法拉第決心尋找電磁現象和光的關係。他采用的是他最拿手的辦法一一實驗。
首先,他用電解質(酸、堿、鹽的水溶液)來實驗。法拉第把這些透明導電的電解質放在兩個電極之間,給電極加上很高的電壓,然後讓一束偏振光通過這個電解質。結果對偏振光並沒有產生什麼影響。實驗失敗了。法拉第把導電的電解質換成不導電的電解質,諸如鬆脂,水晶、冰洲石等等,他一一試過,全都失敗了。
實際上,電場對光的影響是存在的。或許是因為法拉第的實驗條件沒有到位,所以沒有檢測出來。他所預言的效應,30年後由英國物理學家克爾發現。
法拉第並不因這些失敗而氣餒。他另辟蹊徑,決定改用磁場做實驗,試圖證實磁對光的影響。如此就能證明莫裏契尼未能實現的推斷:光和磁有聯係。
法拉第把一塊玻璃放在電磁鐵的兩極間,然後用一束偏振光沿著磁力作用的方向透過玻璃,可惜的是,並未發現磁場對透過玻璃的偏振光有什麼影響。法拉第把玻璃換成許多種其他透明體來試,也同樣沒有什麼結果。
“這是為什麼,也許需要另一種東西。”法拉第思忖著。他在實驗室內來回地踱著步,思考著,無意中他發現屋角擱著一塊長方形重玻璃。這塊玻璃是他15年前試製的產品,閑置至今,從來沒有用過。
隨之法拉第把這塊重玻璃放在電磁鐵的兩極之間,然後用一束偏振光沿著磁力作用的方向透過玻璃,光線在磁力的作用下,它的振動麵果然偏轉了一個角度,由於重玻璃的折射率大,這種偏轉終於被檢測出來。法拉第多次進行了同樣的試驗,都得到了同樣的結果,磁力越強,偏轉角度越大。這就是有名的磁致旋光效應,是法拉第對電磁學又一大功勞。這個發現的時間是1845年9月13日。法拉第在實驗日記裏寫道:
如此一來,磁力和光有相互關係就得到了證明!這一事實對於這兩種狀態的自然力的研究,很可能具有巨大的價值,由此也可能產生極其豐碩的成果。
法拉第的這一成功對他有很大的啟發。他又回過頭來,把幾年以前研究過的各種介質放進兩個電磁之間,做同樣的實驗。他的設想是:可能其他物質也應該和玻璃有相同的反應。他使用的是一個比以前強大得多的電磁鐵。
出乎法拉第意外的是,在實驗過程中,法拉第發現了一個新奇的現象。他把一根玻璃棒放進磁鐵兩極間,玻璃棒居然表現出對磁力作用的反抗,停在同磁力垂直的方向上。這就是說:磁不但對磁性金屬有作用,對其他材料也有作用,不同的隻是前者順著磁力方向,後者卻正好相反。
法拉第又驚又喜,他立即用一根銅棒做實驗,銅棒也停在同磁力垂直的方向上,傲然不動。他又用木塊代替銅棒,都是同樣結果,他把身邊所有的東西全都放進兩個磁極之間,一一進行試驗。發現全部物質對磁力都有反應,其中大多數都表現為抗磁性。
法拉第全神貫注地做著實驗,把吃晚飯的時間也忘記了。妻子薩拉隻好把晚飯給他送到實驗室來。當她推開實驗室的門,發現法拉第埋頭在一堆亂物中忙著,眼裏不由流露出溫和的責備,催促他趕快吃飯。法拉第見她從籃子裏拿出一塊麵包和牛排,十分高興。薩拉還沒有反應過來,法拉第已經把麵包用一根細線懸掛起來,把麵包放進兩個磁極之間。麵包猶如受過專門訓練一樣,一動不動地停立在磁力交叉的方向上。法拉第朝著妻子眨眼睛,笑了笑,接著又用牛排做試驗,取得同樣的結果。法拉第夫人看著他的表演,簡直哭笑不得。實際上根據法拉第當時的心情,如果不是因為磁鐵不夠大,恐怕連他夫人也會被吊起來,造進磁極之間去作一番檢驗,因為他確信人體也是反磁體。
由於磁致旋光效應和抗磁性這兩項重大發現,1846年法拉第榮獲倫福德獎章和皇家獎章。在英國皇家學會的曆史上,很少有人同時得到這兩枚獎章,即使戴維也沒有獲得過如此殊榮。法拉第的天才和偉績,給他帶來了十分高的榮譽。然而他關心的並非榮譽,而是科學的理想。
磁致旋光效應和抗磁性的發現,使法拉第受到很大啟發,一個嶄新的思想終於脫穎而出。
當時,“超距作用”的觀念十分流行。牛頓曾經為超距觀念苦惱過,但是最終他還是采用了超距的說法。一百多年來,牛頓力學成了物理學的權威。“超距作用”觀念不但支配了天體力學,也使電磁學受到很大影響。牛頓的影響實在太大了。科學家們普遍認為,力的傳遞是即時而超距的,也就是說不管傳遞多遠都不需要時間,一個電荷或者磁極周圍的空間,除了距離以外,一無所有,連法國的電學大師安培、庫侖,也持同樣觀點。庫侖曾於1784年發現電荷相互作用的定律,這一定律後來被稱作庫侖定律,其形式和牛頓萬有引力公式完全一樣:與電量大小成正比,與距離平方成反比。因而從一開始,電學就理所當然地被納入牛頓力學的軌道。“超距作用”的觀念自然成為流行的觀念。
法拉第並不隨波逐流。他對法國同行們的成功十分的佩服,但對他們的思路卻不願盲目信從。法拉第從自己的大量實驗事實出發,對“超距觀念”提出了懷疑。他相信“物質到處存在,沒有不被物質占有的中空地帶”,因此電力和磁力不能憑空隨意傳遞。這個思想,法拉第醞釀了十幾年,在沒有找到充分的實驗證據以前,他不願意草率匆忙地把自己的科學假設宣布於眾。