六、卡尔斯鲁厄的实验

赫兹确实是愉快地应聘，并于 1885 年 3 月愉快地迁居到了卡尔斯鲁厄市。到了学校，赫兹以急切的心情参观了研究所，这里的设备虽然不能和赫尔姆霍茨的物理研究所相比，但已足以让赫兹感到满意了。今后，这个研究所将供年轻的赫兹教授使用。

28 岁的儿子成为了物理学教授，使赫兹的母亲比儿子还要高兴。她自豪地把这一喜讯告诉一切亲朋故旧，人们都向她表示祝贺与羡慕之情，只有赫兹少年时的车工师傅除外。当这位师傅听说赫兹已成为物理学教授时，不无惋惜地感叹道：“哎，真可惜！他本来会成为一个非常出色的车工的！”

春风得意的赫兹在卡尔斯鲁厄学校的最初时光并没有感到万事遂顺。在基尔大学的清闲已永远不再有了，备课、讲课、考试及系里的各种职务妨碍了他从事自己的科研工作；另外，他还要处理研究所的一些日常杂事。他真怕自己会陷入事务堆里而一无所成，在给父母的信中他曾表露了这种担忧： 我平时看不起那些成为教授后便毫无建树的人，“难道我也将成为在获得教授职位后即停止任何创造的那些人中的一员吗？”

赫兹决不是那种躺在荣誉簿上不思进取的人，他这种忧患意识正是他强烈进取心的表现。正是这种不甘平庸的进取心，使他走上了通往成功之路。 1886 年对赫兹来说是幸福的一年，这年夏天，他与一位同事的女儿结了

婚，建立了一个美满的小家庭。好像上帝要在这位西方人身上验证“好事成双”的东方谚语似的，在不久后的一次实验中，赫兹在偶然中找到了他事业上的一个至关重要的突破点。

1886 年 10 月的一天，赫兹在准备一次放电实验，使用了一种名叫黎斯线管的振荡线圈，这种线圈具有初级和次级。赫兹偶然发现，如果给初级线圈输入一脉动电流，在次级线圈两端的狭缝中间便会产生电火花。他当即断定这种现象的起因是感应过程，是初级线圈中电流振荡感应的结果，应该把它当作电磁共振来解释。他还发现，如果调整初级线圈与次级线圈的相对位置，火花会有明显的变化，而且当次级线圈在某些位置上时就根本不会产生电火花。赫兹犹如醍醐灌顶，心头一亮：既然初级线圈中的振荡电流能激起次级线圈的电火花，那么它应当具有使介质产生位移电流的能力；根据麦克斯韦的理论，这种位移电流也应是迅变的或振荡的，它反过来又会影响次级线圈，使它产生的电火花发生明显的强弱变化。

赫兹敏锐地感觉到，解决柏林科学院竞赛题的时机到来了。7 年前，他认为借助于当时的设备和条件不可能会解决这个问题，因而放弃了深入研究；现在，无心插柳柳成荫，他开始信心百倍地去攻克它了。

用文字把这个创造性的实验过程表述出来是很困难的，也是很枯燥的； 但为了说明赫兹的伟大成就，舍此之外，又别无良策。我们只好尽量简单地回顾一下这一创举。

偶然的发现激起了赫兹作进一步研究的欲望，但现有的仪器无法满足需要，他只能自己亲自动手设计制造实验工具。他巧妙地设计了一种直线型开放振荡器来代替黎斯线圈中的初级线圈，具体做法是：将一根短而直的导线截为两段，截口处形成火花隙，两段导线的外端分别都焊上一个金属球和一

块金属板，以增加振子的电容。当时还无法对这种振子的频率做出精确的计算，但赫兹根据英国物理学家开耳芬的振荡周期公式对这种振子作了粗略的估算，发现该振荡器的频率极高，足以使次级线圈产生电火花和使附近的介质极化。直线振荡器使赫兹的实验很快有了结果。1886 年 12 月 2 日，他惊喜地发现，在两个电振荡器之间成功地引起了共振，这一现象与传统的远距作用论是矛盾的。3 天后，赫兹把自己的一份实验观察报告寄给了恩师赫尔姆霍茨，并说：“我已成功地、毫无差错地显示了直线电流的感应作用，我冒昧地希望用这种方法能够解决与这个现象有关的一两个问题。”

为了进行下一步实验，赫兹于 1887 年又在直线型振荡器的基础上设计了一台“感应平衡器”。感应平衡器除包括直线振荡器外，还有一个电磁谐振器，它起检验器的作用，相当于黎线管中的次级丝圈。电磁谐振器是一个有断口（火花隙）的导体圈，断口的两个端点上各安置了一个小圆珠，可以用螺丝调整它们之间的距离。实验时，给直线振荡器输入脉动电流，使之起振， 同时调整谐振器的位置，直到它的火花隙不产生火花时为止。如果这时将一块金属挪近感应平衡器，谐振器会重新发射出电火花。这是由于金属块感应出变化的电流，从而产生了一个附加电磁场作用于谐振器的结果。也就是说， 直线振荡器产生的电磁波激起金属块中的感生电流，这种感生电流又发射出一种附加电磁波，致使谐振器的“平衡”状态被破坏，因而产生出电火花。

接下来，赫兹便要用实验证明，感应平衡器中的直线振荡器的振荡不仅能使金属产生迅变的感生电流，也应当能使附近的介质块产生极速的交替极化，从而产生迅变的位移电流。如果麦克斯韦的理论预言正确的话，这种位移电流非但能够产生，而且必定要反过来影响感应平衡器的平衡。因为有了感应平衡器，赫兹的实验便很容易地得出结果了。他先后用沥青块、纸、干木、砂石、硫黄、石蜡以及盛着 45 升汽油的橡皮槽等绝缘体介质做实验，都产生了位移电流，并对感应平衡器的平衡状态造成了一定的破坏。

此时，已是 1887 年的 10 月了。长期实验的劳累被成功的喜悦一扫而光， 赫兹清楚，自己已成功地解答了柏林科学院的竞赛题；不仅如此，实验的成功，将有助于确立真正科学的电磁学理论：即法拉第—麦克斯韦理论。赫兹怀着激动的心情，把他的实验成果写入《论绝缘体中电扰动产生的电磁效应》一文中，并于 11 月 5 日将此文寄给了赫尔姆霍茨，请他提交柏林科学院。

11 月 8 日，赫兹收到了来自柏林的一张明信片：“手稿已收到。好！！ 星期四我将手稿交付排印。海尔曼·冯·赫尔姆霍茨。”

这年年底，赫兹在柏林科学院的院会上向人们宣布：他成功地解决了1879 年设立的竞赛题，并证明了麦克斯韦位移电流预言的正确性。此外，他还发现，传播在磁源以外空间的电磁场，实际上就是麦克斯韦早就预言的电磁波。