우리의 의식 밖에는 차갑고 낯선 실제 사물의 세계가 있습니다. 두 세계 사이에는 감각의 좁은 경계지대가 펼쳐져 있습니다. 이 두 세계 사이의 소통은 좁은 띠를 건너서만 가능합니다. 우리 자신과 세계를 올바르게 이해하기 위해서는 이 경계지대를 철저히 탐구하는 것이 가장 중요합니다.
Heinrich Rudolf Hertz는 James Clerk Maxwell의 전자기학 방정식으로 예측된 전자기파의 존재를 처음으로 결정적으로 증명한 독일 물리학자입니다. 주파수의 단위인 초당 사이클은 그를 기념하여 "헤르츠"로 명명되었습니다.
전기
Heinrich Rudolf Hertz는 1857년 독일 연방의 독립국이었던 Hamburg에서 번영하고 교양 있는 Hanseatic 가족으로 태어났습니다. 그의 아버지는 Gustav Ferdinand Hertz였습니다. 그의 어머니는 Anna Elisabeth Pfefferkorn이었습니다.
Hamburg의 Gelehrtenschule des Johanneums에서 공부하는 동안 Hertz는 과학뿐만 아니라 언어에 대한 적성을 보였으며, 아랍어와 산스크리트어를 배웠습니다. 그는 Dresden, Munich, Berlin 등 독일 도시에서 과학과 공학을 공부했으며, Gustav R. Kirchhoff와 Hermann von Helmholtz 밑에서 공부했습니다. 1880년, Hertz는 Berlin 대학교에서 박사 학위를 취득했으며, 그 이후 3년 동안 Helmholtz의 조수로 일하며 박사 후 연구를 계속했습니다. 1883년, Hertz는 Kiel 대학교에서 이론 물리학 강사로 일하기 시작했습니다. 1885년, Hertz는 Karlsruhe 대학교의 정교수가 되었습니다.
1886년, Hertz는 Karlsruhe의 기하학 강사 Max Doll의 딸 Elisabeth Doll과 결혼했습니다. 그들은 두 명의 딸을 두었습니다: 1887년 10월 20일에 태어난 Johanna와 1891년 1월 14일에 태어난 Mathilde로, Mathilde는 나중에 저명한 생물학자가 되었습니다. 이 기간 동안 Hertz는 전자기파에 대한 획기적인 연구를 수행했습니다.
Hertz는 1889년 4월 3일 Bonn에서 물리학 교수 및 물리학 연구소 소장의 직책을 맡았으며, 이 직책은 그가 사망할 때까지 유지되었습니다. 이 기간 동안 그는 이론 역학에 관한 연구를 했으며, 그의 저작은 "Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange dargestellt The Principles of Mechanics Presented in a New Form"이라는 책에 출판되었는데, 이는 1894년에 사후에 출판되었습니다.
사망
1892년, Hertz는 심한 편두통 후에 감염 진단을 받았으며 이 병을 치료하기 위해 수술을 받았습니다. 그는 편두통을 유발하는 그의 상태를 치료하기 위한 수술의 합병증으로 사망했으며, 일부에서는 이것이 악성 골 질환이라고 생각합니다. 그는 1894년 독일 Bonn에서 36세의 나이로 사망했으며 Hamburg의 Ohlsdorf Cemetery에 묻혔습니다.
Hertz의 아내, Elisabeth Hertz née Doll 1864–1941은 재혼하지 않았습니다. Hertz는 두 명의 딸을 남겼으며, Johanna 1887–1967과 Mathilde 1891–1975입니다. Hertz의 딸들은 결혼하지 않았으며 그에게는 자손이 없습니다.
과학적 작업
전자기파
1864년 Scottish 수리 물리학자 James Clerk Maxwell은 현재 Maxwell 방정식이라고 불리는 포괄적인 전자기학 이론을 제안했습니다. Maxwell의 이론은 결합된 전기장과 자기장이 "전자기파"로서 우주 공간을 여행할 수 있음을 예측했습니다. Maxwell은 빛이 파장이 짧은 전자기파로 구성되어 있다고 제안했지만, 아무도 이를 증명하거나 다른 파장의 전자기파를 생성하거나 감지할 수 없었습니다.
1879년 Hertz의 학업 중 Helmholtz는 Hertz의 박사 학위 논문이 Maxwell의 이론을 테스트하는 것이기를 제안했습니다. Helmholtz는 또한 그 해 Prussian Academy of Sciences에서 절연체의 편극 및 편극 해제에서 전자기 효과를 실험적으로 증명할 수 있는 사람을 위해 "Berlin Prize" 문제를 제안했으며, 이는 Maxwell의 이론으로 예측된 것입니다. Helmholtz는 Hertz가 이 상을 받을 가장 가능성 높은 후보라고 확신했습니다. 이를 실험적으로 테스트하기 위한 장치를 만들 방법을 찾지 못한 Hertz는 이것이 너무 어렵다고 생각했으며 대신 전자기 유도에 관해 작업했습니다. Hertz는 Kiel에서의 시간 동안 Maxwell의 방정식 분석을 수행했으며, 당시 널리 퍼진 "거리 작용" 이론보다 더 타당성이 있음을 보였습니다.
Hertz가 Karlsruhe에서 교수직을 받은 후 1886년 가을 Riess 나선 쌍으로 실험하고 있었을 때, Leyden jar를 이 코일 중 하나에 방전시키면 다른 코일에 스파크가 생성될 것임을 알았습니다. 장치를 만드는 방법에 대한 아이디어를 가진 Hertz는 1879년의 "Berlin Prize" 문제를 진행할 방법을 가지게 되었으며, 비록 실제 상은 1882년에 수집되지 않은 채로 만료되었지만 Maxwell의 이론을 증명하는 것입니다. 그는 Ruhmkorff 코일 구동 스파크 갭과 1미터 와이어 쌍을 라디에이터로 사용했습니다. 회로 공명 조정을 위해 용량 구가 끝에 있었습니다. 그의 수신기는 요소 사이에 마이크로미터 스파크 갭이 있는 루프 안테나였습니다. 이 실험은 매우 높은 주파수 범위에서 현재 라디오파라고 불리는 것을 생성하고 수신했습니다.
Hertz의 첫 번째 라디오 송신기: 한 쌍의 1미터 구리 와이어와 그 사이의 7.5 mm 스파크 갭으로 구성된 정전 용량 로드된 쌍극 공진기로, 30 cm 아연 구로 끝납니다. 유도 코일이 양쪽 사이에 높은 전압을 인가할 때, 스파크 갭을 가로지르는 스파크는 와이어에 라디오 주파수 전류의 정재파를 생성하여 라디오파를 방사했습니다. 파의 주파수는 대략 50 MHz로, 현대 텔레비전 송신기에서 사용되는 주파수와 비슷합니다.
1886년과 1889년 사이 Hertz는 그가 관찰한 효과가 Maxwell의 예측된 전자기파의 결과임을 증명할 일련의 실험을 수행했습니다. 1887년 11월 "On Electromagnetic Effects Produced by Electrical Disturbances in Insulators"라는 논문으로 시작하여 Hertz는 Berlin Academy의 Helmholtz에게 일련의 논문을 보냈으며, 1888년의 논문에서는 유한한 속도로 거리에 걸쳐 이동하는 횡파 자유 공간 전자기파를 보였습니다. Hertz가 사용한 장치에서, 전기장과 자기장은 와이어에서 횡파로 방사되었습니다. Hertz는 정재파를 생성하기 위해 진동자를 아연 반사판에서 약 12미터 떨어진 곳에 배치했습니다. 각 파는 약 4미터 길었습니다. 링 검출기를 사용하여 그는 파의 크기와 구성 요소 방향이 어떻게 변했는지 기록했습니다. Hertz는 Maxwell의 파를 측정했으며 이 파의 속도가 빛의 속도와 같음을 입증했습니다. 파의 전기장 강도, 편극 및 반사도 Hertz에 의해 측정되었습니다. 이 실험들은 빛과 이 파가 모두 Maxwell 방정식을 따르는 전자기 방사의 한 형태임을 확립했습니다.
Hertz의 방향성 스파크 송신기 중심은 중심에 스파크 갭이 있는 두 개의 13 cm 황동 막대로 만들어진 반파 쌍극 안테나이며, Ruhmkorff 코일로 전력을 공급하고, 1.2 m x 2 m 원통형 금속 판 포물선 반사기의 초점선 위에 있습니다. 약 450 MHz의 주파수를 가진 66 cm 파의 빔을 방사했습니다. 오른쪽 수신기는 마이크로미터 스파크 갭이 있는 유사한 포물선 쌍극 안테나입니다.Hertz의 라디오파 편극 시연: 표시된 대로 안테나가 수직일 때 수신기가 응답하지 않지만 수신기가 회전하면 스파크의 길이로 표시되는 수신 신호가 강해지다가 쌍극이 평행할 때 최대에 도달합니다.편극의 또 다른 시연: 파는 편극 필터를 통과하여 와이어가 쌍극 A에 수직일 때만 수신기에 도달하고, B에 평행할 때는 도달하지 않습니다.굴절의 시연: 라디오파는 유리 프리즘을 통과할 때 빛 파가 굽어지는 것처럼 피치로 만든 프리즘을 통과할 때 굽어집니다.Hertz의 금속판에서 반사된 라디오파로 생성된 정재파의 그래프
Hertz는 라디오파 실험의 실제적 중요성을 깨닫지 못했습니다. 그는 다음과 같이 말했습니다.
"그것은 어떤 쓸모도 없습니다[...] 이것은 단지 Maestro Maxwell이 맞다는 것을 증명하는 실험일 뿐입니다. 우리는 단지 맨눈으로 볼 수 없는 이 신비로운 전자기파를 가지고 있습니다. 하지만 그것들은 존재합니다."
그의 발견의 응용에 대해 물었을 때, Hertz는 대답했습니다.
"아무것도 아닙니다, 내 생각엔."
Hertz의 기중 전자기파 존재 증명은 이 새로운 형태의 전자기 방사로 인한 실험의 폭발로 이어졌으며, 이는 약 1910년경 "라디오파"라는 용어가 일반화될 때까지 "Hertzian 파"라고 불렸습니다. 10년 이내에 Oliver Lodge, Ferdinand Braun, Guglielmo Marconi와 같은 연구자들은 최초의 무선 전신 무선 통신 시스템에서 라디오파를 사용했으며, 이는 라디오 방송과 나중에 텔레비전으로 이어졌습니다. 1909년, Braun과 Marconi는 "무선 전신의 개발에 대한 기여"로 물리학 노벨상을 받았습니다. 오늘날 라디오는 전지구적 통신 네트워크에서 필수적인 기술이며, 현대 무선 장치의 기반이 되는 전송 매체입니다."Heinrich Hertz". 2020년 2월 3일 검색됨.
음극선
1892년, Hertz는 실험을 시작했으며 음극선이 알루미늄과 같은 매우 얇은 금속 호일을 투과할 수 있음을 입증했습니다. Heinrich Hertz의 학생인 Philipp Lenard는 이 "광선 효과"를 더 연구했습니다. 그는 음극관의 한 버전을 개발했으며 다양한 물질에 대한 X선의 투과를 연구했습니다. 하지만 Philipp Lenard는 자신이 X선을 생성하고 있다는 것을 깨닫지 못했습니다. Hermann von Helmholtz는 X선을 위한 수학 방정식을 공식화했습니다. 그는 Röntgen의 발견과 발표 전에 분산 이론을 가정했습니다. 이것은 빛의 전자기 이론 Wiedmann's Annalen, Vol. XLVIII에 기초하여 형성되었습니다. 그러나 그는 실제 X선으로 작업하지 않았습니다.
광전 효과
Hertz는 나중에 Albert Einstein이 설명한 광전 효과를 확립하는 데 도움을 주었으며, 그는 대전된 물체가 자외선 UV 방사선으로 조명될 때 더 쉽게 전하를 잃는 것을 알았습니다. 1887년, 그는 광전 효과와 전자기 EM 파의 생성 및 수신을 관찰했으며, 이는 Annalen der Physik 저널에 출판되었습니다. 그의 수신기는 스파크 갭이 있는 코일로 구성되었으며, EM 파 감지 시 스파크가 보일 것입니다. 그는 스파크를 더 잘 보기 위해 장치를 어두운 상자에 놓았습니다. 그는 상자에 있을 때 최대 스파크 길이가 감소했음을 관찰했습니다. EM 파의 원점과 수신기 사이에 놓인 유리판은 전자가 갭을 건너뛰는 것을 돕는 자외선을 흡수했습니다. 제거했을 때 스파크 길이는 증가했습니다. 그는 유리를 석영으로 대체했을 때 스파크 길이에 감소가 없음을 관찰했으며, 석영은 자외선을 흡수하지 않습니다. Hertz는 수개월간의 조사를 마치고 얻은 결과를 보고했습니다. 그는 이 효과의 조사를 더 진행하지 않았으며, 관찰된 현상이 어떻게 발생했는지를 설명하려는 시도도 하지 않았습니다.
접촉 역학
1886–1889년에 Hertz는 접촉 역학의 분야로 알려지게 될 것에 대해 두 개의 기사를 출판했으며, 이는 나중에 이 분야의 이론에 중요한 기초가 되었습니다. Joseph Valentin Boussinesq는 Hertz의 작업에 대한 몇 가지 매우 중요한 관찰을 출판했지만, 그럼에도 불구하고 접촉 역학에 대한 이 작업을 엄청난 중요성을 갖도록 확립했습니다. 그의 작업은 기본적으로 접촉 중에 배치된 두 개의 축 대칭 물체가 로딩에 따라 어떻게 행동할 것인지를 요약하며, 그는 탄성의 고전 이론과 연속체 역학을 기반으로 한 결과를 얻었습니다. 그의 이론의 가장 중요한 실패는 두 고체 사이의 점착력의 성질을 무시한 것이었으며, 이는 고체를 구성하는 재료가 높은 탄성을 가정하기 시작할 때 중요한 것으로 입증됩니다. 점착력을 무시하는 것이 자연스러웠던 이유는 그 시대에는 이를 테스트하기 위한 실험 방법이 없었기 때문입니다.
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