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主編序言 1791年9月22日，邁克爾?法拉第出生于倫敦附近紐因頓的一個鐵匠家庭。他早年給一個裝訂商兼文具店主當跑差，后來成了店主的學徒。在這行業(yè)待了八年后，他被漢弗里?戴維爵士聘為英國皇家學院的助理試員。18131815年，法拉第隨同戴維赴歐洲大陸進行科學考察旅行，并結識了一些歐洲當時著名的科學家?；氐交始覍W院之后不久，他開始進行科學研究，并在1816年發(fā)表了及時篇科學論文。由于法拉第的科研成果數量眾多而且意義重大，他的職位提升迅速。1825年他出任實驗室主任，1833年成為皇家學院化學教授。但是法拉第的工作壓力太大，1841年他的身體出現了狀況，有近三年的時間他不能工作。法拉第恢復健康后，取得了一些重要的成果。有人邀請他同時擔任皇家學會會長和皇家學院院長之職，但他婉拒了。1867年8月25日，法拉第與世長辭。

法拉第志在拓展人類的知識。他發(fā)現電磁感應后，放棄了一份原本可以增加他那微薄收入的商業(yè)性工作，以便全身心地投入到科研之中。后來英國政府每年發(fā)給他300英鎊補貼，彌補了他的一些經濟損失。

法拉第的父母均是一個叫作“桑德曼”的不太有名的教派的信徒。法拉第婚后不久，30歲的他也加入了這一教派，他一生都信奉桑德曼教，直至去世。法拉第把宗教和科學嚴格區(qū)分開來，他相信，科學數據和上帝與靈魂的直接交流本質上不同，這也正是他的信仰所在。

法拉第的成果實在太多，而且往往要精通化學物理的人才能讀懂，在此不可能一一描述或列舉出來。其中，最重大的當數電磁感應、電化學分解法、光磁化以及抗磁性的發(fā)現。他的任何一個發(fā)現，都已發(fā)展成有著眾多分支的學科。它們時至今日都是科學知識的重要組成部分。法拉第的成就是如此巨大，以至于他的后繼者廷德爾說：“基于他做的一切，我想法拉第終將被承認為全世界最偉大的實驗哲學家。另外，我還要加上一句，未來研究所取得的進展不僅不會有損或是減少這位偉大研究者的勞動成果，反而會增強和美化它。 ”

盡管法拉第平時做的都是高深的研究工作，但他在科學知識的大眾普及方面也具有天賦。他在皇家學院所做的演講，尤其是針對年輕觀眾的演講尤為有名。下面這些經典之作都選自其中，其均是清楚明了、引人入勝的科學論述。

查爾斯?艾略特

物質之力

1859年到1860年圣誕節(jié)期間，為英國皇家學院的青年學者所做的講座

邁克爾?法拉第

及時講?萬有引力

因為展示我從事的研究是我自己再愿意不過的事兒，所以一想到可能會打亂你們的圣誕安排①[①?由于法拉第生病，這個公開講座先后兩次延期]，我就感到非常不安。但是，事情并不總在我們的掌控之中，當它發(fā)生時我們也只好順其自然地接受。今天，我會盡我所能。如果我笨拙得說不出話來，請大家寬容我；當然，我會盡力將這些例子講得詳細徹底。在本次講座快結束時，如果我們覺得可以繼續(xù)講下去，那么下周的演講就會加大力度。到那時，我會根據大家的意見來決定演講是繼續(xù)還是停止。盡管現在因為輕微感冒，我的表達能力和思維清晰度都有所減弱，但在這里我還是要堅持向年輕人表述我的思想的權利。因此，盡管一個年老體弱的人看起來可能已經不大能勝任這個任務，但只要我身處年輕人當中，我就會像以前那樣，重新煥發(fā)青春活力。

現在，讓我們稍微想一下，我們活在這世上是件多么美妙的事。我們出生、孕育、生活，但我們卻對周遭發(fā)生的事漠不關心，缺乏敬畏之心。我們實在是太缺乏好奇心了，對什么都不感到意外。我確實認為，對于一個十歲、十五歲或是二十歲左右的年輕人來說，及時眼看見大瀑布或大山所帶來的驚奇，也許要比關注他自身存在的方式所帶來的驚奇多得多。人是怎樣來到這個世上，又是怎樣生存下來的？人是怎樣直立起來，又是通過什么方式從一個地方遷移到另一個地方的呢？我們來到這世上，生活，然后離開人世，并沒有特別去思考這一切是如何發(fā)生的。如果不是少數愛探索的人早就對這些做過觀察和研究，并已發(fā)現了我們生存在這世上的美麗法則和條件，我們可能很難意識到世間還有美好的事物存在。學者們很早就開始研究這些我們生長、生存以及享受生活的法則，一直研究到今天。他們的研究揭示了一個事實，即所有這一切都是由于受到了某種力量的影響。這種力量十分平常，再平常不過了，沒有什么比使我們站得筆直的力量更為普通的了，這是人類賴以生存，不可或缺的一種力量。

今天我就是想讓大家對這些力量有所了解，不是那些最重要的力，而是一些簡單初級的，也就是我們所說的物理之力。最開始我能做的，就是在大家腦中多多少少植入一個我稱為“力量”或“力”的概念。設想一下，我拿著一張紙，把它豎著靠在我面前的一個支架上(就當是我講的最粗略的例子)，然后我拉一下連在紙上的線，這張紙就被我拉倒了。我們來分析一下便知道，剛才我就使用了一個力，很明顯，是我手的力量通過線作用到紙上。借助這些合力(這里存在多種力量)的作用，我把紙拉倒了。當我在紙的另一邊推它一下，我又使用了一個力量，一個不同于剛才的力量?；蛘撸夷闷鹨桓x膠棒(一根長12英寸①[① 1英寸=0.0254米]、直徑為1.5英寸的橡膠棒)，用法蘭絨布摩擦它，然后握著它靠近豎著的紙張，約距1英寸時，這張紙馬上就被蟲膠棒吸過來了。如果我把蟲膠棒拿開，這張紙在沒有與任何東西接觸的情況下，自己就倒下去了。大家看，在及時個例子當中，我所展現的是再平常不過的現象。后來我把紙片拉倒了，沒有用那根線，也沒有用手去推，而是使用了這根蟲膠棒。由此可見，這根蟲膠棒對這張紙有一個力的作用。如果我還要展示一種力的作用的話，我可能要用火藥把這張紙給炸回去了。

我希望大家能明白，當我說力量或力時，我指的是剛才用來把紙片拉倒的那個力，我不想用那個力量的名字來為難大家。顯然，蟲膠棒里有一種東西在起作用，使紙片倒下了，這個東西就是我們稱為力量或力中的一種?，F在不管我用什么樣的方式來展示它，大家都能認出它了。我們不會設想世間存在很多很多不同的力量，相反，在我們看來，如果所有的自然現象都是由那么幾種力量來支配著的，這是一件多么好的事。那盞燈展現了另外一種力量熱的力量，但它又不同于拉倒那張紙的力。這樣，我們漸漸發(fā)現周遭各種事物中確實存在其他的力(也不是很多)。從最簡單的推拉實驗開始，我會逐漸把這些力區(qū)分開來，并比較它們起作用的方式。我們腳下的世界(我們大可不必為了闡述這門學科而去環(huán)游世界，我們可以自由思想，但身體卻會受到限制，因此就有人外出旅行，去到力所能及之處，盡情地觀察這個世界)近乎于一個圓球，它的表面布局正如我旁邊的地球儀當然，這只是個大概的模型，一部分是陸地，一部分是水。看看這個，一張地圖，或者說是一張圖片，看看地球表面都是由什么構成的。然后我們繼續(xù)深入，我建議大家參考這個地球地層分布圖，這上面有關于地球內部成分的更詳盡的說明。當我們深入了解時(正如人們經常因個人興趣或利益而采取各種方式一樣)，我們發(fā)現它受到數種力的作用，由許多不同物質組成，組成方式是如此奇異而美妙。它向人類展示了一段歷史，一段蘊藏在巖脈、巖石、泉水、周圍的大氣層以及各種各樣的物質(所有這些物質在力的作用下簇聚成一個直徑為8000英里①[①?1英里=1609.344米]的大球體)之中的歷史。只要細想這段歷史，人們就會折服于巖層(有一些只有紙那么薄)的美妙形成史在我所提到的那些力的作用下形成。

現在請大家將注意力集中到我今天要講的一種力上。當我說到“物質”這個詞時，你知道我在說什么？所有我可以用手抓住或是用袋子裝起來的東西(我可以用一個袋子將空氣裝起來)只是物質中的一部分。根據這門課的要求，我有時講得概括些，有時講得具體些。你們看這是水，這是冰塊，細頸瓶中沸騰的也是水，從細頸瓶口蒸發(fā)出來的是水蒸氣。不要以為這塊冰和這瓶里的水是兩種不同的物質，也不要認為那些冒著氣泡不斷蒸發(fā)出來的水蒸氣和瓶子里液態(tài)的水是兩種不同的物質。它們所蘊涵的能量可能有些不同，然而，它們在本質上是一樣的，海里的水也一樣。我提到水，是因為它可以為我將要談到的所有的力提供范例。舉個例子，這里有點水，它有重量，讓我們來測測它的重量或者說它的重力。我面前有一個小量杯和一個天平盤(類似于托盤天平，一端放著容量為半品脫①[①?1品脫=5.6826分升]的量杯)，量杯這一端目前是比較輕的一方，但我現在加一點水到量杯中，大家看見了吧，天平這一端立刻就傾斜下來了，說明它重了(我之所以使用日常用語，是因為我覺得到目前為止大家并沒有非常嚴格地進行操作)，我再把剩下的水加到天平的另一端，如果量杯能夠裝下足夠多的水并向下傾斜，我一點都不會感到驚訝。(法拉第往杯子里加了更多的水，它又一次向下傾斜了。)為什么我要在量杯的上方拿著瓶子往里倒水呢？你會說，日常經驗告訴我必須得這樣做。我有一個更好的理由：因為水落向地面是一個自然規(guī)律，所以我使用的水進入量杯的原理就是水下落的原理。那個力就是我們所說的重力，大家看這兒(指著天平)，大量的水正受著重力的作用向地表運動?，F在這兒(拿出一小片鉑②[②?鉑是已知金屬中第二重的物質，比水重21.5倍])是跟那些水一樣重的另外一種物質?？纯淳瓦@么一小點兒鉑，就這么一小點兒，就比那么多的水還要重(將鉑片放在一端放有水的天平的另一端)。跟這一小點兒鉑比起來，半品脫的量杯需要裝滿水，這一邊才能向下沉，這太奇妙了。這一次，我把這點兒金屬放上去(一小條鋁③[③?鋁比水重2.5倍。

]，體積是剛才那一片鉑的8倍)，我們看到水同樣能夠使天平保持平衡，就像剛才放鉑片時一樣。所以一開始，我們就得到了一個我們很想知道的關于力或力量的實驗。

我已說過水了，它的屬性之一就是向下落。大海是如何環(huán)繞地球的？那些像衣服一樣覆蓋在地球表面的水是如何在地表潮起潮落的？此外，水還有其他屬性。例如，這兒有些生石灰，我加些水進去，然后你會發(fā)現水中的另外一種力量與屬性①[①?

水的力量與屬性：這種力量，就是水保持液態(tài)所需的熱能。一般說來，它是潛在的，不易被感知的。然而，當水改變其存在的形態(tài)，與生石灰或硫酸銅晶體化合時，水蘊涵的熱量就釋放了出來。

]?，F在它變得非常熱了，開始冒蒸汽了，也許我可以用它點著磷或是一根火柴。如果水沒有這種力，這種現象就不會發(fā)生，但這種力又與它向下落的力不同。另外，這兒有一些無水硫酸銅②[②?

無水硫酸銅：將硫酸銅晶體中的水分蒸發(fā)(在坩堝里煅燒藍色硫酸銅晶體)后所得。

]，它會展現出另外一種力。(法拉第向裝有白色無水硫酸銅的杯子里倒了一些水，溶液馬上變成藍色的，同時釋放出大量的熱。)水與這種物質反應而釋放出的熱量，幾乎等同于它與生石灰反應所釋放的熱量，但是，看看它們有多么不同。就這點生石灰而言，釋放出來的熱實在是很大了，有時它能點著一根木頭。所以我們會聽說滿載生石灰的大船在河里突然起火的事，那就是因為水滲漏進船里，促使生石灰的熱能起了作用。當我們細想這些事物時，就會明白，事物發(fā)生了多么奇特的變化由于在生石灰上倒入水而產生的熱的力量以及水將銅鹽從白色變?yōu)樗{色的力量。

要知道，這種物質之力最簡單的表現，就是“重量”或“重力”。物體本身是有重量的，從我把水放在天平上的例子就可以看出。我這里有一個叫作重物的東西(一塊半英擔③[③ 1英擔≈50.802千克。

]重的鐵)，叫它重物是因為它受到重力會狠狠向下壓的特點很適合用來稱物體的重量。我從這堆充氣氣球中拿出一個，它很普通卻非常美麗(大多數美麗的東西都很普通)，我要把這個重物放在這個氣球上面，好讓你們看清楚這塊鐵向下的壓力，并且對于這個壓力，空氣也有一個相應的阻力。這個氣球可能會爆炸，但我們要盡量避免這種情況。(試了幾次之后，法拉第成功地將這半英擔重的鐵塊穩(wěn)穩(wěn)放在了充氣橡膠球上，結果它壓出了一道奶酪樣的圓形印痕。)一個充氣球承受了近50磅①[①?1磅≈0.454千克]的重量，你們一定能想到，這兒肯定有一個奇妙的力在向下拽這個重物，使它陷在氣球里。

讓我再講一個關于這個力的例子。大家知道鐘擺是什么吧，這兒就有一個(圖1)，我讓它擺起來，它就會一直前后擺動。為什么它會一直前后擺呢？注意觀察，如果我把這根棒子水平放在與小球來回擺動的兩端相同高度的位置，我們會看到，小球在兩端時的位置要比它在中間時高一些。從棒的一端開始，小球向中心靠攏，接著又向另一端上升，它不斷地想要落到低點。這美妙的擺動還伴隨著其他美妙的因素，比如往復振動的時間。現在我們還不必了解這些。

如果換作一片金葉、一根線頭或是其他任何物體，掛在那小球的位置，它也會像小球一樣一直前后擺動，并且連擺動的時間都一樣長。大家不要吃驚，我重復一下，方式相同，時間也相同，不久你們就會知道這是怎么一回事了。那個使天平上的水往下沉的力、那個使鐵塊陷進氣球里的力、那個使鐘擺前后擺動的力，就是存在于下落物體與地球之間的引力。讓我們慢慢地、仔細地來理解它。不是說地球對那些下落的物體有著特殊的吸引力，而是所有的物體間都存在相互的吸引力。不是因為地球具有那些小球所不具有的魔力，只是因為地球有足夠的力量來吸引這兩顆小球(法拉第投下兩顆白色小球)，只是因為它們有與自身體積成比例的吸引力。為什么它們朝著地球下落得如此之快？的原因就是小球自身的大小?，F在我把這兩個小球放得很近 ，即使精心使用最精密的儀器，也不能讓你們或是我自己感受到這兩個小球之間確實存在相互吸引的力。但是如果我們的對象不是這個白色小球，而是一座山，然后放一個這樣的小球靠近它，我們會發(fā)現，相對于這個小球，這座山體積龐大，使得小球輕微地向大山移動了一點。由此看來吸引力確實存在，就像那張被蟲膠棒(我摩擦過的)翻過去的紙與蟲膠棒之間也存在吸引力一樣。

一開始就把這些東西講得非常清楚并不容易，而且我還必須小心以免遺漏。我得讓你們清楚所有物體都受到地球的吸引作用而運動換個學術性的詞，其叫作引力。當我說這一便士受到引力而運動時，我就是指它在朝著地球下落。如果沒有什么東西攔截住它的話，它會一直下落一直下落，直到到達我們所說的地球的中心，之后我會解釋這個的。

我希望大家明白引力是永遠不會消失的，每一物質都具有這一屬性，并且其引力大小永遠不會改變。我要用這塊大理石來作講解。大理石有重量，我把它放在托盤里它就把天平的一邊壓下去了，我把大理石拿走，天平又恢復了平衡。就像把冰變成水，把水變成水蒸氣一樣，我可以同樣把這塊大理石給分解了。我可以輕松地把其中的一部分轉換為氣體，并向你們展示由這塊大理石轉換出來的氣的一個屬性，它能在常溫下保持在原來的位置，而水蒸氣并沒有這個屬性。如果我們倒一些液體在大理石上來分解大理石，就能夠得到氣體，你們看……(法拉第把幾小塊大理石放進細頸瓶中，加入一點水，然后再注入酸，碳酸氣立刻開始逸出，并伴隨著大量的氣泡。)沸騰的表面只是大理石各部分間的隔斷?，F在，這個大理石蒸氣與那個水蒸氣，以及其他所有氣體，都像其他物質一樣受到地球引力的作用而運動著。它們都被地球吸引著，落向地球。我想讓你們看的就是，這個氣體也在受引力作用。這兒就有(圖2)一個大容量的容器掛在天平一端，我把這碳酸氣倒進去的時候你們就能看見它在受到引力的作用?？粗@個指針就好，看它會不會傾斜。(法拉第這時將剛才制得的碳酸氣從量杯中倒進懸掛在天平上的大容器中，此時碳酸氣的重力作用明顯地顯示了出來。)看這碳酸氣是怎么下沉的。漂亮！除了這點大理石產生的看不見的氣體叫它蒸氣或者叫它氣，我什么都沒有放進去啊，但你們看這原本屬于大理石的一部分雖然變成了氣體，但仍然像以前一樣受到重力的作用。它會不會比那張紙重一些呢？(在天平的另一端放上一張紙)是的，它比那還重，而且比這兩張紙還要重(又放上一張紙)?，F在大家看見了，除了固體與液體，其他形態(tài)的物質也會落向地球，因此，你們應該能接受我所說的：不管形態(tài)與條件，所有物體都受到地球引力而運動。這兒還有一個我很想講的化學試驗。將一些碳酸氣倒入一個裝有一根燃燒著的蠟燭的容器中，這根蠟燭立即熄滅，這一結果證明了碳酸氣的存在，同時也告訴大家碳酸氣受到了引力作用。所有這些向大家講解的實驗，天平上的實驗，把碳酸氣像水一樣倒進一個容器中的實驗，都說明了這蒸氣或叫氣的物質，跟其他事物一樣，都被地球吸引著。

還有一點需要大家注意。我手上有一些彈丸，當我讓它們零散地落在一張紙上時，你們會感覺到它們每一顆都有向下的重力。我把它們裝在一個瓶子里，使它們聚集在一起，就像一個整體。學者們發(fā)現在這些彈丸所形成的整體中心有那么一個點可以被看作所有彈丸的重力的集中點，他們把它叫作重心。這名字還不賴，相當精練重心。現在我手中拿了一塊紙板，當然其他比較好操作的東西也可以，然后用錐子在紙板的一個角鉆了一個小孔，標記為A(圖3)，安德森先生把它高高地舉了起來，然后我用帶著小球的細線穿過去，在小孔位置將它掛起來，這時紙板、小球與細線的重心都在同一條直線上，也就是說，地心對其整個的引力就集中在這塊紙板的一點上，并且這一點就在這個懸掛點的下方。因此現在我要做的就是沿著這條細線畫一條線，記為AB。我們發(fā)現重心就在這一條線的某一點上，但在哪兒？要想找到它，就得在紙板上再鉆一個孔，再把帶著小球的細線掛起來，做同樣的實驗(圖4)，這里，C點的位置就是重心所在，就在我所畫的兩條線的交點處。如果我用錐子在紙板的重心處打一個孔，你會發(fā)現不管它被放在哪里，它都能穩(wěn)住。當我試著用一只腳站立的時候，知道我做什么了吧？有沒有看見我把身體向左傾斜，輕輕抬起了右腿，于是使得身體的某一中心點移動到了身體的左側？我所移動的那一點是什么呢？大家知道它就是重心我身體的整個重力就集中在那一點上，就在我腳上方的一條線上。

這是我?guī)滋烨芭銮煽匆姷囊粋€玩具，我想它對我們講的這一課會有所幫助。這個不倒翁本應該像這樣躺著(圖5)，如果這個不倒翁的材質是通體均勻的話，它就能像這樣躺在地上。但正如你們所看見的，它不會躺著，它會立起來?，F在這個學問就能幫助我們啦，不用看這不倒翁的內部，我也能確定，它的重心就在它立起來時底部的低點。我可以肯定當我把它斜放的時候(圖6)，它的重心升高了。這些都是由于在不倒翁的底部放了一小塊鉛，然后把底部做一個大大的弧度，現在所有的秘密你們都知道了。如果我把這個不倒翁放在一個尖端上面，會發(fā)生什么呢？請大家注意，我必須把這個尖端對準不倒翁的重心，否則它就會掉下來(法拉第努力嘗試都不能使它保持平衡。)，這還真難辦，我不能使它穩(wěn)穩(wěn)地立在那兒。但在這個麻煩的世界里，如果我來冒犯一下這位可憐的老太太，把兩端掛有彈丸的線纏在她的脖子上，那么非常明顯，不倒翁的重心降低了，現在她就能站在這個尖端上了(圖7)。另外，她能斜立這一事實也證明了我們的觀點是正確的。

我還記得小時候有個非常困擾我的實驗，我是在一本魔術書上讀到的，問題是這樣的：怎樣用一塊木板將一桶水掛在桌子的邊上？(圖8)現在有一張桌子，一塊木板，一個桶，這個問題就是怎樣把桶掛在桌子的邊上。你們能不能預計一下，我要做什么準備才能成功地做到這樣？哦，其實是這樣的。我拿一塊木板，把它放進桶里，卡在桶底與另一塊水平的木板之間，這樣就形成了一個支撐點，就像這樣。另外，我往桶里加越多的水，它就掛得越穩(wěn)。在我成功之前，我非常不幸地弄壞了好幾只桶的桶底，但是現在，它就牢牢地掛在這兒(圖9)。現在你們知道怎樣按照魔術書上的要求把桶掛在桌子邊上了吧。

如果大家真的