主编序言 1791年9月22日，迈克尔?法拉第出生于伦敦附近纽因顿的一个铁匠家庭。他早年给一个装订商兼文具店主当跑差，后来成了店主的学徒。在这行业待了八年后，他被汉弗里?戴维爵士聘为英国皇家学院的助理试员。18131815年，法拉第随同戴维赴欧洲大陆进行科学考察旅行，并结识了一些欧洲当时著名的科学家。回到皇家学院之后不久，他开始进行科学研究，并在1816年发表了及时篇科学论文。由于法拉第的科研成果数量众多而且意义重大，他的职位提升迅速。1825年他出任实验室主任，1833年成为皇家学院化学教授。但是法拉第的工作压力太大，1841年他的身体出现了状况，有近三年的时间他不能工作。法拉第恢复健康后，取得了一些重要的成果。有人邀请他同时担任皇家学会会长和皇家学院院长之职，但他婉拒了。1867年8月25日，法拉第与世长辞。

法拉第志在拓展人类的知识。他发现电磁感应后，放弃了一份原本可以增加他那微薄收入的商业性工作，以便全身心地投入到科研之中。后来英国政府每年发给他300英镑补贴，弥补了他的一些经济损失。

法拉第的父母均是一个叫作“桑德曼”的不太有名的教派的信徒。法拉第婚后不久，30岁的他也加入了这一教派，他一生都信奉桑德曼教，直至去世。法拉第把宗教和科学严格区分开来，他相信，科学数据和上帝与灵魂的直接交流本质上不同，这也正是他的信仰所在。

法拉第的成果实在太多，而且往往要精通化学物理的人才能读懂，在此不可能一一描述或列举出来。其中，最重大的当数电磁感应、电化学分解法、光磁化以及抗磁性的发现。他的任何一个发现，都已发展成有着众多分支的学科。它们时至今日都是科学知识的重要组成部分。法拉第的成就是如此巨大，以至于他的后继者廷德尔说：“基于他做的一切，我想法拉第终将被承认为全世界最伟大的实验哲学家。另外，我还要加上一句，未来研究所取得的进展不仅不会有损或是减少这位伟大研究者的劳动成果，反而会增强和美化它。 ”

尽管法拉第平时做的都是高深的研究工作，但他在科学知识的大众普及方面也具有天赋。他在皇家学院所做的演讲，尤其是针对年轻观众的演讲尤为有名。下面这些经典之作都选自其中，其均是清楚明了、引人入胜的科学论述。

查尔斯?艾略特

物质之力

1859年到1860年圣诞节期间，为英国皇家学院的青年学者所做的讲座

迈克尔?法拉第

及时讲?万有引力

因为展示我从事的研究是我自己再愿意不过的事儿，所以一想到可能会打乱你们的圣诞安排①[①?由于法拉第生病，这个公开讲座先后两次延期]，我就感到非常不安。但是，事情并不总在我们的掌控之中，当它发生时我们也只好顺其自然地接受。今天，我会尽我所能。如果我笨拙得说不出话来，请大家宽容我；当然，我会尽力将这些例子讲得详细彻底。在本次讲座快结束时，如果我们觉得可以继续讲下去，那么下周的演讲就会加大力度。到那时，我会根据大家的意见来决定演讲是继续还是停止。尽管现在因为轻微感冒，我的表达能力和思维清晰度都有所减弱，但在这里我还是要坚持向年轻人表述我的思想的权利。因此，尽管一个年老体弱的人看起来可能已经不大能胜任这个任务，但只要我身处年轻人当中，我就会像以前那样，重新焕发青春活力。

现在，让我们稍微想一下，我们活在这世上是件多么美妙的事。我们出生、孕育、生活，但我们却对周遭发生的事漠不关心，缺乏敬畏之心。我们实在是太缺乏好奇心了，对什么都不感到意外。我确实认为，对于一个十岁、十五岁或是二十岁左右的年轻人来说，及时眼看见大瀑布或大山所带来的惊奇，也许要比关注他自身存在的方式所带来的惊奇多得多。人是怎样来到这个世上，又是怎样生存下来的？人是怎样直立起来，又是通过什么方式从一个地方迁移到另一个地方的呢？我们来到这世上，生活，然后离开人世，并没有特别去思考这一切是如何发生的。如果不是少数爱探索的人早就对这些做过观察和研究，并已发现了我们生存在这世上的美丽法则和条件，我们可能很难意识到世间还有美好的事物存在。学者们很早就开始研究这些我们生长、生存以及享受生活的法则，一直研究到今天。他们的研究揭示了一个事实，即所有这一切都是由于受到了某种力量的影响。这种力量十分平常，再平常不过了，没有什么比使我们站得笔直的力量更为普通的了，这是人类赖以生存，不可或缺的一种力量。

今天我就是想让大家对这些力量有所了解，不是那些最重要的力，而是一些简单初级的，也就是我们所说的物理之力。最开始我能做的，就是在大家脑中多多少少植入一个我称为“力量”或“力”的概念。设想一下，我拿着一张纸，把它竖着靠在我面前的一个支架上(就当是我讲的最粗略的例子)，然后我拉一下连在纸上的线，这张纸就被我拉倒了。我们来分析一下便知道，刚才我就使用了一个力，很明显，是我手的力量通过线作用到纸上。借助这些合力(这里存在多种力量)的作用，我把纸拉倒了。当我在纸的另一边推它一下，我又使用了一个力量，一个不同于刚才的力量。或者，我拿起一根虫胶棒(一根长12英寸①[① 1英寸=0.0254米]、直径为1.5英寸的橡胶棒)，用法兰绒布摩擦它，然后握着它靠近竖着的纸张，约距1英寸时，这张纸马上就被虫胶棒吸过来了。如果我把虫胶棒拿开，这张纸在没有与任何东西接触的情况下，自己就倒下去了。大家看，在及时个例子当中，我所展现的是再平常不过的现象。后来我把纸片拉倒了，没有用那根线，也没有用手去推，而是使用了这根虫胶棒。由此可见，这根虫胶棒对这张纸有一个力的作用。如果我还要展示一种力的作用的话，我可能要用火药把这张纸给炸回去了。

我希望大家能明白，当我说力量或力时，我指的是刚才用来把纸片拉倒的那个力，我不想用那个力量的名字来为难大家。显然，虫胶棒里有一种东西在起作用，使纸片倒下了，这个东西就是我们称为力量或力中的一种。现在不管我用什么样的方式来展示它，大家都能认出它了。我们不会设想世间存在很多很多不同的力量，相反，在我们看来，如果所有的自然现象都是由那么几种力量来支配着的，这是一件多么好的事。那盏灯展现了另外一种力量热的力量，但它又不同于拉倒那张纸的力。这样，我们渐渐发现周遭各种事物中确实存在其他的力(也不是很多)。从最简单的推拉实验开始，我会逐渐把这些力区分开来，并比较它们起作用的方式。我们脚下的世界(我们大可不必为了阐述这门学科而去环游世界，我们可以自由思想，但身体却会受到限制，因此就有人外出旅行，去到力所能及之处，尽情地观察这个世界)近乎于一个圆球，它的表面布局正如我旁边的地球仪当然，这只是个大概的模型，一部分是陆地，一部分是水。看看这个，一张地图，或者说是一张图片，看看地球表面都是由什么构成的。然后我们继续深入，我建议大家参考这个地球地层分布图，这上面有关于地球内部成分的更详尽的说明。当我们深入了解时(正如人们经常因个人兴趣或利益而采取各种方式一样)，我们发现它受到数种力的作用，由许多不同物质组成，组成方式是如此奇异而美妙。它向人类展示了一段历史，一段蕴藏在岩脉、岩石、泉水、周围的大气层以及各种各样的物质(所有这些物质在力的作用下簇聚成一个直径为8000英里①[①?1英里=1609.344米]的大球体)之中的历史。只要细想这段历史，人们就会折服于岩层(有一些只有纸那么薄)的美妙形成史在我所提到的那些力的作用下形成。

现在请大家将注意力集中到我今天要讲的一种力上。当我说到“物质”这个词时，你知道我在说什么？所有我可以用手抓住或是用袋子装起来的东西(我可以用一个袋子将空气装起来)只是物质中的一部分。根据这门课的要求，我有时讲得概括些，有时讲得具体些。你们看这是水，这是冰块，细颈瓶中沸腾的也是水，从细颈瓶口蒸发出来的是水蒸气。不要以为这块冰和这瓶里的水是两种不同的物质，也不要认为那些冒着气泡不断蒸发出来的水蒸气和瓶子里液态的水是两种不同的物质。它们所蕴涵的能量可能有些不同，然而，它们在本质上是一样的，海里的水也一样。我提到水，是因为它可以为我将要谈到的所有的力提供范例。举个例子，这里有点水，它有重量，让我们来测测它的重量或者说它的重力。我面前有一个小量杯和一个天平盘(类似于托盘天平，一端放着容量为半品脱①[①?1品脱=5.6826分升]的量杯)，量杯这一端目前是比较轻的一方，但我现在加一点水到量杯中，大家看见了吧，天平这一端立刻就倾斜下来了，说明它重了(我之所以使用日常用语，是因为我觉得到目前为止大家并没有非常严格地进行操作)，我再把剩下的水加到天平的另一端，如果量杯能够装下足够多的水并向下倾斜，我一点都不会感到惊讶。(法拉第往杯子里加了更多的水，它又一次向下倾斜了。)为什么我要在量杯的上方拿着瓶子往里倒水呢？你会说，日常经验告诉我必须得这样做。我有一个更好的理由：因为水落向地面是一个自然规律，所以我使用的水进入量杯的原理就是水下落的原理。那个力就是我们所说的重力，大家看这儿(指着天平)，大量的水正受着重力的作用向地表运动。现在这儿(拿出一小片铂②[②?铂是已知金属中第二重的物质，比水重21.5倍])是跟那些水一样重的另外一种物质。看看就这么一小点儿铂，就这么一小点儿，就比那么多的水还要重(将铂片放在一端放有水的天平的另一端)。跟这一小点儿铂比起来，半品脱的量杯需要装满水，这一边才能向下沉，这太奇妙了。这一次，我把这点儿金属放上去(一小条铝③[③?铝比水重2.5倍。

]，体积是刚才那一片铂的8倍)，我们看到水同样能够使天平保持平衡，就像刚才放铂片时一样。所以一开始，我们就得到了一个我们很想知道的关于力或力量的实验。

我已说过水了，它的属性之一就是向下落。大海是如何环绕地球的？那些像衣服一样覆盖在地球表面的水是如何在地表潮起潮落的？此外，水还有其他属性。例如，这儿有些生石灰，我加些水进去，然后你会发现水中的另外一种力量与属性①[①?

水的力量与属性：这种力量，就是水保持液态所需的热能。一般说来，它是潜在的，不易被感知的。然而，当水改变其存在的形态，与生石灰或硫酸铜晶体化合时，水蕴涵的热量就释放了出来。

]。现在它变得非常热了，开始冒蒸汽了，也许我可以用它点着磷或是一根火柴。如果水没有这种力，这种现象就不会发生，但这种力又与它向下落的力不同。另外，这儿有一些无水硫酸铜②[②?

无水硫酸铜：将硫酸铜晶体中的水分蒸发(在坩埚里煅烧蓝色硫酸铜晶体)后所得。

]，它会展现出另外一种力。(法拉第向装有白色无水硫酸铜的杯子里倒了一些水，溶液马上变成蓝色的，同时释放出大量的热。)水与这种物质反应而释放出的热量，几乎等同于它与生石灰反应所释放的热量，但是，看看它们有多么不同。就这点生石灰而言，释放出来的热实在是很大了，有时它能点着一根木头。所以我们会听说满载生石灰的大船在河里突然起火的事，那就是因为水渗漏进船里，促使生石灰的热能起了作用。当我们细想这些事物时，就会明白，事物发生了多么奇特的变化由于在生石灰上倒入水而产生的热的力量以及水将铜盐从白色变为蓝色的力量。

要知道，这种物质之力最简单的表现，就是“重量”或“重力”。物体本身是有重量的，从我把水放在天平上的例子就可以看出。我这里有一个叫作重物的东西(一块半英担③[③ 1英担≈50.802千克。

]重的铁)，叫它重物是因为它受到重力会狠狠向下压的特点很适合用来称物体的重量。我从这堆充气气球中拿出一个，它很普通却非常美丽(大多数美丽的东西都很普通)，我要把这个重物放在这个气球上面，好让你们看清楚这块铁向下的压力，并且对于这个压力，空气也有一个相应的阻力。这个气球可能会爆炸，但我们要尽量避免这种情况。(试了几次之后，法拉第成功地将这半英担重的铁块稳稳放在了充气橡胶球上，结果它压出了一道奶酪样的圆形印痕。)一个充气球承受了近50磅①[①?1磅≈0.454千克]的重量，你们一定能想到，这儿肯定有一个奇妙的力在向下拽这个重物，使它陷在气球里。

让我再讲一个关于这个力的例子。大家知道钟摆是什么吧，这儿就有一个(图1)，我让它摆起来，它就会一直前后摆动。为什么它会一直前后摆呢？注意观察，如果我把这根棒子水平放在与小球来回摆动的两端相同高度的位置，我们会看到，小球在两端时的位置要比它在中间时高一些。从棒的一端开始，小球向中心靠拢，接着又向另一端上升，它不断地想要落到低点。这美妙的摆动还伴随着其他美妙的因素，比如往复振动的时间。现在我们还不必了解这些。

如果换作一片金叶、一根线头或是其他任何物体，挂在那小球的位置，它也会像小球一样一直前后摆动，并且连摆动的时间都一样长。大家不要吃惊，我重复一下，方式相同，时间也相同，不久你们就会知道这是怎么一回事了。那个使天平上的水往下沉的力、那个使铁块陷进气球里的力、那个使钟摆前后摆动的力，就是存在于下落物体与地球之间的引力。让我们慢慢地、仔细地来理解它。不是说地球对那些下落的物体有着特殊的吸引力，而是所有的物体间都存在相互的吸引力。不是因为地球具有那些小球所不具有的魔力，只是因为地球有足够的力量来吸引这两颗小球(法拉第投下两颗白色小球)，只是因为它们有与自身体积成比例的吸引力。为什么它们朝着地球下落得如此之快？的原因就是小球自身的大小。现在我把这两个小球放得很近 ，即使精心使用最精密的仪器，也不能让你们或是我自己感受到这两个小球之间确实存在相互吸引的力。但是如果我们的对象不是这个白色小球，而是一座山，然后放一个这样的小球靠近它，我们会发现，相对于这个小球，这座山体积庞大，使得小球轻微地向大山移动了一点。由此看来吸引力确实存在，就像那张被虫胶棒(我摩擦过的)翻过去的纸与虫胶棒之间也存在吸引力一样。

一开始就把这些东西讲得非常清楚并不容易，而且我还必须小心以免遗漏。我得让你们清楚所有物体都受到地球的吸引作用而运动换个学术性的词，其叫作引力。当我说这一便士受到引力而运动时，我就是指它在朝着地球下落。如果没有什么东西拦截住它的话，它会一直下落一直下落，直到到达我们所说的地球的中心，之后我会解释这个的。

我希望大家明白引力是永远不会消失的，每一物质都具有这一属性，并且其引力大小永远不会改变。我要用这块大理石来作讲解。大理石有重量，我把它放在托盘里它就把天平的一边压下去了，我把大理石拿走，天平又恢复了平衡。就像把冰变成水，把水变成水蒸气一样，我可以同样把这块大理石给分解了。我可以轻松地把其中的一部分转换为气体，并向你们展示由这块大理石转换出来的气的一个属性，它能在常温下保持在原来的位置，而水蒸气并没有这个属性。如果我们倒一些液体在大理石上来分解大理石，就能够得到气体，你们看……(法拉第把几小块大理石放进细颈瓶中，加入一点水，然后再注入酸，碳酸气立刻开始逸出，并伴随着大量的气泡。)沸腾的表面只是大理石各部分间的隔断。现在，这个大理石蒸气与那个水蒸气，以及其他所有气体，都像其他物质一样受到地球引力的作用而运动着。它们都被地球吸引着，落向地球。我想让你们看的就是，这个气体也在受引力作用。这儿就有(图2)一个大容量的容器挂在天平一端，我把这碳酸气倒进去的时候你们就能看见它在受到引力的作用。看着这个指针就好，看它会不会倾斜。(法拉第这时将刚才制得的碳酸气从量杯中倒进悬挂在天平上的大容器中，此时碳酸气的重力作用明显地显示了出来。)看这碳酸气是怎么下沉的。漂亮！除了这点大理石产生的看不见的气体叫它蒸气或者叫它气，我什么都没有放进去啊，但你们看这原本属于大理石的一部分虽然变成了气体，但仍然像以前一样受到重力的作用。它会不会比那张纸重一些呢？(在天平的另一端放上一张纸)是的，它比那还重，而且比这两张纸还要重(又放上一张纸)。现在大家看见了，除了固体与液体，其他形态的物质也会落向地球，因此，你们应该能接受我所说的：不管形态与条件，所有物体都受到地球引力而运动。这儿还有一个我很想讲的化学试验。将一些碳酸气倒入一个装有一根燃烧着的蜡烛的容器中，这根蜡烛立即熄灭，这一结果证明了碳酸气的存在，同时也告诉大家碳酸气受到了引力作用。所有这些向大家讲解的实验，天平上的实验，把碳酸气像水一样倒进一个容器中的实验，都说明了这蒸气或叫气的物质，跟其他事物一样，都被地球吸引着。

还有一点需要大家注意。我手上有一些弹丸，当我让它们零散地落在一张纸上时，你们会感觉到它们每一颗都有向下的重力。我把它们装在一个瓶子里，使它们聚集在一起，就像一个整体。学者们发现在这些弹丸所形成的整体中心有那么一个点可以被看作所有弹丸的重力的集中点，他们把它叫作重心。这名字还不赖，相当精练重心。现在我手中拿了一块纸板，当然其他比较好操作的东西也可以，然后用锥子在纸板的一个角钻了一个小孔，标记为A(图3)，安德森先生把它高高地举了起来，然后我用带着小球的细线穿过去，在小孔位置将它挂起来，这时纸板、小球与细线的重心都在同一条直线上，也就是说，地心对其整个的引力就集中在这块纸板的一点上，并且这一点就在这个悬挂点的下方。因此现在我要做的就是沿着这条细线画一条线，记为AB。我们发现重心就在这一条线的某一点上，但在哪儿？要想找到它，就得在纸板上再钻一个孔，再把带着小球的细线挂起来，做同样的实验(图4)，这里，C点的位置就是重心所在，就在我所画的两条线的交点处。如果我用锥子在纸板的重心处打一个孔，你会发现不管它被放在哪里，它都能稳住。当我试着用一只脚站立的时候，知道我做什么了吧？有没有看见我把身体向左倾斜，轻轻抬起了右腿，于是使得身体的某一中心点移动到了身体的左侧？我所移动的那一点是什么呢？大家知道它就是重心我身体的整个重力就集中在那一点上，就在我脚上方的一条线上。

这是我几天前碰巧看见的一个玩具，我想它对我们讲的这一课会有所帮助。这个不倒翁本应该像这样躺着(图5)，如果这个不倒翁的材质是通体均匀的话，它就能像这样躺在地上。但正如你们所看见的，它不会躺着，它会立起来。现在这个学问就能帮助我们啦，不用看这不倒翁的内部，我也能确定，它的重心就在它立起来时底部的低点。我可以肯定当我把它斜放的时候(图6)，它的重心升高了。这些都是由于在不倒翁的底部放了一小块铅，然后把底部做一个大大的弧度，现在所有的秘密你们都知道了。如果我把这个不倒翁放在一个尖端上面，会发生什么呢？请大家注意，我必须把这个尖端对准不倒翁的重心，否则它就会掉下来(法拉第努力尝试都不能使它保持平衡。)，这还真难办，我不能使它稳稳地立在那儿。但在这个麻烦的世界里，如果我来冒犯一下这位可怜的老太太，把两端挂有弹丸的线缠在她的脖子上，那么非常明显，不倒翁的重心降低了，现在她就能站在这个尖端上了(图7)。另外，她能斜立这一事实也证明了我们的观点是正确的。

我还记得小时候有个非常困扰我的实验，我是在一本魔术书上读到的，问题是这样的：怎样用一块木板将一桶水挂在桌子的边上？(图8)现在有一张桌子，一块木板，一个桶，这个问题就是怎样把桶挂在桌子的边上。你们能不能预计一下，我要做什么准备才能成功地做到这样？哦，其实是这样的。我拿一块木板，把它放进桶里，卡在桶底与另一块水平的木板之间，这样就形成了一个支撑点，就像这样。另外，我往桶里加越多的水，它就挂得越稳。在我成功之前，我非常不幸地弄坏了好几只桶的桶底，但是现在，它就牢牢地挂在这儿(图9)。现在你们知道怎样按照魔术书上的要求把桶挂在桌子边上了吧。

如果大家真的