影響深遠(1 / 3)

影響深遠

一旦科學插上幻想的翅膀,在你的頭腦中翱翔,它就一定能夠贏得勝利。——法拉第法拉第影響深遠新思想澤被後世

中國有句俗語:曲高和寡。世界上許多偉大的科學預言,在出現的最開始都被人當做奇談怪論,很少有人接受。

法拉第的新思想,由於缺乏嚴密的論證,起初也引起許多研究者的懷疑。但是有兩位年輕有為的英國物理學家,為法拉第的新穎觀點所吸引。

這兩位科學家一個是格拉斯哥的威廉·湯姆生,即後來著名的開爾文勳爵,另一個是劍橋大學的麥克斯韋。

湯姆生是一個神童,20歲大學畢業,首先選擇了電磁學當做進軍的目標,雖說熱力學也在他的視野範圍之內,然而自從法拉第在1831年發現電磁感應以後,湯姆生受到強烈的吸引。

湯姆生十分羨慕法拉第的成就,尤其是對法拉第關於電力線和磁力線的思想很感興趣。湯姆生掌握了數學工具之後,更覺得電磁學是個大有可為的領域,躍躍欲試。

1845年初夏,湯姆生從法國回到劍橋大學,參加了英國科學協會的會議,出席這次會議的都是著名學者,包括法拉第、焦耳這樣一些世界第一流的大科學家。

會上,湯姆生正好和法拉第坐在一起,並進行了交談。當時,法拉第從皮包裏取出自己寫的一本電學專著《電學實驗研究》遞給湯姆生,建議他抽空一讀。

湯姆生當時很想提出來同法拉第合作,他猶豫了一下,沒說出自己的想法。

法拉第那時已54歲,久病初愈,剛恢複研究工作。他雖然賞識湯姆生的才能,但也沒有想到這個21歲的後生是最理想的助手。所以,盡管他們探索的目標是共同的,特別是湯姆生又精通數學,卻失之交臂,沒有能夠攜起手來,想來是十分遺憾的。

以後,湯姆生有好幾次想把自己對電磁的研究總結成理論性的東西,但都沒有成功。1846年11月,他擔任教授職務後還悉心研究電學,並很有進展,還用數學方法對電磁力的性質做了有益的探討。

湯姆生還試圖用數學公式把電力和磁力統一起來,這的確是一個天才的設想。實際上,他已經走到了電磁理論的邊緣,隻要再向前邁一步,就能夠發現真理。

可惜的是,湯姆生後來沒有把這個研究進行到底,因而建立電磁理論的桂冠,就隻好讓麥克斯韋來戴了。

麥克斯韋出生於1831年11月13日。1854年,23歲的麥克斯韋大學畢業,留在母校劍橋大學任教。

不久,麥克斯韋讀到了法拉第的《電學實驗研究》,馬上被書中的新穎的實驗和見解吸引住了。

當時,學術界對法拉第的學說看法不一致,有不少非議。主要原因是“超距作用”的傳統觀念影響還很深,牛頓力學的大廈動搖了,但是並沒有倒塌。

同時,也因為法拉第的學說在理論上還不夠嚴謹。

作為實驗大師,法拉第是舉世無雙的,但是由於沒有受過正規的高等教育,唯獨數學功夫不夠。

法拉第的創見都是用直觀的形式表達的,一般的理論物理學家都不承認法拉第的學說,認為它不過是一些實驗記錄。

然而麥克斯韋受到湯姆生的影響,相信法拉第學說中包含著真理。他在認真研究了法拉第的著作以後,領悟出力線思想的寶貴價值,也看到了法拉第定性表達的弱點。

這個初出茅廬的青年科學家決心用數學來彌補這一點。

一年之後,24歲的麥克斯韋發表了《論法拉第的力線》,這是第一篇關於電磁學的論文。

這位後起之秀接過了偉大先驅者法拉第手中的火炬,開始向電磁領域的製高點挺進。

且說那天法拉第正在歎息不已時,突然,放在桌上新到專業期刊上一篇醒目的標題跳入了他的眼簾:《論法拉第的力線》。

法拉第一陣激動,他如饑似渴地將論文讀了一遍,真是一篇好文章啊!

在論文中,麥克斯韋通過數學方法,把電流周圍存在力線這一現象,概括成一個高等數學裏的矢量偏微分方程。

法拉第想自己從小失學,最缺的就是數學,現在突然降下了這麼一位理解自己思想,又長於數學的幫手,真是高興得樂不可支。

“哈哈,我的理論後繼有人了!”法拉第感到無比的欣慰。

幾年後,也就是1860年夏,麥克斯韋因故來到倫敦皇家學院任教,時年28歲。這次工作的變動,是他一生事業的轉折點。

麥克斯韋對法拉第仰望已久,早在劍橋教書的四年時間裏,他就一直想用數學公式表達法拉第的學說,他經常給法拉第寫信,探索電磁的奧秘。

麥克斯韋到達倫敦後去拜訪了法拉第,這是一次難忘的會晤,法拉第已年近七旬,兩鬢斑白。他和麥克斯韋一見如故,親切地交談起來。

當麥克斯韋征求他對論文的看法時,法拉第高興地說:“當我知道你用數學來構造這一主題,起初我幾乎嚇壞了,我驚訝地看到,你處理得如此之好啊!”

法拉第還說:“我不認為自己的學說一定是真理,但是隻有你才是真正理解它的人。”

“先生能給我指出論文的缺點嗎?”麥克斯韋靦腆地說。

“但是,你不應該停留在用數學來解釋我的觀點,”這位大師沉思道,“你應該更深層地把它突破!”

法拉第的話猶如一盞明燈,照亮了青年物理學家麥克斯韋前進的道路,他立即用最大的熱情投入新的戰鬥。

1862年,麥克斯韋在英國《哲學雜誌》4卷23期上,發表了第二篇電磁學論文《論物理學的力線》。

這是一篇劃時代的論文,它同1855年的《論法拉第的力線》相比,有了質的飛躍。

論文不再是法拉第觀點的單純的數學解釋,而是對法拉第的觀點作了重大的引申和發展。其中具有決定意義的一步,是引進了“位移電流”的概念。

麥克斯韋分析了法拉第對電介質的研究以後,確認在電場變化著的電介質中,電流也存在,他把這稱為“位移電流”。

另外,麥克斯韋還計算出這種電流的速度正好等於光速,這一驚人的“巧合”中,包含著神奇而偉大的內在聯係。

從理論上引出位移電流的概念,的確是電磁學上繼法拉第電磁感應以後的一項重大突破。

根據這一科學假設,麥克斯韋推導出兩個高度抽象的偏微分方程式,這即是著名的麥克斯韋方程式。

根據這組方程所揭示的規律,不但變化著的磁場產生電場,而且變化著的電場也產生磁場。凡是有磁場變化的地方,它的周圍不管是導體或者電介質,都有感應電場存在。

經過麥克斯韋創造性的總結,電磁現象的規律,終於被他用不可動搖的數學形式揭示出來。

直到此時,電磁學才開始成為一種科學理論。而法拉第,則是這座理論大廈的奠基人。

1865年,麥克斯韋發表了第三篇電磁學論文《電磁場動力學》。在這篇論文中,麥克斯韋方程的形式更加完善,他並且由此推導出電場和磁場的波動方程。

根據計算,這個“波”的傳播速度,恰好等於光速!直到此時,電磁波的存在是確定無疑了!

麥克斯韋因此大膽斷定,光也是一種電磁波。法拉第當年關於光的電磁理論的猜想,就這樣由麥克斯韋變成了科學的理論。

曆史記下了這個輝煌,23年以後,德國青年物理學家赫茲用實驗發現了電磁波,證明了麥克斯韋的理論。

法拉第當年的偉大預言,經過幾代人的接力,終於變成現實。令人遺憾的是,法拉第沒有親眼看到電磁理論的勝利,麥克斯韋也沒有看到這一天。

法拉第經過畢生的辛勤努力,終於為人類開發了一個全新的知識領域。其一生總結性的著作是《電學實驗研究》。

有趣的是,在法拉第的這部巨著中,幾乎沒有一條數學公式。金無足赤,人無完人,無論是政治偉人或科學巨匠,都不可能是十全十美的。