令人迷惘的电磁之谜

一位罗马诗人说过："滴水穿石不是靠力，而是因为它不舍昼夜"。
    1831年8月29日的早晨，法拉第仍然穿着他那件像打杂工人穿的旧外套向实验室匆匆走去。这年秋天的天气格外好，几乎天天是晴天，但清晨却颇有凉意，法拉第加快了步子。
    "我的假定是有根据的，不是吗？"法拉第边走边思考着，"既然奥斯特已经证明了通电导线的周围具有磁性，那么，根据自然法则的对称性，就应该可以设想，磁也能引起电流的出现。这个想法我已经有多少年了？……啊，十年了！是的，整整有十年了，实验也做了不少，可为什么一直不能证实这个假定呢？难道真的像有的人所说的那样，我走进了一条死胡同？"
    想到这儿，法拉第不自觉地停下了脚步："也许我不应该在这上面继续浪费时间？难道我真的只是抓住了一根稻草？不，我不相信我抓不到鱼！继续做实验，对！"法拉第匆匆地走向实验室。
    一进实验室他的助手安德森就问："今天我们还做实验吗？"
    "做，安德森。我们再做一次。"法拉递亲切地对助手说，"请您再准备一个线圈，多缠上几匝导线。"
    安德森迅速将一切按法拉第的指示准备就绪。法拉第将初级线圈电路上的电池组增加到一百二十个电瓶了，比起十年前那就是增加了一百二十倍。法拉第又检查了一下次级线圈的电路，确信一切都已经无可挑剔之后，他小心翼翼地合上了开关。强大的电流迅即通过初级线圈，不一会线圈就发热了。法拉第转过头去看电流计（为了防止初级线圈的影响，法拉第特意将它放得离初级线圈很远的地方），只见电流计的指针还是像以往多次实验情况一样，纹丝不动。
    法拉第心情沉重地拉开了开关。安德森一言不发，同情地看着日益消瘦的老师。
    一种可怕的情绪油然而生："也许真是走进了死胡同？已经有多少人在这上面栽了跟头？安培、菲涅耳、德拉里夫、科拉顿，啊，还有那机智过人的阿腊果，他们都失望了，退却了，难道下一个是临到我来失望、退却？也许安培他们的退却是正确的？"
    法拉第放在桌上的手碰到了什么东西，他拿起来一看，是一只铁钉。他像忽然意识到什么一样，把铁钉举到眼前仔细端详起来，可他的思绪早已把他带到少年时代他父亲的铁匠铺里。他从小就喜欢看铁匠师傅们锻打烧红的铁块，每当他看见铁坯在师傅们一锤一锤的锻打下终于按照人的意志锻成各种有用的器件时，他总是感到极度兴奋。有一次他父亲还颇带哲理气味地向他说："在铁匠面前永远没有顽铁。"多少年来，他经历了多少次失败。甚至连眼睛都几乎炸瞎了，但他从没有退缩，他父亲那简明而又深邃的哲理，总能给他以无穷的力量。可这一次……他的眼光回到了铁钉上。忽然，他眼睛一亮。
    "对！有一次我是怎么对妻子萨娜说来着？啊，是这样说的：如果实验不成功，这只能表明我还考虑得不够周全；即使实验真的不能成功，那也应该把原因找出来。对，再检查一次，看是不是还有什么地方考虑得不够周全。"
    他又一次复查了全部实验记录，对实验线路也都一一作了仔细审查。在检查到电流计的时候，法拉第忽然想到，会不会是因为电流计放得太远了，而且每次实验都是先合上开关，然后再转过头看电流计，难道原因真是在这儿？
    读者看到这儿也许觉得可笑，现在每个初中学生都知道，只有当初级线圈中的电流在变化时，才会产生一个变化的磁场，这变化的磁场引起次级线圈中磁通量的变化，这样才会在次级线圈上产生感应电流。稳恒电流在初级线圈流动，是不可能在次级线圈中产生感生电流的。当法拉第合上开关，再转过头去看电流计（注意，那个时代的电流计可不那么灵敏，甚至可以说极不灵敏），电磁感应现象早已消失了。
    是的，现在一切都是十分清楚明白的，但在当时，不仅是法拉第，还有安培、菲涅耳这些"落荒而逃"的失败者，都根本没有想到非得是变化的电流才会产生感应电流。为了使读者明白当年这些为人类作出过巨大贡献的科学家是怎么样想，实验又是怎样失败的，我们趁法拉第还在检查线路和思考的时候，作一个简单的回忆。
    1822年，安培从静电感应现象受到启发，认为既然静止电荷可以因静电感应产生静电荷，那么电流（运动电荷）一定也可以感应出电流（运动电荷）。这个推理从逻辑上看十分吸引人，但安培没有想到磁的作用，而且只着眼于稳态，所以他做了不少实验，都没有成功。其中有一个实验是这样的：将铜质多匝线圈a固定在绝缘支架上，另将一单匝线圈b用细线l悬挂起来，二是在同一平面内。然后将a线圈中通以强电流。安培认为当a中有持续电流通过时，线圈b中就会感应出电流，这样，线圈b就相当于一个磁铁。如果再拿另外一个强磁铁接近b线圈，则b线圈应该转动。实验的结果，安培失败了。在实验过程中，有一个非常重要的现象被安培忽略了，那就是当a线圈在接通电流的一瞬间，线圈b似乎转动一下，但由于安培以及其他物理学家都没有现在所知道的电磁感应条件的思想准备，所以都没有重视这一发现的价值。真理从安培的鼻尖上溜过去了。
    瑞士年轻的物理学家德拉里夫的助手科拉顿则更有意思，在1825年，他把一个螺线管与电流计相连，为了避免强磁铁的影响，他把电流计用长导线连着放到另外一间房里。当他把磁铁放入螺线管以后，跑到另一间房去观测电流计指针是否有偏移。结果当然也是否定的。
    这两个实验一个是电生电，一个是磁生电，但都失败了。失败的原因十分清楚，是他们的指导思想错了。科学家因为指导思想错了而失去发现真理的机会，这样的例子太多了，读者在后面还可以碰到这种事例。更令人遗憾的是，一些本来可以证明磁生电的现象已经被物理学家发现了，却又莫明其妙，无法解释，只好把它们当做自然之谜。1822年，法国物理学家阿腊果和德国地理学家洪堡一起在英国的格林威治山测量地磁时，偶然发现金属可以阻止磁针的振荡。这实际上就是电磁阻尼，是一种电磁感应现象，可是当时谁也不明白这是什么原因。1825年，阿腊果还观测到一个放在罗盘下的转动铜盘，竟使磁针发生偏转，甚至还可以连续转动。由于没有人能解释这种现象，人们就将这些自然现象称之为"阿腊果之谜"。这个谜一直到1831年8月29日上午法拉第实验又一次失败，都没人解开。不过，解开这个谜的时间终于来临。谈到这里，我们该回到法拉第的试验上来了。
    法拉第怀着试一试的心情，把实验台上的仪器作了一番调整。他把电流计摆在眼前，以便在操作时可以随时方便地看清电流计的指针。当法拉第合上开关时，他的眼睛紧紧盯着电流计的指针。就在开关合上的一瞬间，电流计的指针抖动了一下。他终于抓住了这一瞬间！
    虽然这次实验的成功，距法拉第原来"磁生电"的想法还相差很远，但这毕竟是将磁转化为电啊。不过这次实验的成功给了法拉第极大的启发，使法拉第明白了，初级线圈在电流变化时其产生的磁场才发生变化，而当初级线圈中的电流稳定以后，它所产生的磁场就没有变化，这时次级线圈中将不会感应出电流。这一下法拉第可豁然开朗了：我为什么不能用磁铁来代替初级线圈以产生变化的磁场呢？
    1831年10月17日，最后的胜利终于来临了！当法拉第把一根磁棒猛地插进与电流计相连的螺线管时，指针摆动了！法拉第紧张极了，成功了吗？十年的探索，多少次的失败，多少次的失望，竟如此轻易地结束了吗？这可真是"踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫"。极度兴奋的法拉第又猛地把磁棒抽出来，指针向相反的方向摆动了一下。他又把磁棒掉过头，又插，又拔，又掉头，再插，再拔……啊，胜利了！成功了！指针不断地来回摆动！人类终于随着指针的摆动迎来了电气时代！
    滴水穿石。法拉第经历了无数次失败，终于靠他的意志和智慧，在人类认识自然的历史上，留下了光辉的篇章。