Σαν σήμερα ... 1857, γεννήθηκε ο Heinrich Hertz.

Heinrich Rudolf Hertz

Σαν σήμερα, στις 22 Φεβρουαρίου 1857, γεννήθηκε στο Αμβούργο της Γερμανίας ο  Heinrich Rudolf Hertz (Χάινριχ Ρούντολφ Χερτζ), ο φυσικός που πρώτος πέτυχε την εκπομπή, μετάδοση και λήψη ραδιοκυμάτων. 

Ο πατέρας του, Gustav Ferdinand Hertz, ήταν δικηγόρος και αργότερα γερουσιαστής στην αυτόνομη πόλη του Αμβούργου. Ήταν εβραϊκής καταγωγής, αλλά είχε ασπαστεί τον Λουθηρανισμό. Η μητέρα του Anna Elisabeth Pfefferkorn είχε πατέρα γιατρό και προερχόταν από οικογένεια Λουθηρανών ιερωμένων. Ο Heinrich ήταν ο μεγαλύτερος από τα παιδιά της οικογένειας έχοντας τρεις αδελφούς, τον Gustav Theodor, τον (επίσης) Rudolf, τον Otto και μία αδελφή, την Melanie.  

Ο Heinrich το 1865. 

Στην ηλικία των 6 ετών ξεκίνησε την εκπαίδευσή του στο ιδιωτικό σχολείο του Dr. Wichard Lange, ενός γνωστού παιδαγωγού της εποχής στο Αμβούργο. Ο νεαρός  Heinrich είχε πολύ καλή επίδοση σ' αυτό το σχολείο με το πολύ ανταγωνιστικό μαθησιακό περιβάλλον, αλλά στην ηλικία των 15 ετών η οικογένειά του αποφάσισε να συνεχίσει μαθήματα στο σπίτι για να διδαχτεί ελληνικά και λατινικά, γλώσσες απαραίτητες για την συνέχιση των σπουδών στο πανεπιστήμιο. Ήδη, από την ηλικία των 11 ετών, η μητέρα του Heinrich είχε προσλάβει καθηγητή σχεδίου για τον γιο της, διακρίνοντας ιδιαίτερες ικανότητες σ' αυτόν. 
Στο σχολείο παρουσίασε εξαιρετικές επιδόσεις στις επιστήμες και στις ξένες γλώσσες, μαθαίνοντας αραβικά και σανσκριτικά. Μάλιστα, ο καθηγητής Redslob που του δίδασκε αραβικά, είχε πει στον πατέρα του Heinrich ότι δεν είχε συναντήσει πάλι παιδί με τέτοιο φυσικό ταλέντο στην εκμάθηση ξένων γλωσσών. Παράλληλα, τα βράδια του άρεσε να φτιάχνει μόνος του συσκευές με τις οποίες έκανε πειράματα φυσικής και χημείας.
Στην ηλικία των 17 ετών φοίτησε για ένα χρόνο στο σχολείο Gelehrtenschule des Johanneums του Αμβούργου, για να μπορέσει να προετοιμαστεί για τις εξετάσεις στο πανεπιστήμιο.

Ο Heinrich (όρθιος) σε ηλικία 12 ετών 

με την υπόλοιπη οικογένειά του.

Ξεκίνησε με σπουδές αρχιτεκτονικής στην Φρανκφούρτη, όπου το πρωί δούλευε σε αρχιτεκτονικό γραφείο και το βράδυ διάβαζε φυσική από γερμανικά και ελληνικά (στο πρωτότυπο) βιβλία. Γρήγορα βαρέθηκε την αρχιτεκτονική και το 1876, σε ηλικία 19 ετών, ξεκίνησε να σπουδάζει μηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Δρέσδης.
Σε λίγους μήνες άφησε την αρχιτεκτονική και πήγε να υπηρετήσει στο στρατό για ένα χρόνο υποχρεωτική θητεία.

Τελειώνοντας με τον στρατό, τον Οκτώβριο του 1877, σε ηλικία 20 ετών, γράφτηκε στο Πολυτεχνείο του Μονάχου για να συνεχίσει σπουδές μηχανικού. Όμως, δεν άντεξε περισσότερο από ένα μήνα. Αποφάσισε ότι η μεγάλη του αγάπη ήταν η ΦΥΣΙΚΗ κι έτσι παρακολούθησε στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου εφαρμοσμένα μαθηματικά, μηχανική, πειραματική φυσική και πειραματική χημεία.
Μετά από ένα χρόνο σπουδών στο Μόναχο, αποφάσισε να συνεχίσει στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου, επειδή εκεί υπήρχαν καλύτερα εργαστήρια από αυτά του Μονάχου. 

Χρωματισμένη φωτογραφία του Hertz σε ηλικία 21 ετών.

Σε ηλικία 21 ετών ο Hertz ξεκίνησε να δουλεύει στο εργαστήριο του εξαιρετικού φυσικού  Hermann von Helmholtz. Ο Helmholtz διακρίνοντας το ταλέντο του Hertz του ανάθεσε την μελέτη ενός προβλήματος για την λύση του οποίου το Πανεπιστήμιο του Βερολίνου προσέφερε και βραβείο. Το ερώτημα του προβλήματος συνοπτικά έλεγε: Does electricity move with inertia? (Κατά την κίνηση του ηλεκτρισμού παρουσιάζεται αδράνεια;) ή κατά τον ίδιο τον Hertz: Does electric current have kinetic energy? (Το ηλεκτρικό ρεύμα έχει κινητική ενέργεια;).
Τον Αύγουστο του 1879 ο Hertz κέρδισε το βραβείο δίνοντας απάντηση στο πρόβλημα. Παρουσίασε μια σειρά ευαίσθητων πειραμάτων με τα οποία αποδείκνυε ότι αν το ηλεκτρικό ρεύμα έχει κάποια μάζα, αυτή θα πρέπει να είναι απίστευτα μικρή. Να πάρουμε υπόψη μας το γεγονός ότι ο J. J. Thomson ανακάλυψε το ηλεκτρόνιο 18 χρόνια αργότερα, το 1897. Η εργασία που του έδωσε το βραβείο δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση Annalen der Physik.

Ο Heinrich Hertz στη διάρκεια
της στρατιωτικής του θητείας.

Τον Φεβρουάριο του 1880 πήρε το διδακτορικό του στη φυσική από το Πανεπιστήμιο Βερολίνου έχοντας ως θέμα της διατριβής του την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Αμέσως ο  Helmholtz τον έκανε βοηθό καθηγητή και τον κράτησε κοντά του στο εργαστήριο. Στη διάρκεια των τριών χρόνων που έμεινε εκεί δημοσίευσε 15 εργασίες σε επιστημονικά περιοδικά.

Το 1883 με την βοήθεια του Helmholtz πήρε θέση λέκτορα θεωρητικής φυσικής στο  Πανεπιστήμιο του Κιέλου κι εκεί ασχολήθηκε θεωρητικά με τις εξισώσεις του Maxwell. 

Tο 1885, θέλοντας πολύ να επιστρέψει στην αγαπημένη του πειραματική απασχόληση, αποδέχτηκε θέση καθηγητή στο Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης, επειδή είχε πολύ καλά εργαστήρια. Εκεί, ψάχνοντας να ανακαλύψει το επόμενο πειραματικό του αντικείμενο, θυμήθηκε μια παλαιότερη πρόταση που του είχε κάνει ο Helmholtz, να αποδείξει πειραματικά την θεωρία του Maxwell. Έτσι, ξεκίνησε την πειραματική του προσπάθεια και τελικά η ιδέα ήρθε με την μορφή ενός σπινθήρα.

Ο Hertz στο εργαστήριό του στην Καρλσρούη
(ίσως λίγους μήνες πριν πάει
στο Πανεπιστήμιο της Βόννης).

Τον Οκτώβριο 1886 κι ενώ παρουσίαζε στους φοιτητές του παραγωγή ηλεκτρικών σπινθήρων, άρχισε να σκέφτεται την επίδραση των σπινθήρων σε ηλεκτρικά κυκλώματα. 

Ξεκίνησε μια σειρά πειραμάτων, δημιουργώντας σπινθήρες με διαφορετικούς τρόπους.  Ανακάλυψε κάτι καταπληκτικό. Οι σπινθήρες παρήγαγαν μια επαναλαμβανόμενη ηλεκτρική δόνηση ανάμεσα στα ηλεκτρικά καλώδια. Η δόνηση κινείτο μπροστά και πίσω συχνότερα από μία φορά κάθε δευτερόλεπτο και ήταν κάτι που δεν είχε ξαναπαρατηρήσει ο Hertz.
Ήξερε ότι οι δονήσεις προκαλούνταν από τα ταχέως επιταχυνόμενα και επιβραδυνόμενα ηλεκτρικά φορτία. Αν η θεωρία του Maxwell ήταν σωστή, αυτά τα φορτία θα ακτινοβολούσαν ηλεκτρομαγνητικά κύματα που θα περνούσαν μέσα από τον αέρα ακριβώς όπως κάνει το φως.
Τον Νοέμβριο του 1886 ο Hertz κατασκεύασε μια συσκευή όπως αυτή που φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Ο Ταλαντωτής. Στα άκρα υπάρχουν δύο κοίλες σφαίρες από
ψευδάργυρο με διάμετρο 30 εκ. Η κάθε σφαίρα συνδέεται με
 χάλκινο σύρμα που φτάνει περίπου μέχρι το μέσο της μεταξύ
 των απόστασης. Ανάμεσα στα δύο σύρματα υπάρχει κενό,
όπου εκεί ανάμεσα δημιουργείται σπινθήρας.

Εφάρμοσε υψηλή τάση εναλλασσόμενου ρεύματος στο κενό, ανάμεσα στα δύο χάλκινα σύρματα και δημιούργησε σπινθήρες. Οι σπινθήρες προκάλεσαν έντονους παλμούς ηλεκτρικού ρεύματος μέσα στα καλώδια χαλκού. Αυτοί οι παλμοί ταλαντώθηκαν μέσα στα καλώδια με ρυθμό περίπου 100 εκατομμυρίων ανά δευτερόλεπτο.
Όπως είχε προβλέψει ο Maxwell, τα ταλαντούμενα ηλεκτρικά φορτία παρήγαγαν ηλεκτρομαγνητικά κύματα (ραδιοκύματα) τα οποία απλώνονταν μέσω του αέρα γύρω από τα καλώδια. Ορισμένα από τα κύματα έφταναν σε βρόχο χάλκινου σύρματος σε απόσταση 1,5 μ., προκαλώντας ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσα σε αυτό. Αυτή η ροή ρεύματος προκαλούσε σπινθήρες σ' ένα κενό του βρόχου. 
Αυτός ήταν ένας πειραματικός θρίαμβος για τον Hertz. Είχε καταφέρει να παράξει και ανιχνεύσει ραδιοκύματα. Είχε καταφέρει να μεταφέρει ηλεκτρική ενέργεια, μέσω του αέρα, από μια συσκευή σε μία άλλη που βρισκόταν σε απόσταση ένα μέτρο μακριά. Και όλα αυτά χωρίς οι συσκευές να συνδέονται με σύρματα.

Το ζεύγος Hertz to 1886.

Τα επόμενα τρία χρόνια, με μια σειρά από λαμπρά πειράματα, ο Hertz επιβεβαίωσε πλήρως τη θεωρία του Maxwell. Έδειξε πέρα από κάθε αμφιβολία ότι η συσκευή του παρήγαγε ηλεκτρομαγνητικά κύματα, αποδεικνύοντας ότι η ενέργεια που ακτινοβολεί από τους ηλεκτρικούς ταλαντωτές του μπορεί να αντανακλάται, να διαθλάται, να περιθλάται και να παράγει στάσιμα κύματα όπως το φως.
Τα πειράματα του Hertz απέδειξαν ότι τα ραδιοκύματα και τα φωτεινά κύματα ήταν μέρος της ίδιας οικογένειας, την οποία σήμερα αποκαλούμε ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.

Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.

Το 1886, σε ηλικία 29 ετών όταν ο Hertz ήταν στην Καρλσρούη, παντρεύτηκε  την  Elisabeth Doll που ήταν λέκτορας γεωμετρίας στο Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης. Απέκτησαν δύο κόρες, την Johanna και την Mathilde. 
Η Mathilde ακολουθώντας τα βήματα των γονέων τους, έγινε βιολόγος.
Στις αρχές της δεκαετίας του 1930, η χήρα του Hertz με τις δύο κόρες της διέφυγαν από το ναζιστικό καθεστώς βρίσκοντας καταφύγιο στην Αγγλία.

Τον Απρίλιο του 1889 ο Hertz τοποθετήθηκε ως καθηγητής φυσικής και διευθυντής του Ινστιτούτου Φυσικής στη Βόννη, θέση που κράτησε μέχρι το θάνατό του. Σ' αυτό το διάστημα ασχολήθηκε με τη θεωρητική μηχανική και το αποτέλεσμα της εργασίας του εκδόθηκε σε βιβλίο ("Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange" - "Οι αρχές της Μηχανικής παρουσιασμένες μ' έναν καινούριο τρόπο") το 1894, μετά το θάνατό του.   

Οι κόρες του ζεύγους Hertz, Johanna και Mathilde.

Ο Hertz είχε δείξει από πολύ νωρίς ενδιαφέρον για την μετεωρολογία, ίσως επηρεασμένος από τον Wilhelm von Bezold, όταν το καλοκαίρι του 1878 τον είχε καθηγητή σ' ένα εργαστηριακό τμήμα στο Πολυτεχνείο του Μονάχου. Βέβαια η συνεισφορά του σ' αυτό το επιστημονικό πεδίο δεν είχε κάτι το εξαιρετικό, εκτός από μερικά άρθρα που έγραψε την εποχή που ήταν βοηθός του Helmholtz στο Βερολίνο.

Το κύριο έργο του Hertz είχε να κάνει με την προσέγγιση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου και την πειραματική επιβεβαίωση της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του  James Maxwell.

Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. 
Φωτόνια υπεριώδους ακτινοβολίας μεταφέρουν το απαραίτητο 
ποσό ενέργειας για να εξαχθούν ηλεκτρόνια από ένα μέταλλο.

Ο Hertz συνέβαλε στην εμπέδωση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου (το οποίο εξηγήθηκε από άλλους αργότερα) όταν πρόσεξε ότι ένα φορτισμένο αντικείμενο χάνει το φορτίο του πιο εύκολα όταν φωτίζεται με υπεριώδες φως. 

Το 1887, έκανε παρατηρήσεις πάνω στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και στην εκπομπή και λήψη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, τις οποίες δημοσίευσε στο επιστημονικό περιοδικό  Annalen der Physik. 

Η πειραματική συσκευή που χρησιμοποίησε ο Hertz 
για την παραγωγή και εκπομπή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. 
(Deutsches Museum, Μόναχο)

Νωρίτερα, το 1886, ο Hertz είχε κατασκευάσει μια διπολική κεραία, η οποία εξέπεμπε και λάμβανε ραδιοσυχνότητες. 

Το 1887 πειραματίστηκε με τα ραδιοκύματα στο εργαστήριό του. Μέσω πειραμάτων, απέδειξε ότι εγκάρσια ηλεκτρομαγνητικά κύματα ταξιδεύουν στον χώρο για κάποια απόσταση. Αυτό είχε προβλεφθεί από τον James Maxwell και τον Michael Faraday. 

Με τη διαμόρφωση της συσκευής του, τα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά πεδία μπορούσαν να εκπέμψουν ακτίνες χωρίς καλώδια, σαν εγκάρσια κύματα. Ο Hertz είχε τοποθετήσει τον ταλαντωτή περίπου 12 μέτρα μακριά από ένα τσίγκινο πιάτο (ανακλαστήρας) για να δημιουργήσει σταθερά κύματα. Κάθε κύμα ήταν περίπου 4 μέτρα. Χρησιμοποιώντας έναν ανιχνευτή, κατέγραψε την ποικιλία στις διαστάσεις και την κατεύθυνση του κύματος. Ο Hertz μέτρησε τα κύματα του Maxwell και κατέδειξε ότι η ταχύτητα των ραδιοκυμάτων ήταν ίση με την ταχύτητα του φωτός. Μέτρησε ακόμη την ένταση και την πολικότητα του ηλεκτρικού πεδίου. Ο Hertz βρήκε ακόμη ότι τα ραδιοκύματα, ενώ μπορούσαν να μεταδοθούν από διαφορετικά είδη υλικών, από κάποια άλλα πάθαιναν ανάκλαση. 

Αυτή υπήρξε η κεντρική ιδέα που οδήγησε στη δημιουργία του ραντάρ αργότερα. 

Αναμνηστική προτομή του Heinrich Hertz 
στο Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης.

Στην εποχή του ο Hertz δεν μπόρεσε ποτέ να κατανοήσει  τη σημασία των πειραματικών αποτελεσμάτων του. Ερωτώμενος για τις πρακτικές εφαρμογές των ανακαλύψεών του, είχε απαντήσει: "Καμία, υποθέτω".

Το 1892, ο Hertz ξεκίνησε να πειραματίζεται και κατέδειξε ότι οι καθοδικές ακτίνες  μπορούν να διεισδύσουν σε πολύ λεπτά μεταλλικά φύλλα (π.χ. αλουμινίου). Ο μαθητής του Philipp Lenard (Νόμπελ Φυσικής 1905) διερεύνησε περαιτέρω το φαινόμενο των ακτίνων. Δημιούργησε μια εκδοχή του καθοδικού σωλήνα και μελέτησε τη διείσδυση  ακτίνων Χ σε διάφορα υλικά. Ωστόσο, ο Lenard δεν συνειδητοποίησε ποτέ ότι παρήγαγε ακτίνες Χ.

Το 1892, ο Hertz διαγνώστηκε με κακοήθη όγκο στα οστά και υπεβλήθη σε αρκετές επεμβάσεις. Πέθανε από σηψαιμία την 1η Ιανουαρίου 1894, σε ηλικία μόλις 37 ετών, στη Βόννη. 

Αναμνηστικό γραμματόσημο της Ομοσπονδιακής Γερμανίας
για τα 100 χρόνια από τη γέννηση του Hertz (έκδοση 22/2/1957).

Όταν οι ναζί πήραν την εξουσία στη Γερμανία κατέβασαν το πορτραίτο του Heinrich Hertz από το Δημαρχείο του Αμβούργου, όπου είχε αναρτηθεί προς τιμή του, παρά το γεγονός ότι είχε αποβιώσει πριν από πολλά χρόνια και σε όλη του τη ζωή ήταν Χριστιανός Λουθηρανός (αφού ο πατέρας του είχε αλλάξει θρήσκευμα από το 1834, πριν τη γέννηση του Heinrich).

Το 1930, η Διεθνής Επιτροπή Ηλεκτροτεχνίας (IEC), προς τιμή του Hertz, έδωσε το όνομά του στη μονάδα συχνότητας στο σύστημα μονάδων SI. Το 1960, η Διεθνής Σύνοδος Μέτρων και Σταθμών (CGPM) αποδέχτηκε επίσημα το 1Hz ως μονάδα συχνότητας στο SI, αντικαθιστώντας το όνομα "κύκλοι ανά δευτερόλεπτο" (cps).

Το εξώφυλλο του βιβλίου 
"Heinrich Hertz: Memoirs, Letters, Diaries"
(Δεύτερη έκδοση San Francisco Press, 1977). 
Επιμέλεια από την Mathilde Hertz.
Η 1η έκδοση είχε γίνει το 1927 με την επιμέλεια της Johanna Hertz.

Το 1928 δημιουργήθηκε στο Βερολίνο το "Ινστιτούτο Heinrich-Hertz για την Έρευνα Ταλαντώσεων". Σήμερα αυτό είναι γνωστό με το όνομα "Fraunhofer Ινστιτούτο Τηλεπικοινωνιών, Ινστιτούτο Heinrich Hertz" (HHI).

Από το 1987, το "Ινστιτούτο των Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών" (IEEE) προσφέρει κάθε χρόνο το "Μετάλλιο Heinrich Hertz" για διακεκριμένες εργασίες στα  ερτζιανά κύματα.

Ένας κρατήρας στην αθέατη πλευρά της σελήνης έχει πάρει επίσης το όνομά του.

Πολλές χώρες σε όλο τον κόσμο έχουν τιμήσει το όνομά του με διάφορους τρόπους.

Το 2012, στα 155α γενέθλια του Hertz, η Google τον τίμησε μ' ένα χαρακτηριστικό doodle.

Τον Ιούλιο του 2017, η Γερμανική Διαστημική Υπηρεσία (DLR) υπέγραψε συμβόλαιο με την εταιρεία OHB Systems για την κατασκευή ενός πειραματικού τηλεπικοινωνιακού  δορυφόρου που θα πάρει το όνομα "Heinrich Hertz". Υπολογίζεται ότι η εκτόξευση του δορυφόρου θα γίνει το 2021.

Καλλιτεχνικό σχέδιο του δορυφόρου Heinrich Hertz
που έχει προγραμματιστεί για εκτόξευση το 2021.

• Φωτογραφικό αρχείο για τον Heinrich Hertz.

• Το πείραμα του Hertz για τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. (αγγλικά, 6:31)

• Τι είναι τα ραδιοκύματα και πώς λειτουργούν; (αγγλικά, 11:43)

Πηγή: Today in Science History,  Περί Φυσικής