耀眼的花火4 ·本不可能（耀眼的烟火）
我小时候，父亲经营着一家小工厂，厂院的一角经常摆放着一些坏掉的电机。因为父亲年轻时学过修理，一有时间他总亲自和朋友摆弄这些笨重的电机。我凑在一边看他们把电机拆开，露出里面密织油亮的铜线，像女孩的辫子一样编成股儿，整整齐齐地匝在电机内壁四周，排布怪异、气味呛鼻，让我印象深刻。
后来我知道这叫电动机，工厂所有机器都要靠它驱动。至于电动机内部为什么这样，我没问过父亲，也没什么兴趣，仅是看一个热闹。
那时候晚上经常停电，尤其夏天晚饭吃到一半突然一片漆黑。我见过有人把一个电机连到小拖拉机车头的履带上，狂转的履带会带动电机发电，电灯就又亮起来，安静轻盈。为了一盏灯光，人们不得不忍受拖拉机的聒噪，这个和拖拉机搭伙发电的电机叫发电机。
电动机把电能转变为机械能；发电机把其他能源转变为电能。这都是在人类搞清楚了电磁原理之后问世的发明。
之前提到，科学家其实很早就认识到了磁和电，并认为摩擦琥珀产生的静电就是磁。吉尔伯特纠正了这种认识，提出了“电”的概念——一种有别于磁的能量。基于这个认知，在电学漫长的摸索中，包括后来安培在内的很多物理学家都认为电与磁不存在什么联系，也很少有人去做这方面研究。
但很少人不等于没有人。
受富兰克林用莱顿瓶放电使金属针磁化这一现象的启发，丹麦物理学家汉斯·奥斯特（Hans Ørsted，1777-1851）认为电可以向磁转化，但具体怎么实现他却不知道。根据通电导线变细后发烫这一现象，奥斯特推测如果导线直径进一步缩小就会发光，而缩小到一定程度就可能产生磁。奥斯特沿着这个方向做了大量研究，最终一无所获。
1820年，在一场讲座中奥斯特突然冒出一个想法，他随即把一个很小的磁针放在连接了伏打电堆的导线的正下方，像期待奇迹一样谨慎地接通电源。奥斯特看见了刚刚那一道灵光——磁针转到了与导线垂直的方向。奥斯特激动不已，此时他的心里应该已经有了十足把握，按照刚才的思路，他改变电流的方向，看到磁针转动方向随之改变。指针的运动很轻微，但足以让奥斯特欣喜若狂。
对，电流不但与磁有关系，而且电流方向与磁极也有关系，这是一个可以载入史册的发现。
接下来，奥斯特用了三月的时间不断试验电流对磁的作用方向和强弱的影响，以及不同物质带来的干扰。就在同年7月奥斯特发表了论文，如此重大的发现，奥斯特只用了四页纸就精简地完毕，向世界宣布了电流的磁效应。
论文很快引起了欧洲各国科学家的注意，消息传到法国。法国数学家、物理学家安德烈·马里·安培（André-Marie Ampère，1775-1836）根据奥斯特的论文对电与磁的关系重新思考。在此之前安培对这件事是不认可的。
安培于1775年出生在法国里昂，在他还很小的时候就表现出异于常人的才智。安培的父亲起初教他拉丁文，但是逐渐发现他对数学很感兴趣，于是教他数学。与生俱来的天赋让安培在12岁时就学完了微积分，数学知识体系在18岁时基本已经完成。与此同时安培还涉猎历史、诗歌、哲学、自然科学等诸多领域。
然而对比安培的天资和学术上的成就，他的生活却捉襟见肘，让他疲于应对。
1789年，安培的妹妹死于法国大革命，父亲也被送上了断头台；安培与儿子性格龃龉不合，生活中父子俩总是恶语相向；女儿嫁给了拿破仑的一个中尉，婚后发现这个女婿竟是个酒鬼，这让安培遭受了很多抨击。打击最大的是1804年妻子的离世，接踵的变故让安培患上了抑郁疾病。
或许是寄以慰藉和对现实生活的失望，安培把全部精力投入到了数学、化学和电磁学中。
1820年——就在奥斯特发表论文两周后——安培对电和磁进行定量研究，发现了磁针旋转方向与电流方向的关系，即右手螺旋定则。
安培的实验较奥斯特前进了一大步，他用两个多月的时间分别做了四个著名的实验来集中研究电流间的相互作用。实验用中安培运用他精湛的数学知识总结出了安培定律（电流元之间的作用力与距离的平方成反比，与电流的乘积成正比）。
1827年，安培在他的书中提出一个重要的假说，即分子电流假说。
分子电流假说为后来的电磁效应发电提供了理论依据，电动力的数学理论就建立在这个假说之上。1948年，国际计量大会规定电流单位为安培，简称安（A）。
从1820年7月奥斯特发表论文到12月安培的安培定律，电动力学由现象总结到理论归纳只用了短短4个月。
在安培的电磁理论基础上，美国发明家约瑟夫·亨利（Joseph Henry，1797-1878）和英国物理学家、化学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday，1791-1867）几乎各自同时独立发现了电磁感应现象。
这里注意，奥特斯发现的是电流磁效应，法拉第发现的是电磁感应（实际上，亨利先于法拉第发现了电磁感应，具体细节后面会提到），它们的原理不一样。简单说区别就是前者电生磁，后者磁生电（发电机的原理）。
1797年，亨利出生于纽约州奥尔巴尼的一个贫困工人家庭。他13岁失学，靠自己学习，1832年成为新泽西学院的自然哲学教授。新泽西学院就是今天的普林斯顿大学。
1827年，亨利在一根铁芯上缠绕了几层沙包铜线（铜线的一种加工），通电后3公斤的铁芯竟然吸起了是自身重量100倍的物体，远远超过了自然磁铁，这让亨利对该研究更加痴迷。两年后，亨利改装的电磁铁可以吸起一吨的重物，这就是强电磁铁，是发电机技术的核心。
1830年，亨利在马蹄形电磁铁中间放置一根缠有导线的铁棒，亨利注意到电磁铁通电时，电流表的指针会向一方偏转，然后归零；断开时，指针会向另一方偏转，然后归零。亨利就这样发现了电磁感应现象。
电磁感应的发现使人类将有能力获取极其巨大且廉价的电能，科技这辆列车自此得以驶向高速。然而，亨利迫于教学和行政工作的羁绊，这个史无前例的发现没有引起他更多注意。无独有偶，几乎同时在大洋彼岸也有一个人在和亨利齐头并进。这个人来自英国，他就是迈克尔·法拉第。可以说法拉第在一定程度上改变了人类的文明进程！请注意这句话的分量。
1791年（这一年，伽伐尼发表了“生物电”理论），法拉第出生于英国。因为家庭贫苦只读了两年小学，12岁就离开了学校，在校生涯和富兰克林是一样的。
失学后，法拉第做过一段时间报童，后来在伦敦乔治·里鲍的书店作订书学徒。这让法拉第有机会接触大量的书籍，对知识的渴望让法拉第废寝忘食，他利用一切时间来阅读。就是这段时间，法拉第在书中第一次接触到了电学。
年轻的法拉第虽然勤奋，但除了阅读仍一无所有，他甚至连买实验所需的烧瓶钱都拿不出来。好在他的精进好学让书店老板颇受感动，在书店老板的帮助下，法拉第有机会聆听了一位叫约翰·塔图姆老师的科学讲座。事后，法拉第将这次演讲内容整理成了笔记。
一次，书店老板给了一位老主顾展示了法拉第的笔记。老主顾从笔记中看到了一个有独特想法的青年，他很欣赏法拉第并送了他一张汉弗莱·戴维在英国皇家科学院的演讲门票。
在19世纪，科学讲座如同今日明星演唱会，往往一票难求，更何况对于法拉第这种穷小子。和之前一样，法拉第同样把戴维的这次演讲内容做了详细的记录，并做了进一步研究。
汉弗莱·戴维（Humphry Davy，1778-1829）是英国化学家、发明家，是那个时代最出色科学家之一。
戴维去世时51岁，他一生对化学的贡献巨大。当时还没有元素周期表，戴维用伏打电堆电解出了钾和钠，此外他还分离出钙、锶、钡、镁、硼、氯和碘，这可能是一个普通人一百年都无法完成的工作。戴维逝世时，已发现的化学元素也才52个而已。
我们知道化学实验有很多潜在危险，比如爆炸、剧毒或强辐射等。居里夫人就是因为被镭元素长期辐射，死于恶性败血症。戴维的年代，由于专业知识的匮乏和技术的限制，化学家不得不经常用自己的身体尝试实验。在当时的条件下戴维做出的成绩实属不易，为了表彰戴维对化学的贡献，拿破仑曾为他颁发过一枚法国科学奖章。
1808年，在皇家学院的地下室，戴维将800多个伏打电堆连接起来，这应该是当时世界上最大电池组，几乎占满了地下室。室内到处弥漫着刺鼻的硫磺味和恐怖的滋滋声，就像是圈养在地下的一头怪物。戴维将两根碳棒连接到这组电池上，当碳棒靠近时突然迸发出了耀眼的电弧光，这就是世界上最早的电弧灯。
电弧灯虽然可以划破黑暗，但其蓄电笨重、成本高昂、场所局限等显而易见的缺点使得电弧灯不能得以广泛推广。电弧灯当时最大的价值是它的原理。至于让温暖柔和的灯光点亮千万家庭，还要等待那位天才发明家的问世，也就是说世界还要忍耐暗夜100年。
戴维生活的年代，英国正值工业革命蓬勃时期，对煤的需求巨大。大批矿工每天要在黎明时分下降到几百英尺深的地下，在空气浑浊狭窄暗长的坑道里工作十几个小时，这让矿工们终日见不到阳光。更糟糕的是，矿井中经常弥漫着瓦斯，稍不留意就会点燃导致爆炸，矿工们就有被烧死或被活埋的危险。想想头顶千万吨重的土层，这一切无异于置身地狱。
1814年英国的纽尔卡斯矿洞大爆炸造成600多人死亡，300多人失踪，这起矿难震惊了整个英国。
就在这起事故的第二年，戴维发明了一种安全矿灯。据说矿灯的设计灵感来自儿子的一次玩耍。戴维无意中看到儿子在用煤油灯烧一块丝网玩儿，这给了戴维启发：如果用一个铜质网罩罩住火焰，利用细密网眼来分散和切割火焰的热量，这样网罩外的温度是不是就可以控制在瓦斯燃点以下，既安全又不影响照明。戴维发明的矿灯使得煤矿作业的安全性大大提高，人们亲切地把这种矿灯叫作戴维灯。
为了以防万一，戴维还对矿灯做了一些有趣的防呆设计。矿灯必须盖好灯罩才能点火；添加燃料时，灯罩必须打开，而打开灯罩后就不能点火；为了防止意外跌落，矿灯在落地时，火也会熄灭。
在《巨人的陨落》一书的开篇，对20世纪初英国矿工在地下作业有详细描述，其中就提到了这种灯。戴维灯使用了100多年，直到20世纪30年代才被电池灯所替代。
戴维的贡献远不止于此，但更多成就是基于化学方面，就不再赘述。
法拉第把戴维的演讲内容同样整理成笔记又寄回给了戴维。通过法拉第的这些行为我们可以看出他是一个有心的人，做事很认真。机会留给有准备的人，法拉第这个勇敢的举动让戴维注意到了他。1813年，戴维任命法拉第为他的助手。
然而包括戴维在内，没人料到这位籍籍无名助手不久将会被全世界记住。
· 本节完 ·
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主要参考涞来源：
《汉斯·奥斯特 Hans Ørsted》科普中国
《安德烈·马里·安培 André-Marie Ampère》万维百科 百度百科
安德烈·马里·安培 André-Marie Ampère：Biography of Andre Marie Ampere
《迈克尔·法拉第 Michael Faraday》维基
《约瑟夫·亨利 Joseph Henry》维基
《文明之光》吴军
《电的学科史》克雷格·罗奇
《The Story of Electricity》 BBC
图片部分来自网络
