获得研究新突破
以法拉第当时的助理身份,是没有资格涉足导师的研究领域的,然而他无法抵挡住真理的诱惑,毅然决然地一头闯进了电磁学这个充满着未知和神秘的领域。
在英国皇家学院的科学家中,除戴维外,还有一位名叫威廉·沃拉斯顿的科学家对电和磁抱有极大的兴趣。
沃拉斯顿知识渊博,而且是皇家学院院士、戴维的好友,1903年因发现金属元素钯和铑而闻名国内外科坛,另外还发明气压表、测微计、天平激码等多种仪器。
沃拉斯顿为人豁达,多才多艺,据说能在玻璃上刻出蝇头小字,其微细程度,只有用显微镜才能看清。
几个月前,英国皇家学会会长班克斯爵士病逝,继任会长人选,沃拉斯顿和戴维呼声最高,但沃拉斯顿不愿和朋友竞争,因此谢绝了提名,后来戴维当上了皇家学会会长。
在法拉第同莎拉举行婚礼前两个月,也即1821年4月的一天,沃拉斯顿兴冲冲地到皇家学院实验室来找戴维。
“老朋友,我设计了一个绝妙的实验,可以让通电导线自己转起来!”55岁的沃拉斯顿满脸红光,像孩子一般兴奋。
说着,他从口袋里掏出一张草图,向戴维解释起来。根据沃拉斯顿的设计,在两个金属碗中间夹一根导线,给导线通上电流,然后拿一根磁棒移近导线,导线就会绕着自己的轴转起来。
戴维看完草图,意味深长地点了点头。用一块磁铁使一根通电的导线沿着自身的轴转动,这的确是绝妙的奇想!奥斯特发现了电能影响磁,而沃拉斯顿却从反面去实验,要证明电也能被磁影响。
沃拉斯顿要求戴维立即为他安排实验。法拉第当时恰好不在实验室里,戴维只好亲自动手,为沃拉斯顿当帮手。
一切准备妥当,戴维给导线通上电,可是他们期待的那一刻没有出现:导线并没有转动。
接着,他们又重复试验了几次,结果导线仍没动。这是什么原因呢?沃拉斯顿失望地耸了耸肩。戴维俯下身去,仔细地查看每一个环节,结果没什么差错。
“也许,上帝知道其中的原因!”戴维无奈地说了句玩笑话。
当法拉第来到实验室时,他们俩个已做完实验,正在收拾仪器。他们一面收拾残局,一面讨论通电导线不会转动的原故。
奥斯特的实验证明了,通电导线能使磁针发生偏转。按照作用与反作用的原理,磁体也应该使通电导线发生转动,这是符合逻辑的。
可到底为什么沃拉斯顿的通电导线转不起来呢?法拉第仔细地听着两位大师的讨论,他没有作声。
法拉第不是皇家学会成员,他只是学院的一名助理。如果自己想独自进行电磁实验是需要勇气的。
根据皇家学院当时的规矩,假使一个科学题目已经由一位著名的科学家进行研究,比他地位低的人就不能进行同样课题的研究。换句话说,他没有资格“侵入”老师的研究领地。
法拉第早就对电感兴趣,十几年前在利博先生铺子的楼上就摆弄起电机、莱顿瓶。
到了皇家学院以后,法拉第整天忙着做化学实验,反而把电的研究搁在一边。
戴维和沃拉斯顿的讨论,像几粒火星落到一堆干柴上,点燃了一场熊熊烈火。
电和磁对法拉第的吸引实在太大了,他情不自禁地越过了雷池。既然现有的理论无法解释新现象,法拉第决定从实践中寻求答案。
法拉第把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。
经过一番对比和思考,法拉第突然意识到:沃拉斯顿的实验失败了,并不意味着沃拉斯顿思路无法行得通,假如用另一种方法来进行实验呢?
婚礼的第二天,法拉第就投入了新的尝试。他采用了很多方法进行实验,都没有成功,但他一点也不气馁,继续设计新的方案。
9月3日,这位天才的实验家终于想出一个妙法:他把一根磁棒直立在一个玻璃缸中,磁棒底端用蜡固定于缸底,然后在缸中盛满水银,只使磁棒的北极顶部露出于水银面。
接着,法拉第用一根粗钢丝穿过软木塞,让它浮在水银液面上。粗钢丝的上端通过一根细铜线连在伏打电堆的一个极上,粗钢丝的下端浸于水银液里。
然后,法拉第又用一根导线连在伏打电堆的另一个极上,只要把这根导线浸到水银液里,便会形成一个闭合回路。
法拉第的实验设计关键是采用水银,它既导电,又将转动的阻力减到最小。穿过钢丝的软木塞浮在水银液面上,稍有一点扭动都可以发现。
法拉第把电源接上,使他惊喜异常的是,软木塞上的那根钢丝果真绕着磁棒转起来了。
“转起来了!转起来了!乔治,你快看!”法拉第欣喜若狂,叫喊起来。
乔治是莎拉的弟弟,这天来这儿做客,恰好在场观看法拉第的实验。小伙子仔细观看,那插在软木塞上的导线,像被一种神奇的魔力所牵引的桅杆,颤巍巍地摆动着,在小小的水银湖面上移动。
这实在是神了!乔治睁大眼睛,说不出话来。法拉第却快活得手舞足蹈起来,他跑上楼去,硬把新婚三月的妻子莎拉拽下来,看他的实验,共享实验成功的喜悦。
法拉第猜想,假使把磁棒的北极固定在缸底,铜线会绕着磁棒的南极,向相反方向旋转。他把磁棒倒过来,再做实验,结果果然和他预料的一样。
莎拉的脸上露出惊喜的笑容,乔治则“啪啪”地鼓起掌来。
法拉第确实是一个实验迷,而且从来不知疲倦。他并不满足取得的初步成功,又进一步做了一个实验。
法拉第把那根粗钢丝固定在盛满水银的玻璃缸中,然后让磁棒直立地漂浮水银中,使其中一头露出液面。当他接通电源时,磁棒就绕着通电的铜丝转动起来。
就这样,法拉第制成了科学史上第一个电动机。当时他并没有想到这个粗糙、原始的玩意儿,有一天会代替蒸汽机。
然而法拉第十分清楚,自己获得了又一有力证据,证明通电导体在自身周围形成一个磁场。他想象电和磁就像铜币的图案和字样,是同一事物的两面。既然电流可以产生磁,那么磁就一定能够产生电流。
法拉第在日记里写下了一个闪光的设想:“把磁转变成电!”
为了表示祝贺,当天晚上,法拉第带着莎拉和乔治,一起去大剧场看马戏。莎拉和弟弟不断为小丑的滑稽表演喝彩,法拉第却还沉浸在成功的实验里。
艾斯利马戏场里,鼓点敲得又密又紧,号角吹得又响亮又花哨,那一匹匹装扮得花花绿绿的小马,一溜小跑进场了。法拉第跟着大家一起鼓掌。
小马跑着圈儿,越跑越快,观众的掌声越来越热烈,法拉第的思想却回到了实验室。
法拉第在想,明天该做些什么实验呢?应该在实验日记上补一个仪器草图,应该再做一个实验,让磁铁绕着通电导线转,既然号线能够绕着磁铁旋转,那么磁铁当然也应该能够绕着导线旋转。
法拉第隐约地预感到,这是一个不同寻常的结果。奥斯特也好,尊敬的安培也好,都只发现了磁力的存在,而自己今天却证明了这种磁力能使通电导线不停地转动。
也许这是又一次突破,沃拉斯顿和戴维都没有成功,而自己这样一个无名小卒却成功了。戴维和沃拉斯顿知道后,会怎么想呢?法拉第把自己的实验结果写了一篇报告。
法拉第原本不计划立刻发表论文的,他需要先将实验结果向沃拉斯顿和戴维报告,先得到两位前辈的认可。
于是,法拉第写了一篇报告,报道自己的实验结果。他想在报告里提一下沃拉斯顿的工作,还想说明一下沃拉斯顿的电磁转动实验和他自己的电磁转动实验有什么区别。
法拉第带着报告手稿跑去找沃拉斯顿博士。不巧,博士出去旅行了,戴维爵士也不在伦敦,他们都不在。
不征得他们本人的同意,贸然引用他们失败了的实验,这样做是不是有些不妥当?法拉第对沃拉斯顿十分敬重,经过慎重考虑,他决计还是不提沃拉斯顿的失败的实验为佳。
此时,《科学季刊》的编辑正好向法拉第征稿,他有些犹豫。然而朋友们都鼓励他发表自己的实验报告。加上《科学季刊》是三个月才发一次稿,机会难得,法拉第最终将报告寄给了编辑部。