物理群星
迈克尔·法拉第 肖像

迈克尔·法拉第

Michael Faraday

1791–1867 · 生于英格兰纽因顿 · 英国

电磁学

从装订学徒到电磁学之父的实验大师

「只要与自然的法则相一致,就没有什么奇妙得令人不敢相信。」

—— 1849 年 3 月 19 日实验日记

人生时间线

  1. 1791

    生于伦敦南郊纽因顿一个贫穷的铁匠家庭

  2. 1805

    进入书商里博的铺子当装订学徒,工余读遍手边的科学书

  3. 1812

    旁听戴维的四场讲座,把笔记装订成册寄给戴维毛遂自荐

  4. 1813

    受聘为皇家研究院实验室助手,随戴维游历欧洲

  5. 1821

    实现「电磁旋转」——电动机的最早雏形

  6. 1825

    出任皇家研究院实验室主任,创办圣诞科学讲座

  7. 1831

    发现电磁感应,随后造出第一台圆盘发电机

  8. 1845

    发现磁光效应与抗磁性,「磁场」一词进入物理学

  9. 1867

    在汉普顿宫的寓所去世,葬于海格特公墓

伟大发现

代表方程

电磁感应定律

ε=dΦBdt\varepsilon = -\frac{d\Phi_B}{dt}

穿过线圈的磁场变化得越快,感应出的电压就越高。法拉第用实验和力线图景发现了这条规律,今天的数学形式是麦克斯韦等后人整理出来的。

在物理学的万神殿里,法拉第是最「不可能」的一位:铁匠之子,只上过几年小学,终生几乎不懂高等数学。可正是他发现了电磁感应,造出发电机的雏形,还孕育出「场」这个统治现代物理学的概念。许多人认为,他是有史以来最伟大的实验物理学家。

装订作坊里的读者

法拉第十四岁进入伦敦书商里博的铺子当装订学徒。别的学徒装订书,他却读书:装订《大英百科全书》时读到「电」的词条,读到马塞夫人的《化学谈话》,便用攒下的零钱买来瓶瓶罐罐照着做实验。1812 年,一位顾客送他四张票,去皇家研究院听大化学家汉弗里·戴维的告别讲座。他把笔记誊清、配图、精心装订成厚厚一册寄给戴维,附信求一份科学界的差事——这几乎是一个学徒能拿出的全部履历。

戴维的助手

1813 年,戴维聘他为实验室助手。随后的欧洲游历既是科学之旅,也是屈辱之旅:戴维夫人始终把他当仆人使唤,不许他同桌用餐。回国后,法拉第的才华迅速溢出「助手」二字。1821 年,他让通电导线绕着磁铁持续旋转——这是世界上第一台电动机的雏形,却也招来「窃取他人想法」的流言,戴维站在了指控一边,师徒关系从此蒙上阴影。1824 年法拉第当选皇家学会会士时,据说唯一的反对票正来自他的恩师。

1831:磁生电

奥斯特已经证明电流能让磁针偏转,法拉第在笔记本里给自己写下目标:「把磁转化为电」。1831 年 8 月 29 日,他在一只软铁环两侧绕上两组线圈:合上一侧电路的瞬间,接在另一侧的电流计猛地一跳,随即归零;断开时,指针又反向一跳。他抓住了要害——产生电流的不是磁场本身,而是磁场的变化。几周后,他把铜盘架在马蹄形磁铁两极之间转动,得到了持续的电流:人类第一台发电机诞生了。

看不见的力线

法拉第不写方程。他往磁铁上撒铁屑,凝视那一圈圈曲线,坚信电与磁的作用是通过充满空间的「力线」传递的,而不是什么隔空发力的魔法——「场」的思想由此萌芽。当时的数学物理学家对这些「图画」不以为然,直到麦克斯韦把力线翻译成方程组,人们才明白这个「不懂数学」的人看得有多远。

拒绝的与留下的

法拉第一生谢绝了封爵,两次谢绝出任皇家学会会长,理由朴素:他想从始至终做普通的法拉第先生(大意)。他在 1825 年创办的圣诞科学讲座专讲给孩子们听,至今每年圣诞照常开讲,已成英国传统。1867 年 8 月 25 日,他在王室赐居的汉普顿宫寓所安然离世。他连葬入威斯敏斯特教堂的荣耀也婉拒了,依照遗愿长眠于海格特公墓一块朴素的墓碑下——而威斯敏斯特教堂里牛顿墓旁,为他立着一方纪念碑。

思想的传承

曾受影响于

汉弗里·戴维

深刻影响了

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