只上過兩年小學的人,竟是愛因斯坦、特斯拉都膜拜的「電學之父」

2021-01-15 CW的科學加油站

電力對於當今的人類社會來說,已經變得越來越不可或缺,每當談到電力這個話題的時候,你第一時間能想到的是誰的名字,愛迪生?特斯拉?還是麥克斯韋?

然而最應該排在這份名單首位的,其實是我們今天故事的主角,一個出身寒門,只上過兩年小學,卻依靠著自己天才般的學習能力和堅韌不拔的意志,成為了後世口中的電學之父和交流電之父,也是開創了電磁學基礎的史上最偉大的平民科學家。

如果沒有他的那些偉大發現,沒人能夠想像我們將生活在一個怎樣的世界,他對於全人類的偉大科學貢獻,絕不亞於任何一個我們所熟知的頂級的天才科學家。讓我們一起進入今天的故事來回顧麥可·法拉第,傳奇的偉大一生。

寒門天才

1791年,法拉第出生在英國倫敦南部的一個小鎮,不同於其他那些擁有不錯家境的天才,法拉第的家庭十分貧困,他的父親只是一名微薄收入的鐵匠,所以小法拉第生活的十分窮苦,有時候甚至一根麵包就是他一周的食物。

法拉第在小學二年級時就輟學回家,為他已經病倒在床的父親分擔生活的重擔。他在城裡找到一份書店裡跑腿工的工作,由於當時的報紙還是很多人輪流租閱的方式,因此法拉第的工作就是負責收送報紙給客人看。

因為老闆非常欣賞他認真誠懇的工作態度,於是便將法拉第提升為書籍裝訂的學徒工,並且不收取任何學費。這對於當時的法拉第來說,已經算得上是一件非常幸運的事了,因為他不僅能夠在這份工作中學到一技之長,更關鍵的是,他可以接觸大量的書籍,就是在這時,法拉第的天才潛力開始慢慢萌芽。

漫長的7年學徒生涯中,只讀過小學二年級的法拉第,竟然幾乎閱讀了所有經他裝訂的書籍,也由此掌握了大量在當時流行的各種科學理論,其中更是以大英百科全書中的電學知識讓法拉第痴迷不已。工作之餘最能夠讓法拉第感到快樂的,用平時搜集來的一些相關材料,逐個複製書中描述的電學相關事業。

當然法拉第也並沒有因為自己這個所謂的愛好而疏忽了本職工作,由於他一絲不苟的工作態度和嫻熟的書本裝訂技巧,給老闆的一位大客戶留下了深刻的印象,所以作為讚賞,法拉第從這位貴人手中獲得了一張將會改變自己,也同樣會改變人類科學進程的入場券。

19世紀初的英國,科學還只是當時貴族與紳士們才有資格追求的高貴真理,而作為一個書生學徒來說,法拉第顯然是沒有資格追求科學真理的。這也讓他在參加當時最富聲望,並且一票難求的化學家漢弗裡戴維舉辦的這場科學講座時顯得格外的惹眼。

在場的所有貴族與紳士們都在向這個年輕人,投來鄙夷與輕蔑的目光。漢弗裡·戴維是那個時代最為出色的科學家之一,他的講座既生動有趣又容易理解,這也讓他成為了在當時如偶像明星般的素材。

在這個科學大神的講座上,法拉第也顧不上那些異樣的眼光,他如饑似渴的記錄戴維在講座中談到的所有細節,並且被戴維淵博的知識和優雅的紳士風度所折服,也就是從這次講座之後,他開始視戴維為自己的偶像。

回到書店後,法拉第還是無法抑制自己想要探索科學真理的衝動,他將自己在戴維當天講座的筆記謄抄的一絲不苟,並且精心裝訂一番後,郵寄給了戴維,並向自己信仰的神做了最虔誠的祈禱,希望戴維看到這本精心製作的筆記後,可以賞識自己對於科學的熱情與執著。

幸運的是,這本筆記沒有被擱置,它確實引起了戴維的興趣,於是法拉第被邀請在戴維的辦公室面談,經過一番交流之後,法拉第向戴維表達了想要奉獻一生,踐行自己對科學的熱忱,服務全人類的遠大理想,而戴維回應給法拉第的,只是一個輕蔑的微笑,然後就被他請出了辦公室,回去等一個註定不會有什麼結果的好消息去了。

雖然法拉第明顯感覺到了戴維的敷衍,但是他仍然決心走上這條在外人看來並不適合自己的科學道路,或許是法拉第的虔誠禱告真的起了作用,事情有了轉機。

戴維在實驗中不慎被三氯化氮引起的爆炸炸傷了一隻眼睛,必須在家中靜養,自己的助理倒是可以暫時負責實驗室的日常工作,但少了一個打下手的人,所以這個時候的戴維自然就又想起了那個愣頭青法拉第。

對於法拉第來說,他終於擁有了一次追求科學真理的真正機會。雖然戴維給他安排的工作也大多是跟科學研究毫無關係的雜活,但是法拉第也並沒有因此氣餒,反而抓住每一個讓自己學習的機會。這時候或許也只有法拉第自己相信,他一定能在科學領域尋找到屬於自己的夢寐以求的真理。

1813年5月,傷勢已經好轉的戴維受邀展開了一次歐洲學會演講,但是他的侍從並沒有跟隨戴維一同出行,所以原本是以助手身份同行的法拉第卻被戴維要求同時兼任自己僕人的工作,直到在其他大城市找到人代替為止,可是最終到巡迴演講結束,戴維也沒有找到。

法拉第也因此被強迫在整個旅行中,同時兼任僕人任與助手。而且,這一路上戴維的妻子都不願意平等的對待法拉第。出行時要他坐在馬車外,就餐時也只能與其他傭人坐在一起。這一路上,夫妻倆對於法拉第在人格上的侮辱,甚至讓法拉第開始考慮辭掉這份讓他受盡屈辱的工作,從此放棄科學研究。

不過好在他還是堅持了下來,這次的逆境最終還是沒有熄滅法拉第追求科學真理的熱情。而且在巡迴演講不久之後,法拉第便迎來了在科學成就上超越戴維的一次絕佳機會。

一飛沖天

在19世紀初的科學界,人們最大的興趣莫過於研究電學學科,各式各樣關於電學現象的研究,在世界各地的幾乎每個實驗室都如火如荼的進行著。

戴維實驗室自然也不會例外,儘管世界各地的科學家都對電的研究熱情空前的高漲,但是還沒有一個人能夠解釋,電所產生的這種特殊的力的本質究竟是什麼。當時科學界對於電的普遍認知是,它可以像水在水管中那樣在導線中流動,但是1821年丹麥科學家奧斯特的一個偶然發現,則徹底顛覆了人們對於電的固有印象。

奧斯特發現如果將指南針放置在正在導電的線路附近,就會導致指南針受力偏轉的神奇現象。這也是人類有史以來首次發現,電竟然會對磁產生一定影響。這讓普遍認為電力與磁力本是互不相關的,兩種自然力量的科學家們驚詫不已,而且這種神奇的現象,給人們固有的科學觀念造成的衝擊,不亞於當今黑洞或是量子力學的發現。

此時,戴維也在實驗室中與幾個學者們一起研究這個令人驚奇的現象。戴維反覆的讓法拉第將指南針分別放置在正在導電的線路的各個方向,結果指南針的偏轉也會做出相應的改變。看著眾人面面相覷,誰也猜不透的時候,法拉第大膽的說出了自己的猜想。

他認為電力在沿導線流動時,應該也會對周圍施加一些看不見的力,這也是造成這個現象的原因,可是更為奇怪的是,不管如何改變實驗條件,磁針受電力影響後所指的方向,總是以電流傳導的方向,成90度的偏離。這讓戴維覺得異常的奇怪,因為他覺得,即使像法拉第說的那樣,電力會對磁針產生無形的影響,但磁針受影響後所指的方向也應該是與電流的方向一致或是相反才對,至於為什麼會出現詭異的90度偏離。一時間,誰也想不出合理的答案,這個實驗也就被擱置了下來。

正如前面說到的,法拉第似乎天生就對實驗現象有著超強的理解和洞悉能力,並且能從複雜的表現中迅速的找出現象的本質。通過持續的觀察指南針在導線各個位置的偏轉情況,法拉第注意到了一些特定的模式。

當時的人們普遍認為力只會沿直線運動,而此時在法拉第腦海中勾勒出的卻是一條條,在通電導線周圍從環繞流動的不可見的力線,他隨即想到,很有可能指南針的磁針,也會發出這種呈環狀流動的,不可見的力線。

而且,他進一步的發散思維,設想,既然電可以對磁產生影響,那麼磁會不會反過來也會對電產生影響呢?於是法拉第很快設計了一個實驗,它將一塊磁鐵放置在一個承裝水銀容器的中間位置,然後取一根通電導線,將其一端從上至下放置在水域容器中,想看看,位於水銀容器中間位置的磁體是否會對這個導線產生同樣的影響。

當法拉第去接通導線電流的那一刻,他被眼前發生的現象震撼到,不知該做何反應。但是法拉第知道,自己的這項實驗是具有劃時代意義的。但是這時的法拉第並沒有意識到這個偉大的發現,不但為後人開創電磁學領域打下了堅實的基礎,也為之後諸如麥克斯韋、特斯拉等等一眾天才開闢出了一個廣闊的科學的新天地。

此時早已離開戴維實驗室的法拉第,將自己對於電磁相互作用的發現,發表在了英國權威的學術期刊上,並獲得了廣泛的關注。此時早已貴為英國皇家學會主席的戴維,悲哀的意識到,這個昔日裡自己根本瞧不上眼的人,取得的科學成就已經遠遠的高出了自己。

於是戴維公開質疑法拉第的這項發現是剽竊了另外一位當時的英國頂尖科學家,威廉·沃拉斯頓的相似成果,並且還將法拉第告上了法庭,這一連串的惡意栽贓行為,讓即將被選為英國皇家學會會員的法拉第,受到了極大的壓力。

雖然法拉第與威廉·沃拉斯頓取得聯繫後,對方已經完全認可了法拉第的發現跟自己毫無關係,但是已經被嫉妒衝昏了頭腦的戴維仍然不依不饒,並且依據自己編造的事實和皇家學會主席的特殊身份,全力組織法拉第進入英國皇家學會成為會員。

最終的結果也確實給了戴維一記響亮的耳光。由於絕大多數有投票資格會員的支持,1824年法拉第順利高票當選了英國皇家學會會員,這一年法拉第年僅32歲。

而戴維這邊早已失去了對科學研究熱忱的他,生活上也變得越來越放縱,最終在5年後,因為過度吸入一氧化二氮而黯然離世。

法拉第則在尋求真理的道路上越走越遠,1831年,法拉第在皇家學會的實驗室中發現,當把一塊磁鐵穿過一個閉合的導電線路時,線路內就會產生一定的電流,這項發現也就是我們所熟知的所謂電磁感應現象。而就是這一發現,被後世公認為電學與物理學最偉大的發現之一。也就在同年,法拉第又發明了人類歷史上首個發電機,從此將人類從蒙昧帶入了一個全新的電氣時代,當然也為日後的工業革命奠定了偉大且堅實的基礎。

而就是這樣一位偉大的科學家,卻是一個極其簡樸,對於名利沒有半點留戀的人,他曾經兩次拒絕了成為英國皇家學會主席的邀請,而且也推辭了英國皇室將他封為爵士的好意,這個只願為科學與真理奉獻一生的窮小子,最終,也真的實現了自己夙願,成為了人類物理學史上,人人頂禮膜拜的最偉大的平民科學巨匠。

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