Wellen am Himmel und auf Erden

23. Februar 2007, 09:25
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Am 22. Februar jährt sich der Geburtstag von Heinrich Hertz zum 150. Mal - Ohne ihn gäbe es weder Radio noch Handy

Aus der Geschichte der Wissenschaften: Am 22. Februar jährt sich der Geburtstag von Heinrich Hertz zum 150. Mal. Anlass genug, um die Geschichte des Entdeckers der elektromagnetischen Wellen zu erzählen. Ohne ihn gäbe es weder Radio noch Handy.

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Der Text des ersten draht-losen Telegramms, das der russische Physiker Alexander S. Popow 1896 auf 250 Meter Entfernung übertrug, lautete: "H e i n r i c h H e r t z".

Das war zwei Jahre nach dem Tod von Hertz. Dieser hatte sein ganzes Leben lang hartnäckig die Möglichkeit von Übertragungen via Radio geleugnet. Wieso erhielt er dann diese Ehre von Popow zugeteilt? Und wieso erhielt auch noch die Einheit der Frequenz, ein Hertz gleich eine Schwingung pro Sekunde, seinen Namen?

Fünf Jahre später, es war der 12. Dezember 1901, wartete der Ingenieur Guglielmo Marconi (1874-1937) in St. John in Neufundland, Kanada, auf das vereinbarte Morsesignal aus dem englischen Poldhu in Cornwall. Die Wissenschaftswelt hielt das für völlig verrückt. Für die Physik war die Übertragung von Europa nach Amerika keine technische, sondern eine theoretische Unmöglichkeit: Das ließ sich direkt aus den Gesetzen der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen, die Hertz entdeckt hatte, ableiten.

Dem Amateur Marconi war sehr wohl 1899 die drahtlose Überbrückung des Ärmelkanals geglückt, wenn auch an seiner engsten, gerade 32 Kilometer breiten Stelle. Die Radiowellen jedoch sind, wie Hertz nachgewiesen hatte, elektromagnetische Wellen, genau wie das Licht, von dem sie sich nur durch ihre Wellenlänge unterscheiden. So gebrochen und nicht geradlinig sie sich auch fortpflanzen, bleibt ihre Richtung doch parallel zur Tangente der Erdkugel. Ihre Streuung würde die Erdkrümmung nicht lange kompensieren können, meinte Hertz, und die Radiowellen würden sich im Raum verlieren.

Das erklärte auch der Mathematiker und Physiker Henri Poincaré (1854-1912). Er wies nach, dass die nutzbare Reichweite der Radiowellen 300 Kilometer nicht übersteigen könne. Seine Überlegung war korrekt. Keiner der zur damaligen Zeit weltweit rund eintausend wirkenden Physiker hätte einer Übertragung über den Atlantik eine Chance gegeben. Worauf wartete also Marconi mit seinem Kopfhörer in St. John? Hertz war Ende des 19. Jahrhunderts der kompetenteste Wissenschafter, um die Möglichkeit von Radioübertragungen einzuschätzen, und er hatte sie entschieden geleugnet!

Der junge Heinrich Rudolf Hertz, am 22. Februar 1857, vor einhundertfünfzig Jahren, in Hamburg geboren, will Bauingenieur werden, denn "Mathematik ist eine so abstrakte Wissenschaft, in die man sich ganz vertiefen muss, und ich will so gerne mit den Menschen leben".

Äußerungen der Natur

1877 wechselt er dann zur Physik und wird der Lieblingsschüler von Helmholtz. Wann immer er allein ist, liebt er es, laut und auswendig Verse von Homer und Dante zu rezitieren. 1885, als Professor an der Technischen Hochschule in Karlsruhe, arbeitet er über elektrische Schwingungen, wobei er, wie Max Planck sagt, "die Natur zu Äußerungen zwang, die vor ihm kein Mensch wahrgenommen hatte". Hertz konnte Wellen von der Länge einiger Zentimeter "realisieren", da er entdeckte, dass das Prinzip der Resonanz auch auf elektrische Schwingungen anwendbar ist. Max Planck, den man sich als einen höchst nüchternen Mann vorzustellen hat, gerät in innere Erregung, es schwingt gleichsam alles in ihm in Resonanz, wenn er den atemberaubenden Prozess dieser Hertz'schen Entdeckung in seiner Gedächtnisrede am 16. Februar 1894 schildert.

1888 weist Hertz nach, dass Licht eine elektromagnetische Erscheinung sehr kurzer Wellenlänge ist. Es gelingt ihm, einen Oszillator zu bauen, der Wellen wesentlich kleinerer Wellenlängen als in seinen früheren Versuchen erzeugt. In seinen berühmten Versuchen zeigt er, dass die Grundgesetze der Optik, wie Reflexion, Brechung und Polarisation, sich auch mit elektromagnetischen Wellen bestätigen lassen. Damit war endgültig zugunsten der Maxwell'schen Theorie entschieden. In klassischer Knappheit und Klarheit, die noch über die Arbeit Maxwells hinausgeht, gibt er der Elektrodynamik jene architektonisch wundervolle Form, von der ein Boltzmann staunend bekannte: "War es ein Gott, der diese Zeichen schrieb?" Seitdem antwortet jeder Physiker, nach der Maxwell'schen Theorie befragt, mit Hertz' Worten: "Diese Theorie ist das System der Maxwell'schen Gleichungen." Dieser Genius Hertz, der, wo auch immer er in der Physik ein Problem anpackte, dieses auf so originelle Weise lösen konnte, dass ihm alle Physiker aufs Höchste bewunderten, sollte falsch liegen? Unbeirrt davon bereitet Marconi seine speziellen Antennen für einen Empfang in St. John vor.

"Wenn Sie konkave Spiegel von der Größe eines Kontinents bekommen könnten, dann wären Sie in der Lage, zu den Ergebnissen zu gelangen, die Ihnen vorschweben; mit normalen Spiegeln dagegen könnten Sie praktisch nichts anfangen, sie hätten nicht die geringste Wirkung", schreibt Hertz.

Marconi verwendet keine gigantischen Reflektorspiegel, ihm reicht eine kleine Glasröhre mit zwei Elektroden und ein bisschen Metallstaub, der die elektrischen Wellen in dieser Röhre "einzufangen" hat. Und das Unglaubliche geschieht: Marconi kann, den Gesetzen des Elektromagnetismus zum Trotz, das Signal aus Poldhu deutlich in St. Johns empfangen. Keiner ahnt, warum. Es muss am "Himmel" eine Art Spiegel sein, durch den die "Radiowellen" wieder zur Erde reflektiert werden und an Orte gelangen können, die durch die Kugelgestalt unseres Planeten außer Sichtweite liegen. Erst nach 1924 wird das Edward Appleton (1892-1965) klären. Er zeigt, dass Schichten aus Ionen, die durch die Sonneneinstrahlung erzeugt werden, in der Atmosphäre die so genannte Ionosphäre bilden, die für elektromagnetische Wellen bestimmter Länge undurchlässig ist.

Der einzige richtige Weg

Die Gesetze der Physik wurden durch die Radioübertragung nicht verletzt, und gäbe es keine Ionosphäre, wäre die Reichweite von Marconis Signalen tatsächlich nicht größer als 300 Kilometer gewesen. Hertz hatte, wie Ludwig Boltzmann schrieb, der Forschungsrichtung für lange Zeit den einzigen richtigen Weg gewiesen.

Auch die Radioastronomie beruht auf Hertz, und die riesigen Radio-Teleskope, mit denen Entfernungen von Milliarden Lichtjahren überbrückt werden, sind nach dem Vorbild der Parabolspiegel gebaut, die Hertz bei seinen Versuchen benutzte. Aber auf Erden wirkte die Analogie zwischen Radio- und Lichtquellen wie eine Scheuklappe.

Für Marconi, den die Arbeiten von Hertz angeregt hatten, der aber mit dem Elektromagnetismus nicht so gut vertraut war, war diese Analogie ohne Bedeutung und beeinflusste seine Vorhaben nicht im Geringsten. Er wird 1909 gemeinsam mit Ferdinand Braun (1850-1918) den Nobelpreis erhalten.

Eine Evaluierung durch Experten in unserem heutigen Sinn hätte seinem Projekt keine Chance gegeben.

Hertz selbst kann diese Erfolge nicht mehr erleben. Am 9. Dezember 1893 schreibt er an seine Eltern die Zeilen: "Wenn mir wirklich etwas geschieht, so sollt Ihr nicht trauern, sondern sollt ein wenig stolz sein und denken, dass ich dann zu den besonders Auserwählten gehöre, die nur kurz leben und doch genug leben. Dies Schicksal habe ich mir nicht gewünscht und gewählt, aber wo es mich getroffen, muss ich zufrieden sein, und wenn mir die Wahl gelassen wäre, würde ich es vielleicht selbst gewählt haben".

Am 1. Januar 1894 stirbt Hertz, keine siebenunddreißig Jahre alt, an den Folgen einer Sepsis. (Peter Maria Schuster, DER STANDARD, Printausgabe, 21. Februar 2007)

  • Der deutsche Physiker Heinrich Hertz.
    foto: der standard/wikipedia

    Der deutsche Physiker Heinrich Hertz.

  • Der Physiker und Ingenieur Guglielmo Marconi.
    foto: der standard/wikipedia

    Der Physiker und Ingenieur Guglielmo Marconi.

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