法拉第：从伦敦贫苦铁匠铺走出来的一代电学之父

1791年9月22日，伦敦城南纽因顿巴茨的一条窄巷里，铁锤砸在烧红的铁砧上，火星四溅。

一个男婴在这间铁匠铺的隔壁降生。

父亲詹姆斯·法拉第体弱多病，打铁的收入勉强让妻子和四个孩子不挨饿。

据法拉第后来回忆，有时候全家每个人一周只能靠一个面包过活。

这个孩子叫迈克尔·法拉第。

他没有受过什么像样的教育，只在一所教会学校读了两年小学，学会了基本的读写和算术。

谁也不会想到，几十年后，正是这双从铁匠铺里伸出来的手，将点亮整座城市，点亮工厂、轮船、电报，点亮整个现代文明。

而他自己，终身拒绝贵族头衔，到死都只是一个“普普通通的迈克尔·法拉第”。

法拉第的童年几乎没有什么明亮的事情。

伦敦的雾气、铁砧的敲击声、母亲的洗衣盆、父亲咳血的声音，构成了他最早的记忆。

到了十三岁，父亲已经无力支撑这个家，他被送到布兰福德街一家书店和装订铺当跑腿的小伙计，老板是法国流亡者乔治·里波，一个和善的人，很快收他做了学徒。

里波的书店承接了不少学术书籍的装订生意，书架上的书从莎士比亚到《大英百科全书》第三版，什么都有。

法拉第每天的工作是把印张折叠、穿线、压平、上封皮。

但他不只干活，他读。

他把自己装订过的每一本有意思的书都打开来读，白天装订，晚上阅读。

他后来说过：“有两本书对我特别有帮助，一是《大英百科全书》，我从它那里第一次得到电的概念；一是马塞特夫人的《化学对话》”。

《大英百科全书》第三版里有一篇关于电的长文，讲的是静电、莱顿瓶、闪电，字里行间描述着看不见的力量如何从摩擦的玻璃棒跳到金属球上。

一个十四岁的装订学徒站在书店的柜台后面，被这些文字钉住了。

他不仅读书，还动手做实验。

他利用废旧的瓶子、铜丝、硫磺块，自己做了一台静电起电机。

他组织了几个同样对科学感兴趣的年轻人，成立了一个小小的学习小组，互相轮流讲演，讨论电、讨论化学、讨论自然哲学。

他还花钱去听塔特姆先生的自然哲学讲座，门票虽然不贵，但对他微薄的收入来说也是一笔不小的开销。

每听一次，他都要把笔记整理得干干净净，工工整整地抄在本子上。

这个习惯将伴随他一生。

1812年，改变他命运的机会来了。

一位常来店里装订书籍的顾客，是皇家学会的会员，得知这个年轻学徒对科学的痴迷后，送给了他四张票——皇家研究院的化学讲座，主讲人是当时英国最耀眼的化学家汉弗里·戴维。

法拉第坐在皇家研究院的讲演厅里，听着戴维讲化学，讲元素，讲电与物质的秘密。

他拼命记笔记，不仅记内容，还画下戴维演示的每一个实验装置，还根据戴维讲的内容补充彩色的示意图。

讲座结束后，他把这386页的笔记装订成了一本精致的书册，寄给了戴维本人，附上一封自荐信，表示自己愿意为科学做任何工作。

戴维当时正在疗养，眼睛因为一次化学实验事故受了伤，身边确实需要一个能干的助手。

他看了法拉第的笔记，感动于这个年轻人的真诚与细致。

1813年初，戴维把法拉第叫到皇家研究院面试。

那一年法拉第21岁，戴维34岁。

一个是名满欧洲的化学家，一个是从未上过大学的装订学徒。

戴维问了他几个问题，然后说：来吧，实验室需要一个洗瓶子的人。

1813年3月，法拉第正式成为皇家研究院实验室的助手，薪水比学徒还低，住阁楼，吃简餐，但他终于进入了科学的大门。

仅仅几个月后，戴维决定带着妻子去欧洲大陆进行一次历时一年半的科学考察，法拉第以助手和秘书的身份随行。

这一趟旅程，法拉第认识了安培、盖·吕萨克、伏特等欧洲最顶尖的学者。

他第一次见识到了欧洲大陆的科学氛围。

但旅途中，戴维夫人始终把他当仆人看待，吃饭时让他和佣人一桌，赶路时让他坐在马车外面。

法拉第没有抱怨。

他把所有的时间都用来看实验、记笔记、思考问题。

1815年回到伦敦后，法拉第在皇家研究院的实验室里开始了自己的研究。

他跟随戴维研究氯气液化、矿工安全灯，自己的实验能力和理论直觉迅速成长。

但真正让他“独立”的，是一件事——1821年，他发表了关于电磁旋转的论文，制作了一台让通电导线绕磁铁持续旋转的装置，这是人类历史上第一台电动机的雏形。

然而，他在论文中忘记提及戴维和另一位科学家沃拉斯顿的相关工作。

这引起了一场不愉快，戴维在很长一段时间里对法拉第冷淡以对。

1824年，法拉第被提名皇家学会会员时，身为会长的戴维投了唯一一张反对票。

不过多年后，有人问戴维一生最大的成就是什么，这位发现了十五种元素的化学家说：“我一生最大的发现，是发现了法拉第。”

从1821年到1831年，整整十年，法拉第被一个问题紧紧攫住。

1820年，丹麦物理学家奥斯特做了一个著名的实验：通电导线旁边的小磁针会偏转。

这说明电可以产生磁。

法拉第想的问题是：既然电能生磁，那磁能不能生电？

这个问题困扰了欧洲所有的物理学家，包括安培。

法拉第用了十年时间去尝试。

他在1822年12月、1825年11月和1828年4月做过三次集中的实验研究，每一次都以失败告终。

他用两根平行导线，一根通电，另一根接电流计，期待看到电流计的指针动起来。

他试过把磁铁放在螺线管旁边，试过用各种方式排列线圈。

但指针始终一动不动。

原因是他和其他人一样，在等待一个“恒定”的效应——奥斯特的实验显示，稳定电流产生稳定磁场，那么稳定磁场就应该产生稳定电流。

这个假设是错的。

但他没有停止。

1831年8月29日，他在实验室里做了一个新的尝试。

他找来一根软铁圆环，外径6英寸，在环的两侧分别绕上两组互相绝缘的铜线圈。

一组线圈接上伏打电池，另一组线圈的两端连着一根铜导线，导线通过一段距离，恰好经过一根磁针下方，距离铁环三英尺。

他在日记里写道：“把线圈A的两端接到电池上，立刻对小磁针产生了明显的扰动，之后小磁针又回到原来的位置上。

在断开线圈A与电池的连接时，小磁针又受到了扰动。”

那一瞬间，法拉第看到磁针抖了一下，然后回到原位。

通了，断了，又抖了。

他的心脏猛烈地跳起来。

十年的失败，答案就在这一瞬间跳动的指针里：感应电流只在变化的瞬间出现，稳定状态之下它不会持续存在。

“磁生电”不是一种恒定效应，而是一种瞬间效应，一种在变化和运动过程中才出现的效应。

他立刻着手设计实验，把磁铁插入线圈、抽出线圈，每一次都看到电流计的指针偏转。

他做了数十个实验，把产生感应电流的情形归纳为五种类型：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。

1831年11月24日，他向皇家学会提交了关于电磁感应的报告，将这种现象正式定名为“电磁感应”，产生的电流称为“感应电流”。

后世一位科学史家这样评价这一天：“法拉第发现并揭示了自然界的一个伟大奥秘，它意味着工业革命的结束和电气时代的开端。”

但法拉第不是一个停留在发现上的人。

发现电磁感应后，他马上想到：如果磁铁进进出出能让电流产生，那能不能让电流持续地流出来？

磁铁进来出去是间歇的，能不能让它不停地转？

他回想起阿拉果曾经做过的一个实验——旋转的铜盘能带动磁针。

1831年10月28日，他做了一个后来改变人类命运的装置。

在一个电流计的两个接线柱上接上两个电刷，然后拿一块铜盘，让铜盘绕轴在一个均匀磁场中旋转。

他把两个电刷分别放在铜盘的各个部位，反复调试。

终于，当铜盘匀速旋转起来的时候，电流计指针偏转了，而且持续偏转，稳定不动。

电流产生在由圆心到边缘的半径方向上，只要铜盘保持匀速旋转，电流就一直稳定不变。

这就是人类历史上第一台发电机，法拉第盘。

机械能第一次被持续地转化为了电能。

虽然它输出的电压很低，只能让电流计的指针微微偏转，但原理已经确立：转动的铜盘切割磁感线，感应电动势从圆心流向边缘。

此后所有的发电机——火力、水力、核能、风力——都不过是让不同的东西去转动，而真正做功的，永远是铜盘旋转的那一瞬间所揭示的那个原理。

也是在这个时期，法拉第提出了物理学史上最具革命性的概念之一：“场”。

在他之前，牛顿的引力理论认为力的传递是“超距作用”——两个物体隔空直接作用，不需要任何媒介。

法拉第不同意。

他观察到，把磁铁放在一张纸下面，把铁屑撒在纸上面，轻轻敲击纸面，铁屑会排列成一条条规则的曲线，从磁铁的一极延伸到另一极。

这些曲线是什么？

不是铁屑本身，而是磁力的分布形状。

他给了它们一个名字：磁力线。

在磁力线的启示下，他提出：电和磁的周围存在着“场”，场的强度和方向可以用力线来表示。

力线不是数学的虚构，而是真实的物理存在；场的作用不是突然发生的，而是经过力线逐步传递的。

当时的科学界很多人不理解他。

法拉第不擅长数学，他的论文中几乎没有一条公式，写的是实验描述和物理图像。

但后来麦克斯韦读懂了。

麦克斯韦说，法拉第的思想“具有非凡的原创性”，他将这些思想改造为数学形式，写出了电磁场方程组，并从中推导出一个惊人的结论：光是一种电磁波。

赫兹在1887年用实验证实了电磁波的存在。

爱因斯坦后来将这场变革称为“自牛顿以来理论物理学中第一个伟大的重要的进步”，并将其与法拉第、麦克斯韦和赫兹的名字联系在一起。

法拉第还曾做过一个令人费解的预言：电磁作用可以以波的形式传播，而光可能就是一种电磁波。

他没有活到赫兹证明的那一天，但他在1832年就把这个想法封存在一封信里，交给皇家学会保管，随时可以打开。

法拉第的一生中有太多可以变得极为富有的机会。

他发明了发电机、电动机、变压器，这些发明如果申请专利，他本可以成为维多利亚时代最富有的人之一。

但他一项专利也没有申请。

他相信科学知识属于全人类，不应被任何人独占。

1835年，英国皇室准备册封他为爵士。

他婉言谢绝了，说“我以生为平民为荣，并不想变成贵族”。

同年，内阁首相罗伯特·皮尔爵士建议设立一种年金奖励对科学作出突出贡献的人，法拉第最初也推辞了。

1857年，皇家学会会员推举他继任皇家学会会长，这是一位科学家在英国所能得到的最高荣誉——牛顿曾经担任这个职务。

法拉第拒绝了。

他说：“到死我都是普普通通的迈克尔·法拉第。

我如果接受了皇家学会希望加在我身上的荣誉，那我就不能保证自己的诚实和正直，连一年也保证不了。”

英国女王又提议将他安葬在威斯敏斯特教堂，与牛顿为邻。

他也拒绝了。

克里米亚战争期间，英国政府请他主持研制化学武器，他断然拒绝。

但对于给普通人、给孩子做科普讲座，法拉第从不拒绝。

从1825年圣诞节开始，皇家研究院开始举办面向青少年的圣诞科学讲座，法拉第是创始人和最热心的主讲人。

从1826年到1862年退休，他在星期五晚间讨论会上作过一百多次演讲，在圣诞讲座上定期演讲长达十九年。

1860年圣诞节，他做了六次系列讲座，主题是“蜡烛的故事”。

面对台下几百个孩子，他拿着一根蜡烛走上讲台，从蜡烛是怎么做的讲起，讲它为什么能燃烧，火焰是怎么构成的，燃烧后产生了什么，水是什么，二氧化碳是什么。

他用一个又一个实验，一步一步地把这些看似简单的问题抽丝剥茧地展开。

孩子们睁大了眼睛看着他，看着火焰在玻璃管中变形，看着水滴在冰冷的玻璃上凝结，看着石灰水因为通入蜡烛燃烧的气体而变浑浊。

他用最简单的语言讲最深刻的科学，告诉孩子们：科学不是遥不可及的东西，它就在你每天点蜡烛、烧水、呼吸的每一个瞬间里。

他说过：“科学应该为大家所了解，而且要从孩子开始。”

这些讲稿后来被整理成书，书名就叫《蜡烛的故事》，被翻译成多种文字，成为科普文学的经典。

英格兰银行在1993年发行的20英镑钞票上，印的正是法拉第在皇家研究院做圣诞讲座的画面——一个头发花白的老人，站在讲台前，手中举着一根蜡烛。

1848年，维多利亚女王将汉普顿宫的一套住所赠予法拉第，免除一切费用。

他在那里度过了生命的最后岁月。

但他的健康在逐年下降。

1836年，他的右膝曾经剧烈疼痛。

1855年，他因为精神衰退而停止了研究，但仍然坚持讲座直到1861年。

1862年，他最后一次站在皇家研究院的讲台上。

1865年，他结束了与皇家研究院五十多年的关系。

晚年的法拉第失去了大部分记忆力，但他仍然住在那座安静的房子里斯。

妻子撒拉一直陪着他，他们没有孩子。

在日记里他写过一句话：“在我的一生中，对我的喜悦与心理健康，最有帮助的就是婚姻。”

1867年8月25日，迈克尔·法拉第坐在汉普顿宫书房里的椅子上，安静地去世了。

享年七十五岁。

他没有葬在威斯敏斯特教堂。

他葬在海格特公墓的非国教墓区，墓碑上刻的是最简单的一行字。

他生前说过：“我的墓碑上，只需刻下这个名字。”

他选择了海格特公墓，与他一生信仰的桑德曼教会教徒们葬在一起。

他留下的东西，比任何墓碑都更长久。

他发现的电磁感应原理，变成了发电厂的涡轮，变成了城市夜空中亮起的灯火，变成了电报线里穿梭的信号，变成了电动机里旋转的转子，变成了变压器里流动的电流。

1831年10月28日那个旋转的铜盘，是人类第一次亲手握住了自然之力。

此后一百九十四年，从伦敦到上海，从纽约到新德里，所有亮着灯的地方，都有一根看不见的线，连着汉普顿宫书房里那把安静的椅子，连着1831年那根抖动的磁针，连着纽因顿铁匠铺里敲打铁砧的那个少年。