作者 高關中（德國漢堡）2026/7/2
我們的時代是電氣的時代，從驅動醫院急救設備、保障全球資料中心運行，到維繫日常交通與家庭照明，社會的方方面面均高度依賴電能。電能本質上是電磁場的能量，依靠電場和磁場的相互作用產生、傳輸和轉換。要駕馭它，離不開電磁學。電磁學是研究電與磁現象、規律及相互作用的物理學重要分支。很多科學家曾為其添磚加瓦，但核心奠基者是英國物理學家法拉第（1791-1867）與麥克斯韋（1831-1879）。他倆堪稱是科學史上最完美的“黃金搭檔”。法拉第是實驗物理之王，憑藉驚人的直覺和絕妙的實驗天賦發現了電磁感應原理，而麥克斯韋則是理論物理大師，用精湛的數學將法拉第的“力線”思想提升為統一的電磁場理論。兩人亦師亦友，共同構建起了經典電磁學的大廈。
實驗物理大師法拉第
邁克爾·法拉第（Michael Faraday）1791年9月22日出生於薩里郡紐因頓（Newington），此地今屬大倫敦，位於泰晤士河南，接近象堡Elephant and Castle）。這是一個貧苦鐵匠家庭。父親收入微薄，僅能勉強維持溫飽。但是他非常注意對孩子們的教育，要他們勤勞樸實，不要貪圖金錢地位，要做一個正直的人。這對法拉第的思想和性格產生了很大的影響。
法拉第隻上過兩年小學。12歲就上街賣報，隨後到一家書鋪當裝訂工，兼管售書。7年學徒生涯中，他勤奮好學，積極進取，每天收工後就通過閱讀《大英百科全書》等書籍自學，漸漸樹立起對科學的興趣，這其中，又以電學和化學為甚。他努力地將書本知識付諸實踐，利用廢舊物品，進行簡單的化學和物理試驗。還與青年朋友們建立了一個學習小組，常常在一起討論問題，交換思想。重視實踐尤其是科學實驗的特點，在法拉第一生的科學活動中貫徹始終。
1812年，法拉第開始旁聽英國皇家學會會長、化學家大衛（Humphry Davy, 1778-1829）的講座。大衛早年因發現笑氣（一氧化二氮）的麻醉性而備受矚目。在伏特發明伏打電池後，他將研究方向集中於電化學，並做出了重要的開創性工作。通過電解反應，他發現了鹼金屬鈉和鉀，鹼土金屬鎂、鈣、鍶和鋇，共6種元素，成為歷史上發現元素最多的科學家之一。被稱為電化學之父、無機化學之父。當時英國煤礦工人用明火照明，往往引起煤氣爆炸，事故頻發，大衛發明了安全燈（第一代礦工燈）拯救了煤礦業，從此井下礦工能夠比較安全地從事生產了。由於種種貢獻，他被皇家封為爵士，成為貴族。
法拉第對大衛非常敬佩，每次聽講都認真做筆記。有一次，他將自己細心記錄，並旁徵博引，內容達300多頁的筆記拿給大衛過目，大衛很讚賞這個年輕人的好學精神。不久就雇傭他擔任實驗助手。大衛廣博和深邃的知識，給法拉第以重要的影響。
在當時的階級分明的英國社會中，出身寒微的法拉第並不被看重。1813年，大衛進行一次為時近兩年的歐洲考察和講學。法拉第原本是以助手的身份跟隨，卻被要求兼作僕人。大衛的妻子為了顯示她的高貴和權威，經常蓄意侮辱他，不准他和他們同桌吃飯。但法拉第不計較地位，也毫不自卑，而把這次考察當作學習的好機會。他接觸了歐洲許多的科學菁英，包括電學家伏特和安培，刺激出他許多想法。逆境最終沒有阻擋住法拉第在科學上的貢獻。在旅行過後不幾年，法拉第的成果開始不斷湧現。成就最終超越了大衛。
1824年，法拉第被選為英國皇家學會院士。大衛曾說過，“我對科學最大的貢獻是發現了法拉第”；但隨著法拉第成就日增，大衛心生嫉妒，兩人關係從師徒走向反目，在評選法拉第為院士時，大衛投出了唯一的反對票。嫉妒是人性的弱點之一。大衛雖然在科學上有許多了不起的貢獻，卻未能展現寬闊的胸懷，可歎啊。
法拉第的成就引起了英國富翁慈善家富勒（John Fuller，1757-1834）的關注。1833年他捐資在英國皇家研究所（Royal Institution）設一個教授職位，稱富勒化學教授，並讓法拉第成為首位富勒化學教授。皇家研究所是英國皇家學會（Royal Society）直屬的科研機構。法拉第專心於自己的研究工作，一直到退休。這是後話。
1820年丹麥科學家奧斯忒（Hans Christian Oersted，1777-1851，又譯奧斯特）發現了電流引起的磁效應（電生磁），即磁鍼在有電流通過的導線附近偏轉。這一發現引起了法拉第的注意，開始轉向電磁學的研究。他從中得到了啟發，認為假如磁鐵固定，線圈就可能會運動。根據這種設想，1821年他成功地發明了一種簡單的裝置。在裝置內，只要有電流通過導線，導線就會繞著一塊磁鐵轉動。事實上法拉第發明的是第一台將電能轉變為機械能的裝置。這是法拉第第一項重大的電發明。雖然裝置簡陋，但它卻是現今世界上使用的所有電動機的老祖宗。
法拉第沒有停步，而是繼續研究。他仔細地分析了電流的磁效應等現象，認為既然電能夠產生磁，反過來，磁能否產生電呢？起初，他試圖從靜止的磁力對導線或線圈的作用中產生電流，但是多次努力都失敗了。今天人們知道靜止的磁鐵不會使附近的靜止線路內產生電流。
經過近10年的不斷探索和實驗，1831年法拉第終於做出了突破。他將一根棒形磁鐵在一隻螺旋線圈內作上下運動，成功地在線圈中產生了電流。這個效應叫電磁感應，產生的電流叫感應電流。成功的關鍵在於運動，在於能量的供給，由此他總結出了“運動的磁才能生電”的電磁感應原理。法拉第的這個發現掃清了探索電磁本質道路上的攔路虎，開通了在電池之外大量產生電流的新道路。使電能的大規模生產和遠距離輸送成為可能。從而奠定了電氣工業的基礎。
根據這個原理，法拉第發明了圓盤發電機，它的基本構造包括一個電導性圓盤和與其平面垂直的永久磁鐵，圓盤中央裝個軸連接導線。用力轉動搖柄，圓盤也隨之轉動，並源源不斷地輸出電流。這個圓盤發電機，結構雖然簡單，但它卻是人類創造出的第一台發電機。發電機是法拉第的第二項重大電發明，拉開了世界電氣化的序幕。現代發電機，無論功率多大，主要由定子和轉子組成。定子是固定不動的部分，內部嵌有線圈繞組，主要負責切割磁感線輸出電能；轉子是旋轉部件，通過產生強磁場並在定子中旋轉，為電磁感應提供必要的條件。靠什麼轉動轉子呢，機械能、水力、太陽能、風能、甚至原子能都行，都能轉換為電力。此外，法拉第還研究出變壓器的雛形。
法拉第作為一名天才的電學大師，在電磁學的新領域中樹立起了前進的路標。他歸納出電磁感應定律，成為現代電工學的基礎，這是他最偉大的貢獻。1837年他引入了電場和磁場的概念，指出電和磁的周圍都有場的存在，打破了牛頓力學“超距作用”的傳統觀念。後來，他又提出了電力線和磁力線的概念，場就是充滿力線的空間，並做了實驗用鐵屑顯示力線，來進一步解釋電、磁現象，這是物理學理論上邁出的一大步，從而為經典電磁學理論的建立奠定了基礎。
為了證實用各種不同辦法產生的電在本質上都是一樣的，法拉第仔細研究了電解液中的化學現象，1834年總結出法拉第電解定律：電解釋放出來的物質總量和通過的電流總量成正比，和那種物質的化學當量成正比。這條定律成為聯繫物理學和化學的橋樑，也是通向發現電子道路的橋樑。1843年，法拉第用冰桶實驗驗證了電荷守恆定律。他還有一個重要發現就是電介質的作用，創立了相對電容率（即介電常數）概念，後來電容的單位法拉就以他的姓氏命名。
1846年，法拉第發現如果有偏振光通過磁場，其偏振作用就會發生變化。這一發現具有特殊意義，首次表明了光與磁之間存在某種關係。這就是磁光效應或稱法拉第效應。法拉第用實驗證實了光和磁的相互作用，為電、磁和光的統一理論奠定了基礎。
法拉第一生發現了電磁感應、電動機、發電機，並突破性地提出了場的概念和“力線”概念。這不僅孕育了麥克斯韋用數學表達的電磁學理論，也為人類的電氣時代鋪平了道路。從法拉第的身上，我們看到了一生求學、一手技藝、一代巨匠，一個屢建奇功的科研英雄。
在化學領域，法拉第也有建樹。他於1825年發現了苯，為芳香族化合物的研究和應用開闢了道路。發明了多種氣體的液化方法。法拉第還是電化學的開創人。1833年，法拉第發現當把電流作用在氯化鈉的水溶液時，能夠獲得氯氣。此外，他還首創了金相分析方法，也是早期合金鋼研究的先驅。
雖然法拉第沒有得到足夠的正式教育，卻成為歷史上最具有影響力的科學家之一。他常被認為是科學史上最優秀的實驗家，被譽為“實驗電磁學之父”。其著作《電學實驗研究》是科學史上重要的文獻。
為了專心從事科學研究，法拉第屢屢放棄報酬豐厚的商業性工作，終身在皇家研究所從事科學實驗，甘當一名平凡之人。他淡泊名利，謝絕了爵士的頭銜和皇家學會會長的職務，他一生清貧，發明無數卻從來沒有申請任何一項專利。
法拉第不但在科學上卓有建樹，而且非常注意培養青年人。他每星期都在皇家研究所公開講課，經常給青少年作通俗科普講座，並且把講稿編成一本著名的科普讀物《蠟燭的故事》。該書在英國至今已再版近200次。我國也有多家出版社（如少年兒童出版社、北京大學出版社等）發行過優秀譯本。
1848年，法拉第受到王夫亞伯特引見，受維多利亞女王特賜薩里漢普頓宮的恩典公寓（Grace-and-Favour Apartments）。漢普頓宮自18世紀喬治二世駕崩後便不再作為皇家官邸。喬治三世開始將宮殿內的房間分割成獨立的公寓，開創了將其作為“恩典公寓”賜予有功臣民的傳統，這被稱為“高級救濟院”。但法拉第仍然住在皇家研究所不大的屋子裡，便於就近工作。
1858年，法拉第退休了，清貧的他沒有自己的房子，應女王之邀搬到恩典公寓，度過人生的最後幾年。此屋兩層帶閣樓，又稱為法拉第之屋（Faraday House），位於漢普頓宮道37號（No.37 Hampton Court Road）。在建築外牆上可看到由英國遺產委員會（English Heritage）設立的藍色紀念牌匾。
1867年8月25日，法拉第坐在椅子上安靜地與世長辭，享年76歲。他生前表示不願葬在名人薈萃的威斯敏斯特教堂，而是長眠在倫敦市北的海格特公墓（Highgate Cemetery）。這裡綠樹環繞，芳草萋萋，也是馬克思安葬的地方。
倫敦的皇家研究所地下室，已辟為法拉第博物館（The Faraday Museum）。這是為紀念法拉第而設立的科學博物館，位於皮卡迪利大街路北的Albemarle Street 21號。在此你可以親眼看到法拉第當年的原始實驗室、手工製作的科學儀器，以及他從裝訂工學徒成長為科學巨匠的傳奇故事。