节选自《文明之光》

在研究电磁铁时，亨利发现了电磁感应现象。1830年8月，亨利在电磁铁两极中间放置一根绕有导线的铁棒，然后导线接到电流表上形成回路。他发现，当电磁铁的导线通电后，电流表的指针向一方偏转，然后回到零；当导线断开的时候，指针向相反的方向偏转，并回到零。这比法拉第发现电磁感应现象早了整整一年。但是，当时美国还是西方世界的边缘，学术气氛不如欧洲，亨利甚至没有意识到这个实验成果的重要性，以至于没有发表，这样，电磁感应现象的发现在很长时间里就归功于更早发表了研究成果的法拉第，我们今天中学物理课本中也是这么讲的，大家对亨利的贡献知之甚少。有人曾经问我为什么美国在诺贝尔奖出现七年后才获得第一个科学方面的奖项，这不是因为美国那时候科技不发达，而是因为直到二战以前，欧洲和美国科技界之间的交流都非常有限。

不过亨利并没有纠结发明权的问题，他继续着自己的研究。1832年，他在研制更大吸力的电磁铁时，发现绕在铁芯外面的通电线圈在断开电路时有电火花产生，这就是自感现象。1832年他发表了一篇关于电的自感现象的论文，但是他当时还不知道产生自感应的原因，于是又研究了三年，终于在1835年又发表了一篇论文解释自感应现象。直到1837年，在亨利访问欧洲之前，欧洲还没有科学家了解自感应。这一年，亨利访问欧洲，和法拉第共同度过了一段愉快的日子，两位发明家在一起做实验，交流经验，这是大西洋两岸的科学家第一次共同做实验研究科学。亨利帮助法拉第做成了一个后者一直没有做出来的实验，法拉第在赞赏的同时问道，你到底是怎么做成功的？亨利向法拉第解释了自感的道理，虽然他最早的论文已经发表五年了，但是由于当时欧洲和美国的学术交流不多，五年中居然没有一个欧洲人读过亨利的那些论文。

图 5.15 法拉第和亨利发现的电磁感应现象

亨利还有非常多的发明和发现，包括最早实现无线电的传播，他比以前公认的无线电鼻祖赫兹（Heinrich Rudolf Hertz，1857—1894）早了40多年。他的发明包括继电器、发报机的原型（但是他没有申请专利，这个荣誉后来落到了莫尔斯身上）、原始的变压器和原始的电动机。亨利后来当选为美国科学院院长，他的名字被用作电感的单位。

相比亨利，法拉第的命运更加坎坷。由于家境贫穷，他没有受过高等教育，完全是靠自学成才求取知识。14岁时，他就为一个书商工作，这份工作虽然薪水不高，但是可以读到大量书籍，他对科学尤其是电学书籍最感兴趣。

图 5.15.1 亨利

20岁时，他开始旁听大科学家汉弗里∙戴维的课。法拉第听课时认真地做了很多笔记，并且拿着笔记找戴维请教，戴维对他评价颇高。而不久，戴维因为做实验把眼睛给搞坏了，需要请一位助理，于是便想到了法拉第。能在戴维身边工作，对喜爱科学的法拉第来讲求之不得，他于是辞去了书商那里的工作，成为了戴维的助理。不过，戴维和他的夫人并不把法拉第当作年轻的学者看待，对他的态度近乎对待仆人。法拉第曾经因此心灰意冷过，但是最终对科学的热情还是让他留在了戴维德身边，并且很快便青出于蓝。这时，一位慈善家约翰·富勒（John Fuller，1757－1834）开始资助法拉第的研究，并且为他在皇家研究院创立了富勒化学教授这个职位，法拉第被选为第一任富勒化学教授。1824年，法拉第这位没有大学学历的科学家，当选为英国皇家学会会员。

不知是出于嫉妒还是什么别的原因，戴维在法拉第成果辈出时开始阻挠后者的研究工作，并且抓住法拉第一次行为上的错误，禁止了法拉第的电学研究。事情的前因后果是这样的。1821年，在奥斯特发现电磁现象后，戴维和同事开始研制电动机，但没有成功。后来法拉第加入进来，改进了设计，于是做出了一个电动机的模型。虽然这个电动机不能使用，但是法拉第的这些实验与发明为后来实用电动机的发明铺平了道路。但是，法拉第这时做了一件在学术界非常错误的事情，他在没有通知戴维等人的情况下，擅自发表了此项研究成果。此举招来了很多非议，从此他被迫离开电磁学研究，直到1829年戴维去世。如果不是因为浪费了好几年的时间，法拉第可能先于亨利发现电磁感应现象。不过在接下来的10年时间里，是法拉第硕果累累的十年，他提出了“磁场的改变产生电场”的理论，并且将它提炼成法拉第电磁感应定律。为了方便后人理解磁场，法拉第提出了磁力线的概念。法拉第还发现，电磁力不仅存在于导体中，而且存在于导体附近的空间里，不过这个想法当时并不被世人所接受。

由于法拉第没有受过很高的教育，他的数学能力相对薄弱，虽然他很聪明，并且是很好的实验科学家，在表达上也清晰而有条理，但是他在做理论总结上尚有所欠缺，这一点他和牛顿等人远远无法相比。他的实验成果后来被麦克斯韦应用，从而建立起了现代的电磁学理论。麦克斯韦用数学公理化的方法将安培、法拉第和亨利等人的电磁学理论系统化，把电、磁和光用一组方程式，即麦克斯韦方程组统一起来。这项成就被誉为继牛顿力学之后，物理学的第二次大统一。爱因斯坦称赞麦克斯韦是对20世纪最有影响力的19世纪物理学家。

在理论的指导下，电动机和发电机都被发明了出来。