创立电磁场论，重道厚德的科坛楷模一生不懈！

“磁力从磁极的传递类似于水面的波纹振动或空气粒子的声振动，也就是说，我打算把振动理论应用到磁性现象上，就像声音一样，这也是对光现象最可能的解释。通过类比，我认为振动理论也可以应用于电感应。我想用实验来证明这些观点，但是我的时间将被用来履行我的职责，这可能会延长实验时间...当我把这封信提交给皇家学会收集时，我会在一个确定的日期为自己保留这一发现...目前，除了我之外，没有一个科学家持有类似的观点。迈克尔·法拉第在1832年3月12日

公元1832年3月13日，一代科学天才法拉第将这封带有上述内容的信封进了他的锦囊。在几个同事面前，他把它放在帝国学院档案室的保险箱棺材里，松了一口气。

法拉第的信提到了“磁极或电荷在水面上发出类似振动的波”的理论，这是他十年辛勤工作的结果。尽管他认为这一理论有实验基础并且是正确的，但他苦于没有系统地、专业地研究数学，不能用数学公式来表达电和磁的运动。为了防止这个想法被岁月抹去，为了证明他是第一个有这个想法的人，他做了这个决定。

法拉第并不吝啬，但他坚信这个与牛顿经典力学相矛盾的理论对电磁学的发展具有重要意义。

牛顿的经典力学怎么样？

法拉第相信磁极或电荷会发出类似于这种波纹状水面的振动。(网络图)

挑战权威，巧妙解决难题

换句话说，天才科学家牛顿在经典力学理论中说，当两个物体传递力(如万有引力)时，它们既不需要介质，也不需要时间，即超越距离的作用(注1)。后来，物理学家库仑认为静电相互作用也是如此。

虽然牛顿自己曾经怀疑过距离的作用，但牛顿的追随者们已经有意识或无意识地把牛顿力学的科学理论发展成绝对真理，他们的思想已经被禁锢，他们不能听取反对牛顿的意见。

像其他科学家一样，法拉第开始相信经典力学和静电中的两个物体都是超远距离效应。然而，当他阅读安培的电磁理论(注2)时，一个模糊的问题出现了，即安培对牛顿经典力学的解释是否正确。如果解释不正确，这意味着电磁之间不一定存在超距效应。他想深入研究安培提出的电磁理论，但没有数学的基础知识，他无法继续下去。

重力，牛顿经典力学的基础。(来自互联网)

“如果你不明白，就不要妄下结论！”谨慎的法拉第告诉自己。

既然不可能证明电磁相互作用是否超出了理论或逻辑推理的范围，它能被实验证明吗？为此，他做了许多实验，其中一个是这样的。他在一张纸上撒了一些铁粉，并在纸下面放了一根磁棒。当他轻轻摇动纸张时，铁粉聚集成许多线条，清楚地显示出磁场的磁力线。

“磁力线？原来磁铁周围有一个磁场，磁场的传递是通过磁场中的磁力线实现的！”法拉第很惊讶。有了这个实验结果，用数学公式表达它只是时间问题。法拉第在大量电磁实验的基础上提出了一个完全不同的全新理论:带电体或磁铁周围会产生电场或磁场，而电场或磁场的作用是通过电场或磁场传递的，而不是远距离的作用。

磁力线实验模拟图。(来自互联网)

法拉第进一步得出结论，如果把电磁场源比作水面上的一艘小船，它的力线就像水波一样。当人们划桨时，水波从近到远传播开来。磁力的传递就像水波一样，有速度也需要时间。

“物质之间的相互作用力，如万有引力、库仑力和磁力，似乎不是实时传递的，而是通过‘场’传递的。我在挑战权威。”显然，这些想法违背了牛顿的经典力学。

“我该怎么办？”法拉第陷入了矛盾。如果我们承认经典力学在距离上的作用，那么一切都将回到起点，我们多年的研究将被浪费。如果你想证明你的电磁场和电磁场线理论，那么你需要精确的数学公式，最好是计算电磁场的传播速度。不幸的是，我的数学知识很差，这辈子也学不好。

经过长时间的思考，法拉第决定充分发挥自己的优势，并将其用语言表达给后代。这是他把信锁在皇家学院保险柜里的故事。

专注于实验的法拉第。(来自视觉中国)

高贵气质与璀璨节日的典范

虽然法拉第无法推导出电磁场的数学公式，但他将场、磁力线和电力线等重要概念引入物理学，为当代物理学的发展开辟了道路。经过深入研究，法拉第在晚年准确地得出结论，电磁线是从带电体或磁体的一个磁极发射出来的，并指向另一个带电体或具有不同磁极的物体。这使得抽象电磁场具体化，并对发电机和变压器等电机的研发产生了巨大影响。20世纪初，这些设备主导了工程和工业领域。

为了用他的研究成果帮助更多的后代，法拉第在晚年还编辑出版了《电学实验研究》一书。这部探索新电磁现象、从不同角度寻找新电磁定律的巨著，凝聚了他一生的心血。这也是法拉第留给后代的最珍贵的科学遗产。"法拉第对电学的贡献就像伽利略对力学的贡献一样."爱因斯坦的评论非常中肯。

法拉第在科学上的成就得到了世界的认可。34岁时，他接替他的导师大卫担任皇家学院的实验室主任，后来又接替了皇家学会的主席。他一生中赢得了来自不同国家的95枚奖牌和勋章。从1991年到2001年，法拉第的照片被印在20元的英镑钞票上。

庞德注意到上面有法拉第的图像。(网络图)

然而，最有价值的是，这位来自铁匠家庭的平民科学家一直勤奋诚实，从不在乎名誉、地位或金钱。他拒绝了许多制造商的高薪，拒绝了维多利亚女王为他准备的头衔，并在皇家实验室工作了一辈子。

法拉第重视道德，为未来的科学家树立了一个好榜样。他的高尚品格值得学习。

美国和中国所缺乏的是，正如许多新的想法和理论在刚诞生时没有被人们所理解一样，法拉第的理论“磁极或电感会发出类似于水面波纹的振动”长期以来没有被接受。由于他缺乏数学基础知识，他对电磁场的研究只能停留在力线的描述上，不能上升到定量的理论水平。后来，一位年轻的物理学家用精确的数学公式表达了法拉第的新思想，并将其发展成一个完整的电磁场理论。这个年轻人和法拉第仍然是朋友。他是谁？他是如何量化电磁场的？如果你想知道事情进展如何，请看看第二次物理学革命的下一集，它实际上是“仙女”！》

法拉第雕像。(来自互联网)

[评论]

1.超距离:相隔一定距离的两个物体之间存在直接和瞬时的相互作用，这不需要任何媒介传输或任何传输时间。

2.安培理论与牛顿经典力学的结合:安培提出了电流元素的概念，并认为电流元素之间的力的表达式类似于牛顿的万有引力表达式。1827年，他在《电动力学理论》一书中指出，“这是牛顿遵循的道路，也是对物理学做出巨大贡献的法国知识界最近普遍遵循的道路。”

[参考]

1.论文“创新思维:电磁感应定律的发现”的题目是“创新能力的培养”。

2.《法拉第名人传记》一书。