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Physics版 - 沉睡了百年的科学猜测
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话题: 法拉第话题: 实验话题: 猜测话题: 麦克斯韦话题: 理论
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1832年,法拉第把一封密信交给了英国皇家学会,信封上面写着:“现在应当收藏在皇
家学会的档案馆里的一些新的观点”。在这封信里法拉第提出了一个重要的科学猜测:
电磁作用可能以波的形式传播,而且光可能就是一种电磁波动。遗憾的是法拉第没有公
开发表这一杰出猜测,这封信在皇家学会的档案馆里静静地躺了100多年,直到1938年
才为后人重新发现,此时电磁场理论早已确立,电磁波也已经广泛地应用于通迅技术等
领域。
法拉第在信中写道:
前不久在皇家学会宣读了题为《对电做的实验工作》的两篇论文,文中所介绍的一些研
究成果以及由于其他观点与实验而产生的一些问题使我得出结论:磁作用的传递需要时
间,即当一个磁铁作用于另一个远处的磁铁时,产生作用的原因(我以为可以称之为磁
)是逐渐地从磁体传播开去的。这种传播需要一定的时间,而这个时间显然是非常短的
。我还认为,电感应也是这样传播的。我以为,磁力从磁极出发的传播类似于起波纹的
水面的振动或者空气粒子的声振动,也就是说,我打算把振动理论应用于磁现象,就像
对声作的那样,而且这也是光现象最可能的解释。
类比之下,我认为也可以把振动理论运用于电感应。我想用实验来证明这些观点,然而
,我的时间要用于履行职责,这可能拖长实验的时间,而实验本身也可能成为观察对象
。因此,我把这封信递交皇家学会收藏时,要以一个确定的日期来为自己保留这个发现
。这样,当从实验上得到证明时,我就有权力宣布这个日期是我发现的日期。就我所知
,现在除了我外,科学家中还没有人持类似的观点。
法拉第在这封信中提出了一系列杰出的科学猜测,他预言了磁感应和电感应的传播需要
时间,而这种传播类似于水面波或者声波,暗示了电磁波存在的可能性,他还预言光可
能是一种电磁振动的传播。根据他的类比和猜测,法拉第指出进一步的工作就是把振动
理论应用于这一研究。法拉第不愧为一个伟大的物理学家,他思想深刻,目光深逮,具
有杰出的洞察能力。在1832年,这些无疑是超越时代的伟大猜测,但是,我们也会产生
这样一些问题:这样重要、大胆的科学猜测,为什么法拉第要把它锁在皇家学会的档案
馆里呢?为什么他不去设法用实验证实它呢?
法拉第一生不为名利,献身科学。1825年,法拉第参与了冶炼不锈钢材和研制折光性能
良好的重冕玻璃的工作。不少公司和厂家都愿以重金聘请法拉第担任他们的技术顾问,
但是,把全部身心都献给科学研究事业的法拉第谢绝了这些聘请,全力投人研究工作。
1851年,法拉第被一致选举为英国皇家学会的会长,但他坚决辞掉了这一职务,并说:“
我希望我一直保持只有一个称呼,就是法拉第。”法拉第的学生和朋友,曾经和他一起
在皇家研究院工作过的同事了择尔(J.Tyndal,1820~1893)在他的著作中写道:“
这位铁匠的儿子,订书商的学徒,他的一生一方面可以得到15万镑的财富,一方面是完
全没有报酬的学问,要在这两者之间作出选择,结果他选择了后者,终生过着贫困的日
子。然而这却使英国的科学声誉比各国都高,获得了接近40年的光荣。”然而,这一次
法拉第却似乎特意要为自己保留发现的优先权,这确实让我们有些难于解。
1820年9月到1862年 3月,法拉第所从事的研究工作,都有详细的记录,他把这些记录
遗赠给他工作了50年的皇家研究院,经后人整理出版,共3000多页,这就是著名的《法
拉第日记》,他的重要发现,都可以在其中找到。此外,法拉第所发表的电磁学的论文
,汇成3000多节组成的三卷本巨著《电学的实验研究》,这部著作中,汇集了他的精巧
实验,形象描述和对物理学的深刻理解。麦克斯韦曾经赞扬法拉第说:“法拉第既告诉我
们他的成功的实验,也告诉我们他的不成功的实验;既告诉我们他的粗糙的想法,也告
诉我们那些成熟的想法。在归纳能力方面远不及他的读者,感到的共鸣甚至多于敬佩,
并且会引起这样一种信念:如果自己有这样的机会,那么也将成为一个发现者。”但是
,这一次,法拉第却把自己的不成熟的猜测密封进了皇家学会档案馆,这确实不是法拉
第的一贯做法。
法拉第这样做,可能有如下原因:
首先,正如法拉第在信中所写的那样,1832年,法拉第的研究工作确实很忙,他没有时
间对这一猜测进行实验研究。1832年 8月法拉第发现了电磁感应现象,这是法拉第寻求
10年已久的现象,他的全部注意力都集中到对这一现象的研究,他做了各种各样的实验
,在此后约 1年的时间里,法拉第在日记中共写下了 441条有关电磁感应的记录,并画
了不少草图。1832年 3月,正是处于这二研究工作最繁忙紧张的时期。法拉第对待科学
假设和理论的态度是非常严谨的。1834年,他的一位朋友向他建议一种新的物质理论,
法拉第在复信中说道:“我毫不犹豫地建议利用实验来检验你的观点,因为不论你是赞
成还是反对,从你的理论中得出的结论总是可靠的。至于观点本身,我不想多说什么,
除非它们能够激起你进一步的探询和探索。……先行的理论总是一种障碍。”没有得到
实验检验的猜测法拉第是不急于公布的。
第二,法拉第虽然看到了这个问题的重要意义,但对问题的重要性还是认识不够。后来
,法拉第一直没有对这个问题进行进一步探索,这就不能只归因于没有时间。法拉第在
寻找电磁感应现象的过程中,曾经历了多次失败,但他始终没有放弃努力,在第五次回
到这一问题的研究时,才获得了第一个效应。1831年,法拉第的研究工作也很繁忙,他
专门给皇家研究院写报告,要求暂停光学玻璃的研究。才又回到这一研究领域。相比之
下,对于电磁波的猜测法拉第似乎一直没有如此重视。
第三,法拉第没有找到问题的突破口,没有找到检测这一猜测的具体实验思路。法拉第
是一个想象力非常活跃和丰富的科学家,他的很多科学假设和理论以及他的实验都和他
的想象分不开。但是,在科学研究中,他对于自己的观点总是首先设法验证,再设法发
展它。法拉第一直没有发展这一大胆的猜测,主要在于他还找不到具体的理论说明,以
及产生电磁波的具体实验方法和检测方法。也许这是法拉第让他的猜想一直静睡在档案
馆中的最主要原因。
1855年至1856年,麦克斯韦提出了关于电磁学的第一篇论文,1860年,麦克斯韦带着这
篇论文拜访了年近七旬的法拉第。法拉第看过麦克斯韦的论文后大为赞赏,他在给麦克
斯韦的信中写道:“……你的工作使我感到愉快,并鼓励我去做进一步的思考。当我得
知你要就这一主题来构造一种数学形式时,起初我几乎吓坏了;然而我惊讶地看到,这
个主题居然处理得如此之好。
1864年麦克斯韦从理论上预言了电磁波,但是这一预言迟至1887年才在实验上得到检验
。法拉第了解麦克斯韦的早期电磁学研究工作,如果法拉第与麦克斯韦合作,向他说明
这一大胆猜测,让麦克斯韦从理论上阐述论证这一预言,也许会推动电磁学的发展,有
利于麦克斯韦的电磁场理论被科学界及早承认,使电磁波及早得到实验检验。当然,历
史不能假设。
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