麥克斯韋

背後的男人

——康德曾經說過:「世界上只有兩樣東西讓我敬畏,

一個是我頭頂燦爛的星空,一個是我心中永恆的道德法則」,法拉第完美地將這兩者結合在了一起。

一 光電神話

成功男人麥克斯韋

「你是光,你是電,你是唯一的神話」,歌聲響起的時候,我眼前閃過的不是那三個蹦蹦跳跳的小女孩,而是一個睿智的英俊少年,是的,他就是光,他就是電,他就是唯一的神話,他就是Superstar——詹姆斯.克拉克.麥克斯韋。

少年麥克斯韋

麥克斯韋驚才絕艷,15歲時就發表數學論文,34時就寫出了物理學史上最優美的方程,與牛頓爵士一樣,同是天神下凡,牛頓爵士統一了天和地,帶領人類走出蒙昧時代,麥克斯韋則一統電和磁,帶領人類走進現代文明。

麥克斯韋方程

1873年,麥克斯韋發表巨著《電磁學通論》,這是一部劃時代的著作,和牛頓的《論自然哲學的數學原理》,達爾文的《物種起源》齊名,可惜天妒英才,完成《電磁學通論》六年後,年僅48歲的麥克斯韋就被上帝召喚而去。

麥克斯韋能在短短數年內,將電磁學臻至完美,堪稱史上最成功的男人,俗話說「每一個成功男人的背後,都有一個偉大的女人」,而在成功男人麥克斯韋的背後,卻還是一個偉大的男人。

二 天降大任

法拉第的巨大貢獻

曾「奪權杖於暴君」的本傑明.富蘭克林,也「扼閃電於長空」,從他著名的「風箏實驗」起,人類就對自然中電這種巨大能量起了覬覦之心。

富蘭克林的風箏實驗

1800年,義大利物理學家伏特發明了伏打電堆,這立刻成為了科學家們的新寵,大家都玩的不亦樂乎,可除了科學研究之外,如何把電用之於民呢?大家都一籌莫展,只好等待,等待法拉第的出現。

邁克爾.法拉第,1791年出生於英國,父親是一名鐵匠,如果不是牛頓,法拉第就會成為子承父業,可是由於牛爵爺主導的第一次工業革命,鐵匠這個本來有大好前途的職業,迅速衰落,法拉第家自是門前冷落,甚至難以糊口。

帥大叔法拉第

牛爵爺雖然是少年孤苦,可還能完成學業,少年法拉第卻只讀了兩年小學,就要擔負起養家糊口的重任。

俗話說「人丑就要多讀書」,英俊少年法拉第見識非凡,深知「人窮更要多讀書」,法拉第投身於當時的朝陽產業——出版業,當了一名報童,當時的報童並不是今天的快遞小哥,一個稱職的快遞小哥不能品嘗一下客戶的美食,也不能試用一下客戶的商品,而報童卻可以隨時享用客戶的商品,一個稱職的報童更要博覽群書,而且還要精通書籍的裝幀設計,這麼說吧,當時的報童就相當於今天的圖書管理員,這份職業前途太遠大了。

少年法拉第就這樣一頭扎進了知識的海洋,不但看文學類,而且更喜歡自然科學,要知道,當時的大英帝國,最走流量的不是各類娛樂明星,而是科學家,英國皇家科學會的每一次演講都是萬人空巷,科學家的一言一行引起的關注都遠超今天的網紅。

不過法拉第也只能徘徊在皇家科學院的門外,聽大師的演講時要門票的,報童的收入僅能糊口,是無法走進演講大廳的,不過機會還是有的,因為當時機械式印刷機還沒有出現,書籍昂貴,讀書看報都是上流社會的事情,法拉第接觸的也都是各界名流,機緣湊巧,法拉第得到了幾張贈票,由此走進了皇家學院的大門,法拉第終於見到了心中的偶像——皇家科學院院長戴維爵士。

「電解狂魔」戴維

戴維,號稱「電解狂魔」,在電化學領域玩的最嗨,實驗手法簡單粗暴,無論什麼化合物,直接熔融電解,靠這種手法,戴維發現了鉀、納、鎂、鈣、鍶、鋇、硅、硼、氯、碘等化學元素,成為發現化學元素最多的科學家,現在荼毒留學生的笑氣也是他的發現。

聽了多次演講後,法拉第把戴維演講的內容整理成冊,裝幀成書,寄給了戴維,戴維見到書後大吃一驚,要知道戴維是實驗物理學家,又少年成名,行事不拘小節,實驗時任性而為,能不能下次重複自己的實驗自己都說不準,實驗記錄自然潦草,見到如此良質美材,難免食指大動,輾轉反側之後,戴維決定招法拉第進入皇家學會實驗室打雜,由此可見,學會一門技術是多麼重要。

此時作為出版界資深人士的法拉第,正在奔小康的路上,老婆孩子熱炕頭的美好生活在向他招手,但作為科學的迷弟,怎麼可能會被這種小目標誘惑呢?法拉第高興地接受了戴維的邀請,重新當上了學徒。

理想很豐滿,但現實總是很骨感,本以為可以大展身手的法拉第卻被現實碰了個頭破血流,戴維爵士真的把法拉第當成了學徒、跟班,只是讓法拉第做些輔助工作,甚至包括給戴維爵士刷洗大衣。

孟子曾說過「故天將降大任於是人也,必先苦其心志,勞其筋骨,餓其體膚,空伐其身,行弗亂其所為,所以動心忍性,曾益其所不能」。現在對於法拉第來說已經「苦其心志,勞其筋骨,餓其體膚,空伐其身」了,所幸法拉第沒有「行弗亂其所為」,而是「動心忍性,曾益其所不能」,協助戴維爵士發現了碘元素,證明了金剛石的成分就是碳。

機會還是來了,1820年,丹麥科學家奧斯特發現通電導線旁的小磁針可以偏轉,同年,安培發現了電流周圍產生的磁場方向問題的安培定律,但實驗也到此為止,因為誰也沒有辦法讓小磁針有進一步動作。

法拉第重複了實驗,也是一籌莫展,1821年9月3日,法拉第靈機一動,電流可以讓磁針轉動,那麼反過來會怎麼樣呢?磁鐵會不會驅動導線動作呢?這一閃念堪比落在牛頓頭上的蘋果。

為了減少摩擦,法拉第用漂浮在水銀上的銅導線進行實驗,結果發現,這根銅線,可以飛快的轉動,這就是人類歷史上第一台電動機。

第一台電動機

可不巧的是,老闆戴維此時並沒有在倫敦,要想立刻找到戴老闆彙報工作可不是件容易事,要知道,無論電報電話包括手機都要依賴法拉第的發現才能發明出來,那個時代的通信手段都要靠馬車帆船,而這個發現又不是牛爵爺那種需要嚴密數學推導的發現,只是個抖機靈的結果,萬一哪位大神也福至心靈,重複了這個實驗,這發現可就被人搶去了,一切都來不及多想了,法拉第直接把這一發現寫成論文投了出去。

論文並沒有給法拉第帶來應得的榮譽,反而帶來了無盡的煩惱,論文的發表觸發了科學界萬惡的潛規則,沒有經過老闆同意,私自發表論文即便在今天也是大逆不道,何況法拉第的老闆戴維是當時的學界領袖,而他僅僅是一個小學只讀了兩年的學徒,各種流言撲面而來,「剽竊」「不自量力」,一個學者能遭受到的惡毒非議都加到了他的身上,而最清楚他的學識和為人的戴維卻意外地保持了沉默。

英國皇家科學院本來就有內鬥的傳統,為了科學發現不惜撕破臉皮,前有胡克打壓牛頓,後有牛頓撕逼萊布尼茨,戴維光榮地接過了前輩的旗幟,不過戴老闆還算厚道,沒有親自出馬指責法拉第,而是腹黑地安排法拉第去做光學玻璃研究,生生把法拉第和電磁學割裂開來。

十年後,戴維去世,法拉第終於回到了電磁學研究領域。

這十年間,人類一直在尋找產生強大電流的方法,力求使電達到工業應用的地步,不象伏打電池只是科學家在實驗室的愛寵,在法拉第離開的十年,人類已經走到了門口,只等法拉第來完成這最後一擊。

1831年10月17日,法拉第把一根磁鐵棒插入了線圈,神奇的現象出現了,連通線圈的電流計出現了擺動,這意味著由磁產生了電,但是一瞬間後,電流表又歸零了。

如何得到持續穩定的電流輸出呢?10月28日,法拉第用銅盤取代了線圈,在磁鐵中轉動,終於得到了穩定的電流輸出,發電機出現了,人類進入了電氣時代。

圓盤發電機

三 薪火相傳

攜手跨越世界之巔

不過他幼年失學的影響也逐漸顯露出來,由於數學基礎薄弱,他無法繼續完善電磁學理論,他提出了「場」的概念,卻只能用形象的語言描述電磁場,場是現代物理學中最基本的概念,也是一個革命性的概念,直接質疑了萬有引力的超距作用,而且啟發了後來的愛因斯坦,愛因斯坦曾指出:廣義相對論就是一種場論。

正是因為場的提出直接動搖了牛頓力學的基礎,引起了科學界的一片質疑,因為牛頓是物理學中的神,對牛頓的任何質疑都無異於褻瀆,而且法拉第因為數學基礎薄弱,給不出場的數學描述,這更是授人以口實。

面對質疑,他只能期待上帝的幫助。在法拉第發現電磁感應後不到一個月,麥克斯韋出生了,這就是上帝送給法拉第的禮物。

1855年,麥克斯韋發表論文《論法拉第的力線》,這是對法拉第研究的數學描述,法拉第看到論文後大喜過望,立刻尋找這個年輕人,可是麥克斯韋卻杳如黃鶴,不見蹤影。

1860年,孤獨的法拉第終於等來了麥克斯韋,兩位偉大的物理學家一見如故,法拉第的觀點和麥克斯韋的數學完美地結合在了一起,1865年,麥克斯韋推導出了優美的麥克斯韋方程。

1867年,看到了電磁學完美證明的法拉第了無遺憾地離開了人世。

四 生前身後名

法拉第的科學成就當然無與倫比,他的工作為人類打開了新世界的大門,他不僅是一位傑出的實驗物理學家,更是一位偉大的理論物理學家,這一點可以從電磁感應實驗看出來。

電磁感應實驗其實瑞士物理學家科林頓之前也曾做過,只是科林頓把電流計放在了隔壁房間,等科林頓跑到隔壁房間的時候,電流表早就歸零了。

這看起來似乎又是命運的眷顧,和十年前電動機實驗一樣只是一個抖機靈的結果,其實不然,電磁感應實驗是他長期深入思考後的有備而發,法拉第首先意識到這次的實驗可能只是一個瞬時現象,他才會把電流計放在了身邊,而科林頓覺得這是一個穩定的現象,為了減少干擾,才把電流計放到了隔壁。

他劃時代地提出了場的概念,在理論上消除了物質和能量的界限,愛因斯坦的質能方程只不過是他思想的具體化,其意義不亞於牛頓統一天地,也許已經不能用科學家來稱呼這個偉大的人了,更應該用哲學家來讚頌他,他是在用思想來理解世界。

當然,由於數學基礎薄弱,他不能完成他思想的數學描述,但是這更凸顯了他人格的偉大,戴維爵士繼承皇家科學院的傳統曾給他設置了許多障礙,偉大的法拉第沒有抱怨,反而以德報怨,傾心傳授後來者麥克斯韋,成就一段科學史上的佳話。

法拉第的偉大不僅在對待科學上,傷害過他的,他全部忘記,幫助過他的,他加倍返還。他少年清貧,卻放棄了電動機和發電機的專利權;他曾見辱於權貴,卻拒絕了被提名為皇家學會會長和授予爵士;他熱愛和平,就拒絕製造化學武器:他曾受益於科學演講,就舉辦星期五晚間討論會和聖誕節少年科學講座。

如果說法拉第的前半生是自學成才的勵志典範,那麼他的後半生就是人類的道德高峰,康德曾經說過:「世界上只有兩樣東西讓我敬畏,一個是我頭頂燦爛的星空,一個是我心中永恆的道德法則」,法拉第完美地將這兩者結合在了一起。

1879年11月15日,完成了《電磁學通論》的麥克斯韋離開了人世,回到了上帝的懷抱,就在這一年,一個嬰兒誕生了,這個嬰兒就是愛因斯坦,上一次出現這樣的巧合還是伽利略和牛頓,又一場物理學革命要開始了。


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