赫茲實(shí)驗(yàn)資料

1885年，赫茲用一種現(xiàn)在叫做感應(yīng)圈的儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，目的是檢測麥克斯韋理論預(yù)言的電磁波。赫茲根據(jù)電容器經(jīng)由電火花隙會產(chǎn)生振蕩原理，設(shè)計(jì)了一種電磁波發(fā)生器。如圖所示：

將兩段銅桿沿同一直線架設(shè)，在其相臨的兩端端點(diǎn)上均焊有一個(gè)光滑的銅球。兩球間留有小的空隙(約0.1mm）,兩銅桿分別用導(dǎo)線聯(lián)接到高壓感應(yīng)圈的兩極上。感應(yīng)圈周期地在兩銅球之間產(chǎn)生很高的電勢差，當(dāng)銅球間隙的空氣被擊穿時(shí)，電流往復(fù)振蕩通過間隙產(chǎn)生電火花，赫茲稱這種裝置為“振蕩電偶極子”。依照麥克斯韋電磁場理論，振蕩電偶極子產(chǎn)生的交變電磁場，將在空間產(chǎn)生新的電磁場，也就是在空間出現(xiàn)電磁波。

赫茲設(shè)計(jì)了一簡單的檢波器來探測電磁波。他將一小段導(dǎo)線彎成圓形，線的兩端點(diǎn)間留有小電火花隙，赫茲稱這種裝置為“共振偶極子”，作為檢波器，放在電磁波發(fā)生器附近。理論上，電磁波應(yīng)在此小線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，而使電火花隙產(chǎn)生火花。實(shí)驗(yàn)過程中，赫茲確實(shí)看到有小火花在電火花隙間不斷地跳躍，證明共振偶極子捕捉到了理論預(yù)言的“電磁波”。

赫茲在暗室的墻上覆蓋一塊鋅板，用來反射電磁波。入射波和反射波迭加后將產(chǎn)生駐波，他用共振偶極子在離發(fā)生器不同距離的地方來測駐波?；鸹ㄝ^亮的地方，就是波峰或波谷；完全沒有火花的地方，是波峰與波谷之間的零值。據(jù)此，赫茲量出駐波的波長，并計(jì)算了振蕩偶極子的振蕩火花頻率，兩者相乘即得電磁波的傳播速度。正如麥克斯韋預(yù)測的一樣，電磁波傳播的速度等于光速。[6]

1888年，赫茲通過振蕩電偶極子的一系列實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了電磁波的發(fā)射和接收，證實(shí)了電磁波的存在。

雖然赫茲實(shí)驗(yàn)取得了成功，然而，從粒子形態(tài)場角度看，赫茲實(shí)驗(yàn)檢測到的并不是麥克斯韋理論預(yù)言的電磁波，因?yàn)檎婵罩胁荒馨l(fā)生電磁轉(zhuǎn)換效應(yīng)，所謂“電磁波”是不存在的。那么，赫茲實(shí)驗(yàn)檢測到的是一種什么性質(zhì)的波呢？根據(jù)形態(tài)場假說推斷，它是由原子核質(zhì)量場振動產(chǎn)生的波——質(zhì)量波，又稱磁場波。同時(shí)，振蕩電偶極子還發(fā)射出了另一種性質(zhì)的波——電場波，這是一種有待于檢驗(yàn)的場的輻射方式。下面就上述兩種波的輻射機(jī)制進(jìn)行闡述。

發(fā)射電磁波的振蕩電偶極子可由LC電路演變而來，直線型開放振蕩器天線部分，實(shí)際上是一段直線導(dǎo)體。

在赫茲實(shí)驗(yàn)中，振蕩電偶極子的兩個(gè)端點(diǎn)聯(lián)接在高壓感應(yīng)圈的兩極，感應(yīng)圈的電壓處在周期性變化狀態(tài)。根據(jù)形態(tài)場假說，導(dǎo)體中有電流通過或產(chǎn)生感生電動勢時(shí)，原子核的一維電場將排列在一條軸線上，質(zhì)量場在導(dǎo)體周圍形成磁場。因此，當(dāng)電流強(qiáng)度或電動勢發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)體中的電場和導(dǎo)體周圍的磁場就會產(chǎn)生振動，發(fā)射出電場波（Q波）和磁場波（M波）。

如圖所示：

電場波為直線脈沖波，從導(dǎo)體端點(diǎn)發(fā)射出去，沿電流方向傳導(dǎo)；磁場波為平面波，沿垂直于電流方向的平面?zhèn)鲗?dǎo)。電場波的傳播方向垂直于磁場波的傳導(dǎo)平面。電場和磁場的傳導(dǎo)速度c，為電場波和磁場波的傳播速度。兩種波的頻率相同，波長相等。

根據(jù)輻射方式判斷，電場波和磁場波都屬于縱波，振動方向與波的傳播方向一致。赫茲實(shí)驗(yàn)中，共振偶極子檢測“電磁波”，利用的就是磁場波的縱波性質(zhì)。磁場波穿過圓形線圈，相當(dāng)于導(dǎo)體在磁場中做切割磁力線運(yùn)動，因而線圈中將產(chǎn)生感生電動勢，導(dǎo)致電火花隙放電。如果調(diào)整共振偶極子與振蕩電偶極子之間的距離，可以發(fā)現(xiàn)，圓形線圈的火花放電是不一樣的，火花較亮的地方是場波密區(qū)（波峰），火花較暗或沒有火花的地方是場波疏區(qū)（波谷），二者的間隔即為波長。赫茲在實(shí)驗(yàn)中采用了駐波測量波長，只是加強(qiáng)了波峰波谷效應(yīng)。

由質(zhì)量場的性質(zhì)決定了，磁場波還具有偏振屬性。原子核為右手旋，通常情況下，振蕩電偶極子的天線指向天空，電場方向向上，從俯視角度看，原子核質(zhì)量場逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此，質(zhì)量場振動產(chǎn)生的磁場波呈右旋偏振。如圖所示：

根據(jù)電磁波傳播速度與光速相等這一事實(shí)，麥克斯韋推測：光也是電磁波。準(zhǔn)確的說法應(yīng)該是，振蕩電偶極子發(fā)射出的波和光波是同一性質(zhì)的波——磁場波。雖然兩種波性質(zhì)相同，但也存在著區(qū)別，表現(xiàn)為波源不同，波形存在著差異?？梢姽獍彷椛湓趦?nèi)，是由原子的核外電子發(fā)射出來的，是一條光線，具有極強(qiáng)的方向性。而振蕩電偶極子發(fā)射出來的磁場波，是由原子核質(zhì)量場振動產(chǎn)生的，波形像水面圓形波紋，向四周擴(kuò)散傳播。除真空以外，光波只能在光的媒介質(zhì)中傳播；而由振蕩電偶極子發(fā)射出去的磁場波具有很強(qiáng)的穿透性，可以在物質(zhì)內(nèi)部傳播，這也是現(xiàn)代無線電通訊得以推廣和發(fā)展的原因。

赫茲在實(shí)驗(yàn)時(shí)曾指出，電磁波可以被反射、折射，如同可見光、熱波一樣偏振。由振蕩器所發(fā)出的電磁波是平面偏振波，其電場平行于振蕩器的導(dǎo)線，而磁場垂直于