где  в  его  распоряжении  был   институт   с   хорошим экспериментальным оборудованием. В  марте  1885  года  Герц  переселяется  в город, который в последующие четыре года стал ареной его великих открытий  и

местом рождения его мировой славы.

Открытие вопреки себе

Советские историки А.Т.Григорян и А.Н. Вяльцев указывают , что при изучении деятельности Герца «невольно рождается представление  о каком то  особом, фатальном отношении Герца к теории Максвелла. Герцу как бы было предопределено способствовать торжеству этой теории, а он упорно избегал, настойчиво сторонился этой миссии, не желая принимать теорию».

Через год после своего переселения в Карлсруэ,  летом  1886  года,  Герц  женится. Вскоре  после  этого,  в  октябре  1886  года,  начинаются  в  «удивительном сплетении заслуг и счастья», как писал Планк, те классические  эксперименты, которые создали научную славу Генриха Герца.  Их  непосредственным  исходным пунктом – подобно открытию Эрстеда в 1820 году – было  случайное  наблюдение во   время   подготовки    и    проверки    учебного    эксперимента.    При экспериментировании с электрическими разрядами Герц заметил  искрение  одной из двух близко лежавших друг подле друга изолированных  спиралей.  Он  сразу же предположил, что это явление основано на процессе индукции и его  следует

толковать   как   электромагнитный   резонанс,   сравнимый   с   аналогичным

акустическим  явлением.  Очевидно,  было  возможно   с   помощью   искрового индуктора и в открытой  катушке  с  небольшим  количеством  витков  вызывать быстрые  электрические  колебания.   Теперь   Герц   вернулся   к   вопросу, поставленному в конкурсном задании Берлинской Академии наук.

Герц поставил перед собой гораздо более широкую задачу:  он  хотел

выяснить,  существуют  ли   в   действительности   электромагнитные   волны, предсказанные теорией Максвелла. За несколько дней он изготовил  необходимые приборы и начал  планомерно  экспериментировать.  25 октября  1886  года  в дневнике записано: «Получил искровой микрометр и  начал  с  ним  опыты».  26 октября: «Ставил опыты над искрами в коротких  металлических  контурах».  29 октября: «Опыты с искрами». И так  продолжается  до  2  декабря  1886  года.

Установка работала так : сначала между двумя шариками создавалась искра. Искра была, по сути дела, кратковременным электрическим током, да еще прерывающимся сотни миллионов раз в секунду.

Недалеко от искры Герц разместил почти замкнутый контур из проволоки. Единственным промежутком в этой цепи был искровой промежуток между небольшими шариками.

                                        рис 1.

Герцу удалось заметить , что даже при полутораметровом расстоянии между искрой и контуром во втором искровом промежутке проскакивали маленькие искорки. это происходило всякий раз , когда искра возникала в первой цепи. Получалось , что искра во второй цепи возникала без всякого электрического контакта с первой цепью.

Факт- оставался фактом с помощью какого-то механизма электрический импульс был без проводов передан из одной цепи в другую , да еще на расстояние полтора метра. Осталось разобраться, что же это был за механизм.

Герц, как и Гельмгольц считал, что причина явления – «электрическая индукция»; по Максвеллу, такое воздействие могло передаться лишь с помощью электромагнитной воны, схожей по своей природе со светом. Историческая заслуга Герца – в доказательстве, вопреки своему желанию, второй точки зрения.

В планах Герца было доказать совсем обратное. Однако эксперимент упрямо наводил Герца на мысль о правильности токи зрения Максвелла. Собственно, вся теория  подтверждалась или рушилась в зависимости от того, как будут вести себя вновь открытые волны Герца. Если они  будут вести себя как свет, то Максвелл прав, если нет …И Герц осуществляет строгую проверку. Почти сразу же ему удалось обнаружить «тень». Металлически лист не пропускал новых волн, зато двери комнаты были для них прозрачны, как для света – стекло. Новые лучи распространяются прямолинейно: «тщетно искал явление огибания».

 С некоторым ужасом наблюдал Герц, как его прибор реагирует на колебания, рождавшиеся за дверью. «не без удивления,- писал Герц,- я наблюдал искры в закрытой комнате».

Если бы прав был Гельмгольц, ничего подобного не должно было быть. Таким образом , волны Герца в этом отношении вполне были подобны световым.

А чему равна скорость новых волн? По Максвеллу, она должна быть равна скорости света. Герц провел большое число остроумных измерений, и в большинстве случаев получил для новых волн значение, очень близкое к скорости света.

Новый вопрос : будут ли волны преломляться как световые, например в призме?

Герц изготовляет гигантскую  призму, весом чуть ли не в две тонны из … асфальта. И новые лучи послушно отклонились в призме от своего прямолинейного направления. Отклонились почти точно на столько, на сколько должно было бы произойти по теории Максвелла .

Точно так же собрал Герц данные об отражении новых волн; выяснилось , что они прекрасно отражались, например, цинковыми  экранами. Герцу удалось даже сделать параболические зеркала для новых волн.

Точно также для новых волн оказались справедливыми и существующими все явления присущие свету, например, даже такое тонкое, как поляризация.

После этого не осталось практически никаких сомнений в том, что открытые «волны Герца»- предсказанные Максвеллом  электромагнитные волны, причем совпадение было не только качественным  но и количественным – по теории  Максвелла можно было заранее рассчитывать практически все характеристики новых волн.      

Таким образом,  единая  сущность  света  и  электричества,  которую  Фарадей предполагал уже в 1845 году, а Максвелл теоретически обосновал в 1862  году, была подтверждена экспериментально. Оптика  могла  быть  теперь  включена  в электродинамику  так  же,  как  акустика  давно  уже   вошла   в   механику. Одновременно была доказана несостоятельность учения об  электрических  силах дальнодействия. Герц, со свойственной  ему  осторожной  манерой  выражаться, сформулировал  этот  важный  вывод  так:  «Освященное  наукой,  но  неохотно принимаемое разумом  господство  непосредственно  действующих  на  расстоянии сил  в  области  электричества  кажется   разбитым   навсегда   простыми   и

убедительными опытами». В классической статье «О лучах электрической  силы», одной из своих самых значительных работ, Герц сообщил о своих  экспериментах с вогнутым зеркалом. И эту рукопись он  также  послал  сначала  Гельмгольцу, который с радостью следил за множащимися научными  успехами  своего  бывшего ученика, докторанта и ассистента. «Несомненно большим достижением,  –  писал Гельмгольц,  размышляя  о  прошлом,  –  является   приведение   убедительных доказательств того, что свет – эта столь важная и таинственная сила  природы – ближайшим образом родствен другой,  столь  же  таинственной  и,  вероятно, имеющей еще большее  применение  силе  –  электричеству.  Для  теоретической науки, возможно, еще важнее то, что  теперь  стало  понятным,  как  силы,  о которых существовало представление, что  они  непосредственно  действуют  на расстоянии, распространяются путем  воздействия  одного  слоя  промежуточной среды  на  ближайший».  Над  техническим   применением   результатов   своих гениальных  опытов   с   искрами   сам   Герц   не   думал.   Беспроволочное телеграфирование на большие расстояния могло развиться лишь  после  создания для него дальнейших предпосылок.

Последующие года жизни

В Гисене Герцу  предложили  стать преемником Рентгена, который принял приглашение в Вюрцбург. Герц не  мог  на это решиться. Потом перед  ним  открылась  возможность  стать  в  Берлинском университете преемником Кирхгофа, умершего в 1887 году.

Приглашение  в  Берлин,  на  кафедру  знаменитого  Кирхгофа,  который   лишь десятилетие назад был одним из его учителей, Герц считал особенно  почетным. Однако, когда министерство предложило ему выбор между Берлином и Бонном,  он выбрал меньший университет, на Рейне,  в  надежде,  что  там  у  него  будет больше свободного времени  для  исследовательской  работы.  Эта  возможность была  предоставлена  ему  с  тем  условием,  что  он  прежде  всего   должен заниматься своими «историями  с распространением».  

Весной  1889  года Герц  прибыл  в  Бонн  как  ординарный  профессор  физики.  Здесь  он   стал преемником Рудольфа Клаузиуса, который  заслужил  мировое  признание  своими исследованиями  в  области   термодинамики.     Университет Бонна  стал  последним  местом  деятельности  исследователя.

Следуя приглашению, Герц выступает в сентябре 1889 года  на  62-м  заседании Общества немецких естествоиспытателей и врачей  в Гейдельберге  с  докладом «Об отношении между светом  и  электричеством».  

Доклад  был   принят громкими  аплодисментами.  Гельмгольц  выразил  удовлетворение   по   поводу выступления  своего  ученика.  

В  1890  году  Герц  по  приглашению Королевского общества отправился в Англию. В  Лондоне  он  имел  возможность осмотреть оригинальные аппараты Фарадея. В Лондоне и в  Кембридже  он  читал

доклады на английском языке, встречался со знаменитыми английскими  учеными, среди них  с  Вильямом  Томсоном.  Его  принимали  как  великого  физика  со всевозможными научными почестями. Генрих Герц стоял тогда на  вершине  своей всемирной славы. О нем читали доклады; о нем и его открытиях писали  статьи. Ему  присуждали  медали  и  премии.  Научные   общества,   отечественные   и зарубежные,  принимали  его  в  свои  ряды.  

Начиная  с  1890  года многосторонний  физик  наряду   с   продолжением   своих   экспериментальных

исследований опять занялся теоретическими вопросами. В работе «Основные уравнения электродинамики покоящихся тел»  Герц  придал учению  Максвелла  архитектоническую  законченность.  В  следующей   работе,

относящейся к основным уравнениям электродинамики движущихся тел,  он  пошел дальше  Максвелла.  Он  сделал  первые  шаги  по  пути,  ведущему  к  теории относительности.  Особенно  усердно  занимался   Герц   основами   механики. Результаты  его  занятий  появились  под  заголовком   «Принципы   механики, изложенные в новой связи».

Самым  замечательным  в  предложенном  Герцем  новом порядке механических законов природы, собственно, зерном его  замысла,  была

попытка осуществить программу построения механики без понятия силы.  Понятие «сила» казалось Герцу пережитком донаучных представлений. Он сделал  попытку показать, что при описании природных процессов достаточно  понятий  времени, пространства и массы, чтобы выразить то, что поддается  наблюдению.  «Трудно отрицать, – писал он, – что  в  очень  многих  случаях  силы,  которые  наша механика приводит для истолкования физических вопросов,  работают  вхолостую за  пределами  действительности  везде,  где   дело   касается   изображения действительных фактов». Герц предложил  рассматривать  физические  силы  как действие жестко  связанных  масс.  Тогда  сила  явилась  бы  не  более,  чем «математической, вспомогательной конструкцией, свойства которой полностью  в нашей власти и  которая,  таким  образом,  не  может  таить  в  себе  ничего

загадочного».  Свой  эмпирический  закон  –  принимать  во   внимание   лишь фактически наблюдаемое  –  он,  собственно,  ограничил  тем,  что  наряду  с видимыми массами ввел  в  игру  «скрытые  массы».  Смелый,  но  не  лишенный противоречий труд Герца «Механика без сил»  не  нашел  последователей  среди его коллег. Больцман в своем докладе на  конференции  естествоиспытателей  в Мюнхене в 1899  году  назвал  механику  Герца  «программой  для  отдаленного будущего» и добавил, что довольно часто слышал похвалы «Механике» Герца,  но не видел еще никого, кто пошел бы по пути, указанному Герцем.

Среди публикаций боннского  периода  следует  назвать  собрание экспериментальных  работ,   появившееся   в   1892   году   под   заголовком

«Исследования  о  распространении  электрической  силы».  Это  произведение особенно ценно тем, что Герц подробно описывает  в  нем,  как  он  пришел  к своим результатам. В  этом  Герц  резко  противоположен  таким  физикам-экспериментаторам,  как Рентген, умолчавший  об  истории  своего  знаменитого  открытия,  или  таким теоретикам, как Планк, никогда не упоминавший о методе, при помощи  которого он  нашел  значение  своих  квантовых  формул .

В  1892  году  он опубликовал фундаментальную  статью  «О  прохождении  катодных  лучей  через тонкие слои металла». Здесь Герц продолжил исследования, которые десять  лет назад начинал в Берлине под  влиянием  работ  Крукса  и  Гольд-штейна.  Дело главным  образом  было  в  том,  чтобы  решить,  несут  ли   катодные   лучи электрические  заряды,  то  есть  корпускулярны  ли  они,  или  же  обладают волновой  природой,  как  свет.  Герц  склонялся  ко  второму  взгляду  –  с оговоркой, что при катодных излучениях речь идет,  по  всей  вероятности,  о продольных волнах в световом эфире: предположение, впоследствии  оказавшееся ложным.

Через  тонкую  алюминиевую  фольгу,  называемую  «окном Ленарда», он выпускал  катодные  лучи  из  вакуумной  трубки  на  «свободу».

Теперь он мог вне прибора исследовать их ближе при помощи световой  ширмы  и фотопластинки. При этом он пришел к важному открытию,  что  атомы  не  могут быть непроницаемыми шариками, как их представляли до  сих  пор,  но  что  их масса должна быть  собрана  в  крохотной  частице  пространства,  занимаемой атомом. Это представление  легло  в  основу  резерфордовской  модели  атома.

Годы напряжения, хотя и творческого, колоссальные перегрузки, особенно вовремя открытия электромагнитных волн, не прошли для Герца безнаказанно.

Сначала отказали глаза- явное следствие долгого всматривания в искровой промежуток в темной комнате в поисках неуловимых, почти  нематериальных искр. Его жене пришлось взять на себя дополнительный труд- читать и писать для Генриха.

Затем заболели зубы. Затем уши и нос. Затем общие заражение крови, от которого на пороге нового 1893 года умер знаменитый Герц, умер в возрасте всего лишь 37 лет. Предчувствуя мрачную развязку, он за несколько недель до смерти писал матери:

«Если со мной действительно что-то случится, вы не должны огорчаться, но должны гордиться и думать, что я принадлежу к тем особо избранным людям, которые жили хотя и не долго, но вместе с тем жили достаточно. Эту судьбу я не желал и не выбирал, но я доволен ею, и если бы мне предоставили выбор, я, может быть , сам избрал бы ее».  

Заключение

Опыты Герца сыграли существенную роль в становлении современной электродинамики. Но не зря говорят: «Нет ничего более практичного, чем хорошая теория!». Повторять сегодня, когда электромагнитные волны буквально пронизывают все, что работы Герца оказали на всю жизнь человечества колоссальное влияние, было бы излишне, но эти работы получали высокие оценки и его современников. Генрих Герц подтвердил выводы максвелловской теории о том, что скорость распространения электромагнитных волн в воздухе равна скорости света, установил тождественность основных свойств электромагнитных и световых волн. Герц изучал также распространение магнитных волн в проводнике и указал способ измерения скорости их распространения.  Именем Герца названа единица колебаний – одно колебание в секунду. Память о Генрихе Герце осталась не только как о великом экспериментаторе, но и как о глубоком теоретике. В развитие теории Максвелла Герц придал уравнениям электродинамики симметричную форму, которая показывает взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями. Этими уравнениями  мы пользуемся в наше время. Работы Герца по электродинамике сыграли огромную роль в развитии науки и техники. Его труды обусловили возникновение беспроволочного телеграфа, радио и телевидения.