Heinrich Hertz

Bedeutung und zentrale Leistung

Heinrich Rudolf Hertz (22. Februar 1857–1. Januar 1894) war ein deutscher Physiker. Seine wichtigste Leistung war, dass er 1886 als Erster freie elektromagnetische Wellen im Experiment erzeugte und nachwies. Damit bestätigte er die von James Clerk Maxwell entwickelten Grundgleichungen des Elektromagnetismus und insbesondere die elektromagnetische Theorie des Lichts. Die internationale Einheit der Frequenz trägt ihm zu Ehren den Namen Hertz, abgekürzt Hz: Eine Schwingung pro Sekunde entspricht 1 Hz.

Hertz’ Experimente zeigten, dass unsichtbare elektromagnetische Wellen, auch Radiowellen genannt, sich auf dieselbe Art und mit derselben Geschwindigkeit wie Lichtwellen ausbreiten. Seine Ergebnisse wurden dadurch zur Grundlage für die Entwicklung der drahtlosen Telegrafie und des Radios.

Herkunft, Ausbildung und akademischer Weg

Hertz stammte aus einer angesehenen hanseatischen Familie. Sein Vater Gustav Ferdinand Hertz, ursprünglich David Gustav Hertz (1827–1914), kam aus einer jüdischen Familie, konvertierte zum Christentum und war promovierter Rechtsanwalt. Er wurde 1877 Richter und war von 1887 bis 1904 Senator sowie Präses der Hamburger Justizverwaltung. Heinrich Hertz’ Mutter Anna Elisabeth, geborene Pfefferkorn, war die Tochter eines Garnisonsarztes.

Nach dem Abitur am Johanneum in Hamburg bereitete sich Hertz in einem Konstruktionsbüro in Frankfurt am Main auf ein Ingenieurstudium vor. Ein Studium in Dresden brach er nach dem ersten Semester ab, weil ihn dort nur die Mathematikvorlesungen besonders interessierten. Nach einem einjährigen Militärdienst studierte er Mathematik und Physik an der Technischen Hochschule München.

1878 wechselte Hertz an die Berliner Friedrich-Wilhelms-Universität. Mit 23 Jahren promovierte er über die Rotation von Metallkugeln in einem Magnetfeld. Danach arbeitete er zwei Jahre als Forschungs- und Vorlesungsassistent bei Hermann von Helmholtz in Berlin und begann dort, die physikalische Natur der Kathodenstrahlen zu untersuchen.

1883 wurde Hertz Privatdozent für Theoretische Physik an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Von 1885 bis 1889 war er Professor und Lehrstuhlinhaber für Physik an der Technischen Hochschule Karlsruhe. Ab 1889 lehrte er als Professor für Physik an der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn. Berufungen nach Berlin, Gießen und Amerika lehnte er ab. 1886 heiratete er Elisabeth Doll (1864–1941); das Paar hatte die Töchter Johanna (1887–1967) und Mathilde (1891–1975).

Experimente und weitere Forschungsgebiete

Für seine Funkenexperimente verwendete Hertz einen von Heinrich Daniel Rühmkorff entwickelten Funkeninduktor als Generator. In seiner Versuchsanordnung erzeugte ein Sender mit einer durch Kugeln kapazitiv verlängerten Dipol-Sendeantenne elektrische Schwingungen. Als Empfangsantenne diente ein unterbrochener Metallring, an dessen Unterbrechung sich die Wirkung der Wellen beobachten ließ.

Am 13. November 1886 gelang Hertz die Erzeugung elektromagnetischer Wellen und ihre Übertragung von einem Sender zu einem Empfänger. Die Wellen lagen im Ultrakurzwellenbereich und hatten eine Frequenz von etwa 80 MHz. Die von einem oszillierenden elektrischen Dipol ausgesandte Strahlung entsprach genau derjenigen, die Hertz zuvor aus Maxwells Gleichungen für einen punktförmigen Dipol berechnet hatte. Dieser Versuchsaufbau wird als Hertzscher Oszillator bezeichnet.

Hertz untersuchte anschließend die Ausbreitung der Wellen. Er wies Erscheinungen wie Brechung, Polarisation und Reflexion nach und zeigte, dass elektromagnetische Wellen dabei wie Lichtwellen behandelt werden können. Den experimentellen Beweis der elektromagnetischen Lichttheorie veröffentlichte er 1888. Am 13. Dezember 1888 berichtete er der Berliner Akademie der Wissenschaften in „Über Strahlen elektrischer Kraft“ über seine Forschung.

Weitere Arbeiten betrafen den äußeren Photoeffekt, den Alexandre Edmond Becquerel bereits 1839 entdeckt hatte. Hertz untersuchte ihn 1886; Wilhelm Hallwachs führte die Untersuchung 1887 weiter, weshalb der Effekt auch Hallwachs-Effekt genannt wird. Er spielte später eine besondere Rolle bei Albert Einsteins Formulierung der Lichtquantenhypothese von 1905.

Außerdem berechnete Hertz mit Methoden der Elastizitätstheorie die Spannungen beim Druckkontakt gekrümmter Flächen. Diese Erscheinung wird als Hertzsche Pressung bezeichnet. In Bonn setzte er seine Untersuchungen zur Natur der Kathodenstrahlen fort. 1891 zeigte er in seiner letzten Experimentaluntersuchung, dass Kathodenstrahlen dünne Metallfolien durchdringen können. Sein Assistent Philipp Lenard entwickelte den Versuch weiter und ließ Kathodenstrahlen durch ein mit Aluminiumfolie versehenes Metallsieb aus einer Vakuumröhre in die Luft austreten. Dieses „Lenardfenster“ schuf Grundlagen für Wilhelm Conrad Röntgens Entdeckung der Bremsstrahlen im Jahr 1895. Lenard erhielt 1905 „für seine Arbeiten über Kathoden-Strahlen“ den Nobelpreis für Physik.

Krankheit, Tod und Umgang mit seinem Erbe

1892 wurde bei Hertz nach einem schweren Migräneanfall Wegener-Granulomatose festgestellt. Er starb 1894 in Bonn an dieser Krankheit und wurde auf dem Friedhof Ohlsdorf in Hamburg begraben. Seine Frau Elisabeth heiratete nicht wieder; auch die beiden Töchter heirateten nicht und blieben ohne Nachkommen.

Hertz definierte sich selbst nie als Jude und war sein ganzes Leben lutherisch, weil die Familie seines Vaters zum evangelisch-lutherischen Christentum konvertiert war. Erst während der Zeit des Nationalsozialismus wurde nach seinem Tod wegen seiner jüdischen Abstammung Abstand von ihm genommen. Sein Porträt wurde aus dem Hamburger Rathaus entfernt, und nach ihm benannte Institutionen und Straßen wurden zumeist umbenannt. Es gab sogar Überlegungen, die seit 1933 international eingeführte Einheit Hertz unter Beibehaltung der Abkürzung „Hz“ in „Helmholtz“ umzubenennen.

Auch seine Tochter, die Biologin Mathilde Hertz, und sein Neffe Gustav Hertz, ein Physiknobelpreisträger, wurden nach dem Gesetz zur Wiederherstellung des Berufsbeamtentums aus dem öffentlichen Dienst entfernt. Mathilde Hertz emigrierte 1935 nach England; ihre Mutter und ihre Schwester folgten ihr 1936. Hermann von Helmholtz setzte Hertz ein bleibendes Denkmal, indem er dessen Nachlass herausgab.

Ehrungen, Namensgeber und Schriften

Hertz erhielt den japanischen Orden des Heiligen Schatzes. Ein seit 1897 im Hamburger Rathaus angebrachtes Porträtrelief wurde von den Nationalsozialisten entfernt und nach dem Krieg wiederhergestellt. Die 1933 verhinderte Aufstellung der von Friedrich Wield geschaffenen Bronzeskulptur „Ätherwelle“ erfolgte erst 1994 im Eichenpark an der Alster; 2016 wurde sie auf das Gelände des NDR-Funkhauses in Harvestehude versetzt.

Nach Hertz sind unter anderem der Asteroid (16761) Hertz, der 1961 benannte Mondkrater Hertz, der Heinrich-Hertz-Turm in Hamburg, das Heinrich-Hertz-Teleskop auf Mount Graham in Arizona, das Berliner Heinrich-Hertz-Institut, zahlreiche Schulen und Straßen sowie Kasernen und ein Hörsaal des Karlsruher Instituts für Technologie benannt. Seit dem 1. Januar 2003 gehört das Berliner Heinrich-Hertz-Institut zur Fraunhofer-Gesellschaft. 2023 startete die Heinrich-Hertz-Satellitenmission des DLR.

Zu seinen wichtigen Veröffentlichungen gehören die Dissertation „Ueber die Induction in rotirenden Kugeln“ von 1880, „Ueber die Berührung fester elastischer Körper“ von 1881, „Ueber sehr schnelle electrische Schwingungen“ und „Ueber einen Einfluss des ultravioletten Lichtes auf die electrische Entladung“ von 1887 sowie „Ueber die Einwirkung einer geradlinigen electrischen Schwingung auf eine benachbarte Strombahn“ und „Ueber die Ausbreitungsgeschwindigkeit der electrodynamischen Wirkungen“ von 1888. 1889 veröffentlichte er den Vortrag „Ueber die Beziehungen zwischen Licht und Elektricität“. Postum erschienen unter anderem „Gesammelte Werke, Bd. 2: Untersuchungen über die Ausbreitung der elektrischen Kraft“ (1894), „Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange dargestellt“ (1894) und „Schriften vermischten Inhalts“ (1895).