Die Entdeckung der Frequenz Heinrich Hertz und der Startschuss für moderne Funk- und Radiotechnik

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Heinrich Hertz, ein Name, der untrennbar mit der Entdeckung elektromagnetischer Wellen verbunden ist. Doch wer war dieser Mann, der die Grundlage für moderne Technologien legte? In einem Leben, das viel zu kurz schien, hinterließ er ein Vermächtnis, das bis heute strahlt. Erfahren Sie mehr über das Leben und die bahnbrechenden Entdeckungen des deutschen Physikers Heinrich Hertz.

Der deutsche Physiker Heinrich Hertz war der erste Forscher, der die Existenz von elektromagnetischen Wellen beweisen konnte. Ihm zu Ehren wurde die Einheit der Frequenz benannt, und die begegnet spätestens seit dem Siegeszug von Flachbild-Fernsehern und -Monitoren auch dem Normalbürger immer wieder in Form der technischen Angaben zur Bildwiederholrate. Wir werfen in unserem Artikel einen Blick auf das, selbst für die Verhältnisse des 19. Jahrhunderts, viel zu kurze Leben von Heinrich Hertz sowie auf seine Arbeit. Der Physiker verstarb nämlich im Alter von 36 Jahren am 1. Januar 1894; selbst sein eigener Vater überlebte ihn um mehr als 20 Jahre.

Geboren wurde Heinrich Hertz am 22. Februar 1857 als Sohn von Anne Elisabeth Hertz und David Gustav Hertz in Hamburg. Das Familienhaus von Hertz konnte man zur oberen Gesellschaftsschicht in Hamburg zählen, denn sein Vater war als ausgebildeter Jurist zunächst als Richter sowie ab 1887 als Senator tätig. Zudem war er der Präses der Hamburger Justizverwaltung.

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Heinrich Hertz hatte vier jüngere Geschwister, nämlich eine Schwester und drei jüngere Brüder. Der älteste Bruder, Gustav Theodor, wurde später Vater von Gustav Ludwig Hertz, der im Jahr 1925 zusammen mit James Franck den Nobelpreis für Physik erhielt.

Schule, Studium und Professur

Die schulische Ausbildung von Heinrich Hertz mündete im Abitur, das er am ältesten Gymnasium der Stadt Hamburg, dem Johanneum, ablegte. Nach einem kurzen Intermezzo in Dresden, wo er nach einem Jahr sein Ingenieursstudium abbrach, da ihn bis auf die mathematischen Vorlesungen wenig daran interessierte, leistete er ein Jahr Militärdienst. Anschließend begann er ein Studium der Mathematik und Physik an der Technischen Hochschule München. Im Jahr 1878 begab sich Heinrich Hertz schließlich an die Friedrich-Wilhelm-Universität in Berlin, um dort wenige Jahre danach zu promovieren.

Seine Promotionsarbeit behandelte die Rotation von Metallkugeln in einem Magnetfeld. Heinrich Hertz war im Anschluss daran für zwei Jahre Assistent von Hermann von Helmholtz, der es bekanntermaßen mit seinen Forschungen im Bereich der Akustik, Optik sowie Elektro-, Hydro- und Thermodynamik zu Ruhm brachte. Heinrich Hertz experimentierte damals mit Kathodenstrahlen und deren physikalischen Eigenschaften. Einige Jahre später, genauer gesagt im Jahr 1883, zog Heinrich Hertz nach Kiel um, wo er für zwei Jahre an der Christian-Albrechts-Universität Theoretische Physik als Privatdozent lehrte.

Als Professor war er dann in den Jahren 1885 bis 1889 an der Technischen Hochschule Karlsruhe tätig, um 1889 dann nach Bonn zu wechseln, wo er an der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität als Professor lehrte. Dafür lehnte er vorher Angebote aus anderen Städten und sogar aus Amerika ab.

Entdeckung und Nachweis der Elektromagnetischen Wellen

Bislang klingt das nach einer soliden Karriere im Universitätsbereich. Ebenfalls zeigte sich Hertz offen dafür, neue Dinge und Standtorte auszuprobieren. Außergewöhnlich im Vergleich zu etlichen anderen Wissenschaftlern waren unsere bisherigen Ausführungen bisher nicht – wir gehen nun drei Jahre zurück ins Jahr 1886, denn damals erlangte Heinrich Hertz Weltberühmtheit.

Während er in Karlsruhe tätig war, hatte er als erster Wissenschaftler gezielt freie elektromagnetische Wellen erzeugt und damit entsprechend ihre Existenz bewiesen. Es handelte sich dabei um Frequenzen im Ultrakurzwellenbereich von bis 300 Megahertz. Primär gelang es Heinrich Hertz im November 1886, solche elektromagnetische Wellen mit einer Kugel-Funkenstrecke als Sender zu erzeugen und mit einem Drahtring als Empfänger nachzuweisen. Es entstanden zum Beweis des Empfangs kleine Funken, wenn der Drahtring elektromagnetische Wellen aufschnappte.

Dem vorangegangen waren wochenlange Experimente, bei denen Hertz unter anderem mit Metallflächen Reflexionen erzeugte und die Geschwindigkeit der Wellen berechnete. Zuvor gab es lediglich theoretische Überlegungen, primär von James Clerk Maxwell, der Grundgleichungen für den Elektromagnetismus entworfen hatte, die sogenannten Maxwell-Gleichungen.

Aus diesen Gleichungen und der darauf berechneten Geschwindigkeit, die sehr nah an der Lichtgeschwindigkeit lag, folgerte Maxwell 1864, dass auch Lichtstrahlen ein elektromagnetisches Verhalten besitzen und als elektromagnetische Wellen beschrieben werden können. Heinrich Hertz bestätigte die Theorien zu elektromagnetischen Wellen sowie die Annahmen zum Licht durch seine Experimente. Dabei zeigte er unter anderem, dass elektromagnetische Strahlen je nachdem, auf welches Material sie treffen, mehr oder weniger durchgelassen werden – genau, wie es beim Licht vom Stoff abhängt, auf das es trifft. Auch bei Reflexion und Brechung verhalten sich bei elektromagnetischen Wellen wie Licht, ebenso lassen sich beide Arten von Strahlen bündeln. Die Erkenntnisse zu den nicht sichtbaren elektromagnetischen Wellen, auch Radiowellen genannt, waren die Grundlagen für die moderne Funk- und Radartechnik.

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Photoeffekt und Grundlage für Röntgenstrahlen

Ebenfalls im Jahr 1886 befasste sich Heinrich Hertz mit dem von Alexandre Edmond Becquerel im Jahr 1839 entdeckten photoelektrischen Effekt, im Speziellen mit dem äußeren Photoeffekt, bei dem Elektronen durch Bestrahlung aus einer Metall- oder Halbleiterfläche herausgelöst werden können.

Bequerel hatte 1839 beobachtet, dass durch Lichtbestrahlung elektrische Spannungen nachzuweisen sind, wenn sich eine Metalloberfläche in einem Elektrolyt befindet. Heinrich Hertz konnte wiederum 1886 eine Beeinflussung einer Funkenstrecke durch ultraviolettes Licht nachweisen, da er bei seinem Versuchsaufbau mit einer primären und sekundären Funkenstrecke beobachtet hatte, dass sich die sekundäre Funkenstrecke unregelmäßig verhielt. Er stellte fest, dass diese durch die ultraviolette Lichtstrahlung der primären Funkenstrecke beeinflusst wurde. Allerdings führte Heinrich Hertz keine weitergehenden Forschungen hierzu durch.

Diese Aufgabe übernahm Physiker Wilhelm Hallwachs nur ein Jahr später, und er konnte schließlich mithilfe einer Lichtbogenlampe eine Metallplatte elektrisch aufladen. Dies wurde als Hallwachs-Effekt bekannt und inspirierte Albert Einstein bei seiner Theorie zu Lichtquanten im Jahr 1905.

Wir springen aber zurück ins Jahr 1889, und zwar zur Professur von Heinrich Hertz in Bonn. Denn dort kehrte er seinen Wurzeln zurück, den Kathodenstrahlen, mit denen er sich bereits als Assistent von Hermann von Helmholtz in Berlin beschäftigt hatte. Durch Experimente konnte Heinrich Hertz im Jahr 1891 nachweisen, dass Kathodenstrahlen dünne Metallfolien durchdringen können. Philipp Lenard, der Assistent von Hertz, entwarf später das Lenard-Fenster als Ersatz für dünne Metallfolien.

Das Lenard-Fenster ist ein mit Aluminiumfolie überzogenes Sieb, das er einer Vakuumröhre als Fenster einbaute. Durch die Aluminiumfolie war das Fenster geschlossen, sodass Vakuum erhalten blieb. Lenard zeigte, dass Kathodenstrahlen durch dieses Fenster hindurchdringen können. Auf dieser Basis entdeckte Wilhelm Conrad Röntgen (zu Lenards Unmut) die Bremsstrahlen, eine wichtige Komponente der Röntgenstrahlung. Lenard erhielt 1905 für seine wichtige Grundlagenforschung zur Kathodenstrahlung den Nobelpreis für Physik, was indirekt auch Heinrich Hertz noch zu Ehren verhalf.

Die letzten Lebensjahre und posthume Ehrungen

Der Nachweis von Heinrich Hertz, dass Kathodenstrahlen dünne Metallfolien durchdringen können, war das letzte erwähnenswerte Ergebnis seiner Forschungen vor seinem Tod. Denn im Jahr nach dieser Entdeckung wurde bei Heinrich Hertz GPA festgestellt, eine rheumatische Gefäßerkrankung, die mit Entzündungen der Gefäße einhergeht und diese zerstören kann. Mit seinem Tod am 1. Januar 1894 im Alter von 36 Jahren hinterließ er seine Ehefrau Elisabeth und zwei Töchter, die keine Kinder bekamen.

1933 wurde Hertz geehrt, indem der Name Hertz mit der Abkürzung Hz für die Einheit der Frequenz festgelegt wurde. Unrühmlicher Weise wurde Hertz während der Herrschaft der Nationalsozialisten wegen des ursprünglich jüdischen Glaubens seines Vaters als „Halbjude“ diskreditiert – vieles, was an ihn erinnerte, wurde allmählich aus der Öffentlichkeit entfernt. Es gab sogar Bestrebungen, die Einheit Hz zu Helmholtz umzudeuten, um den Namen Hertz auszumerzen.

Die Töchter von Heinrich Hertz sowie seine Witwe Elisabeth wanderten nach England aus, nachdem eine der Töchter sowie Neffe Gustav Ludwig Hertz, der Nobelpreisträger von 1925, wegen der Gesetzgebung der Nationalsozialisten als unerwünschte Personen aus ihren Beamten-Berufen entfernt worden waren. Auch dabei spielten die jüdischen Wurzeln der Familie die Hauptrolle.

Heinrich Hertz wurden aber auch viele Ehrungen zuteil – einem Mondkrater wurde 1961 der Name Hertz zugeteilt, zudem heißt ein 1996 entdeckter Asteroid (16761) Hertz. In Hamburg St. Pauli steht der Heinrich-Hertz-Fernsehturm, in Arizona wiederum das Heinrich-Hertz-Teleskop. Es gibt deutschlandweit mehrere Schulen und Straßen, die nach Heinrich Hertz benannt wurden, und die wohl neueste Namensehrung ist dem Heinrich-Hertz-Satelliten zuzuschreiben, der 2023 als Kommunikationssatellit des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) startete.

In der DDR wurde zum 75. Todestag eine 5-Mark-Münze mit dem Konterfeit von Hertz herausgegeben. Es gab zudem schon mehrere Briefmarken der Deutschen Post und weiteren Postbehörden, die an Heinrich Hertz erinnern. (sb)

Quellen

• Heinrich Hertz (Wikipedia)

• Heinrich Hertz: Als elektromagnetische Wellen die Welt veränderten (Wissen)

• Fünf Dinge, die Sie noch nicht über Heinrich Hertz wussten (Fraunhofer HHI)

• Maxwell-Gleichungen (Spektrum)

• Was ist ein Hertz? (Physik Geek)

• Philipp Lenard (Lebendiges Museum Online)

• Lenard-Fenster (Cosmos Indirekt)

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