【第三十八迴】

    茶壺煮餃子笨女婿失去講座

    實驗加方程物理學登上高峰

    ——電磁理論的創立

    上迴說到法拉第通過實驗發現電磁感應現象,並從直觀的猜想出發提出了磁力線和電場的假設,但是他一時無法用實驗去證實,便將這預言封了一條錦囊存入皇家學院地下室的文件櫃裏,專等知音上門。

    法拉第1832年3月將這預言存起來,就這樣靜靜地整整等了二十三年,還未見有一人上門,也未聽到一句能理解他的熱乎話。相反,倒是有不少人,包括當時一些著名的物理學家,常諷刺挖苦他說,連牛頓這個老祖宗也翻臉不認了。當他工作得實在很疲倦時,就靠在椅子上閉目養神,有時會想起開普勒在發現三定律後說的那段話,反正我是發現了,也許到一百年後才會有人理解。哎,看來此生我隻好忍受這種發現的孤獨了。

    一天,他正這樣唉聲歎氣地翻著每天收到的一大摞學報、雜誌,忽然眼前一亮,一篇論文的題目跳進眼簾:《論法拉第的力線》。他就如餓漢撿著一塊甜麵包一樣,一口氣將那些字連標點都掃了個遍。這確是一篇好論文,是專門闡述他的發現、他的思想的,而且妙在文章將法拉第充滿力線的場比做一種流體場,這就可以借助流體力學的成果來解釋,又把力線概括為一個矢量微分方程,可借助數學方法來描述。法拉第從小失學,未受正規學校訓練,最缺的就是數學,現在突然有人從數學角度來為他幫忙,真是如虎添翼。他忙看文章的作者是誰,卻是一個陌生的名字:詹姆斯·克拉克·麥克斯韋。從這一天起他就打聽這個作者,但是就如這篇文章突然出現一樣,作者也突然消失,真是來無影去無蹤。法拉第隻好望著天花板歎氣了。

    就在法拉第乍喜又憂、無可奈何之時,通往蘇格蘭古都愛丁堡的大路上正匆匆走著一個小夥子。他滿臉熱汗,衣襟敞開,像有什麽急事在攪得他心緒不寧,催得他行步如風,埋下頭來隻顧趕路。這人正是麥克斯韋(1831~1879年)。他本是在倫敦劍橋大學畢業後留校工作的,但是前幾天突接家裏來信,說父親病重,便放下手頭的工作趕迴老家來了。

    麥克斯韋生於1831年11月13日。正好是法拉第發現電磁感應那一天後的第33天。好像上帝將他送到人間就是專門準備來接法拉第班似的。麥克斯韋9歲那年母親因肺病去世,他從小與父親相依為命。他父親是一位極聰明、極不受傳統束縛的工程師,一次父親在桌上擺了一瓶花教他畫寫生,不想卷子交來,滿紙都是幾何圖形,花朵是些大大小小的圓圈,葉子是些三角形,花瓶是個大梯形,父親摸著兒子稚氣的臉蛋說:“看來你是個數學天才,將來在這方麵必有所成。”於是便開始教他幾何、代數。這麥克斯韋也真是個神童,在中學舉辦的一次數學、詩歌比賽中,他一個人竟囊括了兩項頭等獎。15歲那年他中學還未畢業就寫了一篇討論二次曲線的論文,居然發表在《愛丁堡皇家學會學報》上。16歲他考進愛丁堡大學,一次上課,他突然舉手站起,說老師在黑板上推導的一個方程有錯,這位講師也不客氣地說:“要是你的對,我就叫它‘麥氏公式’!”不想這位老師下課以後仔細一算,果然是學生對了。

    愛丁堡大學實在容不下他這個天才,1850年,父親又把他送到曾培養過牛頓、達爾文的劍橋大學。1854年,他以數學優等第二名的成績畢業,立即又對電磁學產生了濃厚的興趣,第二年即發表了《論法拉第的力線》。正當他才華初露要在這新領域裏拓地奪標之時,忽得家信父親重病,便急急趕迴家裏來。

    麥克斯韋是一個孝子,一進家門見父親形容枯槁,臥床不起,想起幼年失母,父親拉扯自己的艱難,不禁抱頭痛哭,接著他終日侍藥床前,百般孝順。為能就近照顧病父,他又寫信給劍橋大學,辭去職務,準備在離家不遠的阿伯丁港的馬銳斯凱爾學院任教,但第二年父親便溘然長逝,他便到馬銳斯凱爾學院上任,主持一個“自然哲學”的講座。

    不想這麥克斯韋雖滿腹學問,卻極不善辭令,茶壺煮餃子,有貨倒不出。他第一次登台,說起話來如機槍掃射一般,一堂課的內容半節課就講完了,他以為已經講清的問題,學生卻瞪目搖頭。他再講一次,學生的思維還是趕不上他的舌頭。第一堂課就這樣草草而過。他滿頭大汗,學生滿肚子意見,校方雖還不好意思說什麽,卻也露出不滿。麥克斯韋從小學習拔尖,一直受老師和同學的尊重,何曾嚐過這種為人恥笑的滋味。第二天一早他就夾著幾頁講義,跑到校園的小花園裏,對著一棵高大的刺玫瑰,兩腳抓地,雙目平視,一手持稿,一手斜舉,清清嗓子,便嘟嚕嘟嚕地開始練習演講。

    正當他進入角色之時,忽聽得後麵一串銀鈴般的笑聲。他一迴頭不見人影,又靜下心來對花上課,後麵笑聲又起。立時,昨天羞愧未退,今時惱怒又生。他大喝一聲:“誰家女子,如此無禮!”

    樹後閃出一個姑娘,白衣綠裙,豐臂細腰,臉生紅雲,目含秋波,就如這眼前的玫瑰,體態輕盈又似園中的新柳。姑娘手中拿著一本書,趨前幾步,輕輕說聲:“先生,對不起!”雖隻幾個字,卻伶牙俐齒,抑揚頓挫,而又表情得體。麥克斯韋一看就知道是個大家閨秀,反倒覺得自己剛才不該粗魯。

    姑娘問道:“您起得這麽早,一人在這裏和誰講話呢?”

    “我是剛來的教師,不會講課,一講起話來就緊張得收不住舌頭,因此趁早起無人,自己多練習練習。”

    “這並不難,我教你一個妙法。你自己覺得快時,就馬上咬住自己的舌頭尖,話頭自然就可以收住。靜靜神,理理思路再慢慢說就是。如果你不見怪,我就來做你的學生,陪你練一次,總比那沒有表情的刺玫瑰強吧!”

    麥克斯韋這樣試了一次果然見效。他詢問姑娘大名,原來她叫瑪麗,正是院長的女兒,就更生敬意。自此,麥克斯韋天天起早,來這花園裏練講演,瑪麗也天天來這裏看書陪練,三日兩月,兩人便漸生愛慕之心,指花為媒,暗訂終身。院長愛麥克斯韋的才,事後也就欣然同意招他為婿。

    閑話擱過,冬去春來,轉眼到了1860年,麥克斯韋來這裏已經四個年頭,他關於土星光環、氣體力學的研究也已取得兩項重要成果,隻是無暇光顧他時刻掛念的電磁學。而這時又趕上馬銳斯凱爾學院和另一家學院合並,他主持的講座也被撤銷,新的飯碗還不知在哪裏。這時,他的母校愛丁堡大學正要招一名自然哲學講座教授,他連忙報名。同考的共有三人,論學問和名聲,他自然會穩被錄取。不想在口試的時候,他麵對台前母校裏的那些老一輩師長,不覺又緊張起來,雖然也努力去咬舌頭,但反而時快時慢,話語斷斷續續。最後竟因“口頭表達能力欠佳”落選了。於是,麥克斯韋隻好帶著妻子又來倫敦投靠皇家學院。但塞翁失馬,安知非福?他萬沒想到在愛丁堡落選,卻成就了他的一番事業。

    再說法拉第自從讀了麥克斯韋的那篇文章後,就每天留心有無類似的文章問世,同時也打聽麥克斯韋的消息,誰知就如彗星劃過天空一樣,知音來得快,走得也快,歲月流逝,杳無消息。而他也一天天地老了,到1860年,他已是一個79歲的龍鍾老人,越發悲傷自己懷抱卞和之玉不為人知,莫非那地下室裏的文件真要到幾百年後才去兌現嗎?這天早晨,他拄著拐杖在自己門前的草坪上散步,還在想那件放不下的心事,這時遠處走來一男一女,男的年輕瀟灑,女的恬靜美麗,他看著這兩個人忽然覺得那就是40年前自己和妻子薩拉的影子。這樣想著,那對男女已經走到眼前,女的手中提著花花綠綠的大堆禮品,男的趨身近前彎了一下腰,恭敬地問道:“您可是尊敬的法拉第先生?”

    “是的,我就是那個普普通通的邁克爾·法拉第。”法拉第最怕人對他恭維,所以在自己的名字前麵總要加這個定語。

    “我是您的忠實的學生麥克斯韋。”

    “你就是寫論文談我的力線的麥克斯韋先生嗎?”

    “是的。我在您的麵前,在您的學識麵前,不過是個小孩子。”麥克斯韋整整小法拉第40歲呢。

    當法拉第證實在他麵前的就是麥克斯韋時,他一把甩掉拐杖,眼裏頓時放出光芒,麥克斯韋也一下撲上去,兩人緊緊地擁抱在一起。一個實驗大師,一個數學天才,這是物理和數學的擁抱。是物理學的大幸!法拉第又喊:“薩拉,來貴客了!”薩拉一見瑪麗立即就從心裏生出一種由衷的親熱。這兩個女性,在科學史上無數科學家的妻子中,她們是少有的美麗、溫柔,終身勤勤懇懇,默默無聞地支持丈夫的研究。兩位夫人一見如故,便到客廳裏敘話,又到廚房裏弄菜。法拉第早拉著麥克斯韋進了書房。

    法拉第說:“我等你等得好苦,你終於迴倫敦來了。”

    “是你身上的磁場太大了,終於把我又吸引迴來。這迴不但迴到倫敦,還迴到皇家學院,迴到您的身邊。”

    法拉第謙虛地笑了一笑說:“可惜我老了,不過還來得及。第穀向開普勒交班時,生命隻剩下一年。上帝能再給我一年也就夠了。”

    “老師您會長壽的。”

    “祝我們的新理論長壽吧!”

    兩人都高興得哈哈大笑起來。

    法拉第經過幾年的研究已經證明了磁能變電,能變出電流,能變出電場。電流和電場還不一樣,前者很明顯能使導線發熱,能電解水,叫傳導電流。後者隨時間的變化雖也有電流的某些性質,但很不明顯,聰明的麥克斯韋就給他起了一個名字叫“位移電流”。傳導電流能激發出磁場,影響磁針偏轉,那麽這“位移電流”能不能激發出磁場呢?這不比那具體的有熱感能擊人的電,也不比那很明顯能吸鐵的磁,它們實在太不明顯了,太玄秘了,法拉第實驗了多少年還是沒有找見它們的聯係。正像一些微雕專家在一根頭發絲上能刻一首詩一樣,他早已不靠眼而隻靠感覺來創作了,事情往往到極微妙的程度時不是用實驗而是用推理來決定了。這個難題果然由麥克斯韋用數學公式推導出來了。1865年,請讀者記住,這是科學史上電磁理論的誕生年——麥克斯韋發表了一組描述電磁場運動規律的方程,他證明了變化的磁場可以產生電場,變化的電場又可產生磁場,這比法拉第的“磁性能產生電流,電流產生磁性”又高了一籌。磁場→電場→磁場→電場,這兩個場的作用不斷運動著,並不是像牛頓力學描述的那樣的真空超距作用。法拉第的預言得到了最完美的闡述和嚴密的數學證明。而且更妙的是,麥克斯韋用自己的方程居然推出了電磁波的速度正好等於光速,這又證明光是一種電磁波。光學和電磁學在這裏匯合了。當年牛頓和胡克、惠更斯為了光的本質發生了一場多麽傷感情的爭吵啊,今天才迴到真正的統一。

    正是:

    牛頓攀登靠人梯,麥氏蓋樓有基石。

    科學從來是接力,接過舊知創新知。

    法拉第畢竟比第穀更幸運。他看到了自己理論的完善,看到了接班人的業績。在電磁理論確立後的第二年——1867年,這位電磁學的開山鼻祖不帶遺憾地離開了人世。而麥克斯韋在1865年發表公式後,就立即隱退到鄉間老家的莊園裏,閉門謝客,寫作詳細闡述這一理論的《電磁學通論》。八年後,這本可以和牛頓1687年出版的《自然哲學的數學原理》媲美的巨著終於出版。牛頓築起一座經典力學的大廈,而麥克斯韋則蓋起一座經典電磁學的高樓。物理學經過一百八十六年的艱難攀登,終於又躍上了又一個高峰。

    再說這麥克斯韋躲到鄉下去寫書,而倫敦方麵哪能允許這樣的名教授隱姓埋名、悠然自得?他的母校劍橋大學更是派人今日叫、明日請,左一封信右一封書,終於把不願割舍田園之樂的麥克斯韋夫婦又請迴了倫敦。麥克斯韋一邊籌劃劍橋大學的第一個物理實驗室——卡文迪許實驗室,一麵開設講座,講解他的電磁理論。但是他的理論太高深了,曲高和寡,聽講的人越來越少。

    1879年,麥克斯韋雖然才48歲,但是他已走到自己生命的最後一個年頭。曾奪去母親生命的肺病現在又來纏他了。他身體虛弱,氣力不足,但還是按時上課。這天他走進寬大的階梯教室,教室空蕩蕩的,隻有前排坐著兩名學生。這個著名的教授、理論物理學家在講壇上好像從未交過好運,他知道學生們聽不懂他的思想,一個個都自動缺席了。他側身問坐在前排的兩個學生:“你們為什麽不走呢?”這兩人中有一個就是後來發明了電子管的弗萊明。他恭敬地站起來說:“先生的理論我能聽懂,太完美和諧了,簡直是一門自然美學。”另一個說:“走了的人裏也有人是能聽懂先生的理論的。但是他們說,現在還沒有人用實驗找見電磁波,所以也就不相信、不願聽了。”

    麥克斯韋說:“會發現的,理論總是要超前一步的!牛頓1687年公布萬有引力,據此理論,勒維烈1846年才找見海王星,過了一百五十九年。我相信,電磁波的發現不會再等一百多年了。”

    麥克斯韋說著翻開講義,向兩個忠實的學生笑了笑,對著空空的大教室,又像是對著世界,對著未來,繼續認真地講著他的理論。而他的預言也沒有錯,這時在與英國一海之隔的德國,已經給他準備了一個22歲的接班人赫茲。科學曆程發展到這裏,出現了一個戲劇性的預言,這是一個科學家對未來科學的預言,小小的電磁波牽動的是一份大心願。

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