Введение
Немецкий физик (1857–1894)
Генрих Рудольф Герц (/hɜr//t//s/ HURTS; 22 февраля 1857 – 1 января 1894) был немецким физиком, который впервые окончательно доказал существование электромагнитных волн, предсказанных уравнениями электромагнетизма Джеймса Клерка Максвелла. В его честь единица измерения частоты, цикл в секунду, получила название "герц".
Биография
Генрих Рудольф Герц родился в 1857 году в Гамбурге, который тогда был суверенным государством Германской конфедерации, в зажиточной и образованной ганзейской семье. Его отцом был Густав Фердинанд Герц, а матерью – Анна Элизабет Пфферкорн. Во время учёбы в школе Gelehrtenschule des Johanneums в Гамбурге Герц проявил способности как в науках, так и в языках, изучая арабский. Он изучал естественные науки и инженерию в немецких городах Дрездене, Мюнхене и Берлине, где посещал лекции Густава Р. Кирхгофа и Германна фон Гельмгольца. В 1880 году Герц получил докторскую степень в Берлинском университете и следующие три года оставался для последокторских исследований под руководством Гельмгольца, работая его ассистентом. В 1883 году Герц занял должность лектора по теоретической физике в Кильском университете. В 1885 году он стал профессором в университете Карлсруэ. В 1886 году Герц женился на Элизабет Долл, дочери Макса Долла, преподавателя геометрии в Карлсруэ. У них родились две дочери: Йоханна, родившаяся 20 октября 1887 года, и Матильда, родившаяся 14 января 1891 года, которая впоследствии стала известным биологом. В этот период Герц провёл свои основополагающие исследования в области электромагнитных волн. 3 апреля 1889 года Герц занял должность профессора физики и директора Физического института в Бонне, которую занимал до своей смерти. В это время он работал над теоретической механикой, результаты были опубликованы в книге «Принципы механики, представленные в новом виде» (Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange dargestellt), изданной посмертно в 1894 году.
Смерть
В 1892 году у Герца была диагностирована инфекция (после приступа сильной мигрени), и ему были сделаны операции для лечения этого заболевания. Он умер после осложнений во время операции, предпринятой для устранения состояния, вызывавшего эти мигрени, которое некоторые считают злокачественным заболеванием костей. Он умер в возрасте 36 лет в Бонне, Германия, в 1894 году и был похоронен на кладбище Ольсдорф в Гамбурге. Жена Герца, Элизабет Герц (урождённая Долл; 1864–1941), больше не выходила замуж, и у него остались дочери: Йоханна (1887–1967) и Матильда (1891–1975). Обе они так и не вышли замуж и не имели детей, поэтому у Герца нет живых потомков.
Катодные лучи
В 1892 году Герц начал эксперименты и продемонстрировал, что катодные лучи могут проникать сквозь очень тонкую металлическую фольгу (например, алюминиевую). Филипп Ленард, ученик Генриха Герца, продолжил исследовать этот "лучевой эффект". Он усовершенствовал катодную трубку и изучал проникновение различных материалов рентгеновскими лучами. Однако Ленард не осознавал, что производит рентгеновские лучи. Герман фон Гельмгольц сформулировал математические уравнения для рентгеновских лучей и предложил теорию дисперсии до открытия и объявления об этом Рентгеном, основываясь на электромагнитной теории света (Wiedmann's Annalen, Vol. XLVIII). Тем не менее, он не работал непосредственно с рентгеновскими лучами.
Фотоэлектрический эффект
Герц способствовал установлению фотоэлектрического эффекта (который позднее был объяснен Альбертом Эйнштейном), заметив, что заряженный объект легче теряет свой заряд при облучении ультрафиолетовым излучением (УФ). В 1887 году он провёл наблюдения фотоэлектрического эффекта, а также генерации и приёма электромагнитных (ЭМ) волн, которые были опубликованы в журнале Annalen der Physik. Его приёмник состоял из катушки с искровым зазором, в котором возникала искра при обнаружении ЭМ-волн. Для лучшей видимости искры он поместил прибор в затемнённый ящик. Он обнаружил, что максимальная длина искры уменьшалась, когда прибор находился в ящике. Стеклянная панель, помещённая между источником ЭМ-волн и приёмником, поглощала УФ-излучение, которое облегчало электронам перескакивание через зазор. При её удалении длина искры увеличивалась. Он не заметил уменьшения длины искры, когда заменил стекло кварцем, поскольку кварц не поглощает УФ-излучение. Герц завершил многомесячное исследование и сообщил о полученных результатах. Он не стал далее изучать этот эффект и не предпринимал попыток объяснить, каким образом возникло наблюдаемое явление.
Контактная механика
В 1881 и 1882 годах Герц опубликовал две статьи о том, что впоследствии стало известно как область контактной механики, которая оказалась важной основой для последующих теорий в этой области. Жозеф Валентин Буссинеск опубликовал ряд критически важных замечаний относительно работы Герца, тем самым подтвердив огромное значение этой работы по контактной механике. Его работа по сути обобщает поведение двух осесимметричных тел при контакте под нагрузкой, результаты были получены на основе классической теории упругости и механики сплошных сред. Наиболее существенным недостатком его теории было игнорирование любых проявлений адгезии между двумя твердыми телами, что становится важным, когда материалы, составляющие эти тела, приобретают высокую упругость. Однако пренебрежение адгезией было естественным для того времени, поскольку не существовало экспериментальных методов для ее определения. При разработке своей теории Герц использовал свои наблюдения за эллиптическими кольцами Ньютона, возникающими при помещении стеклянной сферы на линзу, в качестве основания для предположения, что давление, оказываемое сферой, имеет эллиптическое распределение. Он вновь использовал образование колец Ньютона при проверке своей теории экспериментально, вычисляя величину смещения сферы в линзе. Кеннет Л. Джонсон, К. Кендалл и А. Д. Робертс (JKR) использовали эту теорию в качестве основы при расчете теоретического смещения или глубины вдавливания в присутствии адгезии в 1971 году. Формулировка Герца восстанавливается из их подхода при условии нулевой адгезии материалов. Аналогичная теория, но основанная на иных предположениях, была опубликована Б. В. Дерягиным, В. М. Мюллером и Ю. П. Топоровым в 1975 году и получила название теории ДМТ в научном сообществе. Она также восстанавливает формулировки Герца при нулевой адгезии. Теория ДМТ оказалась преждевременной и потребовала нескольких пересмотров, прежде чем была признана как еще одна теория контакта материалов, дополняющая теорию JKR. И теория ДМТ, и теория JKR составляют основу контактной механики, на которой базируются все переходные модели контакта и используются для прогнозирования параметров материалов при наноиндентационных и атомно-силовых измерениях. Эти модели играют центральную роль в трибологии, и Дункан Даусон назвал его одним из 23 "мужей трибологии". При этом эта работа предшествовала его выдающимся исследованиям в области электромагнетизма, которые он сам, с присущей ему объективностью, считал тривиальными.
Метеорология
Герц всегда проявлял глубокий интерес к метеорологии, вероятно, возникший благодаря его общению с Вильгельмом фон Безольдом (который был его профессором на лабораторном курсе в Мюнхенском политехническом институте летом 1878 года). Работая ассистентом Гельмгольца в Берлине, он опубликовал несколько небольших статей в этой области, включая исследования испарения жидкостей, новый тип гигрометра и графический метод определения свойств влажного воздуха при адиабатических изменениях.
Философия науки
В введении к своей книге 1894 года «Принципы механики» Герц обсуждает различные «картины», используемые для представления физики в его время, включая картину ньютоновской механики (основанную на массе и силах), вторую картину (основанную на сохранении энергии и принципе Гамильтона) и свою собственную картину (основанную исключительно на пространстве, времени, массе и принципе Герца), сравнивая их по критериям «допустимости», «корректности» и «целесообразности». Герц стремился избавиться от «пустых допущений» и возражать против ньютоновского понятия силы и против действия на расстоянии.
Третий рейх
Поскольку семья Герца перешла из иудаизма в лютеранство за два десятилетия до его рождения, его наследие оказалось под ударом нацистского режима в 1930-х годах, который классифицировал людей по "расовой" принадлежности, а не по религиозной. Имя Герца было снято с улиц и из учреждений, и даже возникло движение за переименование единицы частоты, названной в его честь (герц), в честь Германна фон Гельмгольца, при этом символ (Гц) предлагалось оставить без изменений.