约瑟夫·亨利

1831 年 1 月，纽约州奥尔巴尼一所男校的教师在《美国科学杂志》上报告：一块 21 磅重的马蹄形软铁，外面密密缠上九股丝包铜线，只接一只装半品脱稀酸的小电池，就吸住了 650 磅；换一只稍大的电池，750 磅。他写道，这「大概是迄今造出的最强的磁铁」。

写这篇论文的约瑟夫·亨利当时三十出头，在奥尔巴尼学院教数学和自然哲学，没上过大学。同一篇论文里还有一句顺带的话：电流穿过一千多英尺导线之后，磁力「至少没有明显减弱」，这「可以直接用于巴洛所设想的电磁电报」。二十多年后，这句话成了他和莫尔斯之间一场官司般的争执的中心。

剧社社长与一本小书

亨利生在奥尔巴尼，祖父母辈从苏格兰移民而来。父亲在他八九岁时去世，他在乡下外祖母家长大，上的是乡村小学，在杂货铺里当过伙计，回城后给银匠当学徒，银匠铺很快倒闭。十几岁的他迷的是小说和戏剧，当上了一个少年剧社的社长，自己改编、写戏、登台。

转折是一场小病。他在家卧床几天，随手拿起房客落在桌上的一本书——英国牧师格雷戈里写给青少年的《实验哲学、天文与化学讲义》。书一开头就问：扔出去的石头为什么落回地面？倒过来的烛火为什么还往上蹿？井水里为什么看得见自己的脸？他后来在那本书的扉页上写道：

它……使我在读的时候就下定决心，要立刻开始把一生献给求知。

他辞去了剧社社长，去上夜校，后来进了奥尔巴尼学院。钱不够就去乡下教书，给大地主范伦斯勒家的孩子当家庭教师，还带队勘测过一条从西点到伊利湖、横穿纽约州南部的公路。1826 年他回到学院，受聘为数学与自然哲学教授。

有意思的是，连他哪年出生，身后的人也拿不准：1880 年的《纪念文集》里，一篇悼词认为是 1799 年，另一篇写「1797 或 1799」。今天史密森学会档案与后来编成的《约瑟夫·亨利文集》都取 1797 年。

把导线绝缘起来，一层压一层

1825 年，英国人斯特金把一根软铁弯成马蹄形，涂漆绝缘，外面松松地绕上一圈圈裸铜线，通电后能吊起几磅重的东西——这是第一块软铁电磁铁。可那几圈线彼此必须隔开，否则电流会从一圈直接抄近路跳到下一圈，绕不了几圈。

亨利反过来想：不去绝缘铁芯，而是绝缘导线本身。1827 年 10 月，他在奥尔巴尼学会宣读第一篇电磁学论文，已经在演示装置上用丝线包裹的细铜线绕二十来圈。1829 年 3 月，他把 35 英尺丝包铜线紧紧绕在一块马蹄铁上，绕了约 400 匝，只接一对小极板，磁力就超过了用 28 块大极板电池驱动的同尺寸普通电磁铁。

然后他发现，线绕得越长，到一定程度磁力反而下降——导线太长，电阻吃掉了电流。他想出两条路：

• 在同一块铁上绕好几股短线，各自接到电池两极，相当于并联，让更多电流流过——他叫它「数量磁铁」，配单节大面积电池；
• 或者只绕一股很长的线，但电池要多节串起来，提高「推动力」——「强度磁铁」，配多节串联的电池。

用今天的话说，这是按欧姆定律让电池与线路的电阻相匹配——但亨利是从实验里一点点摸出来的。1831 年他和同事滕·艾克在学院大厅里来回拉了 1060 英尺导线做实验，发现单节电池穿过长导线后几乎推不动电磁铁，换成 25 节串联的槽式电池，隔着这么长的线照样有力。那句关于电报的话，就写在这组实验后面。

同年他给耶鲁学院造了一块 59 磅半的电磁铁，吸起了 2063 磅；杂志编者在按语里说它「吊得起一吨多」。他还做了一个靠电磁铁吸斥来回摆动的小机器，自己说它「眼下只能算一件哲学玩具」——这是最早的电动机之一。

磁生电：谁先谁后

强磁铁在手，亨利也去碰那个人人都在找的问题：磁能不能生电？

1832 年 7 月，他在《美国科学杂志》发表《论由磁产生电流与电火花》。实验是这样的：在大电磁铁的衔铁中段绕 30 英尺导线，接到远处的电流计。他站在电流计旁，让助手把电池猛地浸进酸液——磁铁通电的一瞬间，指针向西偏 30°，随即回零；把电池提出来，指针反向偏约 20°。衔铁始终一动不动。他的结论是：铁里的磁每有一次变化，线圈里就有一次瞬时电流。

这和法拉第 1831 年 8 月 29 日的铁环实验是同一个现象。法拉第 1831 年 11 月在皇家学会宣读，简讯 1832 年春登上英国刊物；亨利在论文里全文引了这则简讯，承认对方已经发现了「人们苦苦追寻的结果」，接着说：

在得知上述方法之前，我已经用下面这种与法拉第先生不同的办法得到了电效应。

至于他到底是什么时候做出来的，有两种说法：

• 亨利一方与后来的许多美国文献认为，他 1831 年就独立看到了感应现象，只是没及时发表；史密森学会档案馆的编年也写「1831 年，亨利与法拉第各自独立地感应出电流，法拉第先发表」。
• 但他自己的论文写的是：去年 8 月开始造一块更大的磁铁，准备做磁生电实验，「随即因故中断，直到最近几周才得以恢复」。照这个说法，实验多半做在 1832 年春夏，那时英国的消息已经传到——只是摘要里没写方法。他同一篇文章里还坦白，从磁铁上拉出电火花这件事，爱丁堡的福布斯 3 月 30 日就做到了，而他自己是 6 月下旬。

论文里没有写那次指针偏转的日期，现存材料也没能把它钉死。发现权归法拉第，是按先发表的惯例；亨利是独立做出来的，这一点没有人怀疑。

长导线的火花：自感

同一篇论文的末尾，亨利加了一段，说「还有一件事，我没见任何书里提过」：

用一英尺长的铜线接通、断开一只小电池，看不到火花；换成三四十英尺长的导线，接通时仍然没有，断开时却迸出一个明亮的火花。把导线绕成螺旋，效果更强。他的解释是：长导线「被电充满，断开时它对自身的反作用打出了火花」。

这就是自感：电流变化时，导线自己的磁场也在变，反过来在自己身上感应出一个阻碍变化的电压。电流突然被切断，变化率极大，存在磁场里的能量只能从断口放出去。

这一回，发表在先的是亨利。法拉第到 1834 年底才注意到并发表同一现象。亨利 1835 年在美国哲学会宣读续篇时特意提了一句：自己 1832 年 7 月就公布过，「同一现象后来似乎也被法拉第先生观察到了」。此后几年他在普林斯顿把感应做成系列研究：一个线圈感应出第二个线圈的电流，再用它感应第三个，还试了把线圈隔开一段距离的感应——这些都是后来变压器与感应线圈的先声。

1893 年，芝加哥国际电学大会把电感的单位定名为「亨利」。

普林斯顿的铃声与继电器

1832 年 11 月，亨利到新泽西学院（今普林斯顿大学）任自然哲学教授，在那里一待十四年。

据他 1857 年的自述，离开奥尔巴尼之前，他已经在学院楼上的一间屋子里绕了一英里多长的导线，通电后远端的电磁铁吸动一根磁化钢棒，敲响一只小铃；1832 年 8 月来参观的学生霍尔后来写信作证，说亲眼见过绕墙一周的导线把窗边的铃敲响。到了普林斯顿，他在校园两栋楼之间架线，继续给学生演示。

大约 1835 年，他又在课堂上演示了一个装置：用一条长线路上的小「强度」磁铁，去断开另一条短线路——那条短线路上有一块吊着重物的大「数量」磁铁。远处轻轻一碰，大磁铁失磁，重物轰然落地。弱信号控制强电路，这就是继电器的思路。1837 年他游历英国，把这个办法讲给了正在研制指针电报的惠斯通。

但他没有去造一台真正的电报机，也没有申请专利。他后来说，那时「完全没想过放下研究去搞电报的实际应用」；科学家不该靠专利把发现据为己有。他自己的兴趣很快转向了长导线上那些奇怪的火花。

与莫尔斯：从帮忙到对簿

画家出身的塞缪尔·莫尔斯 1836 年做出第一台电报样机，用的是斯特金式的磁铁和单节电池，信号只能传四十英尺左右。纽约大学的化学教授伦纳德·盖尔看了一眼就说：电池要换成多节串联的，磁铁每个臂上要绕几百圈——并把亨利 1831 年的论文拿给他看。照此一改，信号能穿过几百英尺、后来十英里的导线。盖尔 1856 年给亨利写信回忆：莫尔斯看到那篇论文时「非常吃惊」，说从不知道有人想过用磁铁来做这种事。

1839 到 1842 年间，莫尔斯常写信向亨利请教，亨利有问必答，还写信支持他向国会申请经费：条件已经「完全成熟」，几种方案里「我更看好你发明的那一种」。

裂痕从 1845 年开始。莫尔斯的助手艾尔弗雷德·韦尔出书介绍莫尔斯电报，几乎没提亨利。1849 年，一场专利侵权案把亨利传上证人席，他不愿作证，被法律程序强制出庭。他说莫尔斯的功劳在于把别人的发现组合成一套实用的仪器与流程，但莫尔斯在电学、磁学上「没有一项原创的发现」。1854 年美国最高法院的分裂判决推翻了莫尔斯专利里最宽泛的一项主张，亨利的证词起了分量。

1855 年 1 月，莫尔斯发表长文，题为「辩护」，实为攻击：说自己在科学上不欠亨利任何东西，还拿亨利 1831 年论文里把巴洛称为「电报设想」的说法做文章——巴洛 1824 年的实验恰恰是说电报不可能。亨利请史密森学会董事会调查，董事会通过决议为他正名，并在 1857 年年报里刊出他的声明。声明里他承认「巴洛的设想」一语用错了，但列出五条：在他之前，软铁里的磁怎样激发并不清楚，现成的电磁铁没法把力量送到远处；是他证明了长线路要用「强度」电池配长导线的磁铁；是他第一个在远处敲响了铃。

两人的争执一直持续到去世。后来研究这段历史的学者大多这样看：亨利没有发明电报，但没有他的磁铁、他的强度与数量之分、他的继电器，莫尔斯的电报很难那么早走出房间。

史密森学会

1846 年，英国人詹姆斯·史密森遗赠美国的一笔钱终于落定为史密森学会。12 月 3 日，董事会十二票里亨利得了七票，当选首任秘书长。

他在任三十二年，给学会定下的路子是：只做美国现有机构做不了的事——支持原创研究、出版《史密森知识文丛》、在国内外学术团体之间交换出版物。他不太情愿让学会背上国家博物馆的担子，也反对花大钱盖城堡式的大楼（大楼还是盖了，他一家后来就住在里面）。1849 年起，他组织了一张志愿者气象观测网，最多时有六百多名观测员，靠电报汇总各地天气——这是后来美国国家气象局的前身之一。

南北战争期间他维持着学会的运转，也给林肯政府当过科学顾问。他还主持过美国国家科学院与美国灯塔委员会的工作，为灯塔照明与雾中号角做了大量声学与光学试验。

1877 年 12 月他中风，1878 年 5 月 13 日在史密森城堡的寓所去世。今天，那座红砂石城堡前立着他的铜像。