Die größten Erfindungen: die elektromagnetischen Wellen

Genau 130 Jahre ist es her, dass Heinrich Hertz das Fundament für heutige Nachrichten- und Kommunikationsmöglichkeiten gelegt hat. Dabei verdanken wir seine Entdeckung allein der Tatsache, dass Heinrich Hertz sich schon seit frühester Zeit mit naturwissenschaftlichen Phänomenen befasst hat. Anstatt, wie ursprünglich angestrebt, Bauingenieur zu werden, ließ ihn seine Leidenschaft für die Naturwissenschaften seinen Berufswunsch nochmals überdenken. So kam es, dass er sich nach seinem Studium an der Universität in München und bei den Physikern Helmholtz und Kirchhoff mit Experimenten befasste, um elektromagnetische Wellen zu erzeugen und nachzuweisen.

Vor seinen Experimenten gab es in der Physik bereits Schall- und Lichtwellen und die Vermutung, dass noch eine weitere Art existiert. 1864 hatte der Schotte James Clerk Maxwell die Idee der elektromagnetischen Wellen vorgestellt, ihre Existenz konnte er allerdings nicht beweisen. Als Physikprofessor führte Hertz 1886 in einem Hörsaal der Technischen Hochschule Karlsruhe Experimente mit Kupferdraht-Spulen durch. Hier bemerkte er, dass, wenn die Spulen unter Strom standen, plötzlich Funken an einer der Spulen sprühten. Er schlussfolgerte, dass eine besondere elektrische Schwingung entstanden sein musste, die jene Funken erzeugte.

Hertz verfeinerte schließlich die Apparatur und legte 1887 den Beweis vor, dass die von Maxwell vorausgesagten elektromagnetischen Wellen durch elektrische Schwingungen in einem Draht entstehen. In weiteren Experimenten mit Spiegeln und stehenden Wellen konnte Hertz später zeigen, dass er Wellen mit einer Wellenlänge von 30 bis 100 Zentimeter und entsprechend unterschiedlichen Frequenzen erzeugen konnte. Er entdeckte zudem, dass sich die Wellen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiteten und dass sie wie das Licht reflektiert und gebeugt werden. So bewies Hertz, dass auch das sichtbare Licht zu den elektromagnetischen Wellen gehört. Daneben reicht dessen Spektrum von Radiowellen und Mikrowellen, über infrarotes Licht, das sichtbare Licht und ultraviolettes Licht, bis hin zu Röntgenstrahlen, radioaktiven Strahlen und der kosmischen Strahlung.

Hertz festigte seinen Ruf mit weiteren Abhandlungen zu den neuen Wellen. Schon 1894 starb er allerdings an den Folgen einer Blutvergiftung und konnte die praktische Nutzung seiner Entdeckung nicht mehr miterleben. Verschiedene Physiker setzten Hertz‘ Versuche fort. Darunter der Russe Alexander Popow, der 1896 ein erstes Funktelegramm sendete. Dessen Text bestand aus nur zwei Wörtern: „Heinrich Hertz“. Daneben widmete sich auch der Italiener Guglielmo Marconi der weiteren Erforschung der elektromagnetischen Wellen. Bei einem ähnlichen Sender wie dem von Hertz baute er in den Senderstromkreis einen Taster ein und konnte so Morsesignale übertragen, ohne auf Telegrafenleitungen angewiesen zu sein. 1901 gelang schließlich eine Funkverbindung von Europa über den Atlantik nach Amerika.

Gleichzeitig befasste sich der Deutsche Ferdinand Braun mit seinem „gekoppelten Sender“, einer Konstruktion, die dem Taster von Marconi ähnelte. Hier wurde als nichtstrahlendes Primärsystem ein Kondensator-Kreis mit Funkenstrecke verwendet, mit dem die Antenne als strahlendes System ohne Funkenstrecke gekoppelt ist. Die Bedeutung der drahtlosen Übermittlung von Morsezeichen wurde schnell erkannt. Die Industrie und das Militär steckten Gelder in die Verbesserung der Sende- und Empfangsanlagen. Schiffe konnten schon bald über mehrere tausend Kilometer sicher erreicht werden. 1909 erhielten Marconi und Braun für ihre Errungenschaften in der drahtlosen Telegraphie den Nobelpreis.

Ferdinand Braun setzte sich weiter mit der Thematik auseinander. Zum Gebiet der drahtlosen Telegraphie gehörten auch seine Anordnungen für gerichteten Empfang von elektromagnetischen Wellen sowie einer gerichteten Aussendung. 1913 steuerte er mit einer Rahmenantenne die Intensität und Richtung der von der Station auf dem Eiffelturm ankommenden Wellen und ermöglichte damit die spätere „Funkpeilung“. Zu seinen weiteren Erfindungen zählt  unter anderem die „Braunsche Röhre“. Sie ist das Universal-Handwerkszeug des Hochfrequenz-Physikers und -Ingenieurs und in einer späteren Zeit die Grundlage der Fernsehtechnik.

Der drahtlose Telegraphenverkehr war nicht die einzige praktische Anwendung der Hertz‘schen Forschung. Seine Entdeckung sollte viele Erleichterungen bringen, Hilfestellungen im Alltag und bei Forschungsaufgaben bieten. Nur dank der Hertz‘schen Wellen sind  etwa Flutwellen-, Wetter- und Erbebenwarnungen möglich. Doch die  Entdeckung der elektromagnetischen Wellen hat noch weitreichendere Folgen für unser heutiges Leben: Sie war der Anfang der weltweiten Kommunikation in Form der drahtlosen Telegrafie, der Sicherung des See- und Luftverkehrs in Form der Radartechnik, des Rundfunks und Fernsehens, der Satellitenfunktechnik, der GPS-Navigation, der Funkzellen für die mobilen Telefonnetze und unzähliger Anwendungen in zivilen, militärischen und wissenschaftlichen Bereichen. So gehen etwa auch die Bezeichnungen Rundfunk oder Funktechnik auf die von Hertz ursprünglich benutzten realen Funken bei seinen ersten Experimenten zurück.

Zur Ehrung seiner Verdienste wurde im Internationalen Einheitssystem die physikalische Einheit der Frequenz (Schwingungen pro Sekunde) nach ihm benannt.