有一句谚语是这么说的,穷人的孩子早当家。历史上,各行各业出身在贫穷人家的孩子不乏有成长为精英的人。例如,差点饿死的朱元璋后来当上了皇帝,家境贫寒,9岁母亲逝世的亚伯拉罕·林肯后来统一了美国各大州。迈克尔·法拉第就有着与他们同样贫穷的经历。
法拉第
特殊的成长环境——贫穷1791年,英国萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠的家里一个男孩呱呱坠地了,父亲给他取名为迈克尔·法拉第。当时,第一次工业革命在英国进行的如火如荼,法拉第家的铁匠铺自然受到了冲击,没过多久,不幸的事就发生了,铁匠铺倒闭了,加上父亲体弱多病,小法拉第在读了两年小学后辍学了。
后来,法拉第为了维持生计,来到了书店做装订工,法拉第从小就聪明好学,善于动脑子思考并且喜欢亲手做实验,这为他以后可以做出各种各样的电磁学实验打下来实践基础,当他在图书馆工作的时候,法拉第如饥似渴地阅读各类书籍。尤其是《大英百科全书》中关于电学的文章,强烈地吸引着他,他努力地将书本知识付诸实践,利用废旧物品制作静电起电机,进行简单的化学和物理实验。他还与青年朋友们建立了一个学习小组,常常在一起讨论问题,交换思想。历史总是惊人的相似,图书馆或是书店,是个出人才的地方,伟大的领袖毛泽东也做过北大的图书馆管理员。
人生的转折点---踏上科学的班车1813年3月,一位书店的忠实读者送给了法拉第一张化学家戴维的讲课入场券。在听完戴维的课程后,法拉第将自己听课的笔记装订成小册子,并命名为《戴维老师讲演录》,寄给了戴维,并且笔记本里夹杂了一封信,信中这么写道:“尊敬的戴维老师,自己是铁匠的儿子……如此等等悲惨的遭遇,对科学产生了浓厚的兴趣。” 戴维看到这封信后,联想到自己,觉得与自己的人生遭遇是如此的相似,到戴维的皇家研究院实验室任实验室助手,这是法拉第一生的转折点。他从此走上了成为一个伟大物理学家的道路。
戴维与法拉第
起初,戴维只让法拉第担任他的助手,做一些繁杂的琐事,比如,当戴维准备会见学者时准备戴维会见学者的资料,记录戴维的演讲录等等。当时的戴维被称为“电解之父”,在化学研究方面比较成功,可是令法拉第痛苦的是,他一直痴迷于研究电学,但是始终得不到机会。凭他对老师的了解,是不可能让他研究电磁的。
磁针旋转实验
师徒反目的一天终将会到来。
法拉第真不愧为十足的实验迷,他把那根粗铜丝固定在盛满水银的玻璃缸中,然后让磁棒直立地漂浮水银中,使其中一头露出液面。当他接通电源时,磁棒就绕着通电的铜丝转动起来。就这样一个原始的电动机制作完成了。法拉第又通过大量实验证明了这种磁力能使通电导线不停地摆动。法拉第把自己的实验结果写了一篇报告。此时,《科学季刊》的编辑正好向他征稿,他有些犹豫,可是此时老师戴维和沃拉斯顿都不在伦敦,他理应首先向他们报告,这该怎么办呢。
法拉第心急如焚,思来想去,加上《科学季刊》是三个月才发一次稿,机会难得,通过朋友们的鼓励,法拉第最终将报告寄给了编辑部。之后,他陪着新婚三个月的妻子萨拉乘车南下,到布赖顿海滩补度蜜月去了。在旅行途中,法拉第过了30岁生日。彼时他在想也许这篇论文是他30岁最好的生日礼物,他希望自己的新发现,能得到科学界的承认和重视。新出版的这一期《科学季刊》上,登载了法拉第的论文。10月份,让法拉第感到意外的是当他回到皇家学院,等待着他的不是掌声、赞扬,而是冷言风语,指指点点。
皇家学会的一些会员指责他“剽窃了沃拉斯顿博士的研究成果”;我们都知道,剽窃他人的成果是多么丢人的事,最终法拉第只好直接给沃拉斯顿博士写信。此时,沃拉斯顿旅游归来。在信中法拉第请求和博士晤面,陈述事情原委,此次与沃拉斯顿的面谈,法拉第表现出的诚实、真挚和对科学的那种执著追求,给沃拉斯顿留下了深刻的印象,最终的到了沃拉斯顿的鼓励。
这件事情过后,戴维安排法拉第去做光学玻璃研究,这显然是戴维故意打压法拉第,可是法拉第也无可奈何,十年后,戴维去世,法拉第终于恢复了电磁学的研究。
麦克斯韦的先驱
法拉第(右)与麦克斯韦(左)
开头说到,法拉第只有小学二年级肄业,因此他的数学演算能力较弱,但这并不阻碍法拉第成为伟大的科学家。得益于在戴维手下做助手,他很清楚怎么通过正确的规范的实验方法来寻找答案。
一生中最重要的学术成就电磁感应与力线思想。
从1824 年到1831年, 法拉第多次进行电磁学实验。他仔细分析电流的磁效应, 认为电流与磁的相互作用除了电流对磁、磁对磁、电流对电流, 还应有磁对电流的作用。他想, 既然电荷可以感应周围的导体使之带电, 磁铁可以感应铁质物体使之磁化, 为什么电流不可以在周围导体中感应出电流来呢?于是他做了一系列实验,想寻找导体中的感应电流。
电磁感应实验之一
简单来说说其中的一个实验:法拉第把两个线圈绕在一个铁环上,线圈A接直流电源,线圈B接电流表。法拉第发现,当线圈A的电路接通或断开的瞬间,线圈B中产生瞬时电流。法拉第还发现,铁环并不是必须的。拿走铁环,再做这个实验,上述现象仍然发生,只是线圈B中的电流弱些。
法拉第磁生电实验
这个实验我们现在看起来很简单,在那个年代科学技术十分落后且电磁学刚刚萌芽的年代还是十分困难的,实验并非一帆风顺。
为了透彻研究电磁感应现象,法拉第做了许多实验,并进行了归纳总结。
1831年11月24日,法拉第向皇家学会提交的一个报告中,把这种现象定名为“电磁感应现象”,并且归纳总结出可以产生感应电流的五种方式:变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。
由于数学基础薄弱,他无法继续完善电磁学理论,他提出了“场”的概念,却只能用形象的语言描述电磁场,场是现代物理学中最基本的概念,也是一个革命性的概念,直接质疑了牛顿万有引力的超距作用。这启发了后来的爱因斯坦,爱因斯坦曾指出:广义相对论就是一种场论。
1855年,麦克斯韦发表论文《论法拉第的力线》。这是对法拉第研究的数学描述,法拉第看到论文后非常高兴,最终法拉第找到了麦克斯韦,并鼓励他不仅仅只是在做证明自己的实验,还要在电磁学方面有自己的扩展。
麦克斯韦受到了自己偶像的鼓励,最终一统电磁学,总结出了伟大的麦克斯韦方程组;并预言了电磁波的存在。
麦克斯韦一生敬重法拉第。
一个科学家到底给人类做了多少贡献我们无从计量;但是法拉第给人类带来光面,带来动力。法拉第的出身并不利于他成长为一个科学家,但是由于自身的勤奋与踏实,和对科学的一腔热情,让他能够在这条道路上开拓前进,硕果累累。
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