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英镑上的人(3):法拉第 他本可比肩牛顿,只可惜数学不够好?

2020-10-17  h0ping

1991年,英格兰银行开始发行E序列20英镑纸币。该纸币的正面图案是英女王伊丽莎白二世,反面是著名物理学家迈克尔·法拉第。

英镑上的人(3):法拉第 他本可比肩牛顿,只可惜数学不够好?

自学成才

1791年9月22日,迈克尔·法拉第在伦敦城萨里郡的一个穷苦铁匠家庭出生。一家人全靠父亲打铁勉强维持生计,法拉第接受的正规教育仅仅是两年小学。

13岁时,法拉第成为一家书店的学徒,学习装订书籍。强烈的求知欲使他走上了漫长的自学之路。除了工作之外的其他时间,都被他用来读书。他读遍身边所有的可读之物,其中的一本书《大英百科全书》将他引上了科学之路。

《大英百科全书》中关于电学的文章,引起了法拉第的强烈兴趣。为了更深刻得理解这些内容,他还利用废旧物品进行简单的化学和物理实验。

从19岁开始,法拉第就在哥哥的资助下开始参加关于自然哲学的演讲,每次听讲他都会认认真真地抄笔记,并画下仪器设备图。

1812年,在他听完戴维教授的四次讲座之后,他萌生了进行科学研究的想法。他鼓起勇气给戴维写了一封信,他希望能得到一份英国皇家学会的工作,他在信里写道:

“不管干什么都行,只要是为科学服务。”

同时,他还将自己精心整理的笔记《戴维爵士讲演录》一同寄给了戴维。

收到书信的戴维教授被他一丝不苟的科学态度打动,给了他一个做实验助理的机会。

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踏入科学殿堂

1813年,22岁的法拉第成为了戴维的实验助理,一开始他的主要工作是替戴维解决化学问题,之后随同戴维夫妇赴欧洲进行科学考察旅行。

在旅行期间,戴维的妻子一直将他视为仆人,但法拉第一点也不在意,他借此机会结识了许多欧洲科学界的翘楚。

1815年,法拉第回国后继续帮助戴维做研究。那时戴维正在研究一种现象:电流通过导致磁针发生暂时的偏转。

经过对这种现象坚持不懈的研究,法拉第终于完成了他的第一项重大发明。他发明了一种装置,只要有电流通过,线圈就会绕着一块磁铁不停地转动。这是所有电动机的鼻祖。

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这种装置的发明让法拉第声名鹊起,可是戴维却有意阻止他的研究,他派法拉第去研究一个和电磁完全无关的项目:光学玻璃制法。

直到1829年戴维去世之后,法拉第才再次把精力投入到电磁研究中。

电学之父

坚信“电能生磁,磁能生电”的法拉第经过多年的探索,经历多次失败之后,终于在1831年8月26日揭开了“电磁感应定律”的神秘面纱:他将一块磁铁穿过导体线圈,线圈中便产生了电流。

他的发现宣告了人类电气时代的到来。他发明的圆盘发电机使电磁感应第一次实现了连续电流的产出。

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1834年,通过仔细研究,法拉第发现了电解定律,开创了电化学这一新的科学领域。

1837年,他提出了电场和磁场的概念,他说任何物体周围都存在着场,只是强弱有差。爱因斯坦曾这样评价:

“引入场的概念,是法拉第的最富有独创性的思想,是艾萨克·牛顿以来最重要的发现。”

数学能力决定了他科学研究的天花板

法拉第虽然为经典电磁学理论奠定了基础,可惜没有接受过系统教育的他数学能力不够,始终无法给出该理论精确的数学方程,直到麦克斯韦的出现。

年轻的麦克斯韦深受法拉第物理思想的影响,他认为法拉第的电磁场理论比当时流行的超距作用电动力学更为合理。

凭着自己高深的数学造诣,麦克斯韦终于用严谨的数学语言将法拉第天才般的想法表示了出来,这就是著名的麦克斯韦方程组。

麦克斯韦方程组中的四个方程,将法拉第的电磁场理论用完美的数学形式表示了出来,从而创立了经典电动力学。于是,麦克斯韦成为了比肩牛顿、爱因斯坦的人。

英镑上的人(3):法拉第 他本可比肩牛顿,只可惜数学不够好?

虽然因数学能力不够而不能为自己的理论总结出优美的方程式,但法拉第却仍是一个令人敬仰的、伟大的科学家。

为了专心从事研究,他曾谢绝英国皇家学会会长的提名;为了激发青少年的科学兴趣,他坚持举行青少年科学讲座长达19年;英王室曾经要授予法拉第爵士称号,可是他却说:

“法拉第出身平民,不想变成贵族。”

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