היינריך הרץ
היינריך רודולף הרץ (Heinrich Rudolf Hertz; 22 בפברואר 1857 – 1 בינואר 1894) היה פיזיקאי גרמני שהיה הראשון להוכיח באופן חד-משמעי את קיומם של גלים אלקטרומגנטיים, כפי שחזה ג'יימס קלרק מקסוול במשוואות האלקטרומגנטיות שלו.
ביוגרפיה
היינריך רודולף הרץ נולד ב-22 בפברואר 1857 בהמבורג, בנם של גוסטב פרדיננד הרץ, עורך דין ופוליטיקאי, ואנה אליזבת פפרקורן.
במהלך לימודיו בגימנסיה 'גלהרטנשולה דס יוהאנום' (Gelehrtenschule des Johanneums) בהמבורג, הפגין הרץ כישרון למדעים ולשפות, ואף למד ערבית. הוא למד מדעים והנדסה בערים הגרמניות דרזדן, מינכן וברלין, שם למד תחת גוסטב קירכהוף והרמן פון הלמהולץ. בשנת 1880 קיבל הרץ את הדוקטורט שלו מאוניברסיטת ברלין, ובשלוש השנים הבאות נשאר למחקר פוסט-דוקטורט תחת הלמהולץ, כשהוא משמש כעוזרו. בשנת 1883 קיבל הרץ משרה כמרצה לפיזיקה תיאורטית באוניברסיטת קיל. בשנת 1885 הפך הרץ לפרופסור מן המניין באוניברסיטת קרלסרוהה.
בשנת 1886 נשא הרץ לאישה את אליזבת דול, בתו של מקס דול, מרצה לגיאומטריה בקרלסרוהה. לזוג נולדו שתי בנות: יוהאנה, שנולדה ב-20 באוקטובר 1887, ומתילדה, שנולדה ב-14 בינואר 1891, אשר הפכה לימים לביולוגית בולטת. בתקופה זו ערך הרץ את מחקריו פורצי הדרך על גלים אלקטרומגנטיים.
הרץ מונה לפרופסור לפיזיקה ומנהל המכון לפיזיקה באוניברסיטת בון ב-3 באפריל 1889, תפקיד בו החזיק עד מותו. בתקופה זו עבד על מכניקה תיאורטית, ועבודתו פורסמה בספר 'עקרונות המכניקה המוצגים בהקשר חדש' (Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange dargestellt), שפורסם לאחר מותו בשנת 1894.
עבודה מדעית
### גלים אלקטרומגנטיים
בשנת 1864 הציע הפיזיקאי המתמטי הסקוטי ג'יימס קלרק מקסוול תיאוריה מקיפה של אלקטרומגנטיות, הידועה כיום כמשוואות מקסוול. התיאוריה של מקסוול חזתה ששדות חשמליים ומגנטיים מצומדים יכולים לנוע בחלל כ"גל אלקטרומגנטי". מקסוול הציע שהאור מורכב מגלים אלקטרומגנטיים בעלי אורך גל קצר, אך איש לא הצליח להוכיח זאת, או ליצור ולזהות גלים אלקטרומגנטיים באורכי גל אחרים.
במהלך לימודיו של הרץ ב-1879, הציע הלמהולץ שהדיסרטציה לדוקטורט של הרץ תעסוק בבדיקת התיאוריה של מקסוול. הלמהולץ הציע באותה שנה גם את בעיית "פרס ברלין" באקדמיה הפרוסית למדעים לכל מי שיצליח להוכיח ניסויית אפקט אלקטרומגנטי בקיטוב ובדה-קיטוב של מבודדים, דבר שחזה התיאוריה של מקסוול. הלמהולץ היה בטוח שהרץ הוא המועמד הסביר ביותר לזכות בו. מכיוון שלא ראה דרך לבנות מכשיר לבדיקה ניסויית של העניין, חשב הרץ שהדבר קשה מדי ועבד במקום זאת על השראה אלקטרומגנטית. הרץ אכן הפיק ניתוח של משוואות מקסוול במהלך תקופתו בקיל, והראה שיש להן תוקף רב יותר מאשר לתיאוריות "פעולה מרחוק" שהיו נפוצות אז.
בסתיו 1886, לאחר שקיבל את הפרופסורה בקרלסרוהה, התנסה הרץ עם זוג ספירלות ריס (Riess spirals) והבחין שפריקת צנצנת ליידן לתוך אחד הסלילים יצרה ניצוץ בסליל השני. עם רעיון כיצד לבנות מכשיר, היו להרץ כעת האמצעים להמשיך בבעיית "פרס ברלין" מ-1879 על הוכחת התיאוריה של מקסוול (אף שהפרס עצמו פג ולא נדרש ב-1882). הוא השתמש באנטנת דיפול המורכבת משני תיילים קוליניאריים באורך מטר עם מרווח ניצוץ בין קצותיהם הפנימיים, וכדורי אבץ מחוברים לקצוות החיצוניים עבור קיבול, כמשדר. האנטנה הופעלה על ידי פולסים של מתח גבוה של כ-30 קילו-וולט שהופעלו בין שני הצדדים מסליל רומקורף. הוא קלט את הגלים באמצעות אנטנת לולאה בודדת מהדהדת עם מרווח ניצוץ מיקרומטרי בין הקצוות. ניסוי זה יצר וקלט את מה שנקרא כיום גלי רדיו בטווח התדרים הגבוה מאוד.
בין 1886 ל-1889 ערך הרץ סדרת ניסויים שיוכיחו שהאפקטים שראה הם תוצאות של הגלים האלקטרומגנטיים שחזה מקסוול. החל מנובמבר 1887 עם מאמרו "על אפקטים אלקטרומגנטיים המיוצרים על ידי הפרעות חשמליות במבודדים", שלח הרץ סדרת מאמרים להלמהולץ באקדמיה של ברלין, כולל מאמרים ב-1888 שהראו גלים אלקטרומגנטיים רוחביים בחלל חופשי הנעים במהירות סופית לאורך מרחק. במכשיר שבו השתמש הרץ, השדות החשמליים והמגנטיים הוקרנו הרחק מהתיילים כגלים רוחביים. הרץ הציב את המתנד כ-12 מטרים מלוח מחזיר מאבץ כדי לייצר גלים עומדים. כל גל היה באורך של כ-4 מטרים. באמצעות גלאי הטבעת, הוא תיעד כיצד עוצמת הגל וכיוון הרכיב השתנו. הרץ מדד את גלי מקסוול והדגים שמהירות גלים אלו שווה למהירות האור. עוצמת השדה החשמלי, הקיטוב וההחזרה של הגלים נמדדו גם הם על ידי הרץ. ניסויים אלו ביססו שאור וגלים אלו הם שניהם צורות של קרינה אלקטרומגנטית המצייתת למשוואות מקסוול.
הרץ לא הבין את החשיבות המעשית של ניסויי גלי הרדיו שלו. הוא הצהיר כי,
> זה חסר תועלת לחלוטין... זה רק ניסוי שמוכיח שהמאסטרו מקסוול צדק – פשוט יש לנו את הגלים האלקטרומגנטיים המסתוריים האלה שאנחנו לא יכולים לראות בעין בלתי מזוינת. אבל הם שם.
כשנשאל על היישומים של תגליותיו, השיב הרץ,
> שום דבר, אני מניח.
הוכחתו של הרץ לקיומם של גלים אלקטרומגנטיים הנישאים באוויר הובילה לפיצוץ של ניסויים בצורה חדשה זו של קרינה אלקטרומגנטית, שנקראה "גלי הרץ" עד סביבות 1910, אז הפך המונח "גלי רדיו" לנפוץ. בתוך 6 שנים החל גוליילמו מרקוני לפתח מערכת טלגרפיה אלחוטית מבוססת גלי רדיו, מה שהוביל לשימוש נרחב בתקשורת רדיו.
### קרני קתודה
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →בשנת 1883 ניסה הרץ להוכיח שקרני קתודה הן ניטרליות חשמלית וקיבל מה שפירש כהיעדר מוחלט של סטייה בשדה אלקטרוסטטי. עם זאת, כפי שהסביר ג'יי ג'יי תומסון ב-1897, הרץ הציב את אלקטרודות ההטיה באזור מוליך מאוד של השפופרת, מה שהוביל לאפקט סיכוך חזק קרוב לפני השטח שלהן.
תשע שנים מאוחר יותר, החל הרץ להתנסות והדגים שקרני קתודה יכולות לחדור רדיד מתכת דק מאוד (כמו אלומיניום). פיליפ לנארד, תלמידו של היינריך הרץ, חקר עוד את "אפקט הקרניים" הזה. הוא פיתח גרסה של שפופרת הקתודה וחקר את החדירה של חומרים שונים על ידי קרני רנטגן. עם זאת, לנארד לא הבין שהוא מייצר קרני רנטגן. הרמן פון הלמהולץ ניסח משוואות מתמטיות לקרני רנטגן. הוא הציע תיאוריית פיזור לפני שרנטגן עשה את תגליתו והכרזתו. היא עוצבה על בסיס התיאוריה האלקטרומגנטית של האור (Wiedmann's Annalen, כרך XLVIII). עם זאת, הוא לא עבד עם קרני רנטגן בפועל.
### אפקט פוטואלקטרי
הרץ סייע לבסס את האפקט הפוטואלקטרי (שיוסבר מאוחר יותר על ידי אלברט איינשטיין) כאשר הבחין שגוף טעון מאבד את מטענו בקלות רבה יותר כאשר הוא מואר בקרינה אולטרה-סגולה (UV). בשנת 1887, הוא ביצע תצפיות על האפקט הפוטואלקטרי ועל היצירה והקליטה של גלים אלקטרומגנטיים (EM), שפורסמו בכתב העת Annalen der Physik. המקלט שלו כלל סליל עם מרווח ניצוץ, שבו ניתן היה לראות ניצוץ עם זיהוי גלי EM. הוא הציב את המכשיר בתיבה חשוכה כדי לראות את הניצוץ טוב יותר. הוא הבחין שאורך הניצוץ המקסימלי הצטמצם כשהיה בתיבה. לוח זכוכית שהוצב בין מקור גלי ה-EM למקלט ספג UV שסייע לאלקטרונים לקפוץ מעל המרווח. כשהוסר, אורך הניצוץ גדל. הוא לא הבחין בירידה באורך הניצוץ כשהחליף את הזכוכית בקוורץ, שכן קוורץ אינו סופג קרינת UV. הרץ סיכם את חודשי החקירה שלו ודיווח על התוצאות שהתקבלו. הוא לא המשיך לחקור אפקט זה, ולא ניסה להסביר כיצד התופעה שנצפתה התרחשה.
### מכניקת מגע
בשנים 1881 ו-1882 פרסם הרץ שני מאמרים על מה שיהפוך לימים לתחום מכניקת המגע, שהתברר כבסיס חשוב לתיאוריות מאוחרות בתחום. ג'וזף ולנטין בוסינסק פרסם כמה תצפיות חשובות באופן קריטי על עבודתו של הרץ, ובכל זאת ביסס עבודה זו על מכניקת מגע כבעלת חשיבות עצומה. עבודתו מסכמת בעיקרון כיצד שני גופים בעלי סימטריה צירית המוצבים במגע יתנהגו תחת עומס; הוא השיג תוצאות המבוססות על התיאוריה הקלאסית של אלסטיות ומכניקת רצף. הפגם המשמעותי ביותר בתיאוריה שלו היה הזנחת כל טבע של הידבקות בין שני המוצקים, דבר שמתברר כחשוב ככל שהחומרים המרכיבים את המוצקים מתחילים להניח אלסטיות גבוהה. היה זה טבעי להזניח הידבקות באותה עת, שכן לא היו שיטות ניסוייות לבדיקתה.
כדי לפתח את התיאוריה שלו, השתמש הרץ בתצפית שלו על טבעות ניוטון אליפטיות שנוצרו בהנחת כדור זכוכית על עדשה כבסיס להנחה שהלחץ שמפעיל הכדור עוקב אחר התפלגות אליפטית. הוא השתמש ביצירת טבעות ניוטון שוב תוך אימות התיאוריה שלו עם ניסויים בחישוב ההעתק שיש לכדור לתוך העדשה. קנת ל. ג'ונסון, ק. קנדל וא. ד. רוברטס (JKR) השתמשו בתיאוריה זו כבסיס בעת חישוב ההעתק התיאורטי או עומק השקע בנוכחות הידבקות ב-1971. התיאוריה של הרץ משוחזרת מהניסוח שלהם אם מניחים שהידבקות החומרים היא אפס. בדומה לתיאוריה זו, עם זאת, תוך שימוש בהנחות שונות, ב. ו. דריאגין, ו. מ. מולר וי. פ. טופורוב פרסמו תיאוריה נוספת ב-1975, שנודעה בקהילת המחקר כתיאוריית DMT, שגם היא שחזרה את הניסוחים של הרץ תחת ההנחה של הידבקות אפס. תיאוריית DMT זו התבררה כבשלנית מדי ונזקקה למספר תיקונים לפני שהתקבלה כתיאוריית מגע חומרית נוספת בנוסף לתיאוריית JKR. שתי התיאוריות, DMT ו-JKR, מהוות את הבסיס למכניקת מגע שעליה מבוססים כל מודלי המגע המעבריים ומשמשים לחיזוי פרמטרים חומריים בננו-חריצה ובמיקרוסקופיית כוח אטומי. מודלים אלו הם מרכזיים בתחום הטריבולוגיה, והוא נקרא כאחד מ-23 "אנשי הטריבולוגיה" על ידי דאנקן דוסון. למרות שקדמה לעבודתו הגדולה על אלקטרומגנטיות (שאותה הוא עצמו החשיב בצניעותו האופיינית כטריוויאלית), מחקרו של הרץ על מכניקת מגע הקל על עידן הננוטכנולוגיה.
הרץ תיאר גם את "חרוט הרץ", סוג של מצב שבר במוצקים פריכים הנגרם על ידי העברת גלי מאמץ.
### מטאורולוגיה
להרץ תמיד היה עניין עמוק במטאורולוגיה, כנראה שמקורו במגעיו עם וילהלם פון בזולד (שהיה הפרופסור שלו בקורס מעבדה במכון הפוליטכני במינכן בקיץ 1878). כעוזר להלמהולץ בברלין, הוא תרם כמה מאמרים קטנים בתחום, כולל מחקר על אידוי נוזלים, סוג חדש של היגרומטר, ואמצעי גרפי לקביעת התכונות של אוויר לח כאשר הוא נתון לשינויים אדיאבטיים.
### פילוסופיה של המדע
בהקדמה לספרו משנת 1894 'עקרונות המכניקה', דן הרץ ב"תמונות" השונות המשמשות לייצוג הפיזיקה בתקופתו, כולל התמונה של המכניקה הניוטונית (המבוססת על מסה וכוחות), תמונה שנייה (המבוססת על שימור אנרגיה ועקרון המילטון) והתמונה שלו (המבוססת באופן ייחודי על מרחב, זמן, מסה ועקרון הרץ), תוך השוואתם במונחים של 'היתכנות', 'נכונות' ו'התאמה'. הרץ רצה להסיר "הנחות ריקות" ולטעון נגד המושג הניוטוני של כוח ונגד פעולה מרחוק. הפילוסוף לודוויג ויטגנשטיין, בהשראת עבודתו של הרץ, הרחיב את תיאוריית התמונה שלו לתיאוריית תמונה של שפה ב'טרקטט לוגי-פילוסופי' שלו משנת 1921, שהשפיעה על הפוזיטיביזם הלוגי. ויטגנשטיין גם מצטט אותו ב'ספרים הכחולים והחומים'.
מוות
בשנת 1892 אובחן הרץ עם זיהום (לאחר התקף מיגרנות קשות) ועבר ניתוחים לטיפול במחלה. הוא מת עקב סיבוכים לאחר הניתוח, שניסה לרפא את מצבו. בהתבסס על יומן ותכתובת ענפה עם משפחתו שהפכו לזמינים בביוגרפיה משנת 1997 מאת אלברכט פלסינג, מקור מחלתו היה ככל הנראה גרנולומטוזיס עם פוליאנגיאיטיס, 45 שנים לפני שהמחלה נחקרה. הוא מת ב-1 בינואר 1894 בבון, בגיל 36, וקבור בבית הקברות אולסדורף בהמבורג.
אשתו של הרץ, אליזבת הרץ (לבית דול; 1864–1941), לא נישאה בשנית. הוא הותיר אחריו את בנותיו, יוהאנה (1887–1967) ומתילדה (1891–1975). אף אחת מהן לא נישאה או הביאה ילדים לעולם, ולכן להרץ אין צאצאים חיים.
יחס הרייך השלישי
מכיוון שמשפחתו של הרץ התנצרה מיהדות ללותרניות שני עשורים לפני לידתו, מורשתו נתקלה בקשיים מצד הממשלה הנאצית בשנות ה-30, משטר שסיווג אנשים לפי "גזע" במקום לפי השתייכות דתית.
שמו של הרץ הוסר מרחובות ומוסדות, ואף הייתה תנועה לשנות את שם יחידת התדר שנקראה על שמו (הרץ) על שמו של הרמן פון הלמהולץ במקום זאת, תוך שמירה על הסמל (Hz) ללא שינוי.
משפחתו נרדפה גם בשל מעמדם הלא-ארי. בתו הצעירה של הרץ, מתילדה, איבדה משרת מרצה באוניברסיטת ברלין לאחר עליית הנאצים לשלטון, ובתוך שנים ספורות היא, אחותה ואמן עזבו את גרמניה והשתקעו באנגליה.
מורשת וכבוד
אחיינו של היינריך הרץ, גוסטב לודוויג הרץ, היה זוכה פרס נובל, ובנו של גוסטב, קרל הלמוט הרץ, המציא את האולטרסאונד הרפואי. בתו מתילדה כרמן הרץ הייתה ביולוגית ופסיכולוגית השוואתית ידועה. אחיינו של הרץ, הרמן גרהרד הרץ, פרופסור באוניברסיטת קרלסרוהה, היה חלוץ בספקטרוסקופיית NMR וב-1995 פרסם את רשימות המעבדה של הרץ.
יחידת ה-SI הרץ (Hz) נקבעה לכבודו על ידי הוועדה הבינלאומית לאלקטרוטכניקה בשנת 1930 עבור תדר, ביטוי למספר הפעמים שאירוע חוזר מתרחש בשנייה. היא אומצה על ידי ה-CGPM (הוועידה הכללית למשקולות ומידות) בשנת 1960, והחליפה רשמית את השם הקודם, "מחזורים לשנייה" (cps).
בשנת 1928 נוסד בברלין מכון היינריך הרץ לחקר תנודות. כיום ידוע כמכון פראונהופר לתקשורת, מכון היינריך הרץ, HHI.
מגדל היינריך הרץ הוא מגדל תקשורת בהמבורג, שנבנה בשנים 1965–1968.
בשנת 1969, במזרח גרמניה, הוטבעה מדליית זיכרון של היינריך הרץ.
מדליית IEEE היינריך הרץ, שהוקמה בשנת 1987, היא "עבור הישגים יוצאי דופן בגלי הרץ [...] המוענקת מדי שנה ליחיד עבור הישגים בעלי אופי תיאורטי או ניסויי".
טלסקופ הרדיו תת-מילימטרי בהר גרהם, אריזונה, שנבנה ב-1992, נקרא על שמו.
מכתש השוכן בצד הרחוק של הירח, ממש מאחורי הגפה המזרחית, הוא מכתש הרץ, שנקרא לכבודו.
ביום הולדתו בשנת 2012, גוגל כיבדה את הרץ עם גוגל דודל, בהשראת עבודת חייו, בדף הבית שלה.
עבודות
### ספרים
Ueber die Induction in rotirenden Kugeln (בגרמנית). ברלין: גוסטב שייד. 1880.
- Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange dargestellt (בגרמנית). לייפציג: יוהאן אמברוסיוס בארת. 1894.
- Schriften vermischten Inhalts (בגרמנית). לייפציג: יוהאן אמברוסיוס בארת. 1895.
### מאמרים