کشف سری

 

هاینریش هرتس

دستگاه رادار مانند نورافکن کار می کند منتها نورافکن انرژی نورانی از خود پس می دهد و رادار از انرژی رادیویی با فرکانس قوی استفاده می کند. هنگامی که اشعه نورافکن به جسمی برمی خورد مقداری از انرژی آن منعکس می شود و به چشم ناظر می رسد و جسم دیده می شود. به همان ترتیب هنگامی که اشعه رادار به جسمی برمی خورد مقداری از آن منعکس می شود و به گیرنده رادار می رسد و گیرنده وضع جسم را تشخیص می دهد.
از رادار برای دانستن خط سیر هواپیما و برای تعیین حرکت توفان ها استفاده می شود؛ و نیز به وسیله رادار می توان به ناخدای کشتی یا خلبان هواپیما در تعیین مسیر حرکت راهنمایی و کمک فراوان نمود. دستگاه ارتفاع سنج رادار بدون در نظر گرفتن فشار بارومتریک یا ارتفاع کوهی که هواپیما از روی آن پرواز می کند، ارتفاع حقیقی هواپیما را از زمین تعیین می کند.
در جنگ دوم جهانی رادار برای تعیین موقعیت هواپیماهای دشمن مورد استفاده قرار گرفت و هواپیماهای دفاعی توانستند به موقع وارد جنگ شوند.
اختراع رادار در سال 1940 یک کشف سری تلقی می شد ولی در 1888، یعنی در حدود پنجاه سال قبل از آن، هرتس اساس نظری این کشف اسرارآمیز جنگ دوم جهانی را مورد تحقیق قرار داده بود. به علاوه سال ها قبل از این که نیاز عملی این دستگاه مورد توجه قرار گیرد هرتس نوعی آنتن ساخته بود که برای انتقال و گرفتن امواج تلویزیونی به کار می رفت و نام آن آنتن دیپل هرتس بود.
هاینریش هرتس در 22 فوریه 1857 در بندر هامبورگ آلمان، نزدیک دریای شمال، به دنیا آمد. خانواده هرتس ثروتمند و صاحب نفوذ بودند. هاینریش در ابتدا به رشته معماری و مهندسی علاقه مند بود ولی به زودی متوجه شد که او علاقه به علوم محض و تحقیقات دارد. هرمان فون هلمهولتس در آن زمان از استادان بنام دانشگاه برلن بود و هرتس در آن جا مشغول تحصیل شد.
هلمهولتس نابغه بزرگی بود؛ او استاد رشته های مختلفی مانند فیزیولوژی، تشریح فیزیک و ریاضیات بود. کشفیات او شامل اندازه گیری سرعت تحریک عصبی، تجزیه و تحلیل حرکت، ترکیب امواج صوتی و تئوری هارمونی موسیقی بودند که بر مبنای کشفیات فیزیکی او قرار داشتند؛ و نیز قوانینی درباره ذخیره انرژی، تئوری دید رنگ ها دارد و اوفتالموسکوپ از اختراعات او است که امروز نیز به وسیله پزشکان برای تشخیص بیماری های چشم به کار می رود.
هرتس از ارتباط با این دانشمند بهره ها جست و هلمهولتس نیز متوجه شد که هرتس دانشجوی فوق العاده با استعدادی است. هرتس در سال 1880، بعد از فراغت از تحصیل، استادیار فیزیک هلمهولتس شد.
در سال 1883 هرتس به عنوان معلم به کیل رفت و شروع به مطالعه درباره تئوری الکترومانیتیک مکسول نمود. اساس این تئوری جدید در سال 1865 منتشر شده بود و هرتس در این راه شروع به تحقیق کرد و با اخذ نتیجه شهرت بسزایی یافت. او شروع کرد به این که با آزمایشی پیش بینی ریاضی مکسول را تحقق بخشد. مکسول می گفت: «امواج الکتریکی یا نیروی مغناطیسی می تواند به صورت امواج نورانی منتشر شود». هرتس برای انجام این آزمایش های تاریخی، در آن زمان که استاد فیزیک پلی تکنیک کارلسروهه بود، یک دستگاه فرستنده و گیرنده رادیویی ساخت که اولین بار بود که چنان دستگاهی ساخته می شد. او اساس رادیو، تلویزیون و رادار را که امروز در خدمت ما است بنیان گذاری کرد.
یکی از نخستین چیزهایی که هرتس به کشف آن موفق شد این بود که حرکت امواج الکتریکی و مغناطیسی و یا به طور کلی تمام امواج الکترومانیتیک زمانی طول می کشد و در حقیقت هم چنان است. ولی چگونه می توان این مدت زمان را اندازه گرفت؟ حالا ما می دانیم که این امواج با سرعت 3000،000،000متر در ثانیه حرکت می کنند. آزمایش گران زیادی برای اندازه گیری زمان بین انتقال یک موج و دریافت آن کوشیده بودند اما اگر اتاقی که در آن آزمایش می کردند مثلاً 10 متر طول داشت در این صورت برای حرکت موج از یک طرف اتاق به طرف دیگر ثانیه طول می کشید. این رقم به حدی کوچک است که مغز امکان اندازه گیری آن را به سختی می تواند بپذیرد.
هرتس فکر کرد شاید بتواند از تخلیه بطری لیدن به عنوان زمان سنج استفاده کند. تخلیه سریع الکتریسیته از بطری لیدن عملاً شامل نوساناتی است که یک پاندول انجام می دهد تا به حالت سکون درآید. مدت زمان هر نوسان الکتریکی مانند مدت نوسان یک پاندول همیشه یکی است. هرتس فکر کرد که چرا از نوسان الکتریکی بطری لیدن به عنوان زمان سنج استفاده نکند؟ اما این هم طول مدت زیادی یعنی در حدود ثانیه بود. این مدت برای یک موج زمانی است که مسافت 300 کیلومتر را بپیماید و هرتس نمی توانست امواج را تا آن فاصله بفرستد. چون او وسیله تولید امواج قوی نداشت.
هرتس کشف کرد که جرقه الکتریکی از تخلیه هر نوع هادی به وجود می آید و دیگر احتیاجی به بطری لیدن نیست. تخلیه یک هادی، نوساناتی بین یک صد میلیون تا یک هزار میلیون دور در ثانیه تولید می کند که در الکترونیک جدید به آن یک صد مگاسیکل در ثانیه و یک کیلو مگاسیکل در ثانیه می گویند. در این حالت زمان یک نوسان بین یک صدم میکروثانیه تا یک هزارم میکروثانیه است. هر میکروثانیه عبارت از یک میلیونیم ثانیه است. هرتس آزمایش های خود را در ناحیه فرکانس قوی انجام داد که امروزه در رادار و ارتباطات میکروموجی از آن استفاده می شود.
هرتس اندیکاتوری اختراع کرد و بدان وسیله توانست علایم را دریافت کند. او گفت که با هر وسیله ساده ای می توان این عمل را انجام داد. مثلاً در نقطه ای که می خواهیم نیرو را نشان دهیم سیم مستقیمی قرار می دهیم که از وسط آن را می بریم و فاصله ای برای ایجاد جرقه می گذاریم. یک نیروی آلترناتیو (متناوب) الکتریسیته در سیم هادی شروع به حرکت نموده، جرقه ای در فاصله ایجاد می شود. فاصله جرقه انتخابی به وسیله هرتس به قدری کم بود که شاید به سختی بتوان ضخامت صفحه کاغذ کتابی را با آن مقایسه کرد. هرتس برای ایجاد جرقه ضخامت صفحه کاغذ کتابی را با آن مقایسه کرد. هرتس برای ایجاد جرقه و نشان دادن آن به مردم اتاق را کاملاً تاریک کرد تا چشم ناظر به تاریکی عادت کند و بتواند به محض ایجاد جرقه در فاصله ای آن را مشاهده کند.
هرتس ثابت کرد که می تواند امواج الکتریکی را بفرستد و بگیرد. ولی چگونه توانست ثابت کند که حرکت امواج مدت زمانی طول می کشد. برای این کار او به تحقیق درباره تئوری صوتی و مطالعات هلمهولتس پرداخت. بنا به تئوری تداخل امواج، هرگاه دو موج از یک منبع یا مسیرهای مختلف به یک نقطه برسند، یا با هم جمع می شوند یا یکدیگر را خنثی می کنند. هنگامی که گیرنده از نقطه ای به نقطه دیگر حرکت داده می شود، وضع سکوت پشت سر و به تعقیب وضع دریافت می آید و فاصله بین نقاط سکوت نصف طول موج است.
هرتس دستگاه فرستنده و گیرنده میکروموجی خود را ساخت و منعکس کننده کناری برآن سوار کرد و به تدریج گیرنده را از محل دور کرد تا حدی که نتوانست موجی دریافت کند. او طول موج را یافت. او فرکانس نوسانات را هم می دانست و اطلاعات لازم را در اختیار داشت. هرتس مقدار فرکانس را در طول موج ضرب و سرعت موج را تعیین کرد. مشاهده گردید که سرعت امواج الکترومانیتیک با سرعت نور برابر و 300،000،000 متر در ثانیه بود.
هرتس آزمایش های خود را به این جا خاتمه نداد. او می بایست درباره کیفیت امواج بیشتر مطالعه کند. او دستگاه فرستنده و گیرنده اش را با آیینه های مقعر بزرگ مجهز ساخت که عمل انعکاس را انجام می دادند و دید که می تواند اشعه الکترومانیتیک را به مانند امواج نور در نقطه ای متمرکز سازد. او آیینه ها را در کنار دستگاه قرار داد و امواج را که از آن ها می گذشت می توانست به یاری عدسی ها متمرکز سازد. او مشاهده کرد که امواج پولاریزه هستند (ملاحظه کنید که میله های آنتن تلویزیون امروز افقی هستند و اگر عمودی باشند چندان خوب کار نمی کنند). این امواج دارای تمام مشخصات امواج نورانی بودند. او مقدار زیادی از تئوری مکسول را اثبات کرد.
هرتس با آزمایش های خود خدمات مهم و بی نظیری کرده و درباره اکتشافات خود می گفت: « آن ها نشانه ای از پیروزی درخشان مکسول هستند.» و او بدین ترتیب کارهای خود را تحت الشعاع قرار می داد.
در سال 1889بعد از بحث و مذاکره درباره ی آزمایش ها و اکتشافات او در مجمع پیشرفت و توسعه علوم طبیعی در هایدلبرگ آلمان او را به استادی فیزیک دانشگاه بن انتخاب کردند. در آن موقع او فقط سی و دو سال داشت. نام او با کلمه هرتس، یعنی «سیکل در ثانیه» همیشه جاودان خواهد بود. این اصطلاح فنی با این که در آلمان استعمال می شود چندان شهرت نیافته است، اما هرگاه آنتن تلویزیون را با میله های افقی می بینیم به یاد هرتس می افتیم که نخستین بار آن را اختراع کرد و هرگاه تصویری را روی صفحه تلویزیون می بینیم می دانیم که این در اثر موج منعکس شده ای است که بعد از مدتی روی صفحه تلویزیون ظاهر شده است و به یاد می آوریم که هرتس نخستین کسی بود که ثابت کرد برای حرکت امواج الکترومانیتیک مدت زمانی وقت لازم است.
هرتس در سال 1894 به سن سی و هفت سالگی درگذشت. اگر زنده می ماند می توان تصور کرد چه پیشرفت هایی نصیبش می شد. مقام او در تاریخ علم همیشه محفوظ خواهد بود. رادیو را نیز از او داریم.
منبع: کان، فیلیپ؛ (1389) دانشمندان بزرگ، ترجمه سید مهدی امین و عباسعلی رضایی، تهران: شرکت انتشارات علمی و فرهنگی