科学家的故事：不用浮名伴此生——法拉第( 二 ) _中级

法拉第不仅有高超的实验技巧，而且他对电磁现象的思考也是卓越的。他天才地提出了“力线”和“场”的概念，为电磁学理论的发展指出了正确的方向。法拉第是一位伟大的物理思想家。电磁感应现象被发现以后，电磁学实验定律都已经确立。物理学家希望在理论上进一步抽象和深化，建立一个能适应所有电磁现象的理论，即理论电磁学（主要内容是19世纪60年代麦克斯韦建立的方程组）。这首先要解决的问题是，在空间相隔的电荷或电流为什么能产生相互作用。在这个问题上有两种观点，种叫“超距作用”观点，认为电荷、电流直接作用，不需要任何媒介。这是一种错误观点，曾使一些物理学家走人死胡同而无所建树。另一种叫“近距作用”观点，认为电荷、电流通过场建立相互作用，这是正确的观点。它引导着物理学家逐步认识了电磁世界的实质。第一个明确地、完整地提出“近距作用”观点的就是法拉第。
1837年，法拉第发现用绝缘提质隔开的两金属板（电容器）比由空气隔开的金属板能容纳更多的电荷。他认为，这说明媒质对电力作用是有影响的，电容两板上的电荷不是直接作用，而是由媒质分子逐点传播开去，媒质是作用力的中介，它处于特殊的形变状态。1845年，法拉第研究物质磁化时发现媒质对磁作用也有影响，如强磁作用可以使媒质的光偏振面发生扭转，他称之为磁光效应。这些事实使法拉第想到带电体和磁体周围一定存在物质的特殊状态，这是场的概念的雏形。
法拉第在1851年发表的论文中引入了力线概念，将场描述得更加清晰。他类比液体中用流线描述液体状态的方法，设想用电力线、磁力线来描述上述的“特殊状态” 。法拉第认为电荷和磁极是力线的源，力线充满空间，力线的疏密反映了场的强弱。力线的源不变，则力线不变，源运动，则力线也运动。力线有纵向收缩的趋势，所以导性电荷或磁极表现为斥力。电磁感应是由于穿过回路的磁力线数发生变化。神秘的电磁感应居然得到这样明快的解释，可见力线对电磁现象的描述是很成功的。
与流线不同，法拉第认为力线不仅是一些几何图形，而且是一种物理实体。他曾在线片上撒上铁屑，放在磁体上轻轻振动，显示出磁力线。法拉第认为这就是力线存在的证明，力线构成了电场和磁场。现在我们对电磁场有了更准确认识后，当然也不会因为法拉第受历史局限，而否认他的学说中宝贵的思想。
英国19世纪著名的物理学家开尔文曾评论说：“在法拉第的许多贡献中，最伟大的一个就是力线概念了。借助于它就可以把电场和磁场的许多性质，最简单又极富启发性地表现出来。”法拉第用力线和场的概念把“近距作用”观点具体化了，为理论电磁学的发展作出了开创性、奠基性的贡献。
1832年，工作繁重的法拉第，把他当时无法用实验证实的一些重要思想写成备忘录交给英国皇家学会封存。他在备忘录中写道：“一个磁铁作用于远处的另一个磁铁时，产生作用的原因是从磁体上传出的，这种传播需要一定的时间，而这个时间显然是非常短促的.”他又写道：“我认为电磁感应也是这样传播的……”这个时候不少物理学家还在超距作用的泥潭中挣扎，而法拉第这些闪光的思想在30年后由麦克斯韦从理论上证明了， 50多年后也由赫兹用实验所证实。他的这个备忘录于1938年才启封，人们无不为法拉第的远见卓识而折服。
法拉第除了上述的贡献外，在化学、电化学、电磁学的其他领域都有许多成就。如当时由于电的来源不同而分为伽伐尼电、摩擦电、电磁感应电、温差电、生物电等，对深入研究电现象很不利。法拉第通过大量对比实验得出各种电本质上相同的结论，这对深入研究电磁现象非常重要。法拉第发现的电解定律是电化学的基础，他独立发现了自感现象，发明了第一台发电机和电动机，他对电介质和磁介质都作过深入的研究。总之，法拉第的每一项成果都能使他名垂科学史册。他是历史上罕见的、多产的、贡献卓著的科学家。