赫兹的实验装置极为简单,主要是由他设计的电磁波发射器和探测器组成,但这拉开了无线电运用的序幕,成为了后来无线电发射器和接收器的开端 。如图9-9所示,两块锌板,每块都连着一根端上装着铜球的铜棒,两个铜球离得很近 。两根铜棒分别与高压感应圈的两个电极相连,这就是电磁波发生器 。在离发生器10米远的地方放着电磁波探测器,那是一个弯成环状、两端装有铜球的铜棒,两个铜球间的距离可用螺旋调节 。
图9-9 赫兹实验示意图
如果麦克斯韦是对的话,那么合上电源开关时,发射器的两个铜球之间就会闪出耀眼的火花,产生一个振荡的电场,同时引发一个向外传播的电磁波,在空中飞越穿行,到达接收器,在那里感生一个振荡的电动势,从而在接收器的开口处也同样激发出电火花来 。
实验室里,赫兹把门窗遮得严严实实,不让一丝光线射进来 。他再一次紧张地调节着探测器的螺丝,让两个铜球越靠越近 。突然,两个铜球的空隙也跳跃着微弱的电火花,一次,两次,三次,他的眼睛没有看错,这就是电磁波!两年来,历经千百次探究,赫兹终于成功用实验证明了电磁波的存在 。此后,再也没有人怀疑麦克斯韦的理论 。
比这个更值得欣喜的是,1888年的初春,赫兹通过其他实验证明了光是一种电磁现象,可见光仅仅只是电磁波的一种 。
在麦克斯韦年代尚属完全未知的不可见光,经赫兹的开拓性研究带来了无线电波后,不可见光在后世可是发挥了巨大威力,演化成了现代科技的源泉 。正如赫兹所感慨的:“麦克斯韦方程组远比它的发现者还要聪明 。”
以后人的角度来看,这组方程的最大贡献在于明确解释了电磁波怎样在空间传播 。
根据法拉第感应定律,变化的磁场会生成电场;根据麦克斯韦-安培定律,变化的电场生又成了磁场,正是这不停的循环使得电磁波能够自我传播,如图9-10所示 。
图9-10 电磁波
但这种对物质世界的新描绘,打破了当时固有的思维,引起一片哗然 。
光的本性是什么?究竟粒子还是波?有关这一问题,人类已喋喋不休地争论了几个世纪 。第一次波粒大战发生在17世纪,牛顿以“光的色散实验”直捣胡克站台的波动说,那时,胡克已垂垂老矣,禁不起再三折腾,于是,波动说就这样被牛顿打入冷宫100多年 。
直到托马斯·杨的双缝干涉实验的出现,才吹响了第二次波粒战争的号角,波动说卧薪尝胆多年也终于找到了绝地反击的机会 。尤其在麦克斯韦预言“光是一种波”以及这一预言为赫兹的实验所证实后,波动说更是意气风发,把微粒说弄得灰头土脸 。
当时,麦克斯韦提出:电可以变成磁,磁可以变成电,电和磁的这种相互转化和震荡不就是一种波吗?电磁场的振荡是周期存在的,这种振荡叫电磁波,一旦发出就会通过空间向外传播 。但更神奇的是,当他用方程计算电磁波的传播速度时,结果接近300000公里/秒,恰与光的传播速度一致 。这显然不只是个巧合 。
电磁扰动就是光,光在本质上不过是电场和磁场的扰动 。
借助麦克斯韦的这一睿智洞察和后来赫兹铁证如山的验证,人类成功地在认识光的本性上跨越了一大步 。波动说也开始开疆扩土,太阳光不过只是电磁波的一种可见的辐射形态 。不限于普通光线,我们可以向不可见光进军,从无线电波到微波,从红外线到紫外线,从X射线到Y射线……将这些电磁波按照波长或频率的顺序排列起来,就形成了电磁波谱 。
而后,无线电波用于通信、微波用于微波炉、红外线用于遥控、紫外线用于医用消毒……这些不同形式的“光”逐渐组成了现代科技的根基 。因此可以说,如果没有麦克斯韦,收音机、电视、雷达、电脑等有关电磁波的东西都将不复存在 。
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