电磁波的发现 (电磁波的发现与数学方程式密不可分)

监听电报、雷达等都是用电磁波来传递信息的通讯工具。那么，电磁波是怎样被发现，又是谁最早发现的呢？电磁波的发现，是几代科学家、发明家共同努力的结果。故事还得从法拉第说起——法拉第，一个伦敦铁匠的儿子，小学没毕业就被父亲送到小书店和装订作坊当童工。虽然失去了在学校学习的条件，可是，法拉第没有停止过读书。他白天干活，晚上就在小书店翻阅大量的科学书籍，渐渐地，他完全被科学的大千世界迷住了。有一次，听说著名化学家戴维要举行科学讲演会，法拉第想尽办法弄到一张听讲券。听讲中，他全神贯注地边听边记着笔记，还把台上做的试验画下来，以便回去照着做。此后，法拉第每次都去听戴维的讲座，而且都认真地做好记录。法拉第还把笔记装订成册，作为拜师的见面礼寄给了戴维。法拉第的勤奋好学使戴维大受感动，答应把他收在身边做助手。真是如鱼得水，法拉第在科学的海洋里尽情地遨游。年，丹麦科学家奥斯特发现了一个有趣现象——通电导线能引起旁边的磁针转动。消息传来，法拉第凭着直觉立刻想到：既然电流能产生磁，那么磁能不能产生电流呢？他随即在笔记本中记下了这一科学闪念：“把磁转化为电。”之后，法拉第为了实现这一目标，做了许许多多次实验，结果都失败了。年IO月日，法拉第照例很早就进入实验室，一直干到太阳落西还是理不出头绪。他又累又急，倒在身旁的椅子上，顺手就将长条磁铁往线圈里一扔。就在这一刹那，法拉第好像看见了电流计的指针向左偏了一下，会不会是多年来一直思考这个问题产生了错觉？法拉第忘记了疲劳，立即站起身来想抽出磁铁重*，验证一下，就在他抽出长磁条时，电流计指针又向右偏转了。啊，奇迹出现了！磁产生电流了。法拉第高兴得手舞足蹈起来。这时，妻子塞勒送晚餐进来，正好迎面撞上法拉第，塞勒手中的牛奶、面包、牛排，“呼啦”全部掉在地上。妻子真的生气了：“你这个疯子，不想吃了。”“不吃了，今天磁变电了，有电就够了。”法拉第即兴唱起自编的“了了”歌，竟像一个顽童。有人曾经问过法拉第：“您发现的电磁感应到底有什么用处呢？”法拉第已经朦胧地意识到：人类将会很快地开拓出一个崭新的电气化和电子技术的时代。他风趣地回答：“刚生下来的婴儿，您说他有什么用处呢？”就在法拉第发现电磁感应的当年，在英国爱丁堡附近，诞生了一位去接法拉第手中“接力棒”的伟大人物——麦克斯韦。麦克斯韦从小喜爱科学，又刻苦钻研，富有创新精神，不到岁就随父亲去听科学讲座，在他岁时，就写了一篇数学*，发表在爱丁堡皇家学会学报上，显露出数学天赋。还在剑桥大学读书时，麦克斯韦就十分敬佩法拉第，并认准了电磁学这个主攻方向。年，麦克斯韦到伦敦皇家学院任教。一个秋高气爽的晴天，他特意拜见了法拉第。年刚岁的麦克斯韦和他所尊敬的年近七旬的科学*紧紧拥抱，法拉第连声说：“这下好了，有了你，‘电磁学’这个婴儿就要长成巨人了。”麦克斯韦的数学分析技巧和法拉第的物理直觉能力两者开始会合了。经过5年的潜心研究，麦克斯韦发表了一组描述电磁场运动规律的方程，他证明了：变化的磁场可以产生电场，变化的电场又可以产生磁场，预言了电磁波的存在。电磁波，终于被麦克斯韦慧眼识破了。麦克斯韦预言电磁波的存在，但是他的电磁理论当时只有少数几个犹豫不决的支持者，多数知名物理学家并不赞同。德国的亥姆霍兹经过很多年后才接受，而英国的威廉·汤姆逊至死都不承认。这种难堪的境地也真够麦克斯韦受的！但是，科学之路并不会因为暂时出现的阴云而断掉，赫兹，这位德国年轻的科学家接过了科学的接力棒，在电磁波理论上继续研究起来。赫兹曾受学于亥姆霍兹，并当过他的助教。年他对麦克斯韦理论作了某种发展。年他又开始进行直接证明电磁波存在的实验研究，要知道，麦克斯韦生前担心这种证明会是永远无法实现的。促使赫兹去验证麦克斯韦预言的正确性是一次偶然的发现引起的。这天，他在*放电试验，忽然发现在附近的线圈上迸发出小火花。他又重复了几次，均是如此。他马上想到，这是电谐振的结果，这种现象就像人们在声学试验中所观察到的情况一样，当两个同样的音叉并排放着的时候，只要其中一个音叉受到振动，两个音叉就同时发出声音。“对，这是谐振，是由麦克斯韦所预言的波引起的。”赫兹马上开始进行*的试验。两年后，赫兹在实验室里，用简单的设备做了一个出名的实验：他将两个用空气隙隔开的金属小球接上高压交流电，使电荷交替地涌入两个小球，每当两个小球电势差最大时，就有电火花跳过空气隙。赫兹用一根导线弯成环形，线的两端之间有一个空气隙，做成了一个能探测电磁波的检波线圈。当火花发生器通电后，检波器的空气隙里果然出现了小小的火花。可见火花发生器的电流能产生辐射，它的能量能跨越空间，从发生器送到*。两年的不懈努力，赫兹终于在年发现了电磁波，那就是在一个电路发生振荡放电时，附近的一个没有电源的电路也出现了电火花。他又进一步研究，观察到了电磁波也像普通光波一样，具有反射、折射、衍射等性质。这样，麦克斯韦于年前所作的预言完全得到了证实。7年以后，马可尼和波波夫利用赫兹的电磁实验，分别发明了监听电报，开创了通信技术的新*。后来爱因斯坦对法拉第、麦克斯韦、赫兹作了如下评述：法拉第和麦克斯韦的思想，是物理学自牛顿以来的一次最深刻和富有成效的变革；……麦克斯韦的天才迫使他的同行们在概念上要作多么勇敢的跃进。只是等到赫兹以实验证明了麦克斯韦电磁波的存在以后，对新理论的抵抗才被打垮。