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中外科学家发明家丛书_多人【完结】(488)

  在物理学史上,新思想、新理论不断出现。但能够称得上伟大的新思想、 新理论,而且这种思想的树立必须打破传统思想的统治,却是为数不多的。 法拉第关于场的思想,就是那为数不多的伟大思想之一。然而,恰恰由于它 的“新”,才遭到了来自传统思想的反对及各种冷嘲热讽。

  的确,法拉第关于场和力线的概念还比较粗糙,由于他没有学过高等数 学,也就没有能力对这些概念进行数学的概括与分析,只能作出种种感性的 描述,而无法在理论上加以进一步提高。法拉第赋予力线和场的种种神奇的 性质,却没能指出严格的推导和证明。由于存在这些问题,对于牛顿学派那 些受到过严格数学训练的物理学家来说是无法接受的。

  由于受当时条件和能力的制约,场论的最后胜利,还要靠后来人。

  首先是英国著名学者,比法拉第小40岁的麦克斯韦继承了法拉第开创的 事业。麦克斯韦出生于1831年11月13日,这恰好是在法拉第发现电磁感应 后不久。他们两人的出身、所受的教育程度、特长、性格等方面是迥异的: 一个来自社会最底层,一个出身名门;一个小学没有毕业,一个则是牛津大 学的高材生;一个擅长实验,一个精通数学;一个善于运用直觉把握住各种 现象的本质、设计合理的实验进行观察与总结;一个能够建立理论模型运用 数学技能,进行证明与提高。这么多能力侧重点的不同,并没有妨碍他们物 理想象上的一致性:他们都坚信场的物质性,反对牛顿的“超距”学说;他 们的目标是一致的——建立一个全新的、不从属于牛顿自然哲学体系的电磁 学理论。

  麦克斯韦大学毕业后,就致力于电磁学的研究,他十分推崇法拉第的研 究成果。当年法拉第发现的电磁感应现象可以归纳为一句话:变化的磁场能 够激发电场。而反过米,变化的电场能否激发磁场呢?这个问题许多年一直 得不到解决。1861年和1862年,麦克斯韦发表了四篇论文,在论文中,他 以充足的理论数据、严谨的推理证明,找到了问题的答案——变化的电场也 能激发磁场。在40年前,奥斯特和安培的实验证明电流能够激发磁场,他们 使用的电流,能使导线发热、能使化合物电解,这种电流叫做传导电流。而 变化的电场虽具有电流的某些性质,但是并不明显,叫做位移电流。

  法拉第发现电磁感应——变化的磁场激发电场,完全是通过实验得以证 实,他亲眼目睹了激发出来的电场效应;麦克斯韦提出位移电流——变化的 电场激发磁场,则是依靠理论分析。这两个发现可以说是理论加实践的最佳 产物,它们就如同电磁场理论的双腿,缺一不可。正是因为有了这两者,场 论才最终站立起来,阔步前进了。

  然而,韦克斯韦的位移电流理论没有得到准确实验的印证,所以场论还 不能称为是一套完整的理论。

  历史是要留给科学的继承者来写的。

  1887年的一天,在一间蒙得漆黑的实验室里,德国青年物理学家赫兹正 在用实验验证麦克斯韦的电磁场理论。他在两个金属小球上接通高压交流 电,“嗞——嗞——”,小球中间跳过了电火花。如果麦克斯韦的位移电流 理论是正确的,那么这时就该有电磁波辐射产生。赫兹全神贯注,眼睛盯住 实验室另一头的电磁波接收器——那也是用铜丝联接的两个金属小球。忽然

  “嗞——嗞——”,接收器的两个小球之间也跳过了一个很小的蓝色火花。 能量跃过了空间,位移电流产生了,这是波!电磁波就这样诞生了。赫兹测 定了电磁波的频率与波长,算出它的传播速度:每秒30万公里——与光速一 样,这与麦克斯韦的预言相符。场论胜利了。

  法拉第——麦克斯韦——赫兹,实验——理论——再实验,这是场论发 展的道路,也是场论之所以成功的原因。赫兹的实验轰动了全世界,它预示 着人类将获得新的技能。1901年,意大利的马可尼与俄国的波波夫分别实现 了利用电磁波进行无线电传播。无线电报、无线电广播、无线电话、电视、 雷达……数不尽的无线电技术,在人类社会蓬勃发展起来。所有这一切,都 是源于法拉第的场论思想。

  八、尘世中的伟人 天堂里的圣人

  光阴茬苒,年华消逝。对于法拉第来说,过度的辛劳,长期的紧张和全 身投入的科学研究生涯使他过早地进入了衰老期。

  如今法拉第已是两鬓染霜的老人了,他在静静地回忆自己走过的道路, 默数着他逝去的岁月。

  他走过了一条坎坷不平、艰辛备至的曲折道路。从他的孩提时代起,就 在艰难困苦的环境中为生活而终日忙碌。订书铺里8年的紧张工作与油灯下 的刻苦自学,他最初的实验……又历历在目。生活的压迫,使他失去了进学 校受更高教育的机会;得不到老师的教导,只能靠自己刻苦自学,书籍成了 他最好的老师。

  特殊的生活环境使他深感时间的珍贵。为探索科学,追求科学的真谛, 他终日沉浸在书本、实验、公式、定律和概念之中,永不停息地寻求问题的 答案,从不白白浪费时间。

  然而,对他来说要真正走上科学的道路,几乎近于幻想,因为他不过是 一个没有受过多少教育的订书匠。但是,功夫不负有心人。1813年3月,机 遇向他垂青,奇迹出现了,他被戴维推荐到著名的英国皇家学院,担任实验 室助手。从此,他踏上了科学之旅,开始了他向往已久的科学生涯。其实, 能够走上科学的道路,并非偶然的机遇,也不是命运的奇迹与恩赐;而是智 慧、勤奋,能力发挥、发展的必然结果,是多年来他献出全部精力而创造出 来的奇迹。路,是他自己走出来的。


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