打開電力時代的大門等則

戴維指著自己手上、臉上的傷疤，對法拉第說：“牛頓說過：‘科學是個很厲害的女主人，對于為她獻身的人，只給予很少的報酬。’她不僅吝嗇，有時候還很兇狠呢。你看，我為她效勞十幾年，她給我的就是這樣的獎賞。”法拉第堅定地說：“我不怕這個!”戴維又說：“這里工資很低，或許還不如你當訂書匠掙的錢多呢!”法拉第回答說：“錢多少我不在乎，只要有飯吃就行。”戴維追問一句：“你將來不會后悔?”法拉第堅定地說：“我決不后悔!”就這樣，法拉第踏進了科學的殿堂。

人窮志堅的少年

1791年9月22日，法拉第出生在英國紐因敦城一個普通的鐵匠家庭。一家6口，靠父親打鐵糊口。為了維持生活，法拉第12歲當報童。

法拉第童年生活設有留下更多的記載。根據他后來的回憶，他的-童年是在饑餓中度過的，有時候一條面包要當一星期的口糧，每天早晚各吃一小塊，這樣就不至于完全挨餓，當然也不可能有一頓完全吃飽。幼年生活的困苦，鍛煉了法拉第樸素而堅忍的性格。

從13歲到21歲，法拉第在里波先生的書店里當了8年學徒。在將近3000個夜晚，法拉第把時間都用在讀書和實驗上。勞動了一天，他依然在微弱的燭光下堅持讀書。書本把他帶到了一個奇妙的世界。他自己說：“我特別喜歡閱讀科學書籍。”在他讀到的書籍中，他最愛看的是《大英百科全書》，特別是富蘭克林這些先驅者的電學知識，使他受益匪淺。

里波先生的書店在倫敦很有名氣，皇家學會很多會員，都樂意把自己的科技書籍送來裝訂。顧客中有位當斯先生很喜歡法拉第，有一次他送給法拉第4張入場券，讓他去皇家學院聽大化學家戴維的講座。

1812年2月的一個晚上，法拉第生平第一次跨進皇家學院的大門，坐在階梯形的講演廳里。戴維講的題目是發熱發光物質，講得輕松、透徹。法拉第被深深地吸引住了，他一連聽了戴維的4次講座。他把4次聽講的筆記仔細整理以后，用漂亮的皮封面裝訂成冊。他經常輕輕地翻閱，多么渴望能從事科學研究工作啊!

于是，他決定寫信給當時的英國皇家學會會長班克斯爵士，要求在皇家學院找個工作，哪怕在實驗室里洗瓶子也行。他心神不寧地等了整整一個星期，音信全無。他忍不住跑到皇家學院去打聽，得到的回音只是冷冰冰的一句話-“班克斯爵士說，你的信不必回復!”

法拉第又一次向命運挑戰了。他鼓起勇氣給戴維寫信，并且把裝訂成冊的戴維4次講座的筆記一起送去。法拉第的身世和熱情打動了戴維。戴維決心在皇家學院給這位青年人謀一職位。起初他只干些刷洗瓶子、打掃衛生的雜活。由于他干得出色，幾個月后，碰巧皇家學院的實驗室需要一名實驗助手，戴維征詢法拉第的意見，法拉第毫不猶豫地接受了這一工作。在戴維的幫助下，科學圣殿的大門向學徒出身的法拉第打開了!

打開電力時代的大門

1813年，戴維夫婦去歐洲大陸游歷，他們帶著法拉第作為秘書。這次旅游進行了18個月，這對法拉第的教育起了重大作用。他見到了許多著名的科學家，如安培、伏特、阿拉戈和蓋·呂薩克等。歐洲之行使法拉第受益匪淺，正是安培和伏特對電的研究啟發了法拉第，使他后來產生了將磁轉化為電的想法。因為法拉第看到電流可以從伏打電池中產生，但伏打電池成本太高，所產生的電量又有限，既然地球本身就是一個大磁石，那么自然界中磁就有的是，如果能從磁石中產生出電流來，便能夠以很低的成本獲取大量的電流。法拉第下決心一定要搞清電磁的關系。他在日記本中寫上了一個警句：“由磁產生電!”正是他的艱苦研究和偉大發現——由磁感應的電流產生，人類獲得了打開整個電能寶庫的鑰匙，使蒸汽時代進入電氣時代成為可能。

1820年，物理學界發生了一件大事：丹麥科學家奧斯特發現了電流的磁效應，第一次揭示出電和磁的密切聯系。29歲的法拉第被這個重大發現所吸引。他以極大的興趣重復了奧斯特的實驗。果然，南北指向的磁針在通電導線下面會轉成東西方向。這是為什么呢?懷著極大的興趣，法拉第毅然決然闖進了電磁學這個未知的領地，沿著化學家奧斯特的發現繼續深入探索。

年輕的法拉第專門設計了一套裝置進行電磁研究。他將兩個緊密耦合而又互相絕緣的組合線圈與開關、電瓶和電流計分別連接，試圖反其道而行之，使初級線圈接通電流后，次級線圈能夠感應出電流來。但是事與愿違，法拉第的實驗重復了無數次，卻每次都在希望中開始，在失望中結束。

“鍥而不舍，金石可鏤”。經過反復不斷地改進、實驗和百折不撓地努力，法拉第終于在1831年的秋天迎來了他一生中最難忘的一年。在他的實驗室里，法拉第解開了一直為大家所困擾的謎：磁鐵和初級線圈一樣穿過次級線圈環，電流計的指針也隨著磁鐵的運動而擺動。原來是通過次級線圈的磁通量的變化引起了感應電流。換句話說，正是運動的磁產生了電流，法拉第醞釀和追求了10年的理想終于實現啦!這就是著名的電磁感應現象!它繼奧斯特等人的實驗之后，進一步揭示出電和磁互相轉化的辯證關系，為近代電磁學奠定了基礎。也正是在這個基礎上，法拉第制造出世界上第一臺感應發電機。

為了定量表述電磁感應規律，法拉第設想一種曲線，它的任意一點的切線方向都與磁力在這一點上的方向一致，這種曲線就是磁力線，磁力線可以充滿整個空間。他于1837年又進一步提出了“場”的全新概念，但是這一學說在當時遇到了極大的阻力，不被人理解。因為當時牛頓力學是物理學的主宰，“超距作用”觀念不但支配了天體力學，也影響到電磁學。人們普遍認為力的傳遞，包括電力和磁力，是即時而超距的。

法拉第從大量的實驗事實出發，對“超距觀念”提出了懷疑。他相信“物質到處存在，沒有不被物質占有的中空地帶”，因此電力和磁力不能憑空傳遞。法拉第經過十幾年的醞釀，終于找到了杰出的“力線”概念，認為導線中感應電流的大小完全取決于導線切割磁力線的數目。用這種全新眼光來觀察，電荷或磁極周圍布滿了向各個方向散發出去的力線，電荷或磁極就是力線的起點。從這一事實出發，法拉第把布滿磁力線的空間稱為磁場，磁力就是通過連續的場傳遞的。這樣，法拉第“場”理論動搖了牛頓力學的神圣殿堂。但這一觀點只能以直觀形式表達，缺乏嚴謹的體系和精確的數學語言，因而他這些卓越的思想被粗糙的表現形式所掩蓋。這一缺憾由后來的麥克斯韋彌補了，當麥克斯韋方程以簡潔的形式表現出“場”的狀態和電磁光的統一關系時，人們才清晰地看到了法拉第電磁觀點耀眼的光輝。

一專多能的科學家

雖然法拉第的杰出貢獻是在物理學方面，但他最初的成就卻是在應用化學上。

早在1816年，25歲的法拉第就在《科學季刊》上發表了第一篇化學論文。1818年，他寫了一篇關于火焰的學術報告，大膽指出了名家理論的謬誤。這篇論文標志著法拉第科學上的準備時期已經結束，他終于成長為一名年輕有為的化學家。1820年起，法拉第開始把化學分析應用于社會和生活，他曾為東印度公司化驗硝酸鈉，為英國海軍部化驗食物和海水樣品。他用實驗發明了液化氣體的方法，發現了苯這種有機物，從而為有機化學做出了杰出的貢獻。

1834年，法拉第在電化學領域做出了卓越的貢獻。他在戴維多年工作的基礎上，發現了著名的電解定律。這個定律找出了電解的時候物理現象和化學現象定量的聯系，成為化學的基本定律。電化學的開創人是戴維，法拉第把它發揚光大了。

法拉第還對電解質和電導體進行了深入的研究。在實驗中，他感到當時電學中沿用的舊名稱很混亂，不但詞不達意，還常有謬誤。法拉第認為隨著新的電學理論的出現，有必要對舊名稱來一次清理。他斷然廢除了一些過時的舊名稱，更換了新名。比如電極、陽極(正極)、陰極(負極)、電解質、電解離子等，就是法拉第首先使用的。這些名詞一直沿用到現在。

做一個平凡的人

由于對電磁學的巨大貢獻，法拉第在晚年獲得全世界的敬重。各國授予他的獎章、榮譽稱號像春天的鮮花一樣繁多。他堅忍不拔的精神和純樸無私的人格，使許多人傾倒，著名科學家、作家都以能和他結識為榮。面對花團錦簇的榮譽，法拉第始終虛懷若谷，從來不把自己看成一個偉人。法拉第不計較名譽地位，拒絕了制造商的高薪聘請，謝絕了大家提名他為皇家學會會長和維多利亞女皇授予他的爵位，終身在皇家學院實驗室工作，甘愿當個平民。退休以后，法拉第還念念不忘皇家學院實驗室，經常去那里掃地、擦桌子、整理儀器。

不但如此，他還擁有一副熱心腸，只要是對公眾有益的事情，他從不推卻。當初，有人請他給一座燈塔當技術顧問，他盡管工作繁忙，還是愉快地承擔了，并且幾十年如一日，對燈塔的照明設施做了許多技術改進。每當法拉第看見燈塔在濱海的暮色中閃亮的時候，心里就感到無限的愉快。當人們去拜望法拉第時，可以看見一位白發飄逸、衣著簡樸的老人，坐在門外凝望著田野和壯麗的落日，他的表情恬靜，眼里含著快樂的光芒。

1867年8月25日，法拉第坐在書房的椅子上安詳地離開了人世，終年76歲。遵照他的“一輩子當個平凡的邁克爾·法拉第”的意愿，他的遺體被安葬在海洛特公墓，墓碑上只刻著三行字：邁克爾·法拉第，生于1791年9月22日，死于1867年8月25日。

人造神經網絡(1943年)

沃倫·麥卡洛克(1898～1972年)，瓦特·皮茨(1924～)

與人腦不同，常規電腦只能機械地服從程序指令，無法觸類旁通。而人造神經網絡可以模仿人腦進行信息處理。

在人腦中，信息通過“聯會”在幾十億個神經細胞(神經元)之間傳遞。神經細胞分支眾多，每個分支又聯結著成千上萬的神經元，因而神經網絡錯綜復雜，具有強大的計算能力。

1943年神經生物學家沃倫·麥卡洛克與邏輯學家瓦特·皮茨在美國合作開發出人造神經元。但在20世紀70年代常規電腦問世以前，人造神經元的研究一直進展遲緩。信息處理單元和神經元相似，可以進行程序控制，各單元可根據不同的網絡結構而聯結在一起。人造神經網絡通常包括一個輸入層、一個輸出層、一個或多個“隱蔽”層。在簡單的人造神經網絡中，信號只能單向傳遞，在處理需要格式確認的問題時，輸出必須連接特定的輸入。而處理諸如聲音識別之類的復雜問題時，各層間必須能夠進行信息反饋。在這種情況下，人造神經網絡的內部聯結模式處在不斷調整中，直至達到均衡狀態——表明任務已經完成。

人造神經網絡極具可塑性，可以對有代表性的例子進行歸納。在復雜多變的數據中找到某個格式就需要這種能力。例如，在醫學中，這種能力可以用來分析心電圖診斷疾病，或分析人體組織的照影來確診癌癥。它也被應用于大腦的基礎研究。

神經沖動(1952年)

阿蘭·勞埃德·霍奇金(1914～1998年)，安德魯·菲爾丁·赫胥黎(1917～)

信息沿神經纖維(或稱“軸突”)的傳遞是由被稱為“動作電位”的電波進行的。1952年，英國生理學家阿蘭·霍奇金和安德魯·赫胥黎對動作電位的產生及其沿軸突的傳送做出了詳細的解釋。霍奇金、赫胥黎和約翰·埃克爾斯分享了1963年度的諾貝爾生理和醫學獎。

霍奇金和赫胥黎研究了魷魚的大軸突，因為它大小適中，易于獲取，是研究動作電位的電波和生理變化的良好范本。處于靜止狀態時，軸突膜發生極化，導致內側負電荷的鈉原子或離子通過軸突膜的專門通道大量涌入，短暫的正電反饋作用為鈉離子放開了新的通道。隨著越來越多的鈉離子的涌入，去極化的幅度也不斷增加，鈉離子通道開始關閉，其他通道則開始開放，導致鉀離子被排出細胞，并最終使軸突膜恢復到原先的平衡狀態。根據通過軸突膜的電壓情況，這些通道通過開放和關閉來加以調節。

霍奇金和赫胥黎進一步研究所得出的方程式可以非常準確地預測動作電位沿軸突運行的速度和力量。他們的研究也有助于解釋動作電位長距離運行后為什么不會減損，這種特性對于神經系統中的信息高效傳遞具有重大意義。他們的模式具有普遍意義，不僅適用于魷魚大軸突，也適用于很多其他類型的可興奮細胞，以及各種活動神經結構，例如樹突和觸突。

神經細胞的生長(1952年)

麗塔·萊維～蒙塔爾奇尼(1909～)，斯坦利·科恩(1922～)

二戰期間，一間位于意大利的家庭實驗室對于一位才華橫溢的女科學家而言似乎是個前途黯淡的地方。恐怕沒有人能夠想到在里面從事研究，每天都生活在反猶太迫害恐懼中的這位女性竟然最終榮獲了諾貝爾獎。麗塔·萊維一蒙塔爾奇尼是都靈大學的醫學畢業生，當時并沒有人看好她。但她最終由于對神經細胞生長的研究而名聞天下。

在化學和生長因素的引導下，周圍神經系統的生長細胞向肌肉等特定目標發射軸突。但是直到20世紀40年代后期，人們對這些因素的本質才有所了解。萊維一蒙塔爾奇尼的研究證明，截肢會影響小雞胚胎周圍神經細胞的生長。二戰結束后，她來到位于圣路易斯的華盛頓大學維克托·漢伯格實驗室繼續她的研究。她的一個重大發現就是：神經細胞的生長、分化和死亡都是胚胎發育的正常方面，它們的存活數目與目標組織的體積有關。比如說，如果胚胎被截去一肢，背足神經節的神經細死亡率就會大大升高。正常情況下，該組織負責向發育中的肢體提供神經纖維。

1952年，萊維一蒙塔爾奇尼發現移植到小雞胚胎中的老鼠腫瘤可以產生一種擴散物質，這種物質可以促進腫瘤附近神經細胞的生長。在神經細胞培養中可以模擬再現這種情況。1954年，斯坦利·科恩對這種被稱為“神經增長素”的物質進行了分離和化學分析。

神經增長素是所謂的“嗜神經素”的一種，通過細胞表面的神經末梢起作用，以它們為基礎的治療方法有望在幫助成年人修復神經方面起到巨大作用。

視覺的化學基礎(1956年)

喬治·沃爾德(1906～1997年)

當光束——稱為光子一進入眼睛并觸及視網膜時，它包含的能量就要經過一系列復雜的步驟轉化成電波信號，經視網膜到達視神經，然后進入大腦。這個過程的第一個階段涉及桿細胞和錐細胞中的視色素，也就是視網膜的光感受器。

1956年，從波蘭移民到美國的生物化學家喬治·沃爾德揭示了視覺的化學機理。一戰期間人們就注意到食物中缺乏維生素會導致失明，這就足以表明維生素A在視覺中的至關重要的作用。1933年，當時在哈佛大學的沃爾德成功地將維生素A從視網膜中分離出來。維生素A在視網膜中形成視紫紅質和其他相關的視色素。它們總是由兩部分組成：無色的視質蛋白，遍布于桿細胞和錐細胞的盤狀外膜中；視黃醇，位于視質深層并與之相連，它由維生素A轉化而來。

與光子接觸后，視黃醇吸收了光能，形狀由“扭結”變“直”。分子中的視蛋白轉化成一種活躍的酶，引發一連串的反應，導致感光細胞和視覺神經細胞的連接處釋放出某種傳遞素。

與光接觸，視質很快就釋放出視黃醇。由于部分視黃醇受到破壞而且不可循環再生，因而必須加以補充，從而導致維生素A被消耗殆盡。人體自身無法產生維生素A，但植物中的胡蘿卜素分子中含有維生素A，這就是為什么吃胡蘿卜對視力有好處，而新鮮蔬菜缺乏會導致維生素A缺乏癥和失明。