Детство и юность.
Генрих Рудольф Герц родился 22 февраля 1857 года в семье известного гамбургского адвоката (позднее сенатора) доктора Герца. Мальчик родился очень слабым и болезненным. К счастью, маленький Генрих преодолел трудные для него первые годы жизни и, несмотря на слабое здоровье, вырос активным и жизнерадостным человеком.
Генрих рано проявил незаурядные способности. Он постоянно задавал вопросы, интересуясь явлениями окружающего мира, их сутью, причинностью и взаимосвязями. Родители поощряли любознательность одаренного сына.
В гимназии Иоганнеум, куда поступил учиться мальчик, он стал одним из первых учеников. Его уважали и родители, и учителя, и товарищи за чрезвычайную скромность, правдивость и сильно развитое чувство долга. Один из учителей так вспоминал о Герце: «Он блистал в учении, как звезда первой величины. Никто не мог превзойти его в быстроте и остроте восприятия».
Казалось, что Генриху было все интересно и все давалось легко: строгость математических законов, сущность физических явлений, строфы Гомера и Данте, изучение греческого и арабского языков, наконец, работа на токарном станке. Он, несомненно, был талантлив, однако неясно было, в какой именно области знаний особенно проявится его талант. Когда Генрих Герц стал ученым с мировым именем, его бывший учитель по токарному делу ужасно огорчился. «Как жаль! - сказал он с полной уверенностью в своей правоте. - А ведь из него мог получиться прекрасный токарь!»
В 1875 году Герц закончил гимназию. Он собирался учиться дальше, но никак не мог решить - где. Дело в том, что одаренный юноша был настолько скромен и самокритичен, что сомневался в своих силах и способностях. Науку он считал чем-то недосягаемым, предназначением только для избранных. И поэтому он решил стать инженером. Родители предоставили Генриху свободу в выборе профессии, и с их согласия он в 1875 году поступает сначала в Дрезденскую Высшую политехническую школу, а затем переходит в Мюнхенское Высшее техническое училище.
Первый серьезный выбор.
Юноше поначалу понравилась свободная атмосфера занятий и возможность самостоятельного выбора деятельности, но курсы специальных инженерных дисциплин оказались ему неинтересны. Его больше привлекали естественные науки, особенно физика. И он решил посвятить себя науке. В письме родителям от 1 ноября 1877 года Генрих пишет: «Раньше я часто говорил себе, что… быть посредственным инженером для меня предпочтительнее, чем посредственным ученым. Но теперь думаю, что Шиллер прав, сказав: «Кто трусит жизнью рисковать, тому успеха в ней не знать»; и эта излишняя моя осторожность была бы с моей стороны безумием». И Генрих поступает в Берлинский университет. Здесь произошла его встреча со знаменитым ученым Германом Гельмгольцем, который стал для него и учителем, и старшим другом.
Гельмгольц так написал о своем ученике.
«Память о нем сохранится не только благодаря его работам. Все, кто его знал, никогда не забудут привлекательных черт его характера, его неизменную скромность, радостное признание чужих заслуг, преданную благодарность по отношению к своим учителям. Стимулом деятельности у него было всегда только стремление к истине, которой он и следовал с величайшей серьезностью и полным напряжением. Никогда не проявлялось у него ни малейшего следа жажды славы или личной заинтересованности… Обычно тихий и молчаливый, он умел разделить веселье в дружеском кругу и оживить беседу метким словом. Он, пожалуй, никогда не имел личных врагов, хотя иногда произносил суровый приговор небрежно сделанным работам или хвастливым домогательствам, которые выдавались за науку».
Начало научной деятельности.
Попав в университет, Герц стремился к занятиям в физической лаборатории. Однако в лаборатории допускались лишь те студенты, которые принимали участие в решении конкурсных задач. Гельмгольц предложил новому студенту заняться темой, выдвинутой на конкурс в августе 1878 года. Герц начал исследовать электромагнитные явления, происходящие в спиральных и прямолинейных проводниках. Это была первая научная работа молодого естествоиспытателя. Он сообщает родителям: «Удивительно, что сейчас я занят очень специальными вопросами учения об электричестве, тогда как каких-нибудь полгода назад едва ли знал о них более того, что не успел забыть со школьных лет».
Решение задачи из области электродинамики: обладает ли электрический ток кинетической энергией, было рассчитано на девять месяцев. За три месяца работа была закончена и высоко оценена. Герц получил за нее премию, а результаты исследований молодого физика были опубликованы в 1880 году в статье «Кинетическая энергия движущихся зарядов».
Всего два месяца потребовались Генриху Герцу для работы над диссертацией. После завершения работы он просит разрешить ему защиту диссертации до окончания университета. Генриху было 23 года, когда он начал самостоятельную жизнь исследователя. Родителям он пишет:
«Работа очень занимает меня и приносит много радости!», и далее: «Я, почти не отрываясь, продолжаю работать над начатой темой, и с таким успехом и таким радостным чувством, лучше которых я и не мог бы пожелать себе».
После защиты диссертации Герц стал ассистентом Гельмгольца. В течение трех лет работы в Берлине он подготовил пятнадцать статей на самые разнообразные темы - от электромагнетизма до твердости материалов и от конструирования научных приборов до исследования испарения жидкости.
В 1883 году Герц стал приват-доцентом в университете провинциального города Киля и по 1885 год заведовал кафедрой теоретической физики, которая вообще не имела физической лаборатории, и можно было заниматься лишь теоретическими проблемами. В 1885 году Герца пригласили в Карлсруэ в качестве профессора физики Высшей технической школы. Здесь у него уже была собственная экспериментальная лаборатория, которая обеспечивала ему свободу творчества и возможность заниматься тем, к чему у него были и интерес, и призвание, - исследованием быстрых электрических колебаний. И действительно, в Карлсруэ Герц сделал свои главные открытия.
Главные открытия.
Особо привлекала Герца высказанная английским ученым Майклом Фарадеем мысль о том, что «Все естественные силы связаны между собой и имеют общее происхождение». Герц также тщательно изучал работы Джеймса Клерка Максвелла, который, по его собственным словам, придал великому учению великого Фарадея математическую форму. О теории Максвелла и его системе уравнений сдержанный Герц говорил восторженно: «Изучая эту чудесную теорию, нельзя не почувствовать, что ее математическим формулам присущи самостоятельная жизнь и собственное сознание, что… они дают нам больше, чем в них было заложено вначале».
Уравнения Максвелла предсказывали существование электромагнитных волн, скорость которых должна была быть равной скорости света.
Герц решил при помощи эксперимента доказать или опровергнуть существование гипотетических электромагнитных волн, то есть проверить теорию Максвелла опытным путем. Для этого требовалось получить такие быстрые электромагнитные колебания, которые порождали бы соответствующие электромагнитные волны, наблюдаемые в лаборатории. Необходимо было найти также способ обнаружения волн.
Герц испробовал различные способы и приемы, прежде чем научился получать быстрые электрические колебания. Он заменил привычный, замкнутый колебательный контур, на открытый и создал вибратор - простой металлический стержень с шариками на концах. Вибратор давал колебательные разряды. Для обнаружения этих разрядов Герцу был необходим прибор с резонансной настройкой на вибратор - резонатор. Он представлял собой проволочный прямоугольник с небольшим искровым зазором, позволяющим настраиваться на частоту вибратора.
Вот какой вывод сделал Герц из своих опытов: «Эти опыты, в которых волнообразное распространение индукции в воздухе делается почти осязаемым, … могут служить обоснованием теории электромагнитных явлений, разработанной Максвеллом, базирующейся на представлениях Фарадея».
В новой серии опытов Герц применил отражающие зеркала в форме параболического цилиндра и изменил форму концов резонатора (маленький шарик и острие). Он производил с электромагнитными волнами различные манипуляции: «распылял» их по комнате, фокусировал в одной точке, заставлял отталкиваться от цинковых экранов и преломляться в различных средах, накладывал их друг на друга и взаимно гасил их. Он даже… «углядел» способность волн проходить сквозь стену. Он радостно признавался, что ему «удалось произвести явные лучи электрической силы и с их помощью воспроизвести элементарные опыты, какие обычно проводят со светом и лучистой теплотой».
Электромагнитная теория света, математически выведенная Максвеллом, получила в работах Герца прекрасное экспериментальное подтверждение. 1888 год считается годом открытия электромагнитных волн и экспериментального подтверждения теории Максвелла. В 1889 году, выступая на съезде немецких естествоиспытателей, Герц сказал: «Все эти опыты очень просты в принципе, тем не менее они влекут за собой важнейшие следствия. Они рушат всякую теорию, которая считает, что электрические силы перепрыгивают пространство мгновенно. Они означают блестящую победу теории Максвелла. Насколько маловероятным казалось ранее ее воззрение на сущность света, настолько трудно теперь не разделить это воззрение».
Интересно, что даже автор великого открытия не думал о возможном практическом его применении.
В 1890 году Герц перешел на должность профессора в Боннский университет, где стал преемником выдающегося немецкого физика Рудольфа Клаузиуса. Развивая теорию Максвелла, Герц придал (1890 год) уравнениям электродинамики симметричную форму, которая хорошо демонстрировала полную взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями (электродинамика Максвелла-Герца).
Исследования Герца были посвящены также катодным лучам, теории удара упругих тел и др. В 1891 году в работе «О прохождении катодных лучей через тонкие металлические слои» он открыл проницаемость металла для катодных лучей, тем самым, заложив основы для изучения катодных лучей и строения вещества.
В 1887 году в работе «О влиянии ультрафиолетового света на электрический разряд» Герц описал открытое им явление: электрический разряд между двумя электродами происходит сильнее, если искровой промежуток освещать ультрафиолетовым излучением. Как известно, позднее это явление получило название внешнего фотоэффекта.
«Вы должны мною гордиться»
Колоссальные перегрузки и годы напряженной, хотя и увлекательной, творческой работы, для Герца не прошли безнаказанно, особенно, если учесть его слабое здоровье. Сначала отказали глаза, что вполне могло быть следствием длительного и напряженного всматривания в искровой промежуток в процессе опытов. Жена ученого взяла на себя труд - читать и писать для Герца.
За несколько недель до смерти ученый писал матери:
«Вы не должны огорчаться, а должны мною гордиться и думать, что я принадлежу к тем особо избранным людям, которые жили хотя и недолго, 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».
Начавшееся затем общее заражение крови привело к ранней кончине ученого в возрасте 37 лет, в расцвете таланта, 1 января 1894 года.
Заслуги Герца в исследовании электромагнитных явлений получили международное признание. Он был удостоен наград Венской, Парижской, Туринской академий наук, Итальянского научного общества, Лондонского Королевского общества и был избран членом целого ряда научных обществ и академий, в том числе Прусской Академии наук. В память о Герце его именем была названа единица частоты колебаний - герц, 1 Гц, равная одному колебанию в секунду.