世界历史上最伟大的十位物理学家（五）

徐汉屏

法拉第——电磁学领域中最伟大的实验物理学家

法拉第，英国物理学家、化学家，1791年9月22日法拉第出生于离英国伦敦不远的萨里郡纽因顿一个铁匠家庭。由于家境贫穷，法拉第幼年时仅读过两年小学，并没有受到完整的初等教育。

十四岁那一年，法拉第在一间书店当送报和装订书籍的学徒。这份工作给予了他很多阅读的机会，他尤其喜欢读物理学和化学方面的书。读后还临摹插图，工工整整地做读书笔记，并用一些简单器皿照着书上进行实验，仔细观察和分析实验结果，把自己的阁楼变成了小小实验室。此外，他还经常去听各种科普报告和演讲，增进了不少知识。

1812年，学徒期满，年轻的法拉第决定献身于科学事业。他终于在皇家学院的化学家戴维身边得到一份工作。他一面工作，一面学习。他的科学视野也渐渐地开阔了。1815年，法拉第陪同戴维教授自欧洲大陆旅行讲学归来后，除了协助戴维进行化学实验之外，自己开始独立从事一些小实验。在往后的十年中，他进行了各方面的实验。 1821年，在丹麦化学家奥斯特发现电磁现象后，戴维和渥拉斯顿尝试设计一部电动机，但没有成功。法拉第在与他们讨论过这个问题后，继续工作并建造了两个装置以产生他称为“电磁转动”的现象：由线圈外环状磁场造成的连续旋转运动。他把导线接上化学电池，使其导电，再将导线放人内有磁铁的汞池之中，则导线将绕着磁铁旋转。这个装置现称为单极电动机。

1824年1月法拉第当选为伦敦皇家学会会员，1825年2月任皇家研究所实验室主任，同年他发现了一种重要的碳氢化合物——苯。不久，法拉第又任皇家研究所化学教授，并接替了戴维死后留下的职位。

经过10年探索，历经多次失败后，他终于在1831年发现了电磁感应现象。当他将两条独立的电线环绕在一个大铁环，固定在椅子上，并在其中一条导线通以电流时，另外一条导线竞也产生电流。他因此进行了另外一项实验，并发现若移动一块磁铁通过导线线圈，则线圈中将有电流产生。同样的现象也发生在移动线圈通过静止的磁铁上方时。这个现象的发现奠定了日后电工业发展的基础。他的发现使世人建立起“磁场的改变产生电场”的观念，此关系由法拉第电磁感应定律建立起数学模型，并成为麦克斯韦方程组四条公式之一。这个方程组之后被归纳入场论之中。法拉第由此发明了早期的发电机，此为现代发电机的始祖。

为解释电磁感应现象，法拉第提出了电磁线的概念：这些流线由带电体或者是磁铁的一极放射出，射向另一电性的带电体或是磁性异极的物体。这个概念帮助世人将抽象的电磁场具象化，对于电力机械装置在十九世纪的发展有重大的影响。

1833年，他总结了前人与自己的大量研究成果，证实当时所知摩擦电、伏打电、电磁感应电、温差电和动物电等五种不同来源的电的同一性。他研究电流通过酸、碱、盐溶液，力图解释电流的本质，结果发现了电流化学的两个定律。后来这两个定律就以他的名字来命名，这就是：法拉第第一电解定律——在电解过程中，阴极上还原物质析出的量与所通过的电量成正比（这一比值称为电化当量）；法拉第第二电解定律——物质的电化当量跟它的化学当量成正比（所谓化学当量是指该物质的摩尔质量跟它的化合价的比值）。

1837年他发现电介质对静电过程的影响，提出了以近距“邻接”作用为基础的静电感应理论。1845年，他又发现了抗磁性（现在则称为法拉第效应）的现象：一个线性极化的光线在经过一物体介质时，外加一磁场并与光线的前进方向对齐，则此磁场将使光线在空问中划出的平面转向。在这些研究工作的基础上，他形成了“电和磁作用通过中问介质、从一个物体传到另一个物体”的思想。于是，介质成了“场”的场所，场这个概念正是来源于法拉第。

1846年，法拉第荣获伦福德奖章和皇家勋章。

1858年，法拉第离开皇家学院，迁到伦敦附近汉普顿一科尔特的住宅渡过了自己的余生。在他生涯的晚年，他提出电磁力不仅存在于导体中，更延伸人导体附近的空间里。这个想法受到他同行的排斥，法拉第也终究没有活着看到这个想法被世人所接受。1867年8月25日，法拉第死于汉普顿一科尔特。墓碑上照他的遗愿只刻有他的名字和出生年月。后世的人们，选择了“法拉”作为电容的国际单位，以纪念这位物理学大师。

法拉第有句名言：“像蜡烛为人照明那样，有一分热，发一分光，忠诚而踏实地为人类伟大事业贡献自己的力量。”这句话是他用来激励年轻人的，也是对他伟大一生的真实写照。

薛定谔——概率波动力学的创始人

薛定谔，奥地利物理学家。1887年8月12日，薛定谔出生于奥地利首都维也纳。他11岁时，进入了维也纳高等专科学校所属预科学校，他的天赋和学习能力很快在学校中表现出来。1906年，薛定谔以首屈一指的成绩通过毕业考试，进入维也纳大学物理系学习。天赋加勤奋，使薛定谔很快在大学校园里崭露头角。1910年薛定谔获博士学位。他的博士论文是一项实验性的研究，那是他独立从事的第一次科学研究，主题是：潮湿空气中绝缘体的导电性。

大学毕业后，薛定谔在维也纳大学第二物理研究所工作，同年秋季按规定服兵役一年，次年秋天回到维也纳大学，开始了他的研究生涯。在科学研究起步刚刚不到三年的时间里，薛定谔发表了十余篇论文并紧盯最新发展。这一时期的薛定谔少年得志春风得意，在物理学研究中如鱼得水挥洒自如，使他在学术界崭露头角小有名气。1914年1月，他获得了大学教师资格认可，直到1920年以前主要在维也纳大学任教。

薛定谔在一战开始，就应征入伍，成为奥匈帝国的一名炮兵军官。几经转战，薛定谔在后方度过了战争后半期的军旅生活，他给一批批即将赴任的防空部队军官讲课，使他有时问坐下来阅读资料，重续科学研究的旧梦，并焕发出创造性的活力。他还关注着广义相对论，量子统计和涨落理论，原子物理学等领域的最新进展，为战后迅速恢复研究工作做好了充分的准备。

战后，薛定谔重返第二物理研究所，全力以赴从事理论物理学研究。由于战争后期的大量信息和思考的储备，他一连发表了好几篇论文。其中关于广义相对论的两篇都引起了爱因斯坦的极大关注。量子统计和涨落理论是薛定谔的又一工作重点。他的工作还包括一个验证光量子理论的实验。

1921至1927年，薛定谔在苏黎世大学任教。这一时期是薛定谔的又一个创造性高峰。仅从1922年到1926年早期，他就在教学之余发表了20篇论文，范围非常广泛，其中有4篇关于原子结构的，5篇关于颜色理论和生理光学的，1篇关于相对论的，4篇关于量子比热理论的，6篇关于气体统计理论的。这些论文粗略而言，可以分为三类，即原子结构理论、量子统计理论、颜色和视觉理论。

从1926年1月27日到6月23日，在短短不到五个月的时问里，薛定谔接连发表了6篇关于量子理论的论文，其内容囊括了量子理论、原子模型、物理光学、哈密顿光学、力学相似、光谱学、微扰理论等众多物理学领域，并融爱因斯坦波粒二象性思想和德布罗意相波理论等量子理论为一炉，一举构造起集前人研究成果之大成，而在理论上严谨自洽，实际应用更为广泛有效的完整的量子力学形式体系。薛定谔发现波动力学和矩阵力学在数学上是等价的，是量子力学的两种形式，可以通过数学变换，从一个理论转到另一个理论。他提出薛定谔方程，为量子力学奠定了坚实的基础。他想出“薛定谔猫”思想实验，试图证明量子力学在宏观条件下的不完备性。薛定谔方程是量子力学中描述微观粒子（如电子等）在运动速率远小于光速时的运动状态的基本定律，在量子力学中占有极其重要的地位，它与经典力学中的牛顿运动定律的价值相似。作为波动力学的创始人，薛定谔一时成为享誉国际学术界的风云人物和科学明星，他终于收获到了辛勤耕耘十数载后的成功喜悦。

1927年，薛定谔举家迁居柏林，接替普朗克任柏林大学物理系主任，并于次年在普朗克的推荐下成为普鲁士科学院院士。柏林在当时享有“物理学首都”的声誉，而柏林大学更是群贤毕至，人才济济。接任普朗克的职务，这对于年仅40岁的薛定谔来说是个极高的荣誉。

1933年11月，因纳粹迫害犹太人，薛定谔借口休假离开了柏林大学，来到牛津大学。在牛津，他接到了一个令人振奋的好消息：“因为发现原子结构的新的富有成效的形式”，他与另一名科学家狄拉克一道被授予1933年诺贝尔物理学奖。1939年他转到爱尔兰，在都柏林高级研究所工作了17年。 1944年，薛定谔著《生命是什么》一书，试图用热力学、量子力学和化学理论来解释生命的本性。这本书使许多青年物理学家开始注意生命科学中提出的问题，引导人们用物理学、化学方法去研究生命的本性，使薛定谔成为蓬勃发展的分子生物学的先驱。

1956年，薛定谔返回维也纳大学物理研究所，任维也纳大学荣誉教授，获得奥地利政府颁发的第一届薛定谔奖。

1957年他又荣获奥地利艺术和科学勋章，联邦德意志帝国高级荣誉勋章。这一年，薛定谔幸免于一次危及生命的重病，但从此再也没有完全恢复健康。他继续从事着力所能及、不致过于劳累的工作，而他的思想仍同过去一样活跃和清晰，依然继续进行量子力学基础、统一场理论以及介子物理方面的研究。

薛定谔广博的知识和充沛的创造力是惊人的。在他的专业领域内，他先后发表了5本专著和不下150篇论文，其范围几乎覆盖了所有理论物理学前沿；而在专业领域之外，他除了在生物学发展中的重要贡献《生命是什么》和文学上的造诣结晶《诗集》之外，还发表了一系列哲学论著，内容涉及许多哲学上的重大课题，他是一位近乎于百科全书式的学者。

1961年1月4日，薛定谔因肺病闭上了他一生探索世界、寻找科学真理的眼睛，卒于奥地利的阿尔卑巴赫山村。