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04 自然背后与人类身上

上帝喜欢依照法则创造物质。

造物主以不变的法则掌控着造物,

力就是实现这些法则的媒介。

迈克尔·法拉第

(1791—1867年)

迈克尔·法拉第出生于伦敦市郊的一个贫民区,是一名蹄铁工的儿子。13岁的时候,他就不得不辍学到装订厂打工,以补贴家用。但命运就是如此,年幼的法拉第读了自己做的书,他尤其喜欢关于科学的书。他童年的一大兴趣就是电学。20岁的法拉第迷上了《大英百科全书》中有关电学的知识,他购置了一套设备,来进行自己的实验。

1812年,他为了听当时最顶尖的电气化学家汉弗莱·戴维 爵士的课,想尽了各种办法。法拉第在听课时认真地记了笔记,并将其整理成一本书,这意外地令他得以接触到戴维。这位名人要求与那本书默默无名的作者见面。这次会面让22岁的法拉第跻身皇家科学院的辉煌殿堂。这个在他眼中如神圣王国一般的地方,伴随他度过了他的整个职业生涯。

法拉第被材质和力的可转化性吸引,通过油脂蒸馏这样的化学实验,他开始写作自己的学术论文。这时,有一种化合物引起了他的注意,这种化合物不久后被命名为苯。它由6个碳原子和6个氢原子构成,很长一段时间内让众多化学家大伤脑筋。法拉第本人的注意力则总是侧重于电学。

起初他认为电是一种流体,因为电流能够从导线中流过。但他又要如何解释电荷的两种形式——正电荷和负电荷呢?电流的重量又如何测量呢?

流体的构想在这一时期最为盛行,人们不仅如此解释电,还用这种方式来解释热。法拉第想知道,这种情况下能量是如何实现转化的。进行研究的时候,他更加确信了自然的统一性,即事物皆以相一致的方式被创造出来。他提出的问题是:何以得知自然的力量背后存在关联性?1820年,丹麦物理学家汉斯·克里斯蒂安·奥斯特 的观察给出了一个可能的答案。奥斯特注意到,当电流经过导线时,旁边的磁针就会发生偏转,而偏转方式则取决于电流方向和磁针的位置。

法拉第重复了这个实验,注意到了这一过程中真正发生的事情:电流中的电能转化成了磁能,使磁针发生了偏转。最初,丹麦科学家发现电能可以转化为磁能,于是法拉第提出了与之相对的说法——“由磁能到电能的转化”。他在日记中也以此敦促自己,他坚持不懈地进行研究,即使解答这个问题要花上10年的时间。1831年8月,法拉第将两根铜线圈缠绕在一个铁环上;他将其中一个线圈与测量设备(电流计)连接,另一个则通电。他设想以此建立一个磁场,这样就会在第一个线圈中引发新的电流——今天人们称之为感应电流。起初法拉第发现静止状态下看不到任何现象。但他很快注意到,第二个线圈中电流接通和断开的时候,电流计有反应,这说明有电流通过。尽管只是一瞬间的变化,但足以证明他的推测。也就是说,引发感应电流的并非磁场本身,而是磁场的瞬时变化。

法拉第发现了电磁感应的规律,很快他的发现便帮助人们造出我们今天称为发动机、电动机和变压器的东西。电气工程学的基础由此奠定并为世人知晓。在向世人介绍他的新知识的时候,有人问他,这些线圈和那些装置究竟有什么用途。法拉第毫不犹豫地答道:“眼下我还不知道,但总有一天人们会用到它们。”

当时许多政客说法拉第的实验是“粗劣的诡计”,而他不屑一顾。早在他的电磁感应实验取得突破之前,法拉第就已经计划以通俗易懂的语言发表自己的经历。1826年,他在伦敦皇家学会发表了《给孩子们的圣诞演讲》,从此圣诞演讲的传统延续至今。他个人最为出名的演讲叫作《一支蜡烛的自然史》,几年前,其原稿件《一支蜡烛的化学史》被原封不动地重新出版了。作为有着虔诚信仰的人,在这份荣光之中,他看到了自然背后的和谐统一,还有人类身上展现的神之智慧的象征。

法拉第在1861年的圣诞演讲中以他的愿望作为结束语,他希望听众们从这一刻起成为蜡烛,用自己的光芒照亮世界。他说,诸位有朝一日将能够解释上帝创造自然界所运用的科学奇迹和绝妙法则,而这其中蕴含着独特的美。而人类将会感谢诸位的贡献。 dt3Apfh5BUf4VwfsSPxgXWOE+3Yl9afviknIQ3ciDHNkOXinvQ1ZJ5UN6pjyrclm

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