نویسنده: جان گریبین
مترجم: رضا خزانه



 

تا پایان قرن هجدهم، مدل نیوتون درباره نور به عنوان جریانی از ذرات، بر مدل موجی رقیب چیرگی داشت. این تعبیر از یک سو به خاطر ابهت مقام نیوتون به عنوان مردی خردمند و از سوی دیگر از آن جهت بود که مدل ذره ای واقعاً از هر نظر بهتر از مدل موجی، تأیید کننده مشاهدات بود. اما حدود یکصد سال بعد، بینش جدیدی از نور توسعه پیدا کرد. این درک اولاً نشان داد که نیوتون به هیچ وجه در اظهارنظرهای خود لغزش ناپذیر نبوده است و بعدها در اوایل قرن بیستم آشکار شد که حتی قوانین حرکت او نیز، آخرین حرف را در علم مکانیک نمی زند. نفوذ نیوتون پیشرفت را در این زمینه کند کرد، گر چه در اواخر قرن هجدهم، بجز کار هویگنس که قبلاً به آن اشاره شد، شواهد تجربی کافی در دست بود که اگر با شور بیشتری دنبال می شد، این احتمال وجود داشت که مدل موجی چند دهه زودتر مورد قبول عام واقع شود. در واقع حتی پیش از آنکه نیوتون وارد صحنه شود، شواهدی مبنی بر حرکت موجی نور وجود داشت، اما اهمیت این کار در آن زمان شناخته نشد. این شواهد را فرانچسکو گریمالدی (1663-1618)، فیزیک دان ایتالیایِی، جمع آوری کرد که در کالج ژزوئیت شهر بولونیا، استاد ریاضی بود. او هم همان طور که نیوتون پس از او چنین کرد، با استفاده از گذراندن باریکه ای از نور از سوراخ کوچکی در اتاقی تاریک به مطالعه خواص فیزیکی آن پرداخت. او متوجه شد که اگر این باریکه نور از سوراخ کوچک دومی عبور کند، تصویر لکه نور روی پرده، دارای فریزها (حلقه های) رنگارنگی است که اندکی بزرگ تر از لکه ای است که در اثر تابش مستقیم (بدون عبور از سوراخ دوم) روی پرده می افتد. او به درستی نتیجه گرفت که نور، هنگام عبور از سوراخ، اندکی به سمت خارج خمیده می شود و این پدیده را «پراش» نامید. او همچنین مشاهده کرد که اگر جسم کوچکی (مانند لبه چاقو) در مسیر باریکه نور قرار گیرد، سایه جسم روی پرده، در جایی که نور در اطراف لبه پراشیده و به طرف سایه نفوذ کرده است، نوارهای رنگین ایجاد می کند.(1) این امر گواه مستقیمی بر حرکت موجی نور است و همین اثر زمانی که امواج دریا یا امواج روی دریاچه، از موانع یا فواصل بین این موانع حرکت می کنند، مشاهده می شود. اما در مورد نور، از آنجا که طول موج ها بسیار کوچک اند، اثرات آن قدر ریزند که باید آنها را با اندازه گیری های بسیار دقیق آشکار ساخت. کار گریمالدی دو سال پس از مرگ او تحت عنوان فیزیک و ریاضی نور، رنگ و رنگین کمان (Physico-Mathesis de lumine,coloribus, et iride) منتشر شد. او دیگر زنده نبود تا ایده های خود را توسعه دهد یا از آنها دفاع کند. چنین به نظر می رسد که معدودی هم که کتاب او را در آن زمان خوانده بودند، مایل نبودند (یا نمی خواستند) که آزمایش های دقیقی برای تأیید این نتایج انجام دهند. یکی از خوانندگان این کتاب که می باید متوجه اهمیت آن شده باشد، خود نیوتون بود که هنگام درگذشت گریمالدی، 21 سال داشت. اما به نظر نمی رسید که او ارزش قدرت اثبات های گریمالدی را مبنی بر اینکه نه بازتاب و نه پراش نور قادر به توضیح این پدیده است، درک کرده باشد. گمانه زنی در این باره که روند تحول علم در صورتی که نیوتون با خواندن کتاب گریمالدی به مدل موجی تمایل پیدا می کرد چگونه بود، وسوسه انگیز ولی در نهایت بی فایده است.

مدل موجی نور دوباره رونق می گیرد

پس از آنکه نیوتون در سال 1727 درگذشت، هر چند مدل ذره ای نور، تا پایان قرن هجدهم بر سر قدرت بود، اما افرادی که برجسته ترین آنها لئونارد اویلر، ریاضی دان سوئیسی بود، که قبلاً نیز به او اشاره کردیم، به بررسی راه های دیگری مشغول بودند. از اویلر بیشتر به خاطر دستاوردهایش در زمینه ریاضیات محض و بسط ایده اصل کمترین کنش یاد می شود (این اصل بیان می کند که طبیعت تنبل است؛ یکی از نمادهای این اصل آن است که نور همیشه در راستای خط مستقیم، کوتاه ترین مسیر را می پیماید.) کار اویلر راه را به ژوزف لاگرانژ (1813-1736) نشان داد تا به نوبه خود مبنایی برای یکی از تشریح های ریاضی دنیای کوانتومی در قرن بیستم فراهم کند. اویلر، همان طور که اشاره شد، علائم ریاضی مانند π، e و i را در ریاضیات معرفی کرد و خود نمونه ای قدیمی از خطرات نگاه کردن مستقیم به خورشید بود. در سال 1733، زمانی که در سنت پترزبورگ استاد ریاضی بود، این عمل نابخردانه به قیمت از دست دادن قدرت دید چشم راست او تمام شد. این رویداد برای او دو چندان ناگوار بود زیرا در اواخر دهه 1760 در اثر ابتلا به آب مروارید، چشم چپش را نیز از دست داد. اما همه این بدشانسی ها تأثیری در دستاوردهای شگفت او نگذاشت.
اویلر مدل نور خود را در سال 1746، زمانی که در آکادمی علوم فردریک کبیر در برلن کار می کرد، منتشر کرد (بعداً کاترین کبیر او را به سنت پترزبورگ فرا خواند و او روزهای پایانی عمر خود را در آنجا سپری کرد). قدرت اصیل استدلال اویلر بر این اساس استوار است که او با استفاده از مدل خود، با دقت تمام، مشکلات مدل ذره ای، از جمله مشکل توضیح پراش نور را توضیح داد و همچنین شواهدی دال بر حمایت از مدل موجی ارائه کرد. او به نوعی همانندی بین امواج نور و امواج صوتی اشاره کرد و در نامه ای که در دهه 1760 نوشت، اظهار کرد که نور خورشید «نسبت به اتر مانند صوت نسبت به هوا است» و خورشید را «ناقوسی دانست که حلقه هایی از نور از خود گسیل می کند»(2) این همانندی، به رغم وضوح و روشنی، در بهترین حالت ناقص است و نشان می دهد که مدل موجی در اواسط قرن هجدهم، راه درازی تا توسعه کامل در پیش داشت؛ در واقع شگفت انگیز نیست که دنیای فیزیک، تا زمانی که توسعه فنون آزمایشی در قرن نوزدهم دیگر جای تردیدی باقی نگذاشت، آمادگی نداشت تا دیدگاه خود را نسبت به ماهیت نور تغییر دهد. اما اولین کسی که تأثیر عمده ای در تحول عقاید و افکار بر جای گذاشت. هنگام درگذشت اویلر در سال 1773، ده ساله بود.

توماس یانگ: آزمایش دو شکاف او

توماس یانگ در 13 ژوئن سال 1773 در میلورتون (Milverton) واقع در سامرست (Somerset) (انگلستان) به دنیا آمد. او کودکی نابغه بود که در دو سالگی انگلیسی و در شش سالگی لاتین می خواند و به زودی فراگیری زبان های یونانی، فرانسوی، ایتالیایی، چالدانی، سریانی، سومری، عربی، فارسی، ترکی و اتیوپیاپی را شروع کرد. او تا 16 سالگی به فراگیری این زبان ها مشغول بود. یانگ با توجه به اینکه خانواده ثروتمندی داشت (پدرش بانک دار بود)، از این آزادی برخوردار بود که کم و بیش هر کاری را که میل داشت انجام دهد و در زمان کودکی و نوجوانی آموزش رسمی اندکی دید. واضح بود که او به این آموزش نیاز نداشت، چرا که مطالعات شخصی خود را در سطح وسیعی انجام می داد و اولین علاقه او (همان طور که از فهرست زبان ها پیداست)، تاریخ دوران باستان و باستان شناسی خاورمیانه بود. او به موازات این مطالعات، فیزیک و شیمی و بسیاری چیزهای دیگر را نیز آموخت. یانگ در سن 19 سالگی، تحت نفوذ ریچارد براکلزبای (Richard Brocklesby)(1797-1722 (، عموی پدرش، که پزشک برجسته ای بود، کارآموزی در رشته پزشکی را آغاز کرد و قصد داشت که به عموی پدرش بپیوندد و روزها به جای او در مطب کار کند. او در لندن، ادینبورو و گوتینگن تحصیل کرد و در سال 1796 مدرک دکترای خود را در آنجا گرفت. سپس برای مدت چند ماه به آلمان سفر کرد و مدتی را هم در کمبریج گذراند (عموی پدرش در همین ایام درگذشت). تا همین زمان او در محافل علمی به خوبی شناخته شده بود. او در سال اول تحصیل پزشکی، ساز و کار متمرکز کننده چشم را کشف کرد (چگونگی تغییر شکل عدسی های چشم توسط عضلات چشم) و در نتیجه در سن 21 سالگی به عضویت انجمن سلطنتی در آمد. در مدت دو سالی که در کمبریج و در کالج امانوئل اقامت داشت، او را به علت مهارت و سطح وسیع اطلاعاتش یانگ «پدیده» می نامیدند. ریچارد براکلزبای، خانه و ثروت خود را در لندن برای یانگ باقی گذاشت. در سال 1800، یانگ 27 ساله به لندن رفت و در مطب پزشکی خود مستقر شد. با این وجود که در تمام مدت عمر خود در رشته پزشکی فعال بود و از سال 1811 تا زمان مرگش (در 10 مه سال 1829) پزشک بیمارستان سنت جورج لندن بود، اما این فعالیت ها مانع از آن نشد که به مشارکت وسیع علمی خود ادامه ندهد. اما نقطه ضعفی نیز در کار مشهود بود. یانگ از سال 1801 تا 1803 سخنرانی هایی در انجمن سلطنتی ایراد کرد که با موفقیت روبه رو نشد، زیرا سطح این سخنرانی ها از توان درک بیشتر شنوندگان تجاوز می کرد.
یانگ در میان علایق دیگر خود به درستی، علت آستیگماتیسم را با توجه به ناصافی های منحنی قرنیه چشم توضیح داد. او اولین کسی بود که به تشخیص رنگ هایی پی برد که از طریق ترکیب سه رنگ اصلی (قرمز، سبز، آبی) به وجود می آید و بر روی گیرنده های چشم اثر می گذارد (و به این وسیله توضیح داد که علت کوررنگی، ناکارآمدی یک یا چندتای این گیرنده هاست). او همچنین اندازه مولکول ها را برآورد کرد (همان طور که در فصل قبل اشاره شد). او دبیر خارجی انجمن سلطنتی بود و نقش راهنمایی در کشف نوشتار سنگ روزتا (Rosetta Stone) ایفا کرد، هر چند ارزش این کار او فوراً شناخته نشد زیرا این کار، بدون ذکر نام، در سال 1819 انتشار یافت. اما موضوعی که برای ما اهمیت دارد، کاری است که بیش از هر چیز دیگر نام یانگ را به زبان می آورد. این کار آزمایش های او در رابطه با نور بود که حرکت نور را به صورت موج به اثبات رساند.
یانگ در پایان دهه 1790 در کمبریج، آزمایشی با پدیده تداخلی نور انجام داد. او در سال 1800 در نوشته ای با عنوان شرح آزمایش ها و بررسی ها در مورد صدا و نور (Outlines of Experiments and Enquiries Respecting Sound and Light) مدل های متضاد و رقیب نیوتون و هویگنس را با یکدیگر مقایسه کرد و به پشتیبانی از مدل هویگنس «برخاست». او نظر داد که رنگ های مختلف نور مربوط به طول موج های متفاوت آن است. او در سال 1801 گام کلیدی خود را درباره این موضوع با استفاده از ایده تداخل امواج نور برداشت. این حالت دقیقاً مانند نحوه تداخل امواج آب با یکدیگر در استخری از آب است که نقش پیچیده ای از برآمدگی ایجاد می کند (به عنوان مثال اگر دو سنگ ریزه در دو مکان مختلف در استخری از آب ساکن انداخته شود). یانگ توضیح داد که چگونه می توان پدیده ای که نیوتون مشاهده کرده بود، یعنی حلقه های نیوتون را به وسیله تداخل توضیح داد. او از داده های آزمایش خود نیوتون استفاده کرد و طول موج نور قرمز را متر (در واحدهای جدید) و نور بنفش را متر محاسبه کرد. این اعداد با اندازه گیری های جدید مطابقت دارد و نشان می دهد که نیوتون تا چه اندازه آزمایشگری خوب و یانگ، نظریه پرداز برجسته ای بود. یانگ سپس به طراحی و اجرای آزمایشی پرداخت که به نام او معروف است، آزمایش دو شکاف.
در آزمایش دو شکاف، نور (بهتر آن است که نور تک رنگ یعنی دارای یک طول موج باشد، گر چه رعایت این شرط ضروری نیست) از شکاف باریکی روی قطعه ای از مقوا می گذرد («باریک» به این معنا که عرض آن در حدود اندازه طول موج، یعنی نزدیک به یک میلیونیم متر باشد؛ بنابراین شکافی که به وسیله یک تیغ ایجاد شود کافی خواهد بود). نور از این شکاف پخش می شود و بر روی مقوای دیگری که در آن دو شکاف مشابه موازی وجود دارد می افتد. نوری که از این دو شکاف خارج می شود، به نوبه خود پخش می شود و روی یک پرده الگویی از نور و سایه به وجود می آورد که «الگوی تداخل» نامیده می شود. یانگ توضیح داد که در مکان هایی که نور از دو شکاف به صورت امواج هم فاز به پرده می رسند، برآمدگی دو موج با یکدیگر جمع شده و نور ایجاد می کند؛ در مکان هایی که نور از دو شکاف به صورت امواج ناهم فاز به پرده می رسد، تاریکی ایجاد می شود زیرا برآمدگی یکی از امواج، توسط فرورفتگی موج دیگر خنثی می شود. فاصله های دقیق الگویی که روی پرده ایجاد می شود، به طول موج های نور بستگی دارد و می توان آنها را با اندازه گیری فواصل و نوارهای روی الگو محاسبه کرد. اگر رفتار نور را به صورت ذره هایی مانند گلوله های توپ که در هوا مثل برق حرکت می کنند در نظر بگیریم، مطلقاً راهی برای توضیح این پدیده وجود ندارد. یانگ این کار را به طور اساسی در سال 1804 تکمیل کرد و در سال 1807 نوشت:
نوار وسط الگو همیشه نورانی است و نوارهای روشن در دو طرف انتهای الگو ناشی از پرتو نوری هستند که مسافت بیشتری را طی می کند، در حالی که پرتو نور دیگر که از شکاف دوم می آید مسافت کمتری طی می کند. نوارهای نورانی ناشی از حالتی است که اختلاف فاصله میان دو شکاف معادل یک، دو، سه و یا بیشتر طول موج هاست، در حالی که نوارهای تاریک ناشی از اختلاف معادل نیم، یک و نیم، دو و نیم و یا به همین ترتیب طول موج است.(3)
یانگ ده سال بعد این مدل را بهبود بخشید. او گوشزد کرد که امواج نور از طریق «حرکت موجی» عرضی به وجود می آیند و از یک طرف به طرف دیگر حرکت می کنند. امواج نور مانند صوت، امواج طولی (با حرکت به سمت جلو و عقب) نیستند. همکاران او نه تنها متقاعد نشدند بلکه کار یانگ درباره نور، در میان همکاران او در انگلستان سوءظن ایجاد کرد. این ادعا که اظهارات نیوتون اشتباه بوده است، آنها را خشمگین کرد و به نظر آنها مسخره می آمد که حاصل جمع دو باریکه نور، تاریکی تشکیل دهد. یانگ که در بسیاری از موارد دیگر نیز همکاران خود را به مبارزه طلبیده بود، از این واکنش ها رنجیده نشد. پیشرفت علم هم متوقف نشد زیرا شواهد مشابهی در تأیید مدل موجی، تقریباً بلافاصله از کشور فرانسه سر رسید که در آن زمان دشمن سرسخت انگلستان بود.
آگوستن فرنل (Augustin Fresnel) در 10 مه سال 1788 در بروگلی (Broglie) واقع در استان نرماندی به دنیا آمد. او پسر معماری بود که برای نجات از آشوب انقلاب فرانسه به منزل ییلاقی خود در نزدیکی شهر کان پناه برده بود (یادآور وضعیت خانواده دریسی و ژرژ کوویه). فرنل تا 12 سالگی در خانه تحصیل کرد. سپس تحصیلات خود را در مدرسه اکول سنترال (Ecole Central) ادامه داد و در سال 1804 برای تحصیل در رشته مهندسی به پاریس رفت. در سال 1809 مدرک مهندسی ساختمان گرفت و در نواحی مختلف فرانسه در طرح های راه سازی مشغول به کار شد. فرنل در حین اشتغال، علایق خود را به علم نورشناخت پی گرفت، اما چون در خارج از محفل دانشمندان حرفه ای پاریس کار می کرد، به نظر می رسد که از کار یانگ در این زمینه آگاه نبود؛ شگفت آورتر آنکه به نظر می آید او از کارهای هویگنس و اویلر نیز بی اطلاع بود و توسعه مدل موجی نور خود را از صفر شروع کرد. فرنل این موقعیت را داشت که مدل خود را تا اندازه ای از طریق سیاست توسعه دهد. گر چه او به عنوان کارمند دولت، بدون سر و صدا در رژیم ناپلئونی کرده بود، اما زمانی که ناپلئون از متحدین شکست خورد و به جزیره الب (Elba) تبعید شد، فرنل هم مانند بسیاری از هم عصران خود سلطنت طلب از آب درآمد. زمانی که ناپلئون در سال 1815 برای مدت 100 روز از تبعید گاه خود به فرانسه بازگشت، فرنل یا از پست خود کنار گذاشته شد و یا به عنوان اعتراض کار خود را ترک کرد (در این زمینه روایت های متضادی وجود دارد). فرنل به نرماندی تبعید شد و در آنجا در خانه خود تحت نظر قرار گرفت. در این ایام بود که به اندازه کافی فرصت یافت تا ایده های خود را درباره نور شناخت توسعه دهد، پیش از آنکه ناپلئون برای همیشه از فرانسه خارج شود. او دوباره به کار مهندسی بازگشت و بار دیگر، مطالعه نورشناخت را که برای او به صورت سرگرمی در آمده بود به بعد واگذار کرد.
رهیافت فرنل به مدل موجی نور بر مبنای پدیده پراش استوار بود، ولی او تنها از یک شکاف باریک استفاده کرد که روی پرده ایجاد شده بود. اگر این شکاف به اندازه کافی باریک باشد، نوارهایی از نور و سایه که مشخصه آن است، در روی پرده ایجاد می کند. بی آنکه وارد جزئیات شویم، آسان ترین راه برای درک این رویداد آن است که تصور کنیم نور از هر سوی شکاف اندکی خم می شود و از هر یک از لبه های آن در راستای دو مسیر اندکی متفاوت حرکت می کند که هر یک پس از طی مسافت متفاوتی نسبت به یکدیگر به پرده می رسند. اما می توانیم این آزمایش را به طریق وارونه نیز انجام دهیم، به این ترتیب که مانعی کوچک (مانند سوزن) را در مسیر باریکه نور قرار دهیم. در این صورت، نور در اطراف این مانع خم می شود (درست مانند اینکه امواج آب در اطراف سنگی در دریا خم می شوند) و نقش پراش را در سایه مانع به وجود می آورد.
نشانی از این واقعیت که ارزش کار یانگ در آن زمان شناخته نشده بود آن است که در سال 1817، آکادمی فرانسه به رغم آگاهی از کار یانگ، جایزه ای برای بهترین توضیح تجربی پراش و ارائه مدلی سودمند تعیین کرد. دو نفر در این رقابت شرکت کردند. کار نفر اول آن قدر بی معنا بود که آکادمی حتی نام او را در سوابق خود ضبط نکرد. دومی فرنل بود که نوشته ای 135 صفحه ای تحویل داد. کار او باید از مانع مهمی عبور می کرد و این مانع البته مدل موجی بود. سه نفر به عنوان داور، برای قضاوت تعیین شده بودند: سیمون دنیس پواسون (1840-1781)، ریاضی دان، ژان باپتیست بیو (1862-1774)، فیزیک دان و پیر سیمون لاپلاس، اخترشناس و ریاضی دان. این داوران ازمدافعان سرسخت نیوتون بودند و در نتیجه از مدل ذره ای نور طرفداری می کردند. آنها تلاش می کردند که اشتباهی در مدل فرنل بیابند و پواسون که ریاضی دان برجسته ای بود، فکر کرد که این اشتباه را یافته است. او محاسبه کرد که طبق مدل موجی فرنل، اگر جسم کوچک گردی (مانند ساچمه ای سربی) در مسیر باریکه نور قرار گیرد، نوری که در اطراف این جسم خمیده می شود، باید دقیقاً در مرکز این جسم، لکه ای از نور ایجاد کند، در حالی که فهم متعارفی می گوید که این لکه باید لکه ای تاریک باشد. این موضوع همان قدر به نظر او غیرعقلانی می آمد که ایده به وجود آمدن تاریکی بر اثر ترکیب دو باریکه نور، ادعایی که مخالفین یانگ مطرح می کردند. اما محاسبات جای تردیدی باقی نگذاشت. همان طور که خود پواسون نوشت:
بگذاریم که نورهای موازی به صفحه ای تاریک بتابد، در حالی که اطراف آن کاملاً شفاف است. در این صفحه البته سایه ای ایجاد می شود. اما مرکز اصلی این سایه روشن خواهد بود. به طور خلاصه در هیچ جایی در امتداد خط عمود بر مرکز صفحه و در پشت آن (بجز درست در پشت صفحه) تاریکی وجود ندارد. در واقع شدت روشنایی به طور پیوسته از صفر در پشت صفحه باریک افزایش می یابد.
در فاصله ای از این صفحه که با قطر صفحه برابر است، شدت روشنایی 80% زمانی است که صفحه در آنجا وجود نداشته باشد. پس از آن، شدت روشنایی به طور آهسته تری افزایش می یابد و به 100% روشناییِ زمانی می رسد که صفحه در آنجا وجود داشته باشد.(4)
از نظر داوران این امر نامعقول به نظر می آمد ولی آن چیزی بود که مدل فرنل پیش بینی می کرد. آنها و رئیس هیئت داوران همانند دانشمندانی صادق متعلق به سنت نیوتونی، شروع به بررسی کردند و فرانسوا آراگو (1853-1786) فیزیک دان، مقدمات انجام آزمایشی را برای سنجش پیش بینی ترتیب داد. لکه روشنایی پیش بینی شده، دقیقاً در مکانی که پواسون بر اساس مدل فرنل پیش بینی کرده بود مشاهده شد. آراگو در مارس سال 1819 به مجمع عمومی آکادمی علوم چنین گزارش کرد:
یکی از اعضای کمیسیون شما، آقای پواسون، از بررسی انتگرال هایی که نویسنده مقاله (فرنل) گزارش کرده بود، به این نتیجه مبهم دست یافت که مرکز سایه پرده دایره ای شکل مات... طوری روشن می شود که گویا پرده ای وجود ندارد. این پیش بینی از طریق آزمایش مستقیم، مورد آزمون قرار گرفت و مشاهدات، محاسبات را کاملاً تأیید می کند.
همان روشی که نیوتون آن را پایه بررسی جهان قرار داده بود، یعنی سنجش از طریق آزمایش مستقیم، نشان داده بود که نیوتون در اشتباه بوده است و نور مانند موج حرکت می کند. از آن لحظه به بعد، مدل موجی نور از حالت فرضیه به نظریه ارتقاء یافت. شهرت فرنل تثبیت شد و به رغم اینکه او دانشمندی پاره وقت بود، با همکاری آراگو کارهای مهمی درباره نظریه موجی نور انجام داد. او در سال 1823 به عضویت آکادمی فرانسه درآمد و در سال 1825 عضو انجمن سلطنتی شد. در سال 1827 مدال رامفورد را، یکصد سال پس از مرگ نیوتون دریافت کرد و چند روز بعد در 14 ژوئیه همان سال در اثر ابتلا به بیماری سل فوت کرد. چند دهه طول کشید تا نظریه موجی به شیوه مناسبی تکمیل شود، به ویژه در نزد فیزیک دانان که در پی فهم ماهیت نور بودند. اما این امر مانع از پیشرفت عملی استفاده از نور نشد. فرنل عدسی کارآمدی از حلقه های شیشه تهیه کرد که هر یک خمیدگی اندک متفاوتی داشت (عدسی فرنل) و ابتدا در فانوس های دریایی به کار گرفته شد؛ نور از طریق رشته جدیدی به نام طیف نمایی، احتمالاً به باارزش ترین ابزار علم بدل شد.
طیف نمایی ابزاری مهم و با ارزش در علم است و شگفت آور است که همیشه در دسترس نبوده و تنها در اوایل قرن نوزدهم کشف شده است. این امر تقریباً مانند آن است که بگوییم که قبل از سال 1800، هیچ کس نمی دانست که پاپ کاتولیک است. اما مانند بسیاری از پیشرفت های علمی، طیف نمایی باید در انتظار فناوری مناسب می ماند تا به ابزاری راهگشا بدل شود. این فناوری شامل ترکیبی از منشور یا ابزار دیگر پخش نور به طیف رنگین کمانی رنگ ها بود و به میکروسکوپی نیاز داشت که بتوان از آن برای بررسی جزئیات دقیق طیف استفاده کرد.

خطوط فرانهوفر

اگر نور را ازدیدگاه طیف نمایی مطالعه کنیم، متوجه خطوط بسیار مشخص و کاملاً آشکاری در طیف می شویم که بعضی روشن و بعضی تاریک هستند. اولین کسی که متوجه این نکته شد، ویلیام وولاستون (William Wollaston)(1828-1766)، فیزیک دان و شیمی دان انگلیسی، بود که نور خورشید را از منشوری گذراند و طیف بزرگ نمایی شده را بررسی کرد. او در سال 1802 چند خط تاریک را در این طیف مشاهده کرد. وولاستون به طور کلی دانشمند خوب درجه دومی بود که عناصر رودیوم و پالادیوم را کشف کرد و یکی از اولین طرفداران نظریه اتمی دالتون بود اما سهم مهمی در علم نداشت. او به دلایل نامعلومی کشف خطوط تاریک طیف نور خورشید را پی نگرفت و ادامه کار را به یوزف فرانهوفر (1826-1787)، فیزیک دان صنعتی آلمانی، واگذار کرد. او همان کشف را به طور مستقل در سال 1814 انجام داد و به طور سرنوشت سازی، آن را تا بررسی کامل پدیده دنبال کرد. به همین جهت خطوط طیف نور خورشید، خطوط فرانهوفر نامیده می شوند. فرانهوفر در سال 1821 روش دیگری برای پخش نور اختراع کرد که توری پراش (Diffraction grating) نامیده می شود (همان طور که از نامش پیدا است، عملکردش کاملاً به ماهیت موجی نور بستگی دارد). اما همه این دستاوردها به موجب اشتغال فرانهوفر در آزمایشگاه نورشناخت شرکت دستگاه های علمی مونیخ بود. او در آنجا تلاش می کرد تا کیفیت شیشه ها را برای عدسی ها و منشورهایی که به منظورهای علمی از آنها استفاده می شد، در چارچوب صنعت پیشگام فناوری آن زمان بهبود بخشد. مهارت او موجب ترقی مالی شرکت شد و پایه هایی را بناگذاری کرد که آلمان را به کشوری پیشرو در ساخت دستگاه های اپتیکی در بخش عمده ای از قرن بدل کرد.

مطالعه طیف نمایی و طیف ستارگان

یکی از اولین اکتشافات طیف نمایی فرانهوفر این مورد بود که در طیف نور یک شعله، دو خط روشن زرد رنگ وجود دارد که هر کدام طول موج مشخصی دارند (که به زودی دلیل آن روشن خواهد شد). فرانهوفر در سال 1814 این دو خط زرد رنگ روشن را (که اکنون می دانیم که از سدیم به وجود می آید و علت رنگ زرد چراغ های خیابان نیز هست) به عنوان چشمه تک رنگ نور، برای سنجش خواص نورشناختی شیشه های مختلف به کار برد. او پس از مقایسه تأثیر شیشه در این نور با تأثیر شیشه در نور خورشید، متوجه خطوط تاریک طیف خورشید شد و با تکیه بر کیفیت عالی دستگاه هایی که در اختیارش بود، توانست خطوط بیشتری از آنچه وولاستون تشخیص داده بود، جدا کند. او جمعاً 576 خط بین دو انتهای قرمز و بنفش طیف تشخیص داد و طول موج هر یک از آنها را تعیین کرد. او همچنین خطوط مشابهی در طیف سیاره زهره و ستارگان مشاهده کرد و با نشان دادن اینکه همان خطوط با همان طول موج ها در طیفی که از توری پراش به دست آمده وجود دارد، ثابت کرد که این خواص خود نور است و پدیده ای نیست که حاصل شیشه و منشورهایی باشد که نور از آنها می گذرد. او هیچ گاه درک نکرد که این خطوط چگونه ایجاد می شوند. اما این فرانهوفر بود که استفاده از طیف نمایی را درعلم به حد کمال رساند.
گر چه بسیاری از دانشمندان به بررسی پدیده جدید پرداختند، اما پیشرفت های بعدی باز هم در آلمان توسط رابرت بنزن (1899-1811) و گوستاو کیرشهوف (1887-1824) انجام گرفت که در دهه های 1860 و 1870 در شهر هایدلبرگ کار می کردند. تصادفی نیست که رابرت بنزن همان کسی است که یکی از آشناترین تجهیزات آزمایشگاهی به نام او نامیده می شود، زیرا شعله سوز او در توسعه طیف نمایی نقش کلیدی پیدا کرد.(5) زمانی که جسمی در روی شعله چراغ بنزن داغ می شود، رنگ مشخصی به شعله می دهد که به آن عنصری که داغ می شود بستگی دارد (نباید از دانستن اینکه اجسام محتوی سدیم مانند نمک معمولی رنگ شعله را زرد می کنند، شگفت زده شویم). حتی بدون طیف نمایی، این روش، راه ساده ای برای سنجش وجود احتمالی عناصر خاصی که در جسم مرکبی وجود دارند، فراهم می کند. اما با کمک طیف نمایی می توان از صرف اعلام اینکه جسمی رنگ شعله را زرد، سبز و یا صورتی می کند فراتر رفت؛ می توانیم ببینیم که هر عنصر هنگامی که داغ می شود، الگوی مشخصه ای از خطوط روشن، مانند دو خط زرد که با سدیم ارتباط دارد، ایجاد می کند. سپس هرکجا که این خطوط را در طیف می بینیم، می دانیم که عنصری که با این خطوط ارتباط دارد موجود است، حتی اگر در قرن نوزدهم هنوز نمی دانستیم که چگونه اتم هایی که در جسم وجود دارند، این خطوط را به وجود می آورند. هر الگو شاخصی مثل اثر انگشت یا بارکد است. زمانی که ماده ای داغ می شود، خطوط روشنی ایجاد می کند، مثل اینکه نور از آن می تابد؛ اگر همان ماده در حالت سرد باشد، خطوط تاریکی در طیف به وجود می آورد زیرا این جسم، نور زمینه را دقیقاً در همان طول موج هایی که هنگام داغ بودن تابش می کند، جذب می کند.(6) با انجام مکرر «آزمون های شعله» در آزمایشگاه با عناصر مختلف، ایجاد کتابخانه ای از الگوهای طیف مشخصه برای هر یک از عناصر شناخته شده کار سرراستی است. کیرشهوف در سال 1859 خطوط مشخصه سدیم را در نور خورشید شناسایی کرد. این امر اثبات کرد که در جوّ نزدیک ترین ستاره به ما سدیم وجود دارد. مطالعه خطوط دیگر طیف خورشید و ستارگان، وجود عناصر دیگر را در آنها اثبات کرد. بارزترین نمونه قدرت طیف نمایی آن است که به اخترشناسان این توانایی را می دهد که دریابند که ستارگان از چه موادی تشکیل شده اند. در یک وارونی جالب در این فرایند، پیر ژانسن (Pierre jansen) (1907-1824)، اخترشناس فرانسوی و نورمن لاک یر (Norman Lockyer) (1920-1836)، اخترشناس انگلیسی، الگویی از خطوط طیف خورشید پیدا کردند که با «اثر انگشت» هیچ یک از عناصر موجود در روی زمین مطابقت نمی کرد؛ لاک یر نتیجه گرفت که این خطوط باید مربوط به عنصری باشد که قبلاً شناخته نشده است و نام آن را از روی واژه یونانی هلیوس به معنای خورشید، هلیوم گذاشت. هلیوم در سال 1895 شناسایی شد. تا آن زمان، گر چه به نظر می رسید که معمای ماهیت نور کاملاً حل شده باشد، اما به پاس درک الکتریسیته و مغناطیس در نتیجه کارهای همفری دیوی و دستیار او مایکل فارادی و تکمیل آن توسط جیمز کلرک ماکسول، معمای نور به طور کامل حل شد. این دستاورد به عنوان عمیق ترین بخش فیزیک جدید از زمان نیوتون به بعد محسوب می شود.

مایکل فارادی: مطالعات او درباره الکترومغناطیس

فارادی از این جهت در میان نام های مشهور علم تقریباً بی همتاست که تا قبل از 30 سالگی هیچ کار مهمی نکرد و پس از آن، یکی از مهم ترین کارهایی را که هر کس می تواند در نسل خود (یا در نسل دیگری) به ثمر برساند انجام داد و بهترین کارهایش را پس از 40 سالگی انجام داد. نمونه های نادری از دانشمندان وجود دارند که در سال های واپسین زندگی شان در بالاترین سطح کار کرده اند (آلبرت اینشتین نمونه بارزی است)، حتی اگر در سال های بین 20 و 30 سالگی علائم استثنایی توانایی را از خود نشان داده باشند. به طور یقین، فارادی هم می توانست با در نظر گرفتن دستاوردهای بعدی خود در سال های جوانی همان قدر موفق باشد؛ اما شرایط زندگی اش مانع از آن شد که بتواند حتی در سن 25 سالگی تحقیقات علمی خود را شروع کند. در این سن، اینشتین نه تنها کار درباره اتم ها را که در فصل قبل به آن اشاره کردیم، بلکه نظریه نسبیت خاص و کاری را که به خاطر آن به جایزه نوبل دست یافت انجام داده بود.
خانواده فارادی ساکن ناحیه ای به نام وست مورلاند (Westmorland) درشمال انگلستان بود. جیمز، پدر مایکل، آهنگر بود. او در سال 1791 به همراه همسر خود، ماری، و دو کودک (رابرت که در سال 1788 و الیزابت که در سال 1787 به دنیا آمدند) در جستجوی کار به جنوب نقل مکان کرد. خانواده مدت کوتاهی در نیوینگتن (Newington) که در آن زمان از توابع سوری (Surrey) به حساب می آمد و اکنون جزء لندن شده است اقامت کرد. مایکل در 22 سپتامبر به دنیا آمد. خانواده پس از تولد مایکل به شهر لندن نقل مکان کرد و در اتاقی واقع در طبقه فوقانی جایگاه توقف کالسکه ها در جیکوب ول میوز (Jacob,s Well Mews) در نزدیکی چهارراه منچستر اقامت کرد. در آنجا فرزند دیگر آنها به نام مارگارت در سال 1802 به دنیا آمد. جیمز فارادی آهنگر ماهری بود، اما از ابتلا به بیماری های مختلف رنج می برد و اغلب مجبور بود در کار خود وقفه بیندازد. او در سال 1810 در گذشت. به این ترتیب، فرزندان او در فقر بزرگ شدند و پول اضافی برای کسب امکانات لوکسی از قبیل تحصیل، فراتر از خواندن، نوشتن و حساب پایه را نداشتند (اما حتی همین تحصیل پایه، آنها را از فقیرترین مردم آن زمان متمایز می کرد). با این وجود اعضای خانواده به هم نزدیک بودند، یکدیگر را دوست داشتند و ایمان به مذهب در پایداری و مقاومت آنها تأثیر بزرگی داشت. آنها اعضای فرقه ای مذهبی به نام ساندمانیان بودند که در دهه 1730 از کلیسای پرسبیتارین اسکاتلند انشعاب کرده بود. ایمان محکم اعضای فرقه به رستگاری به آنها یاری می رساند تا سختی های زندگی زمینی را آسان تر تحمل کنند. آموزه های این فرقه در زمینه سادگی، دوری از فخرفروشی یا خودنمایی و تعهد بدون سرو صدا به امور خیریه، به زندگی فارادی جلوه خاصی می داد.
مایکل در 13 سالگی برای جورج ریبو (George Riebeau) که کتابفروشی، صحافی کتاب و آژانس خبری داشت پادویی می کرد. مغازه او در خیابان بلندفورد (Blandford) در مجاورت خیابان بیکر (Baker) و نزدیک محل زندگی خانواده فارادی بود. او به مدت یک سال در نزد ریبو کارآموز بود و به فراگرفتن صحافی اشتغال داشت و برای زندگی به طبقه بالای مغازه نقل مکان کرد. گر چه از چهار سال بعد زندگی فارادی اطلاع چندانی در دست نیست، اما به نظر می آید که او (با توجه به اخلاق مساعد ریبو در مقام یک صاحبکار) محیط خانوادگی شادی در مغازه داشته است. باید افزود که از سه کارآموزی که در آن زمان در این مغازه کار می کردند، یکی از آنها خواننده حرفه ای شد، یکی دیگر به عنوان هنرپیشه کمدی در سالن های موسیقی به کار پرداخت و فارادی با شور خاصی، توده هایی از کتاب های در دسترس را می خواند و دانشمندی مشهور شد. به عنوان نمونه، شیفتگی او نسبت به الکتریسیته، زمینه ای که او بزرگ ترین سهم خود در علم را در آن ایفا کرد، زمانی آشکار شد که برای اولین بار مقاله ای را درباره این موضوع در مجلدی از چاپ سوم دائره المعارف بریتانیکا خواند که برای صحافی به مغازه آورده شده بود.
فارادی در سال 1810، یک سال پس از فوت پدرش(7)، به عضویت انجمن فلسفی شهر درآمد که به رغم اسم با مسمایش، از گروهی از مردان جوان تشکیل می شد که مشتاق بهبود وضع زندگی خود بودند و برای بحث درباره مسائل روز از جمله اکتشافات جدید و هیجان انگیز علم با هم دیدار می کردند. آنها به نوبت، هر یک سخنرانی هایی درباره موضوعات خاص ایراد می کردند (حق عضویت این انجمن را که یک شیلینگ بود رابرت، برادر او، می پرداخت که به عنوان آهنگر کار می کرد و پس از درگذشت پدر مسئولیت خانواده را بر عهده گرفت). فارادی از لابه لای بحث ها و مکاتبه با دوستان خود در انجمن، به ارتقاء اطلاعات علمی و توانایی های شخصی خود پرداخت و با جدیت تمام روی قواعد زبان، تلفظ و نقطه گذاری کار می کرد. او آزمایش هایی هم در زمینه شیمی و الکتریسیته انجام داد و درباره نتایج آن با دوستانش در انجمن گفتگو می کرد. او همچنین یادداشت هایی از مذاکرات جلسات تهیه و آنها را با دقت صحافی می کرد. در سال 1812 زمانی که به سن 21 سالگی نزدیک می شد و دوره کارآموزی اش در شرف اتمام بود، چهار جلد از این یادداشت ها تهیه کرده بود. ریبو که از حضور فیلسوفی جوان در محل کسب خود خوشحال بود، این کتاب ها را با تعریف و تمجید به دوستان و مشتریان خود نشان می داد. یکی از این مشتریان، آقای دانس، به قدری تحت تأثیر قرار گرفت که درخواست کرد تا کتاب ها را به امانت بگیرد و آنها را به پدر خود که به علم علاقه مند بود نشان دهد؛ آقای دانس پدر نیز تحت تأثیر نوشته های فارادی قرار گرفت و چهار کارت ورودی برای شرکت در چهار جلسه سخنرانی همفری دیوی در انجمن سلطنتی در اختیار او گذاشت (بعداً معلوم شد که این دوره آخرین مجموعه از سخنرانی های دیوی در انجمن سلطنتی بوده است). فارادی به نوبه خود این سخنرانی ها را با علاقه دنبال کرد، یادداشت هایی همراه با نمودار تهیه و آنها را به شکل کتاب صحافی کرد و کتاب را به آقای دانس پدر نشان داد. آقای دانس هم از بلند نظری متقابل او خرسند شد.
با این وجود که شرکت در سخنرانی ها حاکی از تمایل آتشین فارادی به علم بود، اما او برای تحقق رؤیای خود راهی در پیش رو نداشت. کارآموزی او در حرفه صحافی در 7 اکتبر سال 1812 پایان یافت و او به عنوان صحاف نزد آقای دو لا روش (De La Roche) مشغول به کار شد. از قرار معلوم او صاحبکاری سخت گیر اما در عین حال کاسب کاری معمولی بود و از کارمندان خود انتظار داشت که حواس خود را در هنگام کار جمع کنند. فارادی چنین نبود. او به هر کس که به فکرش می رسید (از جمله سِر جوزف بنکس (Sir Joseph Banks)، رئیس انجمن سلطنتی که به خود حتی زحمت پاسخ دادن به نامه را هم نداد)، نامه نوشت و درخواست کرد که او را راهنمایی کند که چگونه می تواند در زمینه ای مربوط به علم کاری بیابد ولی پاسخی دریافت نکرد. اما در ظرف چند هفته، قرعه شانس به نام او اصابت کرد، به نحوی که زندگی او را دگرگون کرد. دیوی در اثر انفجاری که در آزمایشگاهش روی داده بود، برای مدتی گذرا بینایی خود را از دست داد و نیاز به کسی داشت که اطلاعات کمی درباره شیمی داشته باشد و بتواند به مدت چند روز به عنوان منشی برای او کار کند. فارادی این کار را به عهده گرفت (به احتمال قوی به توصیه آقای دانس پدر). از اینکه او چگونه در عین کار صحافی، وقت اضافی برای انجام این وظایف پیدا کرده است، اطلاعاتی در دست نیست. اما اینکه او قادر به انجام توأمان این دو کار شد، نشان می دهد که آقای دو لاروش آن قدرها هم که بعضی اوقات درباره او گفته می شد، بدجنس نبوده است. زمانی که دیوی سلامت خود را بازیافت و فارادی به کار خود بازگشت، وی نسخه ای از یادداشت های مربوط به سخنرانی های دیوی را که به صورت کتاب صحافی کرده بود برای او فرستاد و (تقریباً با حالت التماس) درخواست کرد که حتی ساده ترین کار ممکن در انجمن سلطنتی برای او در نظر گرفته شود. در آن زمان در انجمن سلطنتی، محل خالی برای کار وجود نداشت ولی در این مورد هم شانس برای بار دوم با او یار شد. در فوریه سال 1813، ویلیام پین (William Payne)، دستیار آزمایشگاه انجمن که معتاد به مشروبات الکلی بود، به این خاطر که به سازنده یکی از دستگاه ها حمله ور شد، اخراج شد (از علت این دعوا اطلاعی نداریم). دیوی این پست را در اختیار فارادی گذاشت و به او هشدار داد که «علم مانند یک رفیقه ی بی رحم است و از نقطه نظر مالی، در حدی که افراد خود را وقف آن می کنند به آنها پاداش نمی دهد».(8) فارادی نگران نبود. او این کار را در قبال پرداخت یک گینی در هفته پذیرفت. علاوه بر پرداخت حقوق، دو اتاق در طبقه بالای ساختمان انجمن سلطنتی در خیابان آلبرمارل (Albermarle) برای سکونت و چند شمع و سوخت برای گرما در اختیار او گذاشته شد (در واقع این پول اندکی کمتر از آن مقداری بود که در مغازه صحافی دریافت می کرد). او در اول مارس سال 1813 مشغول به کار شد و در میان کارهای دیگر، عملاً بطری های آزمایشگاهی همفری دیوی را می شست. اما او از همان ابتدا به شستن بطری ها قناعت نمی کرد و در تمام آزمایش های دیوی در مدت زمان اشتغال او در انجمن سلطنتی به او کمک می کرد.
ارزش کار فارادی از آنجا پیداست که دیوی کمتر از شش ماه بعد از فارادی درخواست کرد تا به عنوان دستیار علمی، او و همسرش را در سفری به اروپا همراهی کند. علت آنکه فرانسه قبول کرد تا گذرنامه در اختیار دیوی و همراهانش قرار دهد آن بود که دیوی به قصد سفری علمی به آن کشور می رفت و قصد داشت خواص شیمیایی مواد موجود در مناطق آتش فشانی را بررسی کند. این مسافرت جنبه علمی داشت ولی حضور همسر دیوی تا اندازه ای به آن جنبه ماه عسل هم می داد و این امر مشکلاتی برای فارادی ایجاد کرد. پیشخدمت دیوی در آخرین لحظه، از سفر به فرانسه ناپلئونی سر باز زد و دیوی از فارادی خواهش کرد که علاوه بر دستیاری او در کار شیمی، وظائف این پیشخدمت را نیز بر عهده گیرد. احتمالاً اگر همسر دیوی همراه او نبود، فارادی کارهای اضافی را نیز انجام می داد. اما خانم دیوی ارتباط خانم/ پیشخدمت را جدی گرفت و زندگی را آن قدر برای فارادی تلخ کرد که گاهی اوقات فارادی وسوسه می شد از خیر مسافرت بگذرد و به لندن بازگردد. اما او این وضع را تا پایان تحمل کرد و این تجربه، زندگی او را به نحو مطلوبی تغییر داد.
پیش از آنکه سفر آنها در 13 اکتبر سال 1813 آغاز شود، فارادی جوان بی تجربه ای بود که هیچ گاه بیش از 20 کیلومتر از مرکز لندن دورتر نرفته بود. زمانی که آنها یک سال و نیم بعد از سفر بازگشتند، او با بسیاری از مهم ترین دانشمندان فرانسه، سوئیس و ایتالیا دیدار کرده بود، کوه ها و دریای مدیترانه را دیده بود (و نیز تلسکوپی که گالیله از آن برای مشاهده ماه های مشتری استفاده کرده بود) و به جای اینکه دستیار دیوی باشد، همکار علمی او شد. فارادی خواندن فرانسه و انگلیسی را فرا گرفته بود و به خوبی به زبان فرانسه صحبت می کرد. پیشرفت مهارت های او در بازگشت، فوراً مورد توجه انجمن سلطنتی قرار گرفت. فارادی برای اینکه سفر خود را شروع کند، مجبور شده بود از پست خود در انجمن، تنها شش ماه پس از آنکه این کار را به عهده گرفته بود، استعفا دهد. اما به او قول داده شده بود که پس از بازگشت، تقریباً با همان شرایط قبلی دوباره استخدام شود.
همین طور هم شد و او به عنوان سرپرست دستگاه ها و دستیار آزمایشگاه مجموعه سنگ شناسی منصوب شد، حقوق او به 30 شیلینگ در هفته افزایش یافت و اتاق بهتری در محل انجمن در اختیار او گذاشته شد. با کناره گیری دیوی از کارهای روزمره انجمن، موقعیت فارادی ارتقاء یافت و شهرتش به عنوان شیمی دانی قابل اعتماد تثبیت شد. اما او هنوز ویژگی بارزی از خود نشان نداده بود. او در 12 ژوئن سال 1821 در سن 30 سالگی با سارا بارنارد که او هم عضو فرقه مذهبی ساندمانیان بود ازدواج کرد (ظاهراً ساندمانیان ها بیشتر با خودشان حشر و نشر داشتند؛ پنج سال بعد مارگارت، خواهر مایکل با جان، برادر سارا ازدواج کرد). مایکل و همسرش تا سال 1862 در طبقه فوقانی در خیابان آلبرمارل منزل کردند (آنها هیچ گاه صاحب فرزند نشدند). تقریباً در همین زمان بود که فارادی برای اولین بار پدیده الکتریکی را بررسی کرد که بعداً موجب شهرت او شد، با این وجود حتی در آن زمان نیز این کار تا یک دهه بعد پی گرفته نشد.
در سال 1820، هانس کریستیان اورستد دانمارکی (1851-1777) کشف کرده بود که اثر مغناطیسی با جریان الکتریکی همراه است. او متوجه شد که اگر سوزن مغناطیسی قطب نما را روی سیم حامل جریان الکتریکی قرار دهد، سوزن تا زاویه 90 درجه نسبت به سیم منحرف می شود. این پدیده کاملاً غیر منتظره بود، زیرا نشان می داد که نیروی مغناطیسی در روی دایره (یا دایره هایی) در اطراف سیم عمل می کند که با نیروهای جاذبه- دافعه میله مغناطیسی که با آن آشنا هستیم و همچنین الکتریسیته ایستای پایدار و گرانی که به عنوان نیروهای جاذب عمل می کنند، کاملاً متفاوت است (در مورد الکتریسیته پایدار، دفع نیز صورت می گیرد). با انتشار این خبر هیجان انگیز در سراسر اروپا، بسیاری از دانشمندان این آزمایش را تکرار و سعی کردند تا توضیحی برای آن بیابند. یکی از آنها ویلیام وولاستون بود. او این ایده را مطرح کرد که جریان الکتریکی به صورت مارپیچ در طول سیم حرکت می کند، مانند کودکی که از سراشیب مارپیچی به پایین لیز می خورد و به همین علت است که این جریان مارپیچی، نیروی مغناطیسی دایره ای شکل ایجاد می کند. بر پایه استدلال او، سیم حامل جریان، باید زمانی که نزدیک مغناطیس گذاشته می شود، روی محور خود بچرخد (مانند یک فرفره بسیار نازک). وولاستون در آوریل سال 1821 از انجمن سلطنتی بازدید کرد و به همراه دیوی آزمایش هایی برای مشاهده این اثر انجام داد اما به نتیجه ای نرسید. فارادی که در این آزمایش ها شرکت نداشت در بحثی که در این باره درگرفت شرکت کرد.
بعد از آن در سال 1821، مجله سالنامه فلسفی (Annals of Philosophy) از فارادی خواست که شرحی تاریخی درباره کشف اورستد و پیامد آن بنویسد. فارادی مرد موشکافی بود و برای اینکه این کار را به نحو مناسبی انجام دهد، تمام آزمایش های مورد اشاره در مقاله را تکرار کرد. او در جریان این کار متوجه شد که سیم حامل جریان باید در روی دایره ای در اطراف میدان مغناطیسی ثابت گردش کند. او برای نشان دادن این اثر و نیز نشان دادن این پدیده که مغناطیس به دور سیم حامل جریان گردش می کند آزمایشی ترتیب داد. او نوشت «تمایل سیم همواره به عمود ایستادن بر قطب (یک مغناطیس) و در واقع چرخیدن به دور آن است». این اثر کاملاً با اثر مورد اشاره وولاستون (که در واقع وجود نداشت) متفاوت بود. اما زمانی که مقاله فارادی در اکتبر سال 1821 منتشرشد، اغلب دانشمندان در قالب ایده های مبهم وولاستون می اندیشیدند (حتی دیوی هم که باید بیش از اینها می دانست). آنها فکر می کردند که فارادی یا تنها ثابت کرده است که حق با وولاستون بوده و یا سعی کرده است که کار وولاستون را از او بدزدد. این ناخوشایندی شاید عاملی در تلاش دیوی برای جلوگیری از عضویت فارادی در انجمن سلطنتی در سال 1824 بود؛ اما این واقعیت که فارادی با رأی اکثریت قریب به اتفاق انتخاب شد، نشان می دهد که دانشمندانی که نگاه عمیق تری داشتند کاملاً به اهمیت و نوآوری کار فارادی پی برده بودند. در واقع این کشف که اساس موتور الکتریکی را تشکیل می دهد، شهرت فارادی را در سراسر اروپا گسترش داد. این امر حاکی از اهمیت کشف مذکور و آهنگ پیشرفت های فناوری در آن زمان بود و تنها 60 سال پس از انجام آزمایش تفریحی فارادی که بر اساس آن یک سیم تنها به دور مغناطیس گردش می کرد، ترن های الکتریکی در آلمان، بریتانیا و آمریکا به حرکت درآمدند.
فارادی در دهه 1820 کار مهم دیگری در زمینه الکتریسیته و مغناطیس انجام نداد (دست کم بجز زمانی که گاه به گاه سعی می کرد به این موضوع بپردازد پیشرفت محسوسی نداشت). اما او کارهای مهمی در زمینه شیمی انجام داد. او اولین کسی بود که کلر را مایع (در سال 1823) کرد و ترکیبی را که امروز بنزن می نامیم کشف کرد (در سال 1825). این کشف از آن نظر اهمیت داشت که بعداً معلوم شد که این ماده ساختار کاملاً حلقوی نوعی ای دارد. این ساختار را ککوله توضیح داد و در قرن بیستم معلوم شد که این ماده دارای اهمیتی کلیدی در حیات است. فارادی همچنین در سال 1825 به عنوان جانشین دیوی به سرپرستی آزمایشگاه انجمن سلطنتی منصوب شد (در عمل او با این انتصاب به گرداننده انجمن تبدیل شد). او دردهه 1820 دارایی انجمن را با ارائه سخنرانی های مردم پسند (که بسیاری از آنها را خودش ایراد می کرد) و سخنرانی های ایام کریسمس برای کودکان افزایش داد. شگفت انگیز نیست که او به مدت طولانی به مطالعه کامل الکتریسیته و مغناطیس بازگشت، بلکه شگفت آور این است که او آن قدر وقت داشت که اصلاً به تحقیقات بپردازد. این مورد نشانی قابل توجه از تغییر در روند پیشرفت علم است. فارادی در همان سال 1826 این طور نوشت:
هر کسی که آرزو دارد مقداری از وقت خود را صرف آزمایش های شیمی کند، قادر نیست که تمام کتاب ها و مقالات مربوط را بخواند؛ تعداد آنها فوق العاده زیاد است و زحمت استخراج چند حقیقت نظری و تجربی از آنها با میزان گسترده ای از موضوعات غیر جالب، خیال پردازی و اشتباه همراه است. گستره این موضوعات آن قدر زیاد است که بیشتر اشخاصی که برای انجام آزمایشی کوشش می کنند، به زودی متوجه می شوند که باید در مطالعه خود دست به انتخاب بزنند و در نتیجه بعضی اوقات بی آنکه قصد آن را داشته باشند، بی توجه از کنار مطالب واقعاً خوب می گذرند.(9)
این امر مسئله ای بود که تنها می توانست بدتر شود و پاسخ بسیاری از بهترین دانشمندان (مانند اینشتین) اغلب این بود که اصلاً تلاشی برای آگاه شدن از مطالب منتشر شده صورت ندهند. در سال 1833 یک موقوفه جدید موجب شد که فارادی علاوه بر پست مدیریت، استاد کرسی فولرین (Fullerian) شیمی در انجمن سلطنتی شود. اما در آن موقع با این وجود که سن او از چهل تجاوز نمی کرد، با موفقیت به مطالعه الکتریسیته و مغناطیس، بزرگ ترین دستاوردش، بازگشت.

اختراع موتور الکتریکی و دینام

مسئله ای که در دهه 1820 فکر بسیاری از دانشمندان از جمله فارادی را به خود مشغول می کرد این بود: اگر جریانی الکتریکی می تواند در مجاورت خود نیرویی مغناطیسی به وجود آورد، آیا مغناطیس نیز می تواند جریانی الکتریکی القا کند؟ در سال 1824 کشفی کلیدی صورت گرفت ولی تا زمانی که فارادی در دهه 1830 به بررسی این مسئله بازگشت، هیچ کس آن را به درستی درک نکرده بود. فرانسوا آراگو دریافته بود که هنگامی که سوزن مغناطیسی قطب نما به وسیله نخی در بالای صفحه ای مسی آویزان می شد و این صفحه به گردش در می آمد (مانند یک CD که در دستگاه موسیقی به گردش در می آید)، آن سوزن از جای خود منحرف می شد. پیتر بارلو (1862-1776) و ساموئل کریستی (1865-1784)، فیزیک دانان انگلیسی، اثر مشابهی را مشاهده کردند، ولی آنها از صفحه آهنی استفاده کرده بودند. چون آهن مغناطیسی است و مس مغناطیسی نیست، کشف آراگو بیشتر تعجب آور بود و سرانجم ثابت شد که با بینش بیشتری همراه بوده است. امروز ما علت این پدیده را در نتیجه حرکت صفحه رسانا نسبت به سوزن مغناطیسی می دانیم. این حرکت یک جریان الکتریکی در صفحه ایجاد می کند و این جریان موجب تأثیر اضافی مغناطیسی می شود که بر روی سوزن تأثیر می گذارد. این موضوع به طور کامل با کار فارادی در دهه 1830 اثبات می شود.
در زمانی که فارادی در سال 1831 این مسئله را بررسی کرد، روشن بود که جریان الکتریکی که از سیم پیچی به صورت مارپیچ می گذرد (که معمولاً کویل نامیده می شود ولی این نام گذاری دقیق نیست)، مانند میله ای مغناطیسی عمل می کند و قطب شمال آن در یک سو و قطب جنوب آن در سوی دیگر قرار دارد. اگر این کویل شامل سیمی باشد که به دور میله ای آهنی پیچیده شده است، زمانی که جریان در سیم برقرار شود، این میله مانند مغناطیس عمل می کند. فارادی برای مشاهده اینکه آیا این پدیده در جهت عکس نیز عمل می کند، یعنی اینکه آیا میله مغناطیسی نیز جریانی در سیم برقرار می کند، آزمایشی با یک حلقه آهنی که ضخامت آهن آن 2 سانتی متر و قطر حلقه اش 15 سانتی متر بود، انجام داد. او دو سیم پیچ دور حلقه ایجاد کرد به نحوی که مقابل هم قرار داشتند. یکی از این سیم پیچی ها را به باتری (برای اینکه آهن را به وسیله جریانی که از سیم پیچ می گذشت مغناطیسی کند) و سیم پیچ دیگر را به یک دستگاه اندازه گیری حساس (گالوانومتری که خود بر اساس پدیده الکتروموتور کار می کرد و فارادی در سال 1821 تشریح کرده بود) وصل کرد تا هر جریانی را که پس از مغناطیسی شدن آهن در سیم پیچ دوم القا می شود، آشکار کند. آزمایش کلیدی در 29 اوت سال 1831 انجام گرفت. فارادی با شگفتی متوجه شد که سوزن گالوانومتر درست هم زمان با اتصال اولین سیم پیچ به باتری منحرف می شود و سپس به صفر باز می گردد. با قطع اتصال به باتری، سوزن دوباره منحرف می شد. زمانی که یک جریان الکتریکی ایستا برقرار می شد و تأثیر مغناطیسی ایستایی در حلقه ایجاد می کرد هیچ جریان الکتریکی القا نمی شد. اما در لحظه کوتاهی که جهت جریان الکتریکی تغییر می کرد (به سوی بالا یا پایین می رفت) و تأثیر مغناطیسی نیز در نتیجه آن تغییر می کرد (زیادتر یا کمتر می شد) جریان القا می شد. فارادی در آزمایش های بعدی دریافت که حرکت دادن میله ای مغناطیسی در داخل سیم پیچ به جلو یا عقب، منجر به ایجاد جریان در سیم پیچ می شود. او کشف کرده بود که همان طور که الکتریسیته متحرک (جریانی که از یک سیم می گذرد) در اطراف خود مغناطیس القا می کند، مغناطیس متحرک نیز در اطراف خود اثر الکتریکی القا می کند. این مورد شکل زیبای تقارنی بود که آزمایش آراگو را توضیح می داد و همچنین نشان می داد که چرا هیچ کس قادر نبود که با استفاده از آهن ربای ایستا، جریان الکتریکی ایجاد کند. فارادی در جریان این کارها و پس از آنکه عملاً موتور الکتریکی را اختراع کرده بود، موفق به اختراع ژنراتور برق یا دینام شده بود که از حرکت نسبی سیم پیچ ها و آهن رباها برای تولید جریان برق استفاده می کرد. این دسته از کشفیات که فارادی آن را در مقاله ای در 24 نوامبر سال 1831 در انجمن سلطنتی خواند، او را در سطح برجسته ترین دانشمندان معاصر خود قرار داد.(10)

آرای فارادی درباره خطوط نیرو

فارادی به انجام کارهای خود در رابطه با الکتریسیته و شیمی (الکتروشیمی) ادامه داد. بیشتر این کارها کاربردهای مهم صنعتی داشت. او برای اولین بار عباراتی مانند «الکترولیت»،«الکترود»، «آند»، «کاتد» و «یون» را که امروز با آن آشنا هستیم معرفی کرد. اما او در درک علمی نیروهای طبیعت نیز که با داستان امروزی ما ارتباط بیشتری دارد، سهم کلیدی داشت. با این وجود، او برای مدت زیادی اندیشه های عمیق خود را درباره این موضوعات مهم پنهان نگه داشت. او برای اولین بار در سال 1831 در یک مقاله علمی از عبارت «خطوط نیرو» استفاده کرد. بنابر این مفهوم که از دوران مدرسه با آن آشنا هستیم، براده های آهن پاشیده شده روی قطعه ای از کاغذ که آن نیز روی آهن ربای میله ای قرار دارد، به صورت خطوطی به شکل منحنی در می آیند که دو قطب را به هم ارتباط می دهند. ایده این خطوط که از قطب های مغناطیسی یا ذرات باردار الکتریکی به طرف بیرون منتشر می شوند، در کمک به تجسم القای مغناطیسی و الکتریکی بسیار مؤثر است. اگر رسانایی نسبت به آهن ربا در حالت ایستا باشد، نسبت به این خطوط نیز ایستا خواهد بود و جریانی در کار نخواهد بود. اما اگر این رسانا از مقابل یک آهن ربا حرکت کند (یا اگر آهن ربا نسبت به رسانا حرکت کند)، رسانا با حرکت خود خطوط نیرو را قطع می کند و موجب می شود که جریانی در رسانا ایجاد شود. زمانی که میدان از مقدار صفر، مانند آزمایش حلقه مغناطیسی، به نحوی که فارادی این فرایند را مجسم کرده بود افزایش پیدا می کند، خطوط نیرو از آهن ربا به طرف بیرون گسترش می یابند. این گسترش تا آنجا ادامه می یابد که خطوط نیرو در مواضع خود قرار گیرند، سیم پیچ های دیگر در حلقه را قطع کنند و جریان کوتاه و زودگذر ایجاد کنند. سپس شکل خطوط نیرو پایدار می شود و دیگر تغییری نمی کند.
فارادی در انتشار این ایده ها تردید داشت، اما می خواست که مدعی آنها باشد (تا اندازه ای مانند وضع داروین که در انتشار نظریه انتخاب طبیعی خود تردید داشت ولی می خواست که حق تقدم خود را تثبیت کند). او در 12 مارس سال 1832 یادداشتی نوشت، آن را در پاکتی تاریخ دار و مهرو موم شده و نشانه دار قرار داد و در گاوصندوق انجمن سلطنتی گذاشت تا پس از مرگ او باز شود. بخشی از نامه چنین است:
زمانی که یک آهن ربا روی آهن ربا یا قطعه ای آهنی از فاصله تأثیر می گذارد، علت تأثیرگذار (که می توانم آن را فعلاً مغناطیس بنامم) به تدریج از اجسام مغناطیسی ادامه می یابد و انتقال آن نیاز به زمان دارد... من مایلم که پخش نیروهای مغناطیسی از قطب آهن ربا را با ارتعاشات سطح آشفته آب، یا ارتعاشات هوا در پدیده صوت مقایسه کنم: من بر این باورم که نظریه ارتعاشات، همان طور که در مورد صدا و به احتمال زیاد در مورد نور به کار می رود، در این زمینه نیز کاربرد دارد.
فارادی پیش از دیگران در سال 1832، این اندیشه را مطرح کرد که نیروهای مغناطیسی برای حرکت از درون فضا به زمان نیاز دارند (و به این ترتیب مفهوم نیوتونی کنش آنی از فاصله دور را رد می کرد). او معتقد بود که این موضوع با حرکت موجی ارتباط دارد اما از مهارت های ریاضی لازم برای بسط این اندیشه ها بهره نداشت و این امر یکی از دلایلی بود که او را در انتشار آنها دچار تردید می کرد. از سوی دیگر به علت عدم مهارتش در ریاضیات مجبور بود که از قیاس های فیزیکی برای تفهیم ایده های خود کمک بگیرد و سرانجام آنها را در همین شکل برای اطلاع عموم عرضه کرد. اما او این کار را پس از آنکه به علت کار زیاد به اختلال شدید عصبی دچار شده بود انجام داد. فارادی پس از بهبودی(11) شاید با قبول اینکه عمر ابدی نخواهد داشت و ضروری است که چیزی بیش از یادداشتی مهرو موم شده در گاو صندوق انجمن سلطنتی برای آیندگان باقی گذارد، افکار خود را در سخنرانی های جمعه شب انجمن سلطنتی (که جزء برنامه سخنرانی هایی بود که او در اواخر دهه 1820 بنیان نهاده بود) ارائه کرد.
تاریخ مورد نظر، 19 ژانویه سال 1844 بود و فارادی 52 سال داشت. موضوع سخنرانی او ماهیت اتم ها بود و در آن زمان او تنها کسی نبود که این موضوع را موضوعی ذهنی تلقی می کرد. اما فارادی در این زمینه به روشنی عمیق تر از بسیاری از هم عصران خود بود که مخالف فرضیه اتمی بودند. او به جای آنکه اتم را تنها به صورت موجودی فیزیکی در نظر گیرد که در مرکز شبکه ای از نیروها قرار دارد و علت وجود این نیروهاست، به مخاطبان خود چنین اظهار کرد که معقول تر است که این شبکه ی نیروها را به عنوان واقعیت بنیادی در نظر بگیرند. به این ترتیب اتم ها به عنوان تجمع خطوط نیرو وجود دارند که شبکه، یا به بیان امروزی میدان نیرو را تشکیل می دهند. فارادی تردیدی باقی نگذاشت که او فقط دل مشغول الکتریسیته و مغناطیس نیست. او در یک «آزمایش فکری» کلاسیک از شنوندگان خود دعوت کرد که تصور کنند خورشید به تنهایی در آسمان قرار دارد. چه روی خواهد داد اگر کره زمین، یکباره در فضا و در فاصله معمولی خود از خورشید قرار بگیرد؟ خورشید از کجا می تواند «بداند» که زمین در آنجاست؟ واکنش زمین نسبت به حضور خورشید چه خواهد بود؟ پیرو استدلالی که فارادی بیان کرد، حتی پیش از آنکه زمین در جای خود قرار گیرد، شبکه نیروهایی که به خورشید وابسته هستند، یعنی میدان، به تمام فضا از جمله مکانی که زمین قرار است در آنجا ظاهر شود، گسترش می یابند. بنابراین به محض آنکه زمین پدیدار شد، خواهد «دانست» که خورشید در آنجا وجود دارد و به میدانی که با آن روبه رو می شود عکس العمل نشان خواهد داد. تا آنجا که مربوط به زمین است، میدان واقعیتی است که زمین تجربه می کند. اما خورشید تا زمانی که طول می کشد (فارادی به هیچ وجه نمی توانست حدس بزند که این زمان چقدر است) که تأثیر گرانشی زمین از درون فضا بگذرد و به خورشید برسد (مانند خطوط نیروی مغناطیسی که با اتصال سیم پیچ به باتری به بیرون گسترش می یابند) نخواهد «دانست» که زمین در آنجا قرار گرفته است. طبق نظر فارادی جهان پر ازخطوط نیروی مغناطیسی، الکتریکی و گرانشی است و اینها واقعیت هایی هستند که هستی های به ظاهر مادی که دنیا را تشکیل می دهند با آنها پیوند دارند. دنیای مادی از اتم ها تا خورشید و زمین (و فراسوی آنها) تنها نتیجه گره هایی در میدان های مختلف هستند. این ایده ها آن قدر از زمان خود پیش تر بودند که با این وجود که به طرز زیبایی (بدون استفاده از ریاضیات مربوط به آن)، دیدگاه فیزیک نظری جدید را تشریح می کردند، در سال 1844 تأثیرگذار نبودند. اما در سال 1846، فارادی در سخنرانی جمعه شب دیگری به موضوع خطوط نیروی خود بازگشت. این بار ایده هایی را بیان کرد که چند دهه بعد به ثمر نشست. گر چه فارادی به طرز آشکاری زمان زیادی برای آماده کردن سخنرانی صرف کرده بود، فرصت این سخنرانی مرهون چیزی شبیه به شانس بود. فردی که قرار بود در 10 آوریل سال 1846 در انجمن سلطنتی سخنرانی کند، جیمز نپیر (James Napier) نام داشت که مجبور شد یک هفته پیش از آن برگزاری سخنرانی را لغو کند. فارادی زمان کافی برای جایگزین کردن سخنران دیگری بجز خود نداشت. او که از استفاده از این فرصت خوشحال بود، بیشتر وقت خود را به خلاصه کردن برخی از کارهای چارلز ویتستون (Charles Wheatstone)(1875- 1802) صرف کرد. وی که استاد فیزیک تجربی کینگز کالج لندن بود، در میان موضوعات دیگر، آزمایش های جالب و مهمی در زمینه صوت انجام داده بود. از آنجا که ویتستون به محجوب بودن در سخنوری مشهور بود، فارادی آگاه بود که با تشریح کارهای او خدمتی به دوست خود کرده است. اما این موضوع تمام وقتی را که در اختیار او بود پر نمی کرد و فارادی در پایان سخنرانی به بیان جنبه های دیگری از ایده های خود درباره خطوط نیرو پرداخت. او اظهار کرد که نور را می توان با ارتعاشات خطوط نیروی الکتریکی توضیح داد و نیازی به ایده محیط سیال (یعنی اتر) وجود ندارد:
بنابراین دیدگاهی که من جسارت عرضه آن را به خود می دهم آن است که تابش، گونه برتری از ارتعاش خطوط نیرو است که همان طور که می دانیم، ذرات و نیز اجرام مادی را به یکدیگر پیوند می دهد. این دیدگاه کوشش می کند که وجود ارتعاشات را تأیید و اتر را رد کند.
فارادی در ادامه سخنرانی خود تذکر داد که نوع ارتعاشی که او به آن اشاره کرده است از نوع طولی و عبارت است از ریزموج هایی که در کنار یکدیگر در امتداد خطوط نیرو قرار دارند و نه از نوع امواج فشاری-کششی مانند امواج صوت. او بر این نکته تکیه کرد که پخش این امواج به زمان نیاز دارد و حتی پیشگویی کرد که گرانی باید به همین طرز عمل کند و برای اینکه از جسمی به جسم دیگر برسد، نیازمند زمان است.
فارادی در اواخر پنجاه سالگی خود همچنان فعال بود و به عنوان مشاور دولت در زمینه آموزش علم و زمینه های دیگر به فعالیت خود ادامه داد. او با احساس وفاداری نسبت به اصول عقاید ساندمانیان لقب سِر را نپذیرفت و دو بار دعوت برای قبول ریاست انجمن سلطنتی را رد کرد، گر چه این دعوت ها می باید آتشی در قلب کارآموز صحافی سابق برافروخته باشد. او در سال 1861 در سن 70 سالگی، به علت افزایش مشکلات عصبی از انجمن سلطنتی تقاضای کناره گیری کرد. اما از او درخواست شد که در پست سرپرستی (که بیشتر جنبه تشریفاتی داشت) باقی بماند. او تا سال 1865 ارتباط خود را با انجمن سلطنتی حفظ کرد و آخرین سخنرانی جمعه شب خود را در 20 ژوئن سال 1862 ایراد کرد. در همین سال او و سارا از خانه خیابان آلبرمال به منزل مزین و آراسته ای در همپتون کورت (Hampton Court) نقل مکان کردند که ملکه ویکتوریا به پیشنهاد پرنس آلبرت در اختیار آنها گذارده بود. فارادی در 23 اوت سال 1867 در آنجا در گذشت. درست سه سال پیش از آن، جیمز کلرک ماکسول نظریه کامل الکترومغناطیس خود را با جهش مستقیم از ایده خطوط نیروی فارادی تکمیل کرده بود و قاطعانه نور را به عنوان پدیده ای الکترومغناطیسی توضیح داد.

پی نوشت ها :

1- فریزها همانند رنگین کمان به این دلیل رنگی هستند که امواج نور با طول موج های مختلف، به اندازه های متفاوتی خمیده می شوند و طول موج های مختلف، به رنگ های متفاوتی مربوط اند.
2- به نقل از زاجونک
3- از اثر یانگ به نام مجموعه درس گفتارها درباره دانش طبیعی و هنرهای مکانیکی (A Course of Lectures on Natural Philosophy and the Mechanical Arts)، به نقل از بایرلاین.
4- به بایرلاین نگاه کنید. نقل قول بعدی نیز از همان منبع است.
5- گر چه در واقع شکل ابتدایی این شعله سوز را مایکل فارادی اختراع کرد و دستیار بنزن، پیتردسدگا (Peter Desdega) آن را بهبود بخشید، وی برای فروش محصول آن را با زیرکی به نام رئیس خود عرضه کرد.
6- سرد عبارتی نسبی است. خطوط فرانهوفر به این دلیل تیره اند که با این وجود که گازی که در جو خورشید وجود دارد داغ است، به اندازه ای روی سطح خورشید که نور از آنجا می آید داغ نیست.
7- مادر فارادی تا سال 1838 عمر کرد و در زمان زندگی خود شاهد پیشرفت پسرش بود که یکی از برجسته ترین دانشمندان نسل خود شد.
8- به هارتلی نگاه کنید.
9- به نقل از کراوتر از کتاب دانشمندان انگلیسی قرن نوزدهم.
10- جوزف هنری آمریکایی (1878-1797) که در آن زمان در آکادمی آلبانی در نیویورک تدریس می کرد، القای الکترومغناطیسی را قدری زودتر از فارادی کشف کرد اما نتایج خود را منتشر نکرد و در نتیجه کار او در سال 1831 در اروپا ناشناخته بود.
11- بهبودی عبارتی نسبی است؛ او دیگر هیچ گاه سلامتی سابق خود را باز نیافت.

منبع :گریبین، جان؛ (1389)، تاریخ علم غرب 1543-2001 از آغاز روشنگری تا دوران معاصر، تهران: انتشارات فاطمی، چاپ اول.