沉睡了百年的科學猜測

27十二月2023沉睡了百年的科學猜測我還認為，電感應也是這樣傳播的。我以為，磁力從磁極出發(fā)的傳播類似于起波紋的水面的振動或者空氣粒子的聲振動，也就是說，我打算把振動理論應用于磁現(xiàn)象，就像對聲作的那樣，而且這也是光現(xiàn)象最可能的解釋。

類比之下，我認為也可以把振動理論運用于電感應。我想用實驗來證明這些觀點，然而，我的時間要用于履行職責，這可能拖長實驗的時間，而實驗本身也可能成為觀察對象。因此，我把這封信遞交皇家學會收藏時，要以一個確定的日期來為自己保留這個發(fā)現(xiàn)。這樣，當從實驗上得到證明時，我就有權(quán)力宣布這個日期是我發(fā)現(xiàn)的日期。就我所知，現(xiàn)在除了我外，科學家中還沒有人持類似的觀點。

邁·法拉第1932年3月12日于倫敦皇家學會

法拉第在這封信中提出了一系列杰出的科學猜測，他預言了磁感應和電感應的傳播需要時間，而這種傳播類似于水面波或者聲波，暗示了電磁波存在的可能性，他還預言光可能是一種電磁振動的傳播。根據(jù)他的類比和猜測，法拉第指出進一步的工作就是把振動理論應用于這一研究。法拉第不愧為一個偉大的物理學家，他思想深刻，目光深逮，具有杰出的洞察能力。在1832年，這些無疑是超越時代的偉大猜測，但是，我們也會產(chǎn)生這樣一些問題：這樣重要、大膽的科學猜測，為什么法拉第要把它鎖在皇家學會的檔案館里呢？為什么他不去設法用實驗證實它呢？

法拉第是19世紀英國最杰出的物理學家之一。他生于倫敦近郊一個小村子里，他的父親是個鐵匠，家境貧寒，所以法拉第沒有機會上學，只是受過一點點讀、寫、算的啟蒙教育。5歲那年，法拉第全家搬到倫敦定居。1804年，13歲的法拉第進入一家售書兼裝訂書的商店，在那里工作了8年，起初當送報童，后來又作裝訂圖書的學徒。這個工作對他的一生產(chǎn)生了很大的影響，由于有機會接觸到大量的圖書，法拉第在工作之余讀了很多科學書籍，獲得了廣泛的科學知識。法拉第說：“這些書中有兩本對我特別有幫助，一本是《大英百科全書》，我從它第一次得到電的概念；另一本是瑪西特夫人（Mrs．Marcet）的《化學談話》，它給了我這門科學的基?！狈ɡ谶€省吃儉用，用自己很少的零用錢購買了一點用品，動手做了一些簡單的化學實驗。法拉第積極參加一些科學報告會和討論會，受到了初步的科學教育。

1812年秋，法拉第有機會參加了著名化學家戴維（H．Davy，1778～1829）在皇家研究院的4次有關化學的講演會，他立即被這些講演所吸引，他仔細聽講，認真作筆記。這時21歲的法拉第學徒期已滿，到另一家印書店給人做裝訂工，他對這個工作感到不滿，試用時關系不好，不久就失業(yè)了。后來他說：“我渴望離開商業(yè)工作，我認為這是不道德的和自私的，我希望進入科學部門工作，……”法拉第大膽地把這個愿望寫信告訴了戴維，同時附上他精心整理和附有插圖的聽講筆記，希望戴維能幫助他實現(xiàn)這個愿望。戴維對法拉第的身世和熱愛科學的精神深表同情，這時，戴維因做化學實驗炸傷了眼睛，法拉第給他當了一段時間的抄寫員。1813年2月，皇家研究院空出一個助手職位，戴維推薦法拉第做了他的助手?；始已芯吭旱奈募嫌涊d的戴維的推薦說：“根據(jù)戴維爵士的觀察，這個人能夠勝任工作，他的習慣很好，上進心強，舉止和藹，十分聰明。”

1813年10月，戴維應邀到歐洲大陸進行學術考察，法拉第作為助手和仆人跟隨前往。這次考察歷時18個月，游歷了法國、意大利和瑞士，戴維會見了當時很多著名科學家，參觀了各國科學家的實驗室，談到了各個科學領域的問題，法拉第詳細記載了戴維在各地講學的內(nèi)容，了解了各國科學家的研究工作和實驗方法，擴大了眼界，他如饑似渴地吸收各種新知識。1815年4月回到倫敦后，在戴維的指導和鼓勵下，法拉第開始了獨立的研究工作，于1816年發(fā)表了第一篇化學論文。到1819年，法拉第已經(jīng)發(fā)表了37篇論文，成為了一位小有名氣的化學家。1821年，法拉第開始電磁學研究，同年9月發(fā)明電動機；10年后發(fā)現(xiàn)電磁感應和發(fā)明發(fā)電機，并提出場的概念。1824年，法拉第成為英國皇家學會會員，1825年任皇家研究院實驗室主任，1833年升為教授。他在實驗室工作了近50年，在電磁學、光學和化學等領域里都作出了許多極為重要的貢獻，曾兩次獲得英國皇家學會的獎章。法拉第為人和藹，文雅，謙虛而自尊，一生過著簡單而樸素的生活。1867年8月25日，法拉第坐在書房的椅子上平靜地離開了人世。人們?yōu)榱思o念他，就把電容的單位稱為“法拉第”。法拉第一生不為名利，獻身科學。1825年，法拉第參與了冶煉不銹鋼材和研制折光性能良好的重冕玻璃的工作。不少公司和廠家都愿以重金聘請法拉第擔任他們的技術顧問，但是，把全部身心都獻給科學研究事業(yè)的法拉第謝絕了這些聘請，全力投人研究工作。1851年，法拉第被一致選舉為英國皇家學會的會長，但他堅決辭掉了這一職務，并說：“我希望我一直保持只有一個稱呼，就是法拉第?！狈ɡ诘膶W生和朋友，曾經(jīng)和他一起在皇家研究院工作過的同事了擇爾（J．Tyndal，1820～1893）在他的著作中寫道：“這位鐵匠的兒子，訂書商的學徒，他的一生一方面可以得到15萬鎊的財富，一方面是完全沒有報酬的學問，要在這兩者之間作出選擇，結(jié)果他選擇了后者，終生過著貧困的日子。然而這卻使英國的科學聲譽比各國都高，獲得了接近40年的光榮?！比欢@一次法拉第卻似乎特意要為自己保留發(fā)現(xiàn)的優(yōu)先權(quán)，這確實讓我們有些難于理解。

1820年9月到1862年3月，法拉第所從事的研究工作，都有詳細的記錄，他把這些記錄遺贈給他工作了50年的皇家研究院，經(jīng)后人整理出版，共3000多頁，這就是著名的《法拉第日記》，他的重要發(fā)現(xiàn)，都可以在其中找到。此外，法拉第所發(fā)表的電磁學的論文，匯成3000多節(jié)組成的三卷本巨著《電學的實驗研究》，這部著作中，匯集了他的精巧實驗，形象描述和對物理學的深刻理解。麥克斯韋曾經(jīng)贊揚法拉第說：“法拉第既告訴我們他的成功的實驗，也告訴我們他的不成功的實驗；既告訴我們他的粗糙的想法，也告訴我們那些成熟的想法。在歸納能力方面遠不及他的讀者，感到的共鳴甚至多于敬佩，并且會引起這樣一種信念：如果自己有這樣的機會，那么也將成為一個發(fā)現(xiàn)者?！钡?，這一次，法拉第卻把自己的不成熟的猜測密封進了皇家學會檔案館，這確實不是法拉第的一貫做法。

法拉第這樣做，可能有如下原因：

首先，正如法拉第在信中所寫的那樣，1832年，法拉第的研究工作確實很忙，他沒有時間對這一猜測進行實驗研究。1832年8月法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，這是法拉第尋求10年已久的現(xiàn)象，他的全部注意力都集中到對這一現(xiàn)象的研究，他做了各種各樣的實驗，在此后約1年的時間里，法拉第在日記中共寫下了441條有關電磁感應的記錄，并畫了不少草圖。1832年3月，正是處于這二研究工作最繁忙緊張的時期。法拉第對待科學假設和理論的態(tài)度是非常嚴謹?shù)摹?834年，他的一位朋友向他建議一種新的物質(zhì)理論，法拉第在復信中說道：“我毫不猶豫地建議利用實驗來檢驗你的觀點，因為不論你是贊成還是反對，從你的理論中得出的結(jié)論總是可靠的。至于觀點本身，我不想多說什么，除非它們能夠激起你進一步的探詢和探索。……先行的理論總是一種障礙。”沒有得到實驗檢驗的猜測法拉第是不急于公布的。

第二，法拉第雖然看到了這個問題的重要意義，但對問題的重要性還是認識不夠。后來，法拉第一直沒有對這個問題進行進一步探索，這就不能只歸因于沒有時間。法拉第在尋找電磁感應現(xiàn)象的過程中，曾經(jīng)歷了多次失敗，但他始終沒有放棄努力，在第五次回到這一問題的研究時，才獲得了第一個效應。1831年，法拉第的研究工作也很繁忙，他專門給皇家研究院寫報告，要求暫停光學玻璃的研究。才又回到這一研究領域。相比之下，對于電磁波的猜測法拉第似乎一直沒有如此重視。

第三，法拉第沒有找到問題的突破口，沒有找到檢測這一猜測的具體實驗思路。法拉第是一個想象力非常活躍和豐富的科學家，他的很多科學假設和理論以及他的實驗都和他的想象分不開。但是，在科學研究中，他對于自己的觀點總是首先設法驗證，再設法發(fā)展它。法拉第一直沒有發(fā)展這一大膽的猜測，主要在于他還找不到具體的理論說明，以及產(chǎn)生電磁波的具體實驗方法和檢測方法。也許這是法拉第讓他的猜想一直靜睡在檔案館中的最主要原因。

1855年至1856年，麥克斯韋