学习遥感的同学都知道电磁波是遥感的主要媒介。麦克斯韦预言了电磁波,统一了电磁转换方程,前面有过介绍。但是在他之前,有关电磁学研究成果方面,还有很多科学家的贡献不容磨灭。其中一个就是今天的主角迈克尔·法拉第(Michael Faraday,1791年9月22日-1867年8月25日)。
法拉第最著名的贡献就是“电磁感应定律”的发现。简单说就是导线在磁场中运动时,会在导线中产生电流。这是在奥斯特偶然发现电流会产生磁场后的重要新发现。不仅如此,法拉第还提出了“电场”和“磁场”的概念,用直观的实验说明了两者的关系。这些开创性的工作,为后来的麦克斯韦方程组奠定了理论基础,彻底改变了人类对电和磁的认识。
但是法拉第天生就是奇才吗?从他身上我们可以学习到什么呢?
(1)贫寒出身,但向往科学。
法拉第于1791年出生在英国伦敦的一个贫困家庭。父亲是一名铁匠,家境贫寒。法拉第仅接受过两年小学教育,12岁辍学成为报童,17岁成为一名书店学徒,业余时间自学,逐渐积累了丰富的知识。他利用装订残页自学《大英百科全书》,被乔治三世御医马西特《化学对话》中的实验插图震撼,用零钱购买玻璃瓶、锌片制作简易伏打电池。失败的实验甚至引发了小爆炸,惊动了楼下的里保先生,引起了老板的怒气。但他心中那团好奇心驱使的,探究自然奥秘的火苗仍然在燃烧。我想这种对科学的热爱可能是天生的。
(2)抓住机遇,勇于争取。
1810年,一位常来书店的顾客,被法拉第对科学的痴迷打动,送给他4张入场券——那是当时英国科学界的最高殿堂,皇家研究院院长、声名显赫的汉弗里·戴维爵士的系列讲座门票!这对法拉第而言,是巨大的机遇。他认真记录文字,画下实验装置图。四场讲座下来,他积累了整整300页密密麻麻、图文并茂的笔记,并发挥装订匠的看家本领,将这300页笔记装订成一本书。然后,他鼓起巨大的勇气,将这本心血之作和一封言辞恳切的信寄给了戴维爵士。信中写道:“先生,我出身贫寒……但我热爱科学,渴望能投身于科学研究之中……我唯一的愿望就是能在科学研究机构中找到一份工作,无论多么卑微……”字里行间,是一个寒门青年对知识殿堂最热切也最卑微的仰望。戴维被这份执着和笔记展现出的非凡能力打动了。虽然皇家研究院当时没有正式职位空缺,但戴维在1813年因一次实验事故导致暂时性失明,需要一名可靠的助手帮他记录实验。他想起了法拉第。就这样,法拉第获得了梦寐以求的机会——成为戴维的临时助手。从此,法拉第开始了他的科学生涯。1816年法拉第发表了第一篇科学论文,随后1818年首创了金相分析方法。1820年他用取代反应制得六氯乙烷和四氯乙烯。1821年任皇家学院实验室总监。1823年他发现了氯气和其他气体的液化方法。1824年1月他当选为皇家学会会员。1825年2月接替戴维任皇家研究所实验室主任,同年发现苯。感觉是成功的一发不可收拾,这里面有幸运和机遇,也有个人的努力和争取。
(3)大胆设想,坚韧求证。
奥斯特发现了“电”能产生“磁”,法拉第反向思维,“磁”能不能反过来生“电”?这个想法很大胆,后来安培等物理学家巨头也在研究,但是都没有做出来。法拉第在伦敦皇家研究院的地下实验室里不停实验,但结果一直不好。他身旁的记录本上,密密麻麻的“NO”已经积累到了令人绝望的数字。这并非一两天,而是持续数年的挫败。年轻的助手安德森也崩溃离开了。“一个装订匠出身,连像样的数学都不懂,也妄想解开自然最深奥的谜题?”同事们的非议也毫不掩饰。甚至他曾经最敬仰的恩师汉弗里·戴维爵士,此时也因复杂的心理(可能包含嫉妒和对其“僭越”的不满)而态度微妙,不再给予支持,反而在背后流露出怀疑。孤立无援之下,他知道前途渺茫,但是仍然要向往光明,在绝境中依然点亮油灯,开展实验,这份执着和坚韧令人动容。
(4)灵光乍现,科普推广。
经过近10年的不断实验,到1831年法拉第终于发现,一个通电线圈的磁力虽然不能在另一个线圈中引起电流,但是当通电线圈的电流刚接通或中断的时候,另一个线圈中的电流计指针有微小偏转。法拉第心明眼亮,经过反复实验,都证实了当磁作用力发生变化时,另一个线圈中就有电流产生。他又设计了各种各样实验,比如两个线圈发生相对运动,磁作用力的变化同样也能产生电流。这样,法拉第终于用实验揭开了电磁感应定律。法拉第的这个发现扫清了探索电磁本质道路上的拦路虎,开通了在电池之外大量产生电流的新道路。根据这个实验,1831年法拉第发明了圆盘发电机,这是法拉第第二项重大的电发明。这个圆盘发电机,结构虽然简单,但它却是人类创造出的第一个发电机。现代世界上产生电力的发电机就是从它开始的。法拉第在电学领域的贡献不仅限于电磁感应和发电机的发明。他还进行了大量的实验,研究电解、静电和电动势等现象。法拉第的实验方法严谨,注重实证,强调通过实验来验证理论,这一科学方法对后来的科学研究产生了深远影响。他也积极参与科学教育和普及工作。法拉第在皇家学会的讲座中,向公众普及科学知识,激发了许多人对科学的兴趣。因此,法拉第不仅是一位杰出的科学家,还是一位出色的科学传播者。
