Великите европейци - Хайнрих Херц

Херц на немски означава „сърце”. По друг начин се пише, но така звучи и всеобщата мерна единица за честота. 

Херц присветна и живя твърде кратко, като експериментална искра – достатъчно дълго обаче, за да пренесе вдъхновяващите електромагнитни импулси на откритията си от класическата физика на XIX, направо в модерната физика на XX век.

Брамс, Symphony 4, 15.44

Хайнрих Херц е роден през 1857 година в Хамбург, в лютеранско семейство, но с еврейски корени. Дядо му и баба му са евреи, приели лютеранството. Синът им, бащата на физика Херц, се ражда като Давид Густав, но живее като Густав Фердинанд, след като също става лютеранин. Той е адвокат и сенатор, женен за Ана Пфеферкорн, дъщеря на известен немски лекар и Хайнрих е първото от пет деца. 

Семейството е от най-високите нива на немската средна класа и иска да даде най-добро образование на децата си. Малкият Хайнрих няма нищо против, той има изразен интерес към ученето, но също е талантлив рисувач и сръчен с инструменти. На 6 години го пращат при известния педагог д-р Ланге, чието училище работи по методи, съобразени с индивидуалните особености и ориентирани към развитие на индивидуалните възможности на децата. То поддържа стриктна дисциплина и насърчава състезателния дух. Малкият Хайнрих е вечно първи в клас, но, колкото и да е интересна, училищната програма не е пълна. Там например не се учат латински и старогръцки, а те му трябват за университета. На 11 взима уроци по техническо чертане в местния колеж. 

На 15 напуска училището и се подготвя с частни учители. Хайнрих има талант за езиците и бързо наваксва латински и гръцки, а нагазва и в дълбоките води с арабски и санскрит. Подхваща също по-издълбоко науките и математиката, вечер на домашния си струг майстори различни умни инструменти, предназначени за научни опити – но вероятно тъй като може всичко, трудно му е да реши с какво конкретно иска да се занимава.

Брамс, Symphony 4, 46.14 

На 17 Хайнрих Херц се връща в училище, за да довърши класическата си подготовка за университета, но изведнъж решава, че ще става архитект и става чирак в архитектурно бюро във Франкфурт. Вечер обаче чете книги по физика на немски и класически текстове на старогръцки. Скоро архитектурата му досажда и той се връща към идеята да става инженер. Отива в Политехниката в Дрезден, но скоро е повикан да отбие военна служба в Берлин, откъдето пише до домашните: „Ден след ден осъзнавам колко безполезен съм на този свят”. 

След службата, 20-годишният Херц е в Мюнхен, за да продължи инженерната подготовка в тамошното Висше техническо училище. Въпреки удоволствието от задълбаването в математиката обаче, той скоро си дава сметка, че инженерството не е за него по ред причини, включително доста потискащата работна среда, която цари по онова време в инженерните фирми. Един биограф на Херц пише по този повод: „За него инженерството означаваше бизнес, данни, формули – обикновен живот, към който той нямаше интерес. 

Въпреки че Техническото училище имаше добра физическа лаборатория, курсът там водеше до държавни изпити и обикновена практическа кариера. Университетът, за разлика от това, обещаваше безкрайно учене и изследване, нещо, което прилягаше на научния идеалистически вкус на Херц. Той знаеше, че преди всичко иска да бъде велик изследовател”. Да, добре е със сигурност да се знаят подобни, дори когато са научени по трудния начин.

Брамс, Symphony 3, 1.06.25 

Хайнрих Херц успява да изкрънка разрешение от баща си, който плаща сметката, да промени още веднъж плановете и този път наистина попада на мястото си – записва се в Берлинския университет и на бърза ръка попада в лабораторията на преподавателя си Херман фон Хелмхолц, един от най-известните физици в Европа тогава. 

Хелмхолц бързо забелязва таланта и го насочва да се захване с важен физически въпрос, по който има обявен конкурс. Въпросът е „Дали електричеството има инерция?” Което опира до много важното откритие – има ли електричеството маса. Докато експериментира, за да отговори на въпроса, Хайнрих Херц се чувства все по-добре и пише възторжено писмо до дома: „Не мога да ви опиша какво огромно удовлетворение е човек да придобива знания направо от природата, а не просто да го получава наготово от някой друг”. Така или иначе, със серия от брилянтни експерименти Херц доказва, че ако електрическият ток изобщо има маса, тя е невероятно малка, толкова малка, че няма инструмент, който би могъл да я открие и измери. 

И наистина, електронът, носителят на електрическия ток, е открит едва 18 години по-късно от Джоузеф Томсън. И се оказва, че трябва да съберете в шепата си 1.109 х 10 на степен 30-та електрона, за да получите маса от 1 килограм, толкова е малка тази частица. Така или иначе, през 1879 Хайнрих Херц получава наградата, работата му е публикувана в престижно научно списание и името му става известно сред физиците не само в Германия, но и в цяла Европа. А Хелмхолц подхвърля на студента нова идея – да започне експерименти, свързани с теорията на Максуел за електромагнитните вълни, която до онзи момент е просто една прилична хипотеза, неподкрепена с никакви практически доказателства. Херц обаче отказва, в момента той не иска да се хвърля в нещо, което може да отнеме години, без да даде практически резултат.

Брамс, Symphony 3, 1.14.59 

Херц завършва, работи три години в лабораторията на Хелмхолц в Берлин, прави докторантура, издава статии и книги по различни теми и приема катедрата по математическа физика в Кил. Всъщност там за първи път се зачита по-сериозно в теорията на Максуел и вижда предизвикателството. „Още отначало теорията на Максуел изглеждаше най-елегантна, неговите фундаментални тези противоречаха на стандартните възгледи и не бяха подкрепени от експерименти с категорични доказателства” – пише Херц. 

До великото откритие на живота му обаче – доказването на теорията на Максуел за електромагнитните вълни, има още време и събития. Първо, той се мести в Техническото училище в Карлсруе и на 28 години става пълен професор. Второ, там се чувства леко объркан – с какво да се захване. И трето, за първи път в живота си губи интерес към науката, когато среща любовта на живота си - фината красавица Елизабет Дол. Хайнрих Херц е представителен млад мъж – висок, слаб, с брада, с добри обноски, известно в науката име, така че е страхотна партия. Елизабет също веднага си пада по него, двамата скоро се женят и имат две дъщери. Покрай тази връзка паузата в научната работа е малка, но Херц се връща на бойното поле изпълнен с енергия и идеи, така че се захваща да изпълни препоръката на Хелмхолц и да докаже каквото може да се докаже за електромагнетизма. 

Няма да ви описвам експериментите на Херц, но той наистина доказва ред неща - съществуването на електромагнитните вълни, фактът, че те се движат със скоростта на светлината, че се предават по въздуха и още много. Доказателствата му не само получават обявената от Берлинската академия награда по темата, но и привличат вниманието на физиците от цял свят. През 1891 английският математик и физик сър Оливър Хевисайд казва: „До преди три години електромагнитните вълни не съществуваха никъде. Сега те са навсякъде”.

Брамс, Валс, 1.30.30 -

Хайнрих Херц обаче е експериментатор до мозъка на костите си и изобщо не го е грижа за практическия резултат от неговите открития. Когато студентите му го питат каква е ползата от електромагнитните вълни, той свива рамене и подхвърля – никаква, надявам се. Но не е така. 

Няколко години по-късно, докато е на почивка в Алпите, един млад италиански физик на име Гулиелмо Маркони се сеща, че тези вълни, щом се пренасят по въздуха, май могат да пренасят и нещо друго, например – информация. И той се втурва да изобретява радиото. 

На базата на откритието на Херц по-късно се разработват радарите, телевизията, мобилните телефони, сателитните връзки и още много от най-големите постижения на нашето време. На всичкото отгоре, междувременно Херц, ей така, сякаш между другото, открива и нещото, наречено фотоелектричен ефект - отделянето на електрони от повърхността на дадено вещество при облъчването му със светлина. Това е фундаментално откритие, на което се базира цялата квантова физика. 

За разработка, която прави по темата, през 1921 година Алберт Айнщайн получава Нобеловата награда за физика. Тогава обаче Хайнрих Херц е отдавна мъртъв. Той умира от отравяне на кръвта през 1894, преди да навърши 37 години. Мнозина се питат – какво ли би открил, ако беше доживял до 73. 

Не знам дали има смисъл от подобен въпрос, но защо не – след като той ни помага вече повече от столетие да си спомняме живота и делото на един наистина брилянтен учен.

Cradle Song Brahms' Lullaby Op. 49 N.4