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第34章 新思想泽被后人

影响深远

希望你们年轻的一代,也能像蜡烛为人照明那样,有一分热,发一分光,忠诚而脚踏实地地为人类伟大的事业贡献自己的力量。

我们中国有句俗语:曲高和寡。世界上许多伟大的科学预言,在出现的最开始都被人当作奇谈怪论,很少有人接受。

法拉第的新思想,由于缺乏严密的论证,起初也引起许多研究者的怀疑。但是有两位年轻有为的英国物理学家,为法拉第的新颖观点所吸引。

这两位科学家一个是格拉斯哥的威廉·汤姆生,即后来著名的开尔文勋爵,另一个是剑桥大学的麦克斯韦。

汤姆生是一个神童,20岁大学毕业,首先选择了电磁学当作进军的目标,虽说热力学也在他的视野范围之内,然而自从法拉第在1831年发现电磁感应以后,汤姆生受到强烈的吸引。

汤姆生十分羡慕法拉第的成就,尤其是对法拉第关于电力线和磁力线的思想很感兴趣。汤姆生掌握了数学工具之后,更觉得电磁学是个大有可为的领域,跃跃欲试。

1845年初夏,汤姆生从法国回到剑桥大学,参加了英国科学协会的会议,出席这次会议的都是著名学者,包括法拉第、焦耳这样一些世界第一流的大科学家。

会上,汤姆生正好和法拉第坐在一起,并进行了交谈。当时,法拉第从皮包里取出自己写的一本电学专著《电学实验研究》递给汤姆生,建议他抽空一读。

汤姆生当时很想提出来同法拉第合作,他犹豫了一下,没说出自己的想法。

法拉第那时已54岁,久病初愈,刚恢复研究工作。他虽然赏识汤姆生的才能,但也没有想到这个21岁的后生是最理想的助手。所以,尽管他们探索的目标是共同的,特别是汤姆生又精通数学,却失之交臂,没有能够携起手来,想来是十分遗憾的。

以后,汤姆生有好几次想把自己对电磁的研究总结成理论性的东西,但都没有成功,1846年11月他担任教授职务后还悉心研究电学,并很有进展,还用数学方法对电磁力的性质作了有益的探讨。

汤姆生还试图用数学公式把电力和磁力统一起来,这的确是一个天才的设想。实际上,他已经走到了电磁理论的边缘,只要再向前迈一步,就能够发现真理。

可惜的是,汤姆生后来没有把这个研究进行到底,因而建立电磁理论的桂冠,就只好让麦克斯韦来戴了。

麦克斯韦出生于1831年11月13日。1854年,23岁的麦克斯韦大学毕业,留在母校剑桥大学任教。

不久,麦克斯韦读到了法拉第的《电学实验研究》,马上被书中的新颖的实验和见解吸引住了。

当时,学术界对法拉第的学说看法不一致,有不少非议。主要原因是“超距作用”的传统观念影响还很深,牛顿力学的大厦动摇了,但是并没有倒塌。

同时,也因为法拉第的学说在理论上还不够严谨。

作为实验大师,法拉第是举世无双的,但是由于没有受过正规的高等教育,唯独数学功夫不够。

法拉第的创见都是用直观的形式表达的,一般的理论物理学家都不承认法拉第的学说,认为它不过是一些实验记录。

然而麦克斯韦受到汤姆生的影响,相信法拉第学说中包含着真理。他在认真研究了法拉第的著作以后,省悟出力线思想的宝贵价值,也看到了法拉第定性表达的弱点。

这个初出茅庐的青年科学家决心用数学来弥补这一点。

一年之后,24岁的麦克斯韦发表了《论法拉第的力线》,这是第一篇关于电磁学的论文。

这位后起之秀接过了伟大先驱者法拉第手中的火炬,开始向电磁领域的制高点挺进。

这时已经距离法拉第最初提出这个思想已经整整23年,此时法拉第已经垂垂老矣,他想到自己的理论也许再要过一百年才能人发现,心里不觉有点凄然,他感叹说道:“那个时候我也许是看不见喽!”

且说那天法拉第正在叹息不已时,突然,放在桌上新到专业期刊上一篇醒目的标题跳入了他的眼帘:《论法拉第的力线》。

法拉第一阵激动,他如饥似渴地将论文读了一遍,真是一篇好文章啊!

在论文中,麦克斯韦通过数学方法,把电流周围存在力线这一现象,概括成一个高等数学里的矢量偏微分方程。

法拉第想自己从小失学,最缺的就是数学,现在突然降下了这么一位理解自己思想,又长于数学的帮手,真是高兴得乐不可支。

“哈哈,我的理论后继有人了!”法拉第感到无限的欣慰。

几年后,也就是1860年夏,麦克斯韦因故来到伦敦皇家学院任教,时年28岁。这次工作的变动,是他一生事业的转折点。

麦克斯韦对法拉第仰望已久,早在阿伯丁教书的四年时间里,他就一直想用数学公式表达法拉第的学说,他经常给法拉第写信,探索电磁的奥秘。

当麦克斯韦到达伦敦后特去拜访了法拉第,这是一次难忘的会晤,法拉第已年近七旬,两鬓斑白。他和麦克斯韦一见如故,亲切地交谈起来。

当麦克斯韦征求他对论文的看法时,法拉第高兴地说:“当我知道你用数学来构造这一主题,起初我几乎吓坏了,我惊讶地看到,你处理得如此之好啊!”

法拉第还说:“我不认为自己的学说一定是真理,但是只有你才是真正理解它的人。”

先生能给我指出论文的缺点吗?麦克斯韦腼腆地说。

“但是,你不应该停留在用数学来解释我的观点,”这位大师沉思道,“你应该更深层地把它突破!”

法拉第的话犹如一盏明灯,照亮了青年物理学家麦克斯韦前进的道路,他立即用最大的热情投入新的战斗。

1862年,麦克斯韦在英国《哲学杂志》4卷23期上,发表了第二篇电磁学论文《论物理学的力线》。

这是一篇划时代的论文,它同1855年的《论法拉第的力线》相比,有了质的飞跃。

论文不再是法拉第观点的单纯的数学解释,而是对法拉第的观点作了重大的引申和发展。其中具有决定意义的一步,是引进了“位移电流”的概念。

麦克斯韦分析了法拉第对电介质的研究以后,确认在电场变化着的电介质中,电流也存在,他把这称为“位移电流”。

另外,麦克斯韦还计算出这种电流的速度正好等于光速,这一惊人的“巧合”中,包含着神奇而伟大的内在联系。

从理论上引出位移电流的概念,的确是电磁学上继法拉第电磁感应以后的一项重大突破。

根据这一科学假设,麦克斯韦推导出两个高度抽象的偏微分方程式,这即是著名的麦克斯韦方程式。

根据这组方程所揭示的规律,不但变化着的磁场产生电场,而且变化着的电场也产生磁场。凡是有磁场变化的地方,它的周围不管是导体或者电介质,都有感应电场存在。

经过麦克斯韦创造性的总结,电磁现象的规律,终于被他用不可动摇的数学形式揭示出来。

直到此时,电磁学才开始成为一种科学理论。而法拉第,则是这座理论大厦的奠基人。

1865年,麦克斯韦发表了第三篇电磁学论文《电磁场动力学》。在这篇论文中,麦克斯韦方程的形式更加完善,他并且由此推导出电场和磁场的波动方程。

根据计算,这个“波”的传播速度,恰好等于光速!直到此时,电磁波的存在是确定无疑了!

麦克斯韦因此大胆断定,光也是一种电磁波。法拉第当年关于光的电磁理论的股脱猜想,就这样由麦克斯韦变成了科学的理论。

历史记下了这个辉煌,23年以后,德国青年物理学家赫兹用实验发现了电磁波,证明了麦克斯韦的理论。

法拉第当年的伟大预言,经过几代人的接力,终于变成现实。令人遗憾的是,法拉第没有亲眼看到电磁理论的胜利,麦克斯韦也没有看到这一天。

法拉第经过毕生的辛勤努力,终于为人类开发了一个全新的知识领域。其一生总结性的著作是《电学实验研究》。

有趣的是,在法拉第的这部巨著中,几乎没有一条数学公式。金无足赤,人无完人,无论是政治伟人或科学巨匠,都不可能是十全十美的。

法拉第的不足之处是其数学知识贫乏,这一缺憾后来由其学生麦克斯韦弥补了。也许是缘分,麦克斯韦和法拉第相逢,最终完成了电磁理论大业。而汤姆生与法拉第却失之交臂。

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