邁克爾·法拉第(Michael Faraday, 1791—1867), 英國偉大的物理學家和化學家。
1791年9月22日,法拉第出生在倫敦南面一個小村子里。他的父親詹姆斯是個鐵匠,體弱多病,掙得的收入十分微薄,僅能勉強維持一家最低水平的生活,據法拉第后來回憶,有時候家庭每個人員一周僅靠一個面包過活。詹姆斯夫婦共有四個孩子,法拉第是老三。他們倆非常疼愛這些孩子,同時又嚴格要求,經常教育孩子們要勤勞樸實,不要貪圖金錢地位,要做一個正直的人,這對法拉第的思想和性格產生了很大的影響。
由于貧窮,家里沒錢送法拉第上學念書,因而法拉第幼年時沒受過什么正規教育,只念過幾本啟蒙讀物。他13歲那年為了貼補家庭收入,不得不頂風冒雨在倫敦街頭遞送報紙。書報商列波很喜歡這個勤快而聰明的少年,第二年就把他招到釘書店里當學徒。在列波的釘書店里,等待裝訂的書籍堆積如山,法拉第好象來到浩瀚的知識海洋。在釘書完工之余,他如饑似渴地閱讀各類書籍,汲取前人的一切有用知識?!洞笥倏迫珪分嘘P于電學的文章,使他對自然科學發生了強烈興趣,決心為探索大自然的奧秘而貢獻自己的一生。
法拉第不僅大量讀書,還努力將書本知識付諸實踐。他利用廢舊物品制作靜電起電機,進行簡單的化學和物理學實驗。他身上總帶著筆記本,隨時將觀察到的有趣現象及自己的新奇想法記錄下來。法拉第還與青年朋友們建立了一個學習小組,常常在一起討論問題,交換思想。不迷信書本,重視實踐尤其是重視科學實驗,這個特點在法拉第一生的科學活動中貫徹始終。
對一個沒受過正規教育而又貧窮的釘書店學徒來說,想要進入科學的殿堂談何容易。他既無錢也沒有時間再進學校,只能在業余時間去聽演講。1810年在哥哥的資助下,法拉第聆聽了學者塔特姆在星期三晚上舉行的科學講座,還參加了塔特姆領導的青年科學組織——“倫敦城哲學會”。通過這些活動,法拉第掌握了物理、化學、天文、地質、氣象等方面的基礎知識,還學習到一些科學實驗的方法,為以后的研究工作打下了基礎。
一位列波的老主顧對法拉第的好學精神很器重,贈送給他皇家研究院的入場券,使法拉第有機會聽到著名化學家戴維的演講。他把戴維講的內容全部記錄下來,回去以后和朋友們一一認真地討論和研究。1812年,法拉第學徒滿期之后,被介紹給戴維當臨時的抄寫員。戴維看了法拉第的聽講筆記,認為他很有科學才能,十分嘗識。次年3月,戴維聘請他作實驗室的助手,從此法拉第開始了他的科學生涯。
1813年10月,法拉第跟隨戴維去歐洲大陸旅行。在整個旅行期內,法拉第的公開身份是仆人,他要干許多伺候戴維的工作,甚至不允許和戴維在一桌吃飯。但他并不自卑,而把這次旅行當作學習的好機會。他見到了許多著名的科學家,參加了各種學術交流活動,還學會了法語、意大利語,通過這次歐洲大陸之行,法拉第大大開闊了眼界,增長了見識,正如他的一位好友所說:“他(法拉第)上的大學是在歐洲,他的老師就是他伺候的主人,以及慕戴維之名而來的那些名流?!?/p>
1815年4月,法拉第回國以后,立即全力以赴進行科學研究。他搜集了能得到的一切資料,作了詳盡的目錄索引和筆記。在實驗室里,他大膽進行各種實驗,有時甚至要冒生命的危險。有一次作氯氣試驗,他明知氯氣對人體有毒,仍然親自吸入氯氣以驗證氯氣的性質。這種甘冒風險和勤奮精神,使法拉第在化學研究上漸露頭角。1816年他發表了第一篇題為《托斯卡納苛性石灰之分析》的論文;1818年他開始研究合金鋼,發現添加微量金屬元素可以影響鋼的性能,這項工作為后來合金鋼的研究開拓了道路;1820年他首次用置換反應制成兩種碳的氯化物;1823年他液化了氯氣;1825年他第一個從石油氣中分離出苯,同一年還制成一種光學玻璃。這些成果使法拉第成為一位知名的化學家,法院多次請他鑒定訴訟中涉及的科學技術問題。雖然戴維出于嫉妒而對他持不公正態度,1824年法拉第仍然被選入英國皇家學會,時年33歲;次年升任皇家研究院的實驗室主任。
為了幫助解決皇家研究院的經濟困難,法拉第除了積極參加研究院的工作以外,1826年他創設了定期的科學講座,每星期五晚上為研究院成員作演講。從此這個講座作為制度確定下來,一直持續到現在。到1862年法拉第退休為止,他一共作了100多次演講。到場的聽眾有一些是政府成員和上層人士,因此這個講座對英國政府的科學和教育政策,產生了積極的影響。另外,為了在青年中普及科學知識,法拉第還開設了“圣誕節講座”,他自己作了19次科學演講。法拉第是一位出色的演說家,他那簡煉準確的語言,通俗易懂的比喻,精采生動的演示實驗,激起了無數聽眾對科學的興趣和熱愛,許多年以后在人們頭腦中仍然記憶猶新。
1821年法拉第和銀匠的女兒薩拉結婚。薩拉沒有文化,但性格溫柔敦厚,她無微不至地照顧法拉第的生活和健康,使他有充沛的精力搞研究工作。他們共同生活40余年,雖然沒有孩子,夫妻感情十分融洽和睦。法拉第取得了巨大成就,其中也有他妻子的一份功勞。
除了化學上的成果外,在電學方面法拉第為人類作出了巨大意義的貢獻。1820年丹麥物理學家奧斯特發現,通電導線能使附近的磁針發生偏轉,從而揭示出電與磁有密切關系。這一發現引起法拉第的極大興趣,他決心進一步探索其內在原理。經過反復試驗,1821年法拉第成功地作出了“電磁旋轉實驗”。他用簡單的裝置,顯示出通電導體和磁鐵相互連續旋轉,實際上這是第一臺將電能轉變成機械能的裝置。由于這個實驗的成功,法拉第名聲大振,但他并不滿足。既然電可以產生磁,為什么磁不可以產生電呢?法拉第有一種自然哲學觀,他認為各種自然力都存在著密切關系,而且可以相互轉化,因而他堅信磁一定能產生電。1822年他在筆記本上寫下“變磁為電”的誓言,決心用實驗來證明它。
法拉第開始了一系列實驗。他一清早就鉆到實驗室里,一直工作到深夜12點。工作太疲勞時,他就念一些文學作品。他冥思苦索,卻一無所獲。在困難面前法拉第并沒有退縮,他相信自己的想法一定能成功,充滿信心地實驗下去。9年的時間過去了,他終于見到了一線希望的微光。1831年8月29日,在他接通套在鐵環上一組線圈電流的瞬間,忽然看見接在另一組線圈的電流計指針動了一下,他又重復幾次,電流計指針仍然發生擺動。他緊緊抓住這個新的啟示,改變實驗條件,繼續實驗下去。經過幾周的連續苦戰以后,他終于在1831年10月17日宣布,可以用永久磁鐵產生電流,使磁力轉變為電力,這就是有名的電磁感應原理。利用這個原理,法拉第創制出世界上第一臺感應發電機的雛型。
法拉第發現的電磁感應原理是一個劃時代的偉大科學成就,它使人類獲得了打開電能寶庫的鑰匙,在征服和利用自然的道路上邁進了一大步。后來人們根據電磁感應原理,制成了實用的發電機、電動機、變壓器等電力設備,建立起水力和火力發電站,使電力普遍應用于生產各部門和生活的各方面,這一切都和法拉第的偉大貢獻密不可分。1931年電氣工程師學會在倫敦舉行了規模盛大的國際性會議,來紀念法拉第發現電磁感應原理100周年。
在電學上獲得重大進展以后,法拉第沒有陶醉于隨之而來的榮譽之中停步不前,他繼續進行新的探索,開拓新的領域。1832年法拉第用實驗證明,不管電的來源是伏打電池、摩擦方法,還是熱電偶、電磁感應以及生物電,其本性都是相同的,從而澄清了當時物理學界對電本性的錯誤認識。1834年法拉第提出了以他命名的兩條電解定律,為電化學及電解、電鍍工業奠定了理論基礎,他使用的陽極、陰極、電解質、陽離子、陰離子等名詞一直沿用至今,他的名字被命名為電解中一種電量單位。1881年德國物理學家赫爾姆霍茨用法拉第的電解定律作實驗基礎,提出了電荷具有粒子性的重要觀點。法拉第還研究了物質在電場中的特性,發現了物質的介電常數,為了紀念他的貢獻,電容的單位被命名為“法拉”。
在實驗中法拉第發現有些現象用傳統觀點無法解釋。當時的物理學界中,牛頓的“超距作用”機械觀占統治地位,這種觀點主張物體相互作用的傳遞不通過中間媒質。面對理論和實驗之間的矛盾,法拉第毅然拋棄傳統觀點,1838年他提出電力線的新概念來解釋電、磁現象,這是物理學理論上的一次重大突破。以后法拉第又提出磁力線的概念,從而為經典電磁場理論的建立奠定了基礎。后來英國物理學家麥克斯韋用數學工具研究法拉第的力線理論,提出有名的“麥克斯韋方程組”最后完成了經典電磁學理論。
由于過度的思考和勞累,1839年法拉第患了嚴重的神經衰弱癥,暫時中斷了對電磁學的研究。在養病期間他并沒有完全閑著,轉而研究氣體的液化,成功地液化了幾種氣體。幾年以后他的身體稍有恢復,又繼續原來的研究課題。1843年,法拉第用有名的“冰桶實驗”,證明了電荷守恒定律。1845年他在實驗中發現固體和液體在磁場中的旋光性,即強磁場使透明體中光的偏轉面旋轉的效應。次年他提出了光的電磁場概念,揭示了光和電、磁的密切關系。同一年他還發現了物質的順磁性和抗磁性,并成功地用力線概念加以解釋。1850年,他試圖用實驗建立重力(萬有引力)和電力之間的關系,他在論文的結論中說:“現在我的試驗結束了。結果是否定的。但這并沒有動搖我的堅定信念,在重力與電力之間存在著一種聯系,盡管我的實驗沒有為這種聯系的存在提供任何根據。”法拉第的預言為后世物理學的進一步發展所證實。他這種信念來源于他一貫的思想,認為自然界是統一的,各種自然力之間存在著內在的聯系。這種辯證的思想說明,在自然哲學觀上法拉第走在同時代物理學家的前面。
十九世紀五十年代以后,法拉第的健康狀態進一步惡化,精力和智力大為衰退,他被迫停止研究工作。即使在這種時候,他仍然經常作演講,向廣大群眾宣傳科學知識。1862年他從皇家研究院退休以后,居住在薩里郡漢普頓宮一幢維多利亞女皇贈送的房子里。1867年8月25日,這位偉大的科學家坐在書房的一把椅子上安然去世。
法拉第對人態度和藹可親,寬宏大量;對自己要求嚴格,一發現有錯誤就立即改正,決不文過飾非。他雖然獲得很高的榮譽和地位,卻始終保持謙虛謹慎的態度。他在臨終遺囑里,吩咐家人不要舉行隆重的葬禮,不要葬入威斯敏斯特名人公墓,而和普通人一樣葬在一般墓地里。在成名以后,曾有人以高額報酬請他去私人企業工作,他不愿影響正在進行的重要研究而婉言謝絕。對于國家交給他的科研任務,卻欣然從命,不要任何報酬。雖然他服務的國家并非真正為人民謀利益,但這種為了科學而不計報酬、蔑視金錢的態度,和當時科學界某些追名逐利的人相比,是很難能可貴的。他在科學研究上的輝煌成就,對社會生產的發展發生重大的影響。
法拉第從一個窮鐵匠的兒子、釘書店的學徒,經過自己的努力,克服了重重困難,成了一位為人類作出巨大貢獻的科學家。他那種堅韌不拔、不怕挫折和失敗、不斷追求科學真理的大無畏精神;他那種不迷信書本,一切從客觀實踐出發,重視科學實驗的唯物主義態度;以及他不盲目崇拜權威和名家,不囿于傳統觀點,敢于提出獨特見解的創新精神,體現了一個科學家的優秀品質和作風,永遠值得后人學習和景仰。
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