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第2章 自我介绍(2)

戴维曾想表示他对法拉第的感激,但皇家学院经济一直困难。1825年他建议任命法拉第为实验室主任,以表示他的敬意。此后不久,法拉第创办了一个定期的“星期五晚讲座”,至今仍延续下来。法拉第曾花费了许多精力来提高他的讲演艺术,并且为此而名声卓著。他对讲演提出了各种建议和准则,完善到包括一切细节,这些建议和准则一直传给了皇家学院现在的讲演人。他讲演的高超技巧的一个实际结果是:尽管皇家学院的听讲费颇为昂贵,但只要是法拉第讲演,讲演大厅里就会挤得水泄不通。其他人的讲演平均只有2/3的听众。除了星期五晚讲座外,法拉第还为儿童设立了专门的通俗讲演,在圣诞节期间举行。他的圣诞节讲座的主题之一是《蜡烛的化学史》,一个多世纪以来,曾经鼓舞了无数青年人,使他们从中获得快乐。这本书已被译成了许多种文字,至今仍在发行。

法拉第在1824年被选为皇家学会会员,他当时33岁。在法拉第竞选皇家学会会员时,戴维是皇家学会会长,但是出于某种心理,他反对这一选举,尽管他曾经慷慨地帮助和保护过法拉第。这是反映了人类弱点的一个不幸的小插曲。

以前,法拉第在皇家学院的年薪只有100英镑,1833年他被任命为该院的化学正教授,薪金增加了一倍。他的收入应该算是丰厚的,而且如果他爱钱的话,他甚至可以成为一个富翁。1835年,当时的首相梅尔本从王室年俸中拨给他一笔300英镑的养老金。但他这样做时使用了一些不恰当的语言,使法拉第的自尊心受到了伤害。法拉第在一封尖锐的信中拒绝了养老金。这位首相不得不向他表示歉意,以便劝他接受这笔养老金。

法拉第一生的精力都用在科研上,一旦有可能,他就拒绝大部分兼职工作,严格地削减社会活动。他给人的印象是,只有实验研究才是他真正的兴趣所在。他不参加任何社会活动,拒绝了许多授给他的荣誉,包括1857年要选他为皇家学会会长。他不同意皇家学会当权派的意见,他希望被选举人只限于科学界人士,而不要选只是业余科学爱好者的贵族会员或其他重要人物。1835年,他不再参加皇家学会会议,虽然他仍把科学论文送给学会。

尽管法拉第是一位卓越的老师,但他在科学上没有直接的学生和合作者。他的工作方法很与众不同,尤其是他思考物理问题的方法,都妨碍了他建立自己的学派。形式数学知识的缺乏,加上他的丰富和敏捷的想象力,使他难于和别人进行学术交往,也只有麦克斯韦能够真正地探测出他的思想。

法拉第自己说:“我从来没有学生来帮助我,我总是自己动手准备实验和做实验,一边工作,一边思考。我认为我不能和别人一起工作,或者把所想的说出来,或者及时地解释我的思想。有时我和我的助手是一起在实验室里好几小时或好几天,他准备讲演用的仪器,或者做清洗工作,我们之间几乎不说一句话。”

法拉第在早年生活中就开始有头痛病,头晕目眩,特别是丧失记忆力的问题。这些症状是由于工作过度而引起的,休息期间就会得到暂时的恢复。1839至1844年间,他发生了一次最严重的精神衰竭症,被迫长时间休假。这个时期,他在瑞士疗养,期间他写的日记中反映了他对自然界、植物和动物的爱好;他保存的植物标本堆积如山,而且整理得有条不紊。他说45英里的步行对他是一件平常的事,这证明了他的体质并不算太坏。他愿意用健康来换取记忆力的提高。他的症状可能是由于水银中毒引起的。当时其他一些化学家和物理学家也都有类似的烦恼。虽然他只在开始发病时停止工作,但他活动能力的减退差不多持续了五年,直到1845年秋才完全恢复。

法拉第做出成就最大的时期是1830至1839年,当时他是对现代电学发现作出贡献的第一流科学家。1821年他研究了奥斯特发现的电流的磁作用,作出了一项重大发现:磁作用的方向是与产生磁作用的电流的方向垂直的。法拉第还制成了一种电动机,证明了导线在恒定磁场内的转动。他甚至还证明了在地磁场内的这种转动。这个实验给他本人和他的同时代人都留下了深刻的印象。

法拉第一直坚信,电与磁的关系必须被推广,如果电流能产生磁场,那么磁场也一定能产生电流。法拉第为此冥思苦想了十年。他也做了许多次实验结果都失败了。直到1831年年底,实验终于有了巨大的突破:他发明了一种电磁电流发生器,这就是最原始的发电机。这时的法拉第不仅作出了跨时代的贡献而且奠定了未来电力工业的基础。

曾有一个政治家问法拉第,他的发明有什么用处。他回答说:“我现在还不知道,但有一天你将从它们身上去抽税。”

法拉第的另一大发现是抗磁性。他发现许多物质在做成细针时都会使自己的方向垂直于磁力线。而且它被磁铁的两极推开,这种行为是由很弱的力产生的,它要比作用在磁场中铁上的力弱得多。这是很值得仔细研究的一种现象,为此法拉第花费了好几个月来研究它。

法拉第还对麦克斯韦的光的电磁理论的建立作出贡献。1846年法拉第在皇家学院代替惠斯通作了一次报告。当时惠斯通原定报告他的一些研究工作,但到了最后一刻,他突然惊慌失措,跑出了会场。法拉第只好作了一个即席讲演,但是他的报告还不到预定的时间,不得不当场补充一些材料,这时他谈到了一直在他脑海里酝酿着的一些想法,并且谈得十分小心谨慎。但是话既说出了,他就写成了一篇短文,题目是《对射线振动的一些想法》。这篇文章写得并不十分清楚,不过它却包含了一些令人惊异的新的基本观点。当然,这篇文章充其量只能称为光的电磁理论的一个明确预兆。

到18年后,这时麦克斯韦建立了光的电磁理论。

他说:“法拉第教授在他的《对射线振动的一些想法》一文中明确地提出了横向磁扰动的传播的概念而为正常的磁扰动。他提出的光的电磁理论,实质上和我在这篇文章中开始提出的是相同的,不同的只是在1846年还没有实验数据可以用来计算传播速度。”

在19世纪50年代,法拉第的科学活动能力有所减弱。他又为记忆力的日益衰退而苦恼。他虽然仍能做些实验,但速度已大不如前。他一直力图找出重力和电之间的相互作用,但结果是否定的。但这探索从法拉第、爱因斯坦,一直到现在,仍在继续进行。在这个发现停顿低潮时期,法拉第仍力图帮助公众。他致力于解决已经在困扰着伦敦的各种问题,例如保存绘画不受空气污染的损害。

1862年法拉第做了最后一次物理实验,试图发现磁场对放在磁场内的光源发出的光线的影响,但结果是否定的,其实,那是因为当时他用的仪器还不够灵敏,不能探测到这种微细的效应。30年后,当时还是青年的塞曼,从阅读法拉第的实验计划受到启发,他用更精密的仪器重新做实验,发现了塞曼效应,它是新原子物理学的先兆之一。

在生命的最后几年,法拉第由于记忆力日益丧失,已经逐渐失去了工作能力。1860年他发表了他最后一次圣诞节讲演,1864年他辞去了皇家学院教授职务。他的健康状况显然已处在危险之中,因此他辞去了所有其他职务,包括1864年辞去桑德曼教会的长老职务。他于1867去世,终年76岁。

每个时代都需要有一些特殊才智的人,法拉第的伟大成功也许部分地正是由于他所生活的时代。法拉第无论生前和身后,都被公认为最伟大的“自然哲学家”之一。他的非凡才智是什么呢?丰富的想象力加上足智多谋的实验才能,工作热情和相应的耐性,使他能够迅速地分辨假象与真正发现的批判精神,统观一切的广阔视野。他还具有一些健全的哲学思想,他深刻的几何学上和空间上的洞察力,以及善于持久思考的能力,正好补偿了他数学上的不足。在他留下来的笔记中,有下面一段话:开尔文是英国著名物理学家、发明家,原名W.汤姆孙。他是19世纪的最伟大的人物之一,是一个伟大的数学物理学家兼电学家。他被看作英帝国的第一位物理学家,同时受到世界其他国家的赞赏。他的一生获得了一切可能给予的荣誉。

“我一直冥思苦索什么是使哲学家获得成功的条件。是勤奋和坚韧精神加上良好的感觉能力和机智吗?难道适度的自信和认真精神不是必要的条件吗?许多人的失败难道不是因为他们所向往的是猎取名望,而不是纯真地追求知识,以及因获得知识而使心灵得到满足的快乐吗?我相信,我已见到过许多人,他们是矢志献身于科学的高尚的和成功的人,他们为自己获得了很高名望,但是还有一种在他们心灵上总是存在着妒忌或后悔的阴影,我不能设想一个人有了这种感情能够作出科学发现。至于天才及其威力,可能是存在的,我也相信是存在的,但是,我长期以来为我们实验室寻找天才却从未找到过。不过我看到了许多人,如果他们真能严格要求自己,我想他们已成为有成就的实验哲学家了。”

开尔文勋爵对法拉第非常了解,他在纪念法拉第的文章中说:“他的敏捷和活跃的品质,难以用言语形容。他的天才光辉四射,使他的出现呈现出智慧之光,他的神态有一种独特之美,这有幸在他家里——皇家学院见过他的任何人都会感觉到的,从思想最深刻的哲学家到最质朴的儿童。”

亥姆霍兹(Hermannvon Helmholtz,1821—1894)德国物理学家、生理学家。使他在科学界最负盛名的是能量守恒定律的提出。1821年10月31日生于柏林波茨坦的一个中学教师家庭。中学毕业后由于经济困难不能进入柏林大学学习物理,以毕业后在军队服役8年为条件换取公费进入柏林皇家军事医学院。但他在学习期间仍努力在柏林大学旁听,并自学了伯努利、康德、拉普拉斯、毕奥等人的著作。1842年获医学博士学位,被任命为波茨坦驻军军医。这期间他开始研究生理学特别是感觉生理学。他提倡以物理学、化学为基础来研究生物学,受李比希的《动物化学》的影响,提出体温和肌肉的作用来源于食物的燃烧热。通过对动物体的大量实验,总结出“一种自然力如果由另一种自然力产生时,其中当量不变。”这最终导致他明确地提出能量守恒定律。1847年他在新成立的德国物理学会发表了著名的“关于力的守恒”讲演。从而第二年被特许从军队退役,担任柯尼斯堡大学的生理学副教授。

从1871年开始,亥姆霍兹的研究方向转向物理学。在电磁理论方面,他测出电磁感应的传播速度为314000km/s,由法拉第电解定律推导出电可能是粒子。由于他的一系列讲演,麦克斯韦的电磁理论才真正引起欧洲大陆物理学家的注意,并且导致他的学生赫兹于1887年用实验证实电磁波的存在以及取得一系列重大成果。在热力学研究方面,于1882年发表论文《化学过程的热力学》,他把化学反应中的“束缚能”和“自由能”区别开来,指出前者只能转化为热,后者却可以转化为其他形式的能量。他从克劳修斯的方程,导出了后来称作的吉布斯-亥姆霍兹方程。他还研究了流体力学中的涡流、海浪形成机理和若干气象问题。

这位物理学界的巨人对法拉第的评价也很高。从他写给他夫人的一封信,也可以使我们对法拉第的性格有更深刻的认识:“我有幸会见了英国和欧洲的第一流物理学家法拉第……这对我是一个非常幸福和高兴的时刻。他淳朴、温和、谦恭有如小孩。我尚未遇见过这样可爱的人。而且,他待人也是最亲切的,他亲自向我展示了一切。但是这不算什么,因为只要有一些木头,一些导线和一些铁片,就足以使他作出最伟大的发现。”

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