电子科学发明家-第7节
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收集到的有关电磁现象的资料,仔细地进行比较研究,并且一一用实验来重
新检验。实验进展很快,也很有趣。1821年夏天,他在《哲学年报》上发表
了有关电磁研究进展的论文。在这篇论文中,法拉第把电流对磁针的作用力
称做“转动力”,虽然从理论上讲这也没有触及到本质,但是他却在实验中
巧妙地运用这种“转动力”,让一块磁铁绕着一条电流连续转动,或是使一
条载流导体绕磁铁不停地旋转。当时法拉第新婚不久,他常常请新娘在一旁
观看实验。当法拉第获得初步成功的时候,他欢乐得几乎手舞足蹈起来。一
位传记作家曾经这样描述:实验对于法拉第来说,无论在什么时候都好象孩
子那样的快活,不管这个实验是他本人做的,还是别人的发现。
不久,安培发表了研究报告,原来这位法国学者在这以前也做过同样的
实验,并且确定电流具有磁性。安培是享有盛名的电学大师;法拉第还是个
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新手,他能够同安培不谋而合,确实是可喜可贺的。
法拉第向戴维报告了他的实验成果。当时,戴维已经成为英国皇家学会
会长,他起初有些不信,因为法拉第一直受的是化学方面的训练。但是当他
重复法拉第实验的时候,果然一一应验。这位英国的科学泰斗也不由得暗暗
佩服。戴维从1801年开始关注电学,二十年来他在化学领域里硕果累累,对
电解也很有造诣,但是在电磁学上却没有什么发现。现在是后来居上,让学
生领了先。真是“青出于蓝,而胜于蓝”!
初次成功使法拉第受到很大鼓舞,他信心更大了,决心为电磁学这门崭
新的科学当个开路先锋。根据大量的实验,他确信电和磁就象铜币的图案和
字样,是同一事物的两面。既然电流可以产生磁,那为什么磁不能产生电流
呢?1821年秋季,法拉第在日记里写下了一个闪光的设想,“从磁产生电!”
想不到为了实现这一伟大的目标,法拉第经历了无数次失败,进行了长
达十年的实验研究。这是一次艰苦卓绝的攀登。
十年徘徊
探索电磁之谜的战役打响了,这是十九世纪上半叶物理学的一场激动人
心的攻坚战。许多大物理学家不约而同地加入这一行列,化学家也赶来参战。
但是谁能够夺得头功,还难预料。
1822年,从法国最先传来捷报。起初是化学家盖—吕萨克和另一位学者
阿拉戈发明了电磁铁,他们把通电的导线绕在软铁上,成功地使铁磁化。这
是从电产生磁的又一个有力例证。紧接着,安培又在实验中发现方向相同的
平行电流互相吸引,方向相反的平行电流互相排斥。在九年以前,法拉第同
安培和盖—吕萨克就结下了友谊,他为他们的成绩感到由衷的高兴。不过这
些发现都属于从电产生磁,只是反映了电磁关系的一个方面。怎样从相反的
途径,从磁产生出电来呢?这就成了问题的关键。
一天,戴维收到一封巴黎来信,获悉安培的一项实验遇到困难。他把信
交给了法拉第,提醒学生注意。安培有很高的电学造诣和丰富的经验,他从
静电感应得到启发,作了这样一个推论:既然静止电荷能够感应出静止电荷,
那么电流(运动电荷)一定也能够感应出电流(运动电荷)。这个假设从逻
辑上说很吸引人,可惜安培忽略了磁的作用,他做了许多实验,都没有成功。
法拉第并没有因为安培的失败而畏缩。九年以前他在法国亲眼看过安培
精密的实验,对安培的睿智一直怀有敬意。他相信安培的思想中蕴藏着有价
值的东西,还没有发掘出来。于是,他决心继续做这个实验。
他用铜线在几米长的木棍上绕了一个线圈,铜线外面缠着布带以便绝缘
(当时还没有漆包线),然后在第一层线圈外面,用同样的方法绕上第二层、
第三层、直到第十二层,每层之间都是绝缘的。
法拉第把第一、三、五等奇数层串联起来,又把第二、四、六等偶数层
串联起来,这样就制成了两个紧密耦合而又互相绝缘的组合线圈。他把其中
一组线圈接到开关和电瓶上,另一组线圈接在电流计上。
一切就绪,法拉第怀着激动的心情开始实验。他希望在初级线圈接通电
流以后,次级线圈能够感应出电流来。这也正是安培的理想。
可是,事和愿违。法拉第接通初级线圈的电源以后,注意观看电流计,
指针毫无动静。
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原因在哪里呢?他设想或许是初级线圈的电流太小,于是把电瓶从一个
增加到两个,又增加到四个,结果都一样。最后他用十个电瓶串联成一组,
也就是初级线圈里的电流增大了十倍,可是电流计的指针还是在零位!
时间象江河一样,一个月一个月地流逝。法拉第在实验室里度过了不知
多少个不眠之夜。他把实验重复了多次,每次都在希望中开始,却以失望告
终。
法拉第明显地消瘦了,疲惫不堪,两眼布满了血丝。
难道真的重蹈了安培的覆辙,走进了死胡同吗?青年实验家徬徨了。他
的妻子也劝他当机立断,放弃算了。
法拉第是一个坚韧不拔的探索者,他一旦确定了方向,决不轻易承认失
败。少年时代在父亲的铁匠铺里,他很爱看锻工们挥动大锤,一锤一锤地锻
打烧红的铁块。每当铁块变冷变硬的时候,父亲就把它投进火炉,重新烧红。
经过千锤百炼,铁坯终于按照人的意志变成各种工具。父亲曾经笑着对他说:
在铁匠面前永远没有顽铁。多年来,这种铁匠的意志一直在他血液里流动着,
激励着他。失败使他意识到任务的艰巨,但是不能动摇他的决心。他对妻子
说:“如果实验不成功,这只能表明我还不善于处置它;就是实验不可能成
功,那也应当找出原因来。”
法拉第对自己的理想充满了信心,在崎岖的道路上坚持不懈地进行探
索。转眼之间十年过去了。
这是一段艰苦的岁月。皇家学院由于财政困难,把研究重心转向营利的
应用科学。法拉第不得不把大部分精力投入到工业应用的研究上去,他的电
学实验时常被迫中断。他试制过铁的合金,改良了光学玻璃,研究过液化气
体,发现了苯。这些研究项目花去了法拉第大部分时间,但是最后并没有收
到多大的商业效果。
每一个科学家都有他的长处,也有他的短处。法拉第善于发现,不擅长
制造。他是一位实验科学家,而不是技术发明家。用一位科学史家的话说,
他的特长要到知识的未知领域——也就是光明和黑暗交界的地带,才能充分
表现出来。法拉第的才能在工程技术上很难发挥,有一次做氯气液化实验,
因为气压过高,容器发生爆炸,飞溅的玻璃碎片差一点把他的眼睛炸瞎。
这十年的研究工作,法拉第在学术上虽然没有特别重大的发现,在事业
上却奠定了厚实的基础。1823年,三十二岁的法拉第因为化学上的成绩,当
选为皇家学会的会员。一个进入皇家学院刚满十年的助理实验员,能够获得
这样高的荣誉和学术地位,是很不容易的。据说,当时戴维对这件事曾经提
出异议。或许因为法拉第曾经做过他的助手,或许是对新生力量估计不足,
皇家学会投票表决的时候,只有戴维一个人投反对票。第一个发现法拉第的
人,这次却成了唯一的保守者,确实是一件憾事。好在法拉第一直对自己的
恩师怀有感激之情,心胸又开阔,事后戴维也略有歉意,因此两人的师生情
谊并没有断绝。
第二年,法拉第正式登上讲台,在皇家学院任教。到1829年,三十八岁
的法拉第已经是一位著名的化学家,总计发表了六十多篇学术论文,其中大
多是化学领域的。这一年,法拉第正式向皇家学院提出申请,要求解除职务
的重担,以便集中全部精力进行自己念念不忘的电磁研究。十年来,他一直
没有放弃“从磁产生电”的理想。同事们知道他在失败中仍旧坚持自己的信
念,都很钦佩。不久,皇家学院批准了法拉第的要求。事实证明,这个决定
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是法拉第科学事业的重要转折。
同年五月,戴维在日内瓦病死,只活了五十一岁。噩耗传来,英国上下
都很悲痛。这位大化学家一生发现极多,而发现法拉第,却是他对科学事业
最大的贡献。戴维虽然过早地去世了,但是他未竟的事业却由法拉第继承下
来,并且得到发扬光大。
“啊,电流!”
法拉第刚解脱皇家学院的负担,不料他又成为实业界争夺的目标。不少
公司和厂家,争先恐后地用重金聘请法拉第,都想网罗这位后起的化学家当
他们的技术顾问。
1830年,在朋友们的劝说下,法拉第接受了一些业务,得到一千镑酬金。
这笔相当可观的收入,对他的生活自然有很大帮助,他的妻子再也不用为衣
食和房租发愁了。据他的学生和密友丁铎尔 (1820-1893)估计,照这样下
去,他每年的收入可以增加到五千镑以上。但是这些“生意上的事务”要牵
扯法拉第的很多精力和时间,常常影响他的研究工作。法拉第感到为难起来,
他再次面临着生活道路的选择:一条路是营利致富;另一条路是清贫一生,
去追求科学真理。究竟何去何从呢?
法拉第很快作出了抉择。他谢绝了来自四面八方的聘请,全力投入研究
工作。这样做尽管生活要苦些,温存的妻子却毫无怨言。法拉第很受感动,
还有什么比能够理解自己的事业更宝贵呢!丁铎尔后来感慨地说:“这位铁
匠的儿子,订书商的学徒,把他的一生总计起来,一方面可以得到十五万镑
的财富,一方面是完全没有报酬的学问,要在这两者之间作出选择。结果他
选择了后者,终生过着穷困的日子。然而这却使英国的科学声誉比各国都高,
获得接近四十年的光荣!”
俗话说,“鸟翼系上了黄金,鸟就飞不起来了。”法拉第摆脱了羁绊,
终于展翅高飞,开始他科学上的全盛时期。
1831年是法拉第一生中最难忘的一年。
这一年的秋天似乎格外晴朗。天气已经有些凉意,法拉第还是穿着那件
朴素的外套,在实验室里紧张地工作。他的电学实验进入了最关键的阶段。
这时,法拉第已经把电池组增加到一百二十个电瓶。这意味着初级线圈
的电流同最早相比,增大了一百二十倍。他用做实验的线圈,也不知更换了
多少。
法拉第全神贯注地操作着。他小心翼翼地合上电闸,强大的电流通过线
圈,不一会导线就发热了。法拉第转过头注视着电流计,指针象是固定了一
样,还是纹丝不动。
一种失望的情绪涌上心头。一个有信念的科学家是不怕失败的,然而事
情却这样无情。呕心沥血十年,竟然毫无结果。这是为什么呢?法拉第望着
实验台上散布的线圈、电瓶和电流计,就象一个作家看着自已不能出版的作
品一样,又心疼,又惋惜。
一个有见识的科学研究工作者,既要不怕失败,又要正视失败。关键就
在作出正确的判断。在决定进退之前,法拉第慎重地作了一次最后的考虑。
他复查了全部实验记录,对设计思路和实验方法也都作了反省,并且逐
件检查了实验器具,连一根导线都不放过。在检查电流计的时候,法拉第无
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意中注意到:他每次实验都是先接通电源,再转过头来观测电流计。
问题会不会就出在这里呢?
他马上把实验台重新布置好,进行检验。这次法拉第特地把电流计摆在
电源开关旁边,以便操作的时候他的目光可以一直监视指针。
法拉第目不转睛地盯着电流计,然后用手合上了电源开关。就在线路接
通的一刹那,电流计指针