赫兹实验的别样收获

第一个实验证明电磁波存在的赫兹

1864年，英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的基础上，建立了完整的电磁波理论。他证明：变化的磁场可以产生电场，变化的电场又可以产生磁场。他断定电磁波的存在，还推导出电磁波与光具有同样的传播速度。但是，麦克斯韦预言的电磁波的存在，在当时受到许多物理学家的质疑，只有少数几个支持者。证明电磁波存在成了检验麦克斯韦电磁理论的关键。直到1879年11月5日，年仅49岁的麦克斯韦患癌症去世，还没有人能证明电磁波的存在。科学探索的道路上，有时会暂时出现阴云。阴云终有一天会散去，明媚的阳光终会来临。在麦克斯韦生前，一直担心他的预言永远无法被证明。但是，1886年，德国物理学家赫兹的一次偶然发现，促使他去验证麦克斯韦预言的电磁波。

有一天，赫兹在实验室里做火花放电实验，一个奇异的现象引起了他的注意：每当线圈放电时，在附近几米外的另一个开口的导线中也会迸发出一束小火花。他重复了多次，都是这样。他马上联想到，这是电谐振的结果，就像在声学试验中所观察到的情况一样，当两个同样的音叉并排放着的时候，只要其中一个音叉受到振动，两个音叉就会同时发出声音。“对，这是谐振，是由麦克斯韦所预言的电磁波引起的。”他马上想起了英国物理学家麦克斯韦的电磁理论，这跳跃的小火花是不是意味着电磁波在天空间传播呢？

正是这个偶然发现，使赫兹马上开始进行验证电磁波的系统试验。他为此准备了两年，并发明了一种探测电磁波的电波环。电波环看似简单，将一根粗铜线弯成环状，环的两头分别连着一个金属小球，两个金属小球之间的距离可以调节。正是这个十分简单的电波环，连10来岁的小孩也会做的东西，对他证明电磁波存在起到了非常重要的作用。在实验室里，赫兹就是用这样简单的设备做了一个著名的实验。

莱顿瓶结构示意图

1888年，赫兹一直在用他发明的电波环进行一系列实验，希望能发现人们期望已久的电磁波。有一天，赫兹精心设计了一个实验：在一间漆黑的实验室里，他把电波环放在离莱顿瓶10米远的地方。莱顿瓶是1746年荷兰莱顿大学教授慕欣勃罗克在做电学实验时，无意中发明的一种储存电荷的玻璃瓶，相当于现在的电容器。一天，慕欣勃罗克教授把一枚带电的钉子掉进一只玻璃瓶里，他以为不用多久铁钉上的电就会消失掉。过了一会，他想把钉子从玻璃瓶里取出来，当他一手拿起桌上的玻璃瓶子，另一手刚接触到钉子时，突然感到手上有一种电击式的振动。这到底是铁钉上的电没有跑掉呢，还是自己的神经太过敏呢？于是，他又重复试验了几次，每次的结果都一样。他突发奇想，用玻璃瓶来保存带电的物体，电就不会跑掉，这样就可以把电储存起来。他的这一想法导致了莱顿瓶的发明。莱顿瓶是一个玻璃瓶，瓶里瓶外分别贴有锡箔，瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接，棒的上端是一个金属球。

当莱顿瓶放电的时候，赫兹反复改变电波环的位置和两个金属小球的间隙，只要电波环的位置和两个金属小球的间隙合适，电波环上的两个金属小球之间就会迸发出一束很小的蓝色火花。这正是莱顿瓶放电时辐射出来的电磁波，被电波环接收下来，使两个金属小球之间出现电火花。可见，莱顿瓶的放电能产生辐射，并跨越空间到电波环上。后来，赫兹改进实验，效果更明显。他进一步研究，观察到电磁波也像普通光波一样，具有反射、折射、衍射等性质。这样，麦克斯韦的天才预言，被赫兹的天才实验证实了：电磁波确实存在。赫兹将他的实验结果公布于世，引起了全世界科学界的关注。1888年也就成了近代科技史上的一块里程碑。赫兹的发现具有划时代的意义，并催生了无线电的诞生，开辟了电子时代的新纪元。