英國科技專欄之人——麥可·法拉第

2021-01-15 網易新聞

法拉第

「自然科學家應當是這樣一種人:他願意傾聽每一種意見,卻要自己下決心做出判斷。他應當不被表面現象所迷惑,不對每一種假設有偏愛,不屬於任何學派,在學術上不盲從大師。他應該重事不重人。真理應當是他的首要目標。如果有了這些品質,再加上勤勉,那麼他確實可以有希望走進自然的聖殿。」——法拉第。

貧寒的家庭

麥可·法拉第就在這時候出生了——他出生在一個貧窮的鐵匠家庭。

法拉第從小就過著貧窮清苦的生活,正像很多窮人家的孩子一樣,他比較早熟。13歲時,由於家庭經濟越來越困難,他不能再上學了,便成了一個裝訂印刷作坊的徒工。從此,法拉第走上了自己謀生的道路。法拉第手腳勤快、聰明伶俐,還很注意學習。他很快就學會了書籍裝訂的手藝,而且裝訂得又快又好,這樣,他就可以抽空看看裝訂的那些書了。誰能想到,讀書引導、培養並造就了一個未來的大科學家。

慢慢地,法拉第的頭腦像一塊巨大的海綿,貪婪地吸取著知識。他讀了很多書,像莎士比亞的《哈姆雷特》、《李爾王》,還有《一千零一夜》,都讓他大飽眼福。不過,最吸引法拉第的是《大英百科全書》中講的那些電的現象和《化學漫談》中講的那些化學實驗。法拉第被迷住了。

拿一根玻璃棒在毛皮上摩擦幾下,玻璃棒就能吸引紙屑,這就是電。這個他知道,他在別的書上看到過而且自己也試驗過小小的電的吸引力。可是現在《大英百科全書》上說,可以把這些細微的電一點一滴地貯存起來,貯存多了就可以「啪」地一下放出一個火花,像天上的雷鳴、閃電一樣。在自己家裡就可以製造出雷聲和閃電,真是太有趣了!

還有,《化學漫談》中說,只要把一片銅片和一塊鋅片浸在鹽水裡,就能做一個伏打電池,使電源源不斷地流動起來。用許多伏打電池串聯起來,就能使水分解成兩種氣體,而這兩種氣體混合在一起,一點火,又會「轟」的一聲爆炸,重新再變成水。啊!電,化學,太神奇了。

從此以後,法拉第經常到外面撿些舊瓶子之類的,統統用於實驗。他把書上的每個實驗都做了一遍,親眼看到那些神奇的現象在自己眼前出現。科學引起了法拉第濃厚的興趣,各種實驗的操作培養了法拉第極強的動手實驗能力,這些都為他以後從事科學研究打下了初步的基礎。

逐漸地,他身邊的書已經不能滿足他的要求了,他開始去追尋更深奧的知識。

步入科學聖殿

按書本上講的做實驗已使法拉第不滿足了。幾年來,他的知識豐富多了,對於電方面的濃厚興趣,已使他把自己能找到的有關電氣方面的論述搜集起來,並進行了一定的分析和研究。法拉第期待著更新的科學知識,他20歲這年,強烈的求知慾望使得他把渴望的目光投向了英國皇家學會的科學演講報告會。

法拉第坐在皇家學會富麗堂皇的大廳裡。階梯形的大廳裡座無虛席,誰也沒注意第7排中間位置上的法拉第。他穿得很舊,薄呢大衣早已磨得露出經緯,和滿廳的聽眾相比,他顯得很寒酸。

馬蹄形的大講臺旁邊,正站著一個漂亮的中年人,他講得那麼輕鬆,卻又那麼透徹,他精神抖擻,神採奕奕;天才的光華和勢熱力,似乎正從他的身上向外輻射。

他是戴維教授,當時英國科學界的巨子。他23歲時就被任命為皇家學會化學教授。他還不到25歲就當選為皇家學會會員,兩年後又獲得英國皇家學會的的最高榮譽——柯普萊獎。現在,戴維教授已成為皇家學會的靈魂。由於他的努力,雖然只有33歲,已經贏得了崇高的國際聲譽。他對於氯氣的研究,他所發現的鈉和鉀,給全世界留下了深刻的印象。

法拉第被迷住了,激動得有些發抖的手正用筆飛快地記錄著戴維教授的每一句話、每一個字的意圖。周圍的人覺得他挺可笑,那麼認真幹什麼,聽聽不就行了嗎!

然而,人們沒有想到,這以後不久,這個貧寡的青年成了戴維的得力助手,更沒想到他最終成為一代偉大的科學家。

戴維教授的講演開拓了法拉第的視野,法拉第連續聽了4次戴維教授的講演。出於對科學和大科學家的虔誠,法拉第認真地把戴維教授的4次講演紀錄整理好,配上精緻的插圖,並精心地裝訂成冊,書脊上用燙金字寫著

「亨·戴維爵士講演錄」

不久,法拉第學徒期滿了。出於對科學的嚮往,法拉第鼓起勇氣給皇家學會會長約瑟夫·班克斯爵士寫了一封求職信,表示願意到皇家學會來工作,不管幹什麼都行,只要是為科學服務,他就滿足了。然而,他只得到了班克斯爵士的一個僕人的一句話:「不予回復!」

當時,命運決不願對窮苦出身的人露出笑臉,它永遠是一副威嚴、兇惡的面孔,叫你對它屈服、膜拜。然而,法拉第決不屈從命運,他頑強地與之搏鬥。法拉第又給戴維教授寫了一封信,懇切地表達了自己的願望和追求,他把信和自己整理、裝訂的戴維的講演紀錄,一起送到了皇家學會。

戴維教授覺得很奇怪,自己從來沒有出版過什麼講演錄,哪來這麼一本書呢?難道是歐洲大陸上的國家搶在英國前面,出版了他的講演錄?看完信,原來是一個叫法拉第的小夥子編的,他的信就像這本書一樣,清晰明了。戴維教授被感動了,從法拉第身上,戴維看到了自己的前塵影事——敢於向命運挑戰,勇於追求理想,以及青春、奮鬥、憧憬……

看,這本裝訂好的講演錄,它的記錄、整理、撰抄、裝訂,做得多麼漂亮!那是有條不紊、嚴密細緻的工作作風的產物。戴維教授十分懂得,這樣的習慣和作風在科學研究中有多麼大的價值。

從此,法拉第進入了科學的殿堂。

了不起的成就

法拉第剛進入皇家學會是從洗瓶子開始做起的。他工作勤奮,很快地掌握了實驗技術,成了戴維教授的得力助手。法拉第虛心好學,潛心研究,在科學研究上進展很快。1821年,這是他來到皇家學會的第9個年頭,他以其卓越的成就就任皇家學會實驗室總監和代理實驗室主任。此時正值很多科學家努力探索電與磁的奧秘之時,法拉第也以濃厚的興趣開始了電和磁的研究。

經過幾個月的努力,法拉第成功地實現了電磁轉動——製造了世界上第一個電動機。這就意味著,人類的工農業生產以至人們的生活,將要有巨大的改觀。

這時,丹麥科學家奧斯特教授得到一個有趣的發現。奧斯特和當時的許多科學家一樣,認為電和磁之間互相有聯繫,比如說,在雷電轟鳴的時候,磁針有偏轉現象。因此,奧斯特認為,利用通過電流的導線,可以使磁針繞著磁針偏轉。

他設計了一個實驗,立著一根導線,在與導線垂直的方向放著一根磁針,接通電源,根據他的設想,磁針將會發生偏轉。不料實驗時,磁針並沒有偏轉。奧斯特疑惑了,他又將導線轉動了90度,使之與磁針旋轉的方向平行,然後接通了電源。這一剎那間,磁針明顯地轉動了,從原來指向南北方向轉為指向東西方向,並停在這個方向上。

奧斯特發表了這一實驗報告,並且把它寄給了他所知道的著名科學家。這個實驗引起了許多科學家的注意,他們都根據奧斯特的報告重複了他的實驗,並且也都陸續得到一些關於電磁現象的新發現。

英國皇家學會的化學家戴維,也看到了這份實驗報告,並以極大的興趣讓法拉第和自己一起重複了這個實驗。

這個實驗給法拉第提供了一個新信息。這個信息表示的意義有多麼深遠、有多麼偉大,儘管當時法拉第還不可能理解得很清楚,但是他充分地感覺到了。這就是後來法拉第說的:「它猛然打開了一個科學領域的大門,那裡過去是一片漆黑,如今充滿了光明。」

於是,法拉第在1822年的日記中寫下了一個嶄新的研究題目:「把磁轉變成電」。

法拉第認識到:磁鐵可以使鐵塊感應帶磁,靜電可以使導體感應帶電,電流能產生磁,那麼,必然地,磁也應該能產生電。

法拉第特別下了一番功夫去研究分析奧斯特實驗。他發現這個實驗有一個特點,就是當導線通過電流的時候,磁針都是繞著導線偏轉,而不是磁針自己偏轉,而許多重複奧斯特實驗的科學家都沒有注意到這一特點。於是,他從此入手開始了全面的研究分析,也經常做實驗進行嘗試,可每次都失敗了。法拉第堅信自然界是統一的、和諧的,電和磁是彼此有關聯的。法拉第反覆實驗,反覆研究,並不斷改進實驗方案。

終於,在1831年10月17日——這是人類科學史上應當記住的一天,法拉第在圓形鐵環上繞兩2個銅線圈,一個接在電流計上,另一個接在串聯的伏打電池上,當他把電路接通時,突然電流計的指針輕輕地動了一下,當他把電路斷開時,指針向反方向又動了一下,法拉第的內心立刻明亮了。法拉第一次又一次地重複著實驗,他注意到,由磁產生電流的必要條件是相對運動,他把這樣產生的電流叫做感應電流。人們把法拉第由此總結出來的變化的磁場產生電流的規律,稱為法拉第電磁感應規律。

法拉第的實驗成功了。它說明,一根帶電的導線,可以在它的周圍產生磁場,這個磁場可以使磁針繞著導線轉動。這是一個多麼了不起的發現呀!在這以前,已經有許多科學家研究了自然界中的力,比如像萬有引力、靜電力和磁力,但是這些都表現為可以相互吸引的拉力,或者相互排斥的推力。而法拉第發現的力,是一種可以轉動的力,多麼不可思議!

然而,法拉第並沒有就此止步,因為只有當磁棒在線圈中作往復運動的時候,才有電流感應出來,而磁棒的運動一停止,電流也就隨之消失,他需要製造出穩定的電源來。因為法拉第成天跟伏打電池打交道,很清楚它的缺點,伏打電池很笨重,要產生強大的電流,必須用許多伏打電池,而且製造、搬運都很麻煩。更糟的是,伏打電池用不了多久就要更換。要是能用電磁感應原理製造出永久的穩定電源,那該多好!

兩個月後,法拉第創造性地發明了變壓器和發電機。雖然這還都是實驗室的產物,還需要一個完善的過程,但這預告了電能夠大規模地產生,並且輸送到遙遠的地方。電將從實驗室走向工廠、礦山、農村,走進每一個家庭。

1931年,後人為紀念電磁感應發現100周年,在倫敦舉行了盛大的慶祝活動。人們把法拉第的電磁感應稱做他最偉大的發現——為人類打開了電能寶庫。從此,人類迅速進入電氣時代。

法拉第的名字被全世界傳頌著,鮮花和榮譽向他飛來。法拉第沒有上過大學,但世界各國贈給他的各種學位頭銜達94個,幾乎歐洲所有大學和研究機構都給過他學位證書和金質獎章。法拉第把所有的證書和獎章都收起來,連最親近的朋友都沒見過。他依舊圍著圍裙,在實驗室裡靜靜地進行著一個又一個新的研究。

他冒著生命的危險,證明了導體內外空間的區別;發明了貯存電的力法;發現了著名的電解定律……

1846年,由於他出色的貢獻而獲得倫福獎章和皇家獎章,在皇家學會的歷史上,把兩枚獎章授予同一個人,是罕見的。

法拉第的一生之所以能對科學作出如此巨大的貢獻,除他的刻苦努力和富於創造精神外,更主要的是他具有唯物主義的物理觀和辯證法思想。

法拉第說過:「自然科學家應當是這樣一種人:他願意傾聽每一種意見,卻要自己下決心做出判斷。他應當不被表面現象所迷惑,不對每一種假設有偏愛,不屬於任何學派,在學術上不盲從大師。他應該重事不重人。真理應當是他的首要目標。如果有了這些品質,再加上勤勉,那麼他確實可以有希望走進自然的聖殿。」這就是法拉第為科學事業做出巨大貢獻的真實寫照。

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本文來源:網易探索整理 責任編輯: 王曉易_NE0011

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