何花

學習了電場后知道，我們知道電場是看不見、摸不著的一種客觀存在的物質(zhì).然而電場線卻能夠形象化地把電場呈現(xiàn)在我們的眼前，讓我們能夠得心應(yīng)手地處理電磁場中形形色色的問題.到底誰會有如此的智慧？這當然要歸功于偉大的英國科學家邁克爾·法拉第（Michael Faraday）.

1791年9月22日，法拉第出生在薩里郡紐因頓一個貧苦的鐵匠家庭里.5歲時隨父母到倫敦，在一所普通的日校讀書.13歲時法拉第在書店中當學徒，起初送報，后學裝訂，空余時間自學化學和電學，并動手做實驗，驗證書上的內(nèi)容.他在裝訂《不列顛百科全書》時，偶然看到了“電學”這個條目，更加激發(fā)了他對科學的熱情.年輕的法拉第為兩種新力量的神秘性質(zhì)被揭開而帶來的巨大突破而著迷.這兩種新力量是：電和磁.法拉第貪婪地盡一切所能來學習與這些問題相關(guān)的知識.1810年2月至次年9月，法拉第聽了J.塔特姆所做的十幾次自然哲學講演，并開始參加市哲學學會的學習活動，受到了自然科學的基礎(chǔ)教育.1812年2月至4月，他又在皇家研究所聽了H.戴維的4次講座，每次他都細心筆錄，整理成稿，四次的書稿競有三四百頁，用“H.戴維爵士講演錄”作封面.同年10月他寫信給戴維，表達獻身科學事業(yè)的決心，并隨信附上自己記錄、裝訂的《H.戴維爵士講演錄》.1813年3月，經(jīng)戴維介紹進皇家研究所任實驗室助手.同年10月，隨戴維去歐洲大陸作科學考察旅行.1815年5月回到皇家研究所，在戴維指導下從事化學研究.戴維廣博、深邃的知識，給法拉第以最重要的影響.年復一年，法拉第已經(jīng)成為實驗圈子里冉冉上升的新星，最終使戴維教授的名聲黯然失色.1829年，戴維去世后，法拉第得以自由地做出一系列驚人的突破，包括發(fā)電機的發(fā)明.發(fā)電機能夠為整個城市提供能源，并改變了世界文明的進程.

法拉第最偉大發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵是他提出的“力場”.法拉第從大量的電磁實驗研究中提出了描繪電磁作用的“力線”思想.他認為帶電體和磁體周圍存在著某種特殊的狀態(tài)，他用力線來描述這種狀態(tài).他認為：力線是物質(zhì)的，充滿了整個空間，力線密的地方場就強，力線疏的地方場就弱，這些力線像拉緊的橡皮筋，有縱向收縮、橫向擴張的趨勢.力線把異種電荷和異種磁極聯(lián)系起來，力線的源不變，則力線的分布不變，力線的源變化則力線的圖案變化.他做過這樣的實驗：取一張白卡紙，撒上鐵粉，紙下放一磁極，輕輕敲打卡紙，鐵屑會清楚連成規(guī)則的曲線，從而說明空間確實存在力線，只是平時看不到，現(xiàn)在用鐵屑模擬出來了.法拉第通過力線圖象，使許多電磁現(xiàn)象的定性解釋變得十分簡單、直觀和形象.法拉第認為，力線具有重要的地位，力線是認識電磁現(xiàn)象必不可少的部分，它甚至比產(chǎn)生或匯集力線的源更具有研究價值.基于力線的思想，1832年3月12日，他在文稿中寫道：“……使我相信，磁的作用是漸進的，是需要時間的.”這是物理學史上第一次認真地向力的超距作用概念提出的挑戰(zhàn).在法拉第看來，“空的空間”其實根本不是空的，而是充斥著能使遙遠的物體移動的力線.由于法拉第早年窮困，未能接受足夠的數(shù)學教育，因此他的筆記本中密密麻麻的不是等式，而是這些力線的手繪圖表.具有諷刺意味的是，數(shù)學訓練的不足使他創(chuàng)造了如今任何物理課本中都可以看到的、美麗的力線圖表.從科學上來說，物理圖象通常比用來對其進行描述的數(shù)學語言更為重要.

當時法拉第的力場曾經(jīng)被視為毫無用處，是無所事事的隨意涂鴉.但法拉第有一個堅定信念一一自然界的各種力相互有關(guān).今天，我們閱讀這一頁所依賴的光線或許就是由法拉第關(guān)于電磁學的發(fā)現(xiàn)而點亮的.一塊轉(zhuǎn)動的磁鐵會制造力場，推動一根電線中的電子，使它們以電流的形式移動，其后，這股電線中的電力可以點亮一盞燈泡.與此同樣的原理被用于生產(chǎn)出給全世界城市提供能量的電力.比如，水流過一個大壩，在一個渦輪機中產(chǎn)生巨大的磁力進行轉(zhuǎn)動，這個渦輪機隨后再推動電線中的電子，形成一股電流，通過高壓電線輸送到用戶.換言之，邁克爾·法拉第的力場是驅(qū)動現(xiàn)代文明的動力，從電動推土機到如今的計算機、互聯(lián)網(wǎng)都源于力場的發(fā)現(xiàn).

法拉第還有很多發(fā)現(xiàn)，人們常常稱他是19世紀最偉大的實驗物理學家，不過他自己更喜歡稱自己是自然哲學家.法拉第具有豐富的直覺想象能力，他的力場在一個半世紀里成為物理學家的靈感之源.麥克斯韋對法拉第的力線思想進行定量的數(shù)學描述，建立了電磁場理論.這些力場也給愛因斯坦極大的啟示，他用力場的語言來描述和表達他的引力理論.在物理學界，如果有人說“你思考起來像一根力線”，那便意味著一種高度的贊美.

堅定的信念，執(zhí)著的追求，頑強的毅力，終于使法拉第獲得成功.