電磁感應理論之父，法拉第傳奇

銠元素是為了紀念誰

作者 | 小棗君

1791年9月22日，英國薩里郡紐因頓鎮，一個名叫詹姆斯·法拉第的窮鐵匠，迎來了他第三個孩子的降生。

沒錯，這個孩子，就是後來被稱為“交流電之父”的英國著名物理學家、化學家邁克爾·法拉第（Michael Faraday）。

邁克爾·法拉第（1791年~1867年）

法拉第的家庭條件非常差。全家的生計，都依靠他父親打鐵維持。

1796年，也就是法拉第5歲的時候，全家從紐因頓鎮搬到倫敦定居，租住在曼徹斯特廣場附近的一個馬車庫房裡。

雖然家境貧寒，法拉第的父親仍堅持讓法拉第和他哥哥去上小學，並告誡他們要勤勞樸實，做一個正直的人，不要貪圖名利。來自父親的教誨，對法拉第後來的人生造成了深遠的影響。

幾年後，法拉第的父親積勞成疾，不幸病倒。無奈之下，全家人只好靠領取救濟度日。法拉第的小學學業也被迫終止（僅僅持續了兩年）。

1803年，12歲的法拉第為了生計，開始走上街頭賣報。第二年，他來到布蘭福德街的一家書店，成為一名書店學徒，學習裝訂手藝。

小法拉第做事很勤快，頭腦也很靈活，很快贏得了書店老闆裡波先生的信任和喜愛。

工作之餘，法拉第主動閱讀了書店裡大量的書籍。其中，既包括《哈姆雷特》、《李爾王》這樣的莎士比亞經典文學，也包括《大英百科全書》、《化學漫談》這樣的科學名著。

年輕的法拉第求知若渴，被書中的知識深深吸引。他非常想親身實踐書裡記錄的實驗過程。然而，作為一名窮學徒，他沒有錢去購買實驗裝置。於是，他只能利用廢舊物品，做一些簡單的物理和化學實驗。

1810年，在哥哥的資助下，法拉第有幸參加了學者塔特姆領導的青年科學組織——倫敦城哲學會。透過哲學會的參加一系列活動，他初步掌握了物理、化學、天文、地質、氣象等方面的基礎知識，為後來的研究工作打下了良好的基礎。

這期間，法拉第連續參加了塔特姆十幾次關於自然哲學的通俗演講。每次演講結束後，法拉第都會重新謄抄筆記，並畫下儀器裝置圖。他甚至把筆記裝訂成一本漂亮講究的《塔特姆自然哲學講演錄》，送給了裡波先生，令對方欣喜萬分。

法拉第的勤奮好學還感動了書店的一位顧客，他就是英國皇家學院的當斯先生。作為鼓勵，當斯先生把4張皇家學院漢弗萊·戴維教授科學講座的入場券贈送給了法拉第。

漢弗萊·戴維（Humphry Davy）是一個偉大的科學家，23歲就成為了皇家學院的化學教授，33歲成了皇家學院的靈魂人物。

1812年2月，20歲的法拉第連續聽了戴維教授的四場講座，被精彩的講座內容所震撼，加深了對科學研究工作的熱愛，立志投身其中。

於是，他寫信給當時的英國皇家學會會長約瑟福·班克斯（J．Banks）爵士，希望能獲得一份皇家學會的工作，哪怕在實驗室裡洗瓶子也行。

結果，心神不寧的法拉第等了整整一個星期，卻沒有任何回覆。他忍不住跑到皇家學院去打聽，得到的迴音只是冷冰冰的一句話：“班克斯爵士說，你的信不必回覆！”。

換做是別人，受到這樣的屈辱肯定放棄了。但是執拗的法拉第並沒有放棄。

不久後，他再次鼓起勇氣，寫了第二封信。這次，他直接寫信給漢弗萊·戴維，並附上了自己精心整理和裝訂的《亨·戴維爵士演講錄》。

收到書信的漢弗萊·戴維深感震驚——他沒有料到，自己總共才4個多小時的演講，法拉第竟然記下了386頁的筆記！所有內容一字不落，沒細講的也都被補充完整。

當天晚上，漢弗萊·戴維就給法拉第回信，毫不吝嗇地表達了自己的欽佩之情——“先生，我願是你的順從、謙恭的僕人。我很樂意為你效勞，我希望這是我力所能及的事。”

作為一名社會公認的大學者，漢弗萊·戴維能寫出這樣的文字，而且是寫給一個無名小學徒，簡直無法想象。

1813年3月，22歲的法拉第終於進入皇家學院，成為一名助理實驗員，同時也是漢弗萊·戴維的助手。

對法拉第來說，科學研究的生涯算是正式開始了。

不久後，漢弗萊·戴維啟程到歐洲大陸國家考察，法拉第作為他的助手，陪同前往。

儘管他實際上是助手，但公開身份卻只是僕人。法拉第並沒有計較這些，也毫不自卑，在他眼裡，這次考察是一次寶貴的學習機會，能學到東西就行。

事如人願，透過這次考察，他見到了許多著名的科學家，參加了各種學術交流活動，大大開闊了眼界。聰明勤奮的他，還學會了法語和義大利語。

1815年5月，法拉第回到英國，開始在漢弗萊·戴維的指導下，做一些獨立的研究工作。很快，他就取得了幾項化學研究成果。1816年，法拉第發表了第一篇科學論文。

1820年，一件改變法拉第以及整個人類命運的事件發生了。

這一年，丹麥物理學家漢斯·克海斯提安·奧斯特在一次講座上偶然發現，當他讓導線通電時，旁邊的小磁針會發生偏轉。

隨後，奧斯特針對這一現象進行了三個月的反覆實驗，最後透過名為《論磁針的電流撞擊實驗》的論文，正式向學術界宣告發現了電流的磁效應。

這一發現轟動了整個物理學界。幾個月後，畢奧和薩伐爾在大佬拉普拉斯的幫助下，找到了電流在空間中產生磁場大小的定量規律，這就是著名的畢奧-薩伐爾定律。有了畢奧-薩伐爾定律，就可以算出任意電流在空間中產生磁場的大小，但是這種方法在實際使用的時候會比較繁瑣。

又過了兩個月，安培發現了一個更實用更簡單的計算電流周圍磁場的方式，這就是安培環路定理。順便，安培還總結了一個很實用的規律來幫助判斷電流產生磁場的方向，這就是安培定則（也就是高中學的右手螺旋定則）。

奧斯特的發現，同樣吸引了漢弗萊·戴維和威廉·沃拉斯頓的關注。

威廉．沃拉斯頓（W．Wollaston），是漢弗萊·戴戴維的同事兼好友，也是一位舉足輕重的化學家，元素鈀和銠的發現者。

戴維和沃拉斯頓開始進行電和磁的研究，但並沒有取得什麼進展。

1821年，英國《哲學年鑑》的主編邀請戴維撰寫一篇文章，評述奧斯特之後的電磁學實驗理論的發展概況。戴維把這一工作交給了法拉第。

法拉第在收集資料的過程中，對電磁現象產生了極大的熱情，並開始轉向電磁學的研究。

他認真地分析了奧斯特的實驗，經過反覆試驗和思考，取得了一些研究成果。

當時，法拉第打算將成果告訴戴維和沃拉斯頓，但是兩人碰巧都不在。法拉第的朋友勸他儘快發表成果，以免被安培等人搶先公佈。於是，法拉第聽從了建議。

沒想到，法拉第的成果釋出之後，不但沒有受到讚賞，反而遭到了指責。很多人認為法拉第剽竊了沃拉斯頓的研究成果。

法拉第請求沃拉斯頓幫助自己進行澄清。沃拉斯頓坦率地承認，他是在從事電和磁的工作，但是從不同的角度，因此，法拉第並不能從他那裡借用什麼。

法拉第還請求自己的恩師戴維幫助自己澄清。然而，戴維並沒有這麼做，他選擇了沉默。

究其原因，還是因為嫉妒。法拉第的成就，超過了戴維，戴維內心深處無法接受這樣的現實，所以開始打壓法拉第。

除了不幫助法拉第進行澄清之外，戴維還干預了法拉第的電磁學研究。1825年，戴維指派法拉第去研究一個和電、磁都無關的新專案——光學玻璃的製法。

此實驗歷時多年，沒有任何顯著進展，純粹是在浪費法拉第的時間。

法拉第的朋友們為法拉第的遭遇感到氣憤，於是，聯絡了29位皇家學會會員，聯名提議法拉第當皇家學會會員候選人。沃拉期頓帶頭簽了名。

戴維聽到這個訊息之後，勃然大怒。他怒氣衝衝地跑到皇家學院實驗室，命令法拉第放棄資格。法拉第強壓住憤怒，冷冷地說：“漢弗裡爵士，我既沒有提名自己當皇家學會會員候選人也沒有呈交什麼證書，我有什麼可撤回的呢？”

後來，為了阻止法拉第成為會員，戴維一再拖延投票，並在最終投票時，投下了全場唯一一張反對票。然而，孤家寡人的戴維沒有能夠阻止法拉第成功當選皇家學會會員。

1829年，戴維去世，法拉第終於停止了光學玻璃的實驗，開始迴歸有意義的研究。

在電磁學領域，法拉第可謂如魚得水。迴歸第二年，他就發現了磁生電的關鍵在於相對運動。

1831年，法拉第發現，一個通電線圈的磁力雖然不能在另一個線圈中引起電流，但是當通電線圈的電流剛接通或中斷的時候，另一個線圈中的電流計指標有微小偏轉。

經過反覆實驗，法拉第證實了當磁作用力發生變化時，另一個線圈中就有電流產生。他又設計了各種各樣實驗，比如兩個線圈發生相對運動，磁作用力的變化同樣也能產生電流。

就這樣，法拉第提出了電磁感應定律。

同年10月28日，基於自己的理論研究，法拉第發明了圓盤發電機。這是人類第一次發明發電機。

發電機的發明，具有劃時代的意義，也意味著巨大的專利收益。然而，法拉第從始至終，都沒動過申請專利的念頭，更沒從中獲利哪怕一分錢。

此後的法拉第，進入了科學研究成果的高產期。

1834年，法拉第總結出法拉第電解定律：電解釋放出來的物質總量和透過的電流總量成正比，和那種物質的化學當量成正比。這條定律成為聯絡物理學和化學的橋樑，也是通向發現電子道路的橋樑。

1837年，他引入了電場和磁場的概念，指出電和磁的周圍都有場的存在，這打破了牛頓力學“超距作用”的傳統觀念。

1838年，他提出了電力線的新概念來解釋電、磁現象，這是物理學理論上的一次重大突破。

1843年，法拉第用有名的“冰桶實驗”，證明了電荷守恆定律。

1845年，在經歷了無數次失敗之後，他終於發現了“磁光效應”。他用實驗證實了光和磁的相互作用，為電、磁和光的統一理論奠定了基礎。

1852年，他又引進了磁力線的概念，從而為經典電磁學理論的建立奠定了基礎。

儘管法拉第取得了舉世矚目的成就，但他一直都在為無法給出電磁理論精確的數學方程而耿耿於懷。因為法拉第小時候沒受過正統教育，所以他的數學能力遠遠沒有實驗能力那麼強。

正當法拉第以為自己此生看不到電磁理論被數學論證的時候，1865年，另一位偉大的科學家麥克斯韋接過他的衣缽，用完美的數學公式（麥克斯韋方程組）證明了他電磁理論的猜想。

兩年後，1867年，沒有遺憾的邁克爾·法拉第與世長辭，享年76歲。

法拉第離世時，倫敦有人提議停電3天，向他致哀。

縱觀法拉第的一生，他都在和自己的坎坷命運做鬥爭。年輕時，他憑藉個人的努力，實現了命運的逆襲，成功投入科學事業。中年時，面對恩師的打壓，他忍辱負重，不怨不艾。

取得成就之後，法拉第並沒有沉迷於名利。他始終牢記父親的教誨，保持謙虛和低調，做一個正直的學者。

1857年，皇家學會學術委員會一致決議聘請他擔任皇家學會會長。對這一榮譽職務，他再三拒絕。他說：“我是一個普通人。如果我接受皇家學會希望加在我身上的榮譽，那麼我就不能保證自己的誠實和正直，連一年也保證不了。”

當英王室準備授予他爵士稱號時，他也多次婉言謝絕。他說：“法拉第出身平民，不想變成貴族”。

這就是邁克爾·法拉第，偉大的電磁感應理論之父！

參考文獻：

1、百度百科：邁克爾·法拉第

2、360doc圖書館：邁克爾·法拉第的故事

3、宇宙時空之旅：電之驕子。寰宇地球

4、方圓。平凡不掩光華：邁克爾·法拉第。科學家

5、法拉第傳，商務印書館

6、知乎：如何深入淺出地講解麥克斯韋方程組？長尾科技