打開電力時代的大門

1804年一個仲夏的早晨，倫敦街頭走來一個報童。他個子瘦小，眉清目秀，雖然衣衫襤褸，但看上去卻挺精神。他挎著一包報紙，一面啃著一小塊面包，一面快活地哼著歌兒。

報童走到一家點綴著綠陰的庭院，停了下來。在等候開門的片刻，報童的目光落在身旁的欄桿上，他忽然停止了唱歌。一個有趣的問題在他腦海里閃過:“如果我的頭伸進欄桿里，而身子還在欄桿外，那我究竟應該算在欄桿哪一邊呢?”

正當這個報童凝神思索的時候，不料大門打開了。他躲閃不及，腦袋被重重地碰了一下。他的“欄桿難題”沒解決，腦門上卻鼓起了一個青包，惹得開門的仆人及路人都哈哈大笑起來。這位鬧笑話的報童，就是13歲的邁克爾·法拉第。

人窮志堅

邁克爾·法拉第是英國物理學家和化學家、近代電磁學的奠基人。1791年9月22日，他出生在英國紐因敦城一個普通的鐵匠家庭，祖先有愛爾蘭血統。法拉第的父親是一個吃苦耐勞、篤信宗教的人，名叫法拉第·詹姆士。一家6口，靠他打鐵糊口，相當艱苦。

法拉第小時候對字母“R”的讀音不準，把他哥哥羅伯特的名字總是讀成渥伯特，這使得他的老師很惱火。一天，老師把羅伯特叫到身邊，給他半個便士，要他去買一棵藤條來，她要當眾揍法拉第一頓來教訓他。羅伯特走出教室就把拿到的半個便士扔到了墻外，然后跑回家把此事告訴媽媽。法拉第的媽媽疼愛孩子，于是決定讓法拉第兄弟退了學，法拉第的學校教育就這樣結束了。

法拉第童年生活沒有留下更多的記載。根據他自己后來的回憶，他的童年是在饑餓中度過的，有時候一條面包要當一星期的口糧，每天早晚各吃一小塊，這樣就不至于完全挨餓，當然也不可能有一頓完全吃飽。幼年生活的困苦，鍛煉了法拉第樸素而堅忍的性格。法拉第13歲時就去做工，很幸運，他做了一名報童以后，就在一家書報店里當上了訂書工。面對許多書籍，他空閑時就貪婪地閱讀。書本把他帶到了一個奇妙的世界。他自己說:“我特別喜歡閱讀科學書籍。”在他讀到的書籍中，他最愛看的是《大英百科全書》，特別是吉爾伯特·富蘭克林這些先驅者的電學知識，使他受益匪淺。對于其他的科普讀物，法拉第也很感興趣。有一本名叫《科學對話》的小冊子寫得饒有趣味，他最初的化學知識就是從這本書里汲取的。

從13歲到21歲，正是長知識、長身體的黃金時期。法拉第這個階段在書店當了8年的學徒，等于上了8年學，這為他后來從事科學研究打下了必要的基礎。

1812年，一位顧客送給法拉第一張化學家戴維在皇家學院講演的門票。法拉第對戴維敬仰已久，現在居然能夠去聆聽他的講演課，真是欣喜異常。他認真聽講，并做了詳細的筆記。之后，又將筆記精心裝訂，附上一封求職信，送呈皇家學會會長約瑟夫·班克斯爵士。可是班克斯卻留言:“此信無須答復。”皇家學會會長對這個無名小輩不予理會。但有趣的是，事隔40年后，當廷德爾教授請法拉第出任英國皇家學會會長時，他對這一享有殊榮的職位也采取了不屑一顧的態度。他說:“廷德爾，我決心一輩子當一個平凡的邁克爾·法拉第。”

四海求學

第一次碰壁并沒使法拉第氣餒。經過幾天的考慮，他決心給戴維本人送去一份聽他講演的筆記，并附帶一份要求給他當助手的申請書。信寄出去以后，法拉第懷著惴惴不安的心情期盼著回音，想不到幾天以后，他就收到了戴維約他到辦公室面談的便條。

由于被年輕人的身世和熱情打動，為了幫助年輕人，戴維決心在皇家學院給這位青年人謀一職位。起初他只干些刷洗瓶子、打掃衛生的雜活。由于他干得出色，幾個月后，碰巧皇家學院的實驗室需要一名實驗助手，戴維征詢法拉第的意見，法拉第毫不猶豫地接受了這一工作。在戴維的幫助下，法拉第正式踏入了科學界。

1813年10月，正值秋高氣爽的日子，戴維要去歐洲進行學術考察，主要目的是同歐洲各國著名學者進行學術交流，并且做些短期的研究工作。因操作實驗和整理科學記錄的需要，戴維帶上了法拉第。歐洲之行使法拉第受益匪淺，他在巴黎見到了后來將電轉化為磁，并成為電動力學創始人的法國科學家安培，在米蘭會見了因發明電池而聲名顯赫的意大利科學家伏打。正是安培和伏打對電的研究啟發了法拉第，使他后來產生了將磁轉化為電的想法。因為法拉第看到電流可以從伏打電池中產生，但伏打電池成本太高，所產生的電量又有限，既然地球本身就是一個大磁石，那么自然界中磁就普遍存在，如果能從磁石中產生出電流來，便能夠以很低的成本獲取大量的電流。法拉第下決心一定要搞清電與磁的關系。他在日記本中寫上了一個警句:“由磁產生電!”正是他的艱苦研究和偉大發現——由磁感應的電流產生，人類獲得了打開整個電能寶庫的鑰匙，使蒸汽時代進入電氣時代成為可能。

鍥而不舍

1820年物理學界發生了一件大事:丹麥科學家奧斯特發現了電流的磁效應，第一次揭示出電和磁的密切聯系。這件事刷新了電學史，也改變了法拉第的研究方向。

奧斯特是個化學家兼外科制藥專家，也是金屬鋁的發現者之一。他在一次實驗中意外發現，把通電的導線放在磁針上方，磁針竟會發生偏轉!這個發現在1820年7月21日公布以后，立刻引起整個物理學界的轟動。29歲的法拉第同樣被這個重大發現所吸引。他以極大的興趣重復了奧斯特的實驗。果然，南北指向的磁針在通電導線下面會轉成東西方向。這是為什么呢?懷著極大的興趣，在戴維的鼓勵下，法拉第毅然決然闖進了電磁學這個未知的領地，沿著化學家奧斯特的發現繼續深入探索。

年輕的法拉第專門設計了一套裝置進行電磁研究。他將兩個緊密耦合而又互相絕緣的組合線圈與開關、電瓶和電流計分別連接，試圖反其道而行之，使初級線圈接通電流后，次級線圈能夠感應出電流來。但是事與愿違，法拉第的實驗重復了無數次，卻每次都在希望中開始，在失望中結束。時間像江河一樣流逝，法拉第成功的信念毫不動搖，他不斷加大電池組，不斷以各種材料改進實驗儀器，堅忍不拔地探索著科學的奧秘。

“鍥而不舍，金石可鏤”。經過反復不斷地改進、實驗和百折不撓地努力，法拉第終于在1831年的秋天迎來了他一生中最難忘的一年。在他的實驗室里，法拉第解開了一直為大家所困擾的謎:磁鐵和初級線圈一樣穿過次級線圈環，電流計的指針也隨著磁鐵的運動而擺動。原來是通過次級線圈的磁通量的變化引起了感應電流。換句話說，正是運動的磁產生了電流，法拉第醞釀和追求了10年的理想終于實現啦!這就是著名的電磁感應現象!它繼奧斯特等人的實驗之后，進一步揭示出電和磁互相轉化的辯證關系，為近代電磁學奠定了基礎。也正是在這個基礎上，法拉第制造出世界上第一臺感應發電機。

為了定量表述電磁感應規律，法拉第設想一種曲線，它的任意一點的切線方向都與磁力在這一點上的方向一致，這種曲線就是磁力線，磁力線可以充滿整個空間。他于1837年又進一步提出了“場”的全新概念，但是這一學說在當時遇到了極大的阻力，不被人理解。因為當時牛頓力學是物理學的主宰，“超距作用”觀念不但支配了天體力學，也影響到電磁學。人們普遍認為力的傳遞(包括電力和磁力)是即時而超距的。而法拉第不隨波逐流，他從大量的實驗事實出發，對“超距觀念”提出了懷疑。他相信“物質到處存在，沒有不被物質占有的中空地帶”，因此電力和磁力不能憑空傳遞。法拉第經過十幾年的醞釀，終于找到了杰出的“力線”概念，認為導線中感應電流的大小完全取決于導線截割磁力線的數目。用這種全新眼光來觀察，電荷或磁極周圍布滿了向各個方向散發出去的力線，電荷或磁極就是力線的起點。從這一事實出發，法拉第首次提出“場”的概念。他把布滿磁力線的空間稱為磁場，磁力就是通過連續的場傳遞的。這樣，法拉第“場”理論動搖了牛頓力學的神圣殿堂。但這一觀點只能以直觀形式表達，缺乏嚴謹的體系和精確的數學語言，因而他這些卓越的思想被粗糙的表現形式所掩蓋。這一缺憾是后來由數學家出身的麥克斯韋來彌補的。當麥克斯韋方程以簡潔的形式表現出“場”的狀態和電磁光的統一關系時，人們才清晰地看到了法拉第電磁觀點耀眼的光輝。

1867年8月25日，法拉第坐在書房的椅子上安詳地離開了人世，終年76歲。這位偉大的科學家生前一向反對哀榮和葬禮，遵照他的遺言，在倫敦北部的海格特公墓舉行了簡樸的儀式，只有他的親人在場。他的墳前只立了一塊小小的石碑，標示出邁克爾·法拉第長眠的地方。

沒有舉行轟動全國的葬禮，也沒有金碧輝煌的陵墓，然而法拉第的偉大卻是任何帝王所不能比擬的。他是世界上最杰出的實驗天才，堅持各種物理現象之間存在著有待發現的基本關系，他提出的場的全新概念，在科技史上是劃時代的貢獻，是電學史上的里程碑。后經麥克斯韋發展成為電磁理論，打開了電力時代的大門。