電磁波很有用,但不因其有用而證實

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相信大家對於赫茲(Hertz)的名稱不會陌生,從收音機的頻道,到日常電器上的標籤,都能發現 Hertz 的蹤影,因「赫茲」就是頻率的單位,以紀念德國物理學家 Heinrich Hertz 的貢獻。赫茲出生於 1857 年 2 月 22 日,以實驗證明電磁波確實存在,在實驗成功之後,只輕輕一說:「我不覺得我發現的無線波將會有甚麼實際用途。」、「這只是一個實驗,用來證明馬克士威是正確的。」

馬克士威(James Clerk Maxwell)是誰?他是一名蘇格蘭數學物理學家,早於 1864 年便已提出結合電、磁、光三者為電磁場現象的「馬克士威方程組」,明確解釋了電磁波如何在空間中傳播。只是電磁波捉不到又看不見,使人無從證明它是如何存在於真實世界。

赫茲所用的實驗儀器。 圖片來源:Engineering and Technology History Wiki
赫茲所用的實驗儀器。 圖片來源:Engineering and Technology History Wiki

赫茲利用簡單的自製儀器,包括一組感應線圈和一個萊頓瓶(Leyden jar,是一種用以儲存靜電的裝置),它們連接著兩個相對的鋅球,鋅球之間置有兩根銅棒,銅棒之間又留有間隙,放電時間隙處會產生振盪和火花。儀器的另一邊則置有圓形線圈做的接收器,在間隙產生火花時,接收器的缺口處也會產生火花,接收器的火花證明有一股無形的能量從銅棒間隙傳播到接收器的缺口處。

不過,假若要證明中間傳播的能量就是電磁波,還需要進一步確認其特性。在 1886 年至 1888 年三年間,赫茲不斷地進行實驗, 結果得出電磁波的速度等於光速,以直線傳播,屬於橫波,及具有反射、折射與偏振等性質,完全符合了 Maxwell 的理論。

  • 赫茲如何以實驗證實電磁波的特性。

赫茲於 1894 年 1 月 1 日因壞血病英年早逝,享年 36 歲,其去世卻令世人重新注意到他的物理研究。意大利工程師 Guglielmo Marconi 在閱讀了赫茲的論文後,大為驚嘆,表示可應用在通訊發明,那是赫茲所不以為意的。Marconi 於 1896 年在英國進行 14.4 公里的通訊試驗成功,並取得專利,發明了無線電報。在無線電報的研究貢獻,讓他於 1909 年與德國物理學家 Karl Ferdinand Braun 共同獲得諾貝爾物理學獎

電磁波應用廣泛,後來的廣播、電視、雷達、衛星通訊、無線網絡都是以電磁波傳播,大大促進科技發展。科學理論促成科技,科技改善生活水平,但別忘記有段時期,還有像赫茲般心無旁騖,不以「有用」為目標,專心一致追尋科學真理的科學家。