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第2章 超链接世界的诞生——电磁波

钻石雨 马库斯·乔恩16118字2026-08-15

真正让戴维和法拉第全力投入研究的是来自丹麦的惊人消息。1820年4月21日,汉斯·克里斯蒂·奥斯特(HansChristianOersted)在哥本哈根大学讲学时,偶然注意到,无论何时开通或切断导线中的电流,罗盘指针都会偏离磁北极,并且指针的偏转方式与罗盘靠近磁铁时完全相同。这一发现毋庸置疑地说明,载流导线也是磁铁。接下来,人们自然会猜测,这一发现能否用来解释磁的起源呢?像铁这样的磁性物质内部是否存在不停流动的电流呢?以前从没有人猜到电和磁之间存在着联系。

1821年9月4日,法拉第巧妙地利用了奥斯特发现的效应进行了实验。[16]就在地下室的这间磁学实验室里,法拉第用固定的磁铁和可旋转的载流导线,实现了导线绕着磁铁的持续旋转。尽管这个实验因用到了一槽毒性很强的汞作为导电介质,这使它缺乏实际用途,但它验证了电动机的原理。实际上,法拉第在前一天就发明了世界上第一台电动机,使用的是固定的导线和可旋转的磁铁,而不是固定的磁铁和可旋转的导线。

如果有可能的话,麦克斯韦一定会不惜一切代价,穿过车水马龙的阿尔伯马尔街赶到现场,亲眼见证那块磁铁在一种无形力量的驱使下神秘地旋转,就好像来自遥远未来的某种不可思议的奇迹,通过时间隧道降临在19世纪的伦敦。那天见证这一奇迹的不只有法拉第,还有他14岁的侄子乔治(George)。当时两人兴奋地绕着实验台手舞足蹈,之后还去看了一场马戏,以示庆祝。

显而易见的问题是:既然电流能产生磁,那么磁能不能激发电流呢?直到1831年夏天,法拉第才找到答案。那时,戴维已经去世,法拉第接替他担任了皇家研究所实验室主任。

奥斯特发现电流的磁效应后不久,被称为“电学中的牛顿”的法国科学家安德烈·玛丽·安培(André-MarieAmpère)就发现,将导线绕制成圆柱形的螺线管可以提高磁效应。[17]螺线管的匝数越多,其磁效应越强;但相邻的导线不能相互接触,否则会发生漏电。这就需要在导线之间插入不导电材料,也就是我们常说的绝缘体。

法拉第因而转向螺线管,尝试用磁力生电。那时人们知道铁能极大地增强螺线管的磁性,所以法拉第把铁做成直径为15厘米的环形,在铁环的两边,用导线各绕了一个紧密的螺线管线圈。线圈中相邻导线之间、层与层之间,以及线圈与铁芯之间用布隔开。尽管这两个线圈之间没有电学连接,但法拉第预计,电流流过一个线圈把它变成磁铁时,产生的磁“卷须”将通过空气延伸到另一个螺线管线圈中。

法拉第合上开关,让电流流过第一个螺线管线圈,令他高兴的是,第二个线圈中出现了一股短暂的电流;然后他切断了线圈的电流,另一股稍纵即逝的电流出现在第二个线圈中,但奇怪的是,这一次,电流流向相反的方向。这是一个划时代的发现,法拉第成功地用磁生成了电。

后来法拉第找到了一种更简单的方法来达到同样的目的:只要将条形磁铁插入螺线管线圈中,当把磁铁推进去时,电流流向一个方向;把磁铁拉出来时,电流流向另一个方向。法拉第并不知道其中的原理,但他发现的电磁感应终有一天会改变世界,并将促进大规模发电的发电机的发展。

毫无疑问,电和磁之间存在着密切的联系,但最基本的问题仍然悬而未决。电是什么?磁是什么?尽管这些谜团仍然困扰着法拉第,但经过那些开创性的实验,他已经对电和磁是如何工作的有了一定认识,这引导着法拉第产生了一个激进的(在当时可被称作“异端的”)想法。

当法拉第拿着铁块靠近磁铁时,能真切地感受到磁铁的吸力,于是,他得出结论,磁铁周围的空间中一定散布着某种看不见但真实存在的东西。当法拉第拿着用毛皮摩擦过的琥珀靠近碎纸时,琥珀吸住了细小的纸屑,他由此确信,电荷周围的空间中也充斥着某种真实但看不见的东西。

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