TORİma Akademi Logo TORİma Akademi
Heinrich Hertz
Bilim

Heinrich Hertz

TORİma Akademi — Fizikçi

Heinrich Hertz

Heinrich Hertz

Heinrich Rudolf Hertz (acı veriyor; Almanca: [hɛʁts]; 22 Şubat 1857 - 1 Ocak 1894), ilk kez varlığını kesin olarak kanıtlayan bir Alman fizikçiydi.

Heinrich Rudolf Hertz ( acıyor; Almanca: [hɛʁts] ; 22 Şubat 1857 - 1 Ocak 1894), James Clerk Maxwell'in elektromanyetizma denklemleriyle teorileştirildiği şekliyle elektromanyetik dalgaların varlığını kesin olarak kanıtlamasıyla tanınan bir Alman fizikçiydi.

Heinrich Rudolf Hertz (canımı acıtıyor; Almanca: [hɛʁts]; 22 Şubat 1857 - 1 Ocak 1894) James Clerk tarafından önerilen elektromanyetik dalgaların varlığını kesin olarak kanıtlayan bir Alman fizikçiydi. Maxwell'in elektromanyetizma denklemleri.

Biyografi

Heinrich Rudolf Hertz, 22 Şubat 1857'de Hamburg'da, avukat ve politikacı Gustav Ferdinand Hertz ile Anna Elisabeth Pfefferkorn'un oğlu olarak dünyaya geldi.

Hamburg'daki Gelehrtenschule des Johanneums'taki eğitimi sırasında Hertz, Arapça dahil olmak üzere hem bilimsel disiplinlerde hem de dillerde yeterlilik sergiledi. Bilim ve mühendislik alanındaki yüksek öğrenimini Dresden, Münih ve Berlin'de gerçekleştirdi ve burada Gustav Kirchhoff ve Hermann von Helmholtz gibi önde gelen isimlerin danışmanlığını yaptı. Hertz doktora derecesini aldı. 1880'de Berlin Üniversitesi'nden mezun oldu ve ardından Helmholtz'un asistanı olarak üç yıl doktora sonrası araştırma yaptı. 1883'te Kiel Üniversitesi'nde teorik fizik dersini kabul etti ve ardından 1885'te Karlsruhe Üniversitesi'ne profesör olarak atandı.

1886'da Hertz, Karlsruhe'de geometri hocası olan Max Doll'un kızı Elisabeth Doll ile evlendi. Çiftin iki kızı vardı: 20 Ekim 1887'de doğan Johanna ve 14 Ocak 1891'de doğan ve daha sonra biyolog olarak öne çıkan Mathilde. Hertz, elektromanyetik dalgalarla ilgili ufuk açıcı araştırmalarını bu dönemde gerçekleştirdi.

3 Nisan 1889'da Hertz, Bonn Üniversitesi'nde fizik profesörü ve fizik enstitüsü müdürü rolünü üstlendi ve bu görevini ölümüne kadar sürdürdü. Görev süresi boyunca teorik mekaniğe odaklandı ve katkıları ölümünden sonra 1894'te Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange dargestellt (Yeni Bir Formda Sunulan Mekaniğin İlkeleri) adlı kitapla yayınlandı.

Bilimsel Çalışma

Elektromanyetik Dalgalar

1864 yılında İskoç matematiksel fizikçi James Clerk Maxwell, daha sonra Maxwell denklemleri olarak bilinen kapsamlı bir elektromanyetizma teorisini ortaya attı. Bu teori, birbirine bağlı elektrik ve manyetik alanların uzayda "elektromanyetik dalgalar" olarak yayılabileceğini öne sürüyordu. Maxwell ayrıca ışığın kısa dalga boylu elektromanyetik dalgalardan oluştuğunu varsaydı; ancak bunun deneysel olarak doğrulanması veya diğer dalga boylarında elektromanyetik dalgaların üretilmesi ve saptanması hala elde edilmesi zor bir konu olarak kaldı.

1879'da, Hertz'in akademik çalışmaları sırasında Helmholtz, Hertz'in doktora tezinin Maxwell'in teorisini deneysel olarak doğrulamaya odaklanmasını önerdi. Aynı zamanda Helmholtz, Maxwell'in çerçevesi tarafından tahmin edilen bir olgu olan yalıtkanların polarizasyonu ve depolarizasyonunda elektromanyetik etkiyi ampirik olarak gösterebilen herkese Prusya Bilimler Akademisi'nde "Berlin Ödülü"nü vermişti. Helmholtz, Hertz'i bu ödülün en olası alıcısı olarak görüyordu. Bununla birlikte Hertz, gerekli aparatların yapımında algılanan zorluk nedeniyle başlangıçta deneysel zorluğun çok zorlu olduğunu düşündü ve bunun yerine elektromanyetik indüksiyonu araştırmayı tercih etti. Bununla birlikte Hertz, Kiel'deki görev süresi boyunca Maxwell denklemlerinin bir analizini gerçekleştirdi ve bu denklemlerin o zamanlar baskın olan "uzaktan eylem" teorileriyle karşılaştırıldığında üstün geçerliliğini doğruladı.

1886 sonbaharında, Karlsruhe'de profesör olarak atanmasının ardından Hertz, Riess spiralleriyle deneyler yaparken Leyden kavanozunu bir bobine boşaltmanın diğer bobinde kıvılcım oluşturduğunu gözlemledi. Bu gözlem ona bir aparat inşa etmek için kavramsal bir çerçeve sağladı ve böylece Maxwell'in teorisinin deneysel olarak doğrulanmasıyla ilgili 1879 "Berlin Ödülü" sorununu çözmesine olanak sağladı (ödülün 1882'de talep edilmeden geçmiş olmasına rağmen). Radyatör için, kapasitans sağlamak için dış uçlara çinko küreler iliştirilmiş, iç uçlarında bir kıvılcım aralığıyla ayrılmış iki aynı doğrultuda bir metrelik telden oluşan çift kutuplu bir anten kullandı. Bu antene Ruhmkorff bobini tarafından üretilen yaklaşık 30 kilovoltluk yüksek voltaj darbeleri ile enerji verildi. Bu dalgaları, terminalleri arasında mikrometrelik bir kıvılcım aralığı ile donatılmış rezonanslı tek döngülü bir anten kullanarak tespit etti. Bu önemli deney, artık çok yüksek frekanslı radyo dalgaları olarak kabul edilen dalgaları başarıyla oluşturup aldı.

Hertz, 1886 ile 1889 yılları arasında bir dizi deney gerçekleştirdi; bu deneyler, gözlemlenen olayların Maxwell'in teorik elektromanyetik dalgalarına atfedilebileceğini doğruladı. Kasım 1887'de "Yalıtkanlardaki Elektriksel Bozulmaların Oluşturduğu Elektromanyetik Etkiler Üzerine" adlı yayınıyla başlayan Hertz, Berlin Akademisi'ndeki Helmholtz'a çok sayıda makale sundu. Bu sunumlar, boş uzayda belirli bir mesafe boyunca sonlu bir hızla yayılan enine elektromanyetik dalgaları gösteren 1888 makaleyi içeriyordu. Hertz'in deney düzeneğinde, elektrik ve manyetik alanlar tellerden enine dalgalar halinde yayılıyor. Durağan dalgalar oluşturmak için Hertz, çinko yansıtıcı plakadan yaklaşık 12 metre uzağa stratejik olarak bir osilatör yerleştirdi. Her dalga yaklaşık 4 metre uzunluğundaydı. Bir halka dedektörü kullanarak dalganın büyüklüğündeki ve yön bileşenlerindeki değişiklikleri belgeledi. Hertz, Maxwell dalgalarını başarıyla ölçtü ve hızlarının ışık hızına karşılık geldiğini tespit etti. Ayrıca Hertz, bu dalgaların elektrik alan yoğunluğunu, polarizasyonunu ve yansıma özelliklerini ölçtü. Bu araştırmalar, Maxwell denklemlerine bağlı kalarak hem ışığın hem de bu dalgaların elektromanyetik radyasyon formları oluşturduğunu kesin olarak gösterdi.

Hertz, radyo dalgası deneylerinin pratik sonuçlarını tam olarak kavrayamadı ve şunu belirtti:

Hiçbir faydası yok... bu sadece Maestro Maxwell'in teorilerini doğrulayan bir deney teşkil ediyor; çıplak gözle algılanamayan ama yine de mevcut olduğu inkar edilemez bu esrarengiz elektromanyetik dalgalara sahibiz.

Keşiflerinin potansiyel uygulamaları sorulduğunda Hertz şu yanıtı verdi:

Hiçbir şey sanırım.

Hertz'in havadaki elektromanyetik dalgaları kesin olarak göstermesi, radyasyonun bu yeni formuyla ilgili deneylerin hızlı bir şekilde genişlemesini katalize etti. Başlangıçta "Hertz dalgaları" olarak adlandırılan bu isimlendirme, "radyo dalgaları"nın standart terminoloji haline geldiği yaklaşık 1910 yılına kadar devam etti. Altı yıl içinde Guglielmo Marconi, radyo dalgalarına dayalı bir kablosuz telgraf sisteminin geliştirilmesini başlattı ve bu, daha sonra radyo iletişiminin yaygın şekilde benimsenmesini kolaylaştırdı.

Katot Işınları

1883'te Hertz, katot ışınlarının elektriksel nötrlüğünü göstermeye çalıştı ve elektrostatik alan içinde sapmanın kesin olarak yokluğu olarak yorumladığı şeyi gözlemledi. Bununla birlikte, J. J. Thomson'ın 1897'de açıkladığı gibi Hertz, saptırıcı elektrotları tüpün oldukça iletken bir bölgesine konumlandırmıştı ve bu da yüzeylerinin yakınında önemli bir tarama etkisi yaratmıştı.

İlk çalışmasından dokuz yıl sonra Hertz, katot ışınlarının alüminyum gibi son derece ince metal folyolara nüfuz etme yeteneğine sahip olduğunu göstererek daha ileri deneylere başladı. Heinrich Hertz'in öğrencisi Philipp Lenard, bu araştırmayı "ışın etkisi"ni kapsayacak şekilde genişletti. Lenard, değiştirilmiş bir katot tüpü tasarladı ve çeşitli malzemelerin X ışınlarıyla nüfuzunu inceledi. Ancak Lenard, X-ışınları ürettiğinin farkında değildi. Hermann von Helmholtz, Röntgen'in keşfinden ve kamuoyuna duyurulmasından önce bir dağılım teorisi öne sürerek, X ışınlarına ilişkin matematiksel denklemler geliştirdi. Bu teori, ışığın elektromanyetik teorisine dayanıyordu (Wiedmann's Annalen, Cilt XLVIII). Yine de Helmholtz gerçek X ışınlarıyla deneyler yapmadı.

Fotoelektrik Etkisi

Hertz, yüklü nesnelerin ultraviyole (UV) radyasyona maruz kaldığında daha hızlı boşaldığını gözlemleyerek daha sonra Albert Einstein tarafından açıklanan bir olgu olan fotoelektrik etkinin oluşumuna katkıda bulundu. 1887'de hem fotoelektrik etki hem de elektromanyetik (EM) dalgaların oluşumu ve alımıyla ilgili gözlemleri Annalen der Physik dergisinde belgelendi. Alıcı aparatı, EM dalgalarının tespiti üzerine görünür bir kıvılcım üretecek şekilde tasarlanmış, bir kıvılcım aralığı ile donatılmış bir bobinden oluşuyordu. Kıvılcımın görünürlüğünü arttırmak için Hertz, kurulumu karartılmış bir kutu içine aldı. Cihaz kutunun içinde tutulduğunda maksimum kıvılcım uzunluğunun azaldığını belirtti. EM dalga kaynağı ile alıcı arasına yerleştirilen bir cam panel UV radyasyonunu emdi, bu da boşluk boyunca elektron transferini kolaylaştırdı. Bu panelin çıkarılmasıyla kıvılcım uzunluğu arttı. Tersine, cam yerine kuvars kullanıldığında, kuvarsın UV radyasyonuna karşı şeffaflığı nedeniyle kıvılcım uzunluğunda herhangi bir azalma gözlemlenmedi. Hertz, aylarca süren araştırmasını tamamladı ve bulgularını yaydı. Ancak ne bu etkiyle ilgili daha fazla araştırma yaptı ne de gözlemlenen olaya bir açıklama getirmeye çalıştı.

İletişim Mekaniği

1881 ve 1882'de Hertz, daha sonra temas mekaniği olarak bilinen konu hakkında ufuk açıcı iki makale yayınladı ve bu alanda daha sonraki teorik gelişmeler için önemli bir temel oluşturdu. Joseph Valentin Boussinesq, Hertz'in çalışması üzerine kritik derecede önemli gözlemler sağladı ve böylece bu araştırmanın temas mekaniği alanındaki büyük önemini pekiştirdi. Hertz'in çalışması, temel olarak iki eksenel simetrik nesnenin yük altında temas ettirildiğinde davranışını aydınlattı ve klasik esneklik teorisine ve sürekli ortam mekaniğine dayalı sonuçlar elde etti. Teorisinin dikkate değer bir sınırlaması, iki katı arasında herhangi bir yapışma kuvvetinin ihmal edilmesiydi; bu faktör, kurucu malzemeler yüksek esneklik sergiledikçe giderek daha önemli hale geliyor. Ancak, tespitine yönelik deneysel yöntemlerin bulunmaması göz önüne alındığında, o zamanlar yapışmanın ihmal edilmesi anlaşılabilir bir durumdu.

Hertz, teorisini formüle etmek için, kürenin uyguladığı eliptik basınç dağılımını varsaymanın temeli olarak, bir cam küre bir merceğin üzerine yerleştirildiğinde oluşan eliptik Newton halkalarının gözlemlerini kullandı. Daha sonra kürenin merceğe doğru yer değiştirmesini hesaplayarak teorisini deneysel olarak doğrulamak için Newton halkaları olgusunu kullandı. 1971'de Kenneth L. Johnson, K. Kendall ve A. D. Roberts (JKR), Hertz'in teorisini, yapışma varlığında teorik yer değiştirmeyi veya girinti derinliğini hesaplamak için temel bir unsur olarak benimsedi. Hertz'in orijinal teorisi, malzemeler arasında sıfır yapışma varsayılarak formülasyonlarından türetilebilir. Benzer şekilde, 1975'te B. V. Derjaguin, V. M. Muller ve Y. P. Toporov, araştırma camiasında DMT teorisi olarak bilinen ve her ne kadar farklı temel varsayımlar kullansa da sıfır yapışma varsayımı altında Hertz'in formülasyonlarını kurtaran alternatif bir teori yayınladı. DMT teorisinin başlangıçta olgunlaşmamış olduğu ortaya çıktı ve JKR teorisinin yanında başka bir geçerli malzeme teması teorisi olarak kabul edilmeden önce birkaç revizyon gerektirdi. Hem DMT hem de JKR teorileri temas mekaniğinin temel ilkelerini oluşturur, tüm geçiş temas modellerinin temelini oluşturur ve nanoindentasyon ve atomik kuvvet mikroskobu için malzeme parametre tahmininde uygulanır. Bu modeller triboloji alanında merkezi bir öneme sahiptir ve Duncan Dowson'un Hertz'i 23 "Triboloji Adamı" arasında göstermesine yol açmıştır. Hertz'in mütevazi bir şekilde önemsiz olarak değerlendirdiği elektromanyetizma üzerine yaptığı anıtsal çalışmadan önce gelmesine rağmen, temas mekaniği üzerine yaptığı araştırma, nanoteknoloji çağını ilerletmede etkili olmuştur.

Hertz ayrıca, stres dalgalarının iletiminin neden olduğu, kırılgan katılarda gözlemlenen özel bir kırılma modu olan "Hertz konisini" de tanımladı.

Meteoroloji

Hertz, hayatı boyunca meteorolojiye derin bir ilgi duydu. Bu ilgi muhtemelen 1878 yazında Münih Politeknik'teki bir laboratuvar kursu sırasında profesör olarak görev yapan Wilhelm von Bezold ile olan etkileşimlerinden kaynaklanıyordu. Hertz, Berlin'de Helmholtz'a yardım ederken, sıvı buharlaşması, yeni bir higrometrenin geliştirilmesi ve adyabatik değişimler altında nemli havanın özelliklerini belirlemek için grafiksel bir yöntem üzerine araştırmaları kapsayan birkaç küçük makaleyle alana katkıda bulundu.

Bilim felsefesi

1894 tarihli incelemesi Mekaniğin Prensipleri'nin girişinde Hertz, kendi döneminde fiziği temsil etmek için kullanılan çeşitli "resimleri" veya kavramsal çerçeveleri eleştirel bir şekilde inceledi. Bunlar arasında Newton mekaniği çerçevesi (kütle ve kuvvetlere odaklanan), ikinci bir çerçeve (enerji korunumu ve Hamilton ilkesine dayanan) ve kendi önerdiği çerçeve (benzersiz bir şekilde uzay, zaman, kütle ve Hertz ilkesine dayanan) vardı. Bu çerçeveleri 'caizlik', 'doğruluk' ve 'uygunluk' açısından değerlendirdi. Hertz "boş varsayımları" ortadan kaldırmayı hedefledi ve Newton'un kuvvet kavramına, özellikle de uzaktan etki kavramına meydan okudu. Hertz'in çalışmalarından derinden etkilenen filozof Ludwig Wittgenstein, 1921 tarihli Tractatus Logico-Philosophicus'unda bu resim teorisini kapsamlı bir resim teorisine dönüştürdü ve bu daha sonra mantıksal pozitivizmi etkiledi. Wittgenstein, Mavi ve Kahverengi Kitaplar'ında Hertz'e ayrıca atıfta bulundu.

Ölüm

1892'de Hertz'e şiddetli migren ağrılarının ardından cerrahi müdahale gerektiren bir enfeksiyon tanısı konuldu. Daha sonra durumunu hafifletmeyi amaçlayan bu operasyonlardan kaynaklanan komplikasyonlara yenik düştü. Albrecht Fölsing'in 1997 yılında Hertz'in günlüğünden ve kapsamlı aile yazışmalarından yararlanan biyografisi, hastalığının muhtemelen 45 yıl sonrasına kadar resmi olarak tanınmayan bir hastalık olan polianjiit ile birlikte granülomatoz olduğunu öne sürüyor. Hertz, 1 Ocak 1894'te 36 yaşındayken Bonn'da vefat etti ve Hamburg'daki Ohlsdorf Mezarlığı'na defnedildi.

Hertz'in karısı Elisabeth Hertz (née Doll; 1864–1941), onun ölümünden sonra bekar kaldı. İki kızı Johanna (1887–1967) ve Mathilde (1891–1975) tarafından hayatta kaldı. Hertz'in ne kızı evli ne de çocuğu olduğundan, yaşayan doğrudan torunları yok.

Üçüncü Reich döneminde zulüm

Ailesinin doğumundan yirmi yıl önce Yahudilikten Lutherciliğe geçmesine rağmen Hertz'in mirası, 1930'larda bireyleri dini bağlılıktan ziyade algılanan "ırk"a göre sınıflandıran Nazi hükümetinin muhalefetiyle karşılaştı.

Hertz'in adı kamusal alanlardan ve akademik kurumlardan sistematik olarak silindi. Ayrıca onun onuruna kurulan frekans birimi Hertz'in, (Hz) sembolü korunarak Hermann von Helmholtz olarak yeniden adlandırılması için çaba gösterildi.

Ailesi de Aryan olmayan olarak sınıflandırıldıkları için zulümle karşı karşıya kaldı. Hertz'in en küçük kızı Mathilde, Nazilerin iktidara gelmesinin ardından Berlin Üniversitesi'ndeki okutmanlığından çıkarıldı. Birkaç yıl içinde o, kız kardeşi ve anneleri Almanya'dan göç edip İngiltere'ye yerleştiler.

Miras ve Onurlar

Heinrich Hertz'in yeğeni Gustav Ludwig Hertz, Nobel Ödülü sahibiydi ve Gustav'ın oğlu Carl Helmut Hertz, tıbbi ultrasonografiyi icat etmesiyle tanınır. Kızı Mathilde Carmen Hertz, biyolog ve karşılaştırmalı psikolog olarak tanındı. Ayrıca, Hertz'in torunu, Karlsruhe Üniversitesi'nde profesör olan Hermann Gerhard Hertz, NMR spektroskopisine öncülük etti ve 1995'te Hertz'in laboratuvar notlarını yayınladı.

Uluslararası Elektroteknik Komisyonu, 1930'da Hertz'i onurlandırmak için SI birimi hertz (Hz)'i kurdu ve bunu bir olayın saniyedeki tekrar sayısını ölçen frekans birimi olarak tanımladı. Conférence générale des poids et mesures (CGPM) bu birimi resmi olarak 1960 yılında benimsedi ve böylece daha önceki "saniye başına döngü" (cps) tanımının resmi olarak yerini aldı.

Heinrich-Hertz Salınım Araştırma Enstitüsü 1928'de Berlin'de kuruldu. Bu kurum şu anda Fraunhofer Telekomünikasyon Enstitüsü, Heinrich Hertz Enstitüsü, HHI.

1969'da Doğu Almanya, Heinrich Hertz anısına bir madalya verdi.

1987'de kurulan IEEE Heinrich Hertz Madalyası, her yıl "Hertz dalgalarındaki olağanüstü başarılar için [...] doğası gereği teorik veya deneysel olan başarılar için bir bireye her yıl verilir" olarak verilir.

Milimetre Altı Radyo Arizona, Graham Dağı'nda bulunan ve 1992'de tamamlanan Telescope, onun adını taşıyor.

Ay'ın uzak tarafında, doğu kanadının hemen ötesinde yer alan Hertz kraterine onun adı verilmiştir.

2012'deki doğum gününde Google, ana sayfasında hayatının çalışmalarından ilham alan bir Google doodle'ı yayınlayarak Hertz'i anmıştır.

Çalışmalar

Kitaplar