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。

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

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。