法拉第：颠峰实验成果

法拉第（公元1791年—1867年）标志着实验传统的巅峰成就，而在他之后，实验科学逐渐与理论科学合为一体，不再成为一支相对独立的传统了。法拉第出生于一个贫穷的铁匠家庭，13岁就辍学当了童工，给一位书商打工，帮着装订书籍。他勤奋好学，在装订书籍过程中进行了大量阅读，包括大英百科全书中的关于电的文章，以及《化学对话》等科普书，这对他影响很大。他的雇主对他也不错，鼓励他做了一些简单的化学实验，他还经常与爱好科学的青年朋友们互相交流。

1812年，他雇主开的书店里的一个老客户送给法拉第一张讲座的门票，可以去听著名化学家戴维在王家研究院的系列讲座。上一讲我们提到，18世纪这样的面向公众的以演示实验为主的讲座很流行（图14.5.1），法拉第也是这一传统的受益者。

图14.5.1　1802年的一幅讽刺漫画，描绘了王家研究院一场“气体力学”讲座，主讲人捏着一个人的鼻子往他嘴里输送气体，站在主讲人身后拿着鼓气囊一脸坏笑的就是戴维。当时的公众科学讲座当然不可能如此不堪入目，但确实因其通俗性和趣味性而广受关注，自然也有许多人对其哗众取宠有所不满

法拉第深深着迷于戴维的讲座，做了详尽的笔记，然后发挥他的本行，把笔记整理翻印，配上插图，装订成册，寄给了戴维，表示想跟随他工作。戴维看到装订精美的笔记后很感动，就招法拉第到手下打工，一开始就是刷刷瓶子之类的，第二年开始成为正式的助手，戴维带着他去欧洲大陆游历，拜访了许多科学家。从此法拉第卓越的实验才能显露出来，用一个词来说就是“心灵手巧”，做起实验来又快又准，而且富有创造力。

由于在电磁学方面的贡献太大了，以至于我们现在经常会忽略法拉第在其他方面的贡献。特别是在化学方面，法拉第也有很多开拓，在诸如有机化学和电化学等领域都有祖师爷级别的地位。^[7]

1820年奥斯特发现电的磁效应，同年安培推进了研究，而在1821年年底，法拉第就在他们的基础上做出了一个新的设计，那就是“电磁旋转”的装置（图14.5.2）：在一根静止的磁铁周围让一根通电的电线旋转起来，同时在一根静止的电线周围让一块磁铁旋转起来，这实质上也就是第一台电动机了（把电能转换为机械能）。

(www.xing528.com)

图14.5.2　法拉第的电磁旋转

这个发明让法拉第获得了巨大的名声，但也让他和戴维的关系趋于紧张。因为关于电磁旋转的设想戴维曾经与他的好友沃拉斯顿一起讨论过，当时法拉第也在场，戴维认为法拉第剽窃了沃拉斯顿。事实上这一设计的确是法拉第自己想出来的，他也公开感谢了沃拉斯顿的贡献，但他没有和沃拉斯顿或戴维商量就急着发表论文，的确做得不够地道。^[8]

从此法拉第逐渐羽翼丰满，但和戴维关系变差，他在1824年当选王家学会成员，只有当时的主席戴维一个人表示反对，之后戴维还利用职权为法拉第设置了一些麻烦，直到1829年戴维去世，法拉第才彻底放开手脚。

早在1822年的笔记中，法拉第就表达了磁生电的想法，直到1831年，法拉第回到这一课题，发现并阐明了电磁感应现象。他发现把磁铁迅速插入闭合的线圈里会产生电流（图14.5.3）。

图14.5.3 法拉第发现磁生电

幼年辍学的法拉第数学不好，他完全不会使用微积分，但他有天才的洞察力和理论直觉，他提出了“场”的概念来解释电磁力的传递，并用“力线”提供直观的图示。他甚至猜想过电磁力和光一样是某种波动，乃至于光波也是某种电磁振动的产物。