نیرویی از طبیعت

با نبودن ساختن

دانشمندان یک گروه ناهمسانند. یافتن وجوه خاصی از سوابق با ویژگیهایی که متضمن موفقیت آنان در علم باشد بی ثمر به نظر می رسد. بعضی درونگرا و منزوی و بعضی دیگر برونگرا و معاشرتی، بعضی عصبی مزاج و بعضی به خوبی متعادل بوده اند. رفتار آنان گاه دوستانه و سازش پذیر و گاه خصمانه و ستیزه جویانه بوده است. ازدواج آنان معمولاً کامیاب، اما بعضی ناکام و تحصیلات آنان هم رسمی و هم غیررسمی بوده است. بعضی مربی داشته و بعضی نداشته اند. بعضی مکتبهایی را برای پیشبرد کارشان بنیان نهادند و بعضی دیگر به تنهایی کار می کرده اند.
اما این دانشمندان برجسته دست کم در دو مورد مشترک اند: همه آنان، بعضاً به طوری وسوسه انگیز، سخت کوش بودند و تنها با چند مورد استثنا، پیشینه هایی از طبقه متوسط داشتند. خصلت بارز تمایل به کار مستمر در اکثر مردمی یافت می شود که به موقعیت چشمگیری دست می یابند. جالبتر سلطه خاستگاههای طبقه متوسط است. زندگیهای فیزیکدانان ما به عواملی اجتماعی سوق می یابد که گستره وسیعی از طبقه متوسط را شامل می شود. از سطوح پایینتر تا بالاتر، اما به ندرت در بالا یا پایین این جایگاهها یافت می شوند. برجسته ترین استثنا در این فصل مایکل فارادی است که در محله فقیر نشین لندن زاده شد. جیمز، پدر فارادی آهنگری بود بیمار و رنجور که به زحمت می توانست خانواده اش را اداره کند. فارادی در اواخر عمر به یاد می آورد که در سال 1801 زمانیکه اوضاع اقتصادی خراب بود، سهمیه غذایی او یک قرص نان بود. در مورد تحصیلاتش، آن طور که به دوست و زندگینامه نویسش، هنری بنس جونز(1) گفته است: «عادی ترین نوع تحصیلات من، شامل اندکی بیشتر از مبادی خواندن، نوشتن و حساب، در یک مدرسۀ معمولی روزانه بود. ساعات خارج از مدرسه من در خانه و در خیابانها می گذشت.»
اما فقر و بدبختی های او با ایمنی و پشت گرمی زندگی خانوادگی اش متوازن بود. پیرس ویلیامز (2) جدیدترین زندگینامه نویس او می نویسد: «مارگارت، مادر مایکل، تکیه گاه خانواده بود. او آنچه در توان داشت برای رفع نیازهای مادی انجام می داد، اما به پسر کوچکترش توصیه می کرد که با احساس امنیتی که در زندگی بعدی به او توانایی می دهد، همه امتیازات اجتماعی و سیاسی را که با احساس قدر و منزلت خود او نامربوط است طرد کند.» بدون تردید این مادر سزاوار تمجید و مایه افتخار و صمیمیت نزدیک با سه فرزندش، مایکل، خواهر جوانترش مارگارت و رابرت، برادر بزرگترش بود.
فارادی از پرسه زنی در خیابانهای لندن تا ارتقا به مقام والای نهایی اش به عنوان یکی از بزرگترین دانشمندان زمان خود، راهی طولانی را پیمود. حمایت خانواده به او یاری کرد که نخستین گامها را در راه صعود بردارد و همچنین ایمان مذهبی اش به کلیسای ساندمانی او در این راه یاری می کرد. ساندمانیها فرقه مسیحی پروتستان اصول گرایی هستند که اهمیت اساسی عشق، انضباط و اشتراک جامعه را بدون تبلیغ یا موعظه آتشین می آموزند. فارادی در سراسر زندگی قدرت روزانه اش را از ایمان مذهبی اش می گرفت. جان تندال (3) یکی از همکارانش، در دفتر خاطراتش نوشته است:‌ «من فکر می کنم که مقدار زیادی از قدرت و استقامت روزهای کاری فارادی ناشی از مراسم روز یکشنبه او باشد. او در روز یک شنبه از چشمه ای سیراب می شود که مایه سرزندگی و شادابی اوست.»
اما، با همه سماجت و عزمی که با فلاکت در خصلت فارادی نهادینه شده بود، حتی با حمایت خانواده و ایمان مذهبی، بدون دو امتیاز دیگر، او جایی در تاریخ نمی داشت: خوش اقبالی فوق العاده در چند نقطه کلیدی زندگی، و شخصیتی با جدیت مفرط. نخستین خوش اقبالی او شاگردی صحاف و کتابفروشی بود به نام ژرژ ریبو(4). ریبو پناهنده ای فرانسوی بود که شاگرد سرزنده اش را دوست می داشت و او را تشویق می کرد تا از کتابهای بسیاری که از دکان می گذرد، بهره برداری کند. فارادی به بنس جانز گفته بود، به هنگام شاگردی «من عاشق خواندن کتابهای علمی بودم که از زیر دستم می گذشت، در میان آنها از گفتگوهایی دربارۀ شیمی اثر [جین] مارست (5) و مقالات الکتریکی در دایره المعارف بریتانیکا شادمان می شدم.» چنین بود آغاز تصادفی آموزش فارادی در علم.
دسترسی به کتاب امری حیاتی بود، اما کافی نبود. فارادی شرکت در سخنرانیهای آموزشی شبانه، از جمله سخنرانیهای چهارگانه دیوی را که در مؤسسه سلطنتی لندن ایراد می شد، آغاز کرد. دیوی یکی از مشهورترین دانشمندان عصر خود، و یک مدرس بسیار محبوب بود. وقتی فارادی با یکی از زندگینامه نوسان دیوی ارتباط پیدا کرد، کار خرید و فروش کتاب را «بی رحمانه و خودخواهانه» یافت و به این فکر افتاد که وارد خدمت علم (مسیحی) شود که «تصور می کردم پیروان آن را خوش خلق و آزادمنش می سازد». او از روی سادگی نامه ای مبنی بر تقاضای شغل به دیوی نوشت، این امر بزرگترین مورد خوش اقبالی فارادی بود.
دیوی نخست او را به عنوان کاتب و بعد به عنوان استادیار در آزمایشگاه مؤسسه سلطنتی به خدمت گرفت. فارادی برای تمام مدت کاری خود در مؤسسه ماند و سرانجام با جذابیت عمده ای در آزمایشگاه و سالن سخنرانی مؤسسه جانشین دیوی شد.
کلیسا، خانواده، روابط دوستانه در دوران شاگرد صحافی و حمایت دیوی قدرتهای بیرونی بودند که فرصتهای مناسبی را برای فارادی ایجاد می کردند. اما قدرت درونی فوق العاده فارادی اهمیت کمتری از آن فرصتها نداشت. تندال می نویسد: «در لوای خوی دلنشین و مهربان او حرارتی آتشفشانی نفهته بود. او مردی بود تحریک پذیر و آتشین مزاج، اما به جای آنکه وجود خود را با عشق شهوانی تخریب کند، با کفّ نفس و انضباط فوق العاده اش، این آتش را به نوعی برافروزش مرکزی و نیروی محرکه زندگی تبدیل کرد.» انرژی فارادی برای پیشرفت و ارتقای طولانی، سرسختانه و پرمخاطره، کمتر از انرژی یک آتشفشان کنترل شده نبود. او برای کار پژوهشی مطالعه نیروهای طبیعت را انتخاب کرده بود. خود او یک نیروی طبیعت بود.

فارادی و دیوی

در میان دانشمندان بزرگ احتمالاً هرگز کسی به زیبایی، خوش قیافگی و شهرت مردم پسندانۀ همفری دیوی نبوده است. در زمان استخدام فارادی، اما او در اوج اشتهار بود. دیوی مرکز کارش را در مؤسسه سلطنتی، که جدیداً به وسیله کنت رامفرد (بنیامین تامسن) تأسیس شده بود، قرار داد. مؤسسه سلطنتی به منظور «آموزش، به وسیله دوره های منظم و سخنرانیهای فلسفی و آزمایشها، کاربردهای اکتشافات جدید در علم برای بهبود هنرها و صنایع و تسهیل امکانات فراهم آوری آسودگیها و وسایل زندگی» تأسیس شده بود. به هنگام تصدی دیوی به عنوان استاد شیمی در مؤسسه، این هدف اجتماعی برای پژوهش شیمی استاد، و سخنرانیهای مشهور علمی، در درجه دوم اهمیت قرار گرفته بود.
پیشینه طبقه متوسط پاین دیوی خیلی جدا از خاستگاه طبقه پایین فارادی نبود. کار پدر دیوی کنده کاری روی چوب بود و مزرعه کوچکی در پنزاسِ کورنوال داشت. او به مدرسه خوبی رفت، اما آموزش رسمی اش ادامه نیافت. دیوی به عنوان شاگرد یک دواساز پنزاسی به شیمی علاقه مند شد. توماس بدوز (6)، دکتری در کلیفتون بریستول، نخستین فرصت علمی را برای دیوی فراهم آورد. بدوز دیوی را به عنوان سرپرست آزمایشها، در مؤسسه پزشکی تنفسی منصوب کرد. آزمایشهای دیوی با گازها، به ویژه آثار تنفسی «گاز خنده» (نیتروکسید) بود. او با توصیف اثر گاز خنده به این مضمون که «احساسی شبیه به فشار ملایمی است بر تمام ماهیچه، همراه با لرزش بسیار لذت بخش و شادی آور، به ویژه در سینه و اندامهای انتهای بدن (دست و پا)» به سرعت مشهور شد.
آزمایشها و تأملات متهورانه دیوی توجه رامفرد را جلب کرد و در سال 1799 رامفرد، دیوی را به نخستین مقامش در مؤسسه سلطنتی منصوب کرد، که سکویی برای برآورده شدن آرزوهای او، هم در زمینه علم و هم در زمینه موفقیتهای اجتماعی شد. دیوی در سال 1812 با بیوه ای جذاب و ثروتمند به نام جین آپریس (7) ازدواج کرد. ج.گ.کرودر، زندگینامه نویس دیوی می نویسد:‌ «این بانو به همان شدت اشتیاق به کسب مقام داشت که خود دیوی، این دو شکارچی اجتماعی متفقاً به سد اشرافیت حمله بردند. برای دیوی پی گیری علم به سرعت تابع برتری جویی می شد.»
فارادی مدت کوتاهی پس از شروع شاگردی علمی اش با دیوی در سال 1813، فرصت خوش اقبالی دیگری به دست آورد. دیویها که اکنون سِر دیوی و لیدی دیوی بودند، همراه با فارادی به عنوان «دستیار دیویها در آزمایشها و یادداشت برداری» عازم یک سیر و سفر اروپایی شدند. گردش و بازدید اروپا بخش اساسی دیگری از آموزش فارادی در زمینه علم و موارد دیگر شد. شهرت دیویها درها را در هر جا، در فرانسه و ایتالیا می گشود و فارادی با بسیاری از دانشمندان پیرو آن زمان دیدار کرد. خود دیوی نقش آموزنده داشت، او و دستیار مشتاقش درباره عنوانهایی که طرح علمی و ماورای آن را در بر می گرفت آزادانه مباحثه می کردند. لیدی دیوی رفتار متفاوتی داشت. او زیاد حرف می زد و اصرار می ورزید که با فارادی به صورت یک خدمتکار رفتار کند. فارادی به دوستش بنجامین ابوت نوشت: «لیدی فوق العاده مغرور و متکبر است و خوشحال می شد که زیردستانش قدرت او را احساس کنند.» تجربۀ سفر اروپایی فارادی همچون هر تجربۀ دیگر در زندگی فارادی حائز اهمیت بود. ویلیامز به ما می گوید: «مرد جوانی که در بهار سال 1815 قدم بر خاک انگلیس نهاد، کاملاً با جوانی که در سال 1813 آنجا را ترک کرده بود، تفاوت داشت. او بخش جالی از جهان را دیده بود، به پیچیدگی و تنوع آن پی برده بود، و از شیوه و چم و خم افراد، بصیرت بسیار خوبی کسب کرده بود.»

کاشف

اکثر زندگینامه نویسان متعدد، فارادی را به صورت کاشف بی همتایی از واقعیتهای آزمایشی تصور می کنند. این تصویر تا آنجا پیش می رود که مطمئناً دقیق است، اما وجه دیگری از نبوغ او با همان اهمیت را نادیده می گیرد و آن دستاوردهای برجسته او به عنوان یک نظریه پرداز، یا (آن طور که خودش ترجیح می داد) یک فیلسوف است. نخست او را در نقش آشنای آزمایشگر می بینیم.
کار اولیه فارادی در مؤسسه سلطنتی، به هنگامی که دیوی هنوز در امور مؤسسه فعالیت داشت، عمدتاً کار یک شیمیدان بود. نخستین مقاله علمی او «تجزیه آهک سوزان بومی توسکانی Native caustic Lime of Tuscany» در سال 1816 وقتی که او بیست و پنجساله بود، منتشر شد. در سال 1820 او از لحاظ نیاز برای انجام خدماتش به عنوان یک متخصص شیمی تجزیه، شیمیدانی کارآزموده شده بود. طی سالهای 1820 او با انجام صدها تجزیه شیمیایی به سرپا ماندن مؤسسه، از لحاظ مالی، کمک کرد. همچنین در سالهای 1820 فارادی به موضوعات پژوهش عمده و اصلی اش، یعنی الکتریسیته و الکترومغناطیس، بازگشت. در این مورد او را آزمایشگر برجسته قرن نوزدهم می یابیم.
رویدادی که الهام بخش علاقه فارادی به الکتریسیته و مغناطیس شد اکتشاف هانس کریستین اورستد (8)، دانشمند دانمارکی در سال 1820 بود. آزمایش این کشف، ابتدا به صورت نمایش در حضور جمعی از دانشمندان انجام شد. خود اورستد بعداً آزمایش را چنین توصیف می کند: ‌(برای ارجاع به خودش سوم شخص را به کار می برد.)
طرح نخستین آزمایش این بود که جریانی [الکتریکی] از یک اسباب شیمیایی [یک باتری] که معمولاً در سخنرانیهایش به کار گرفته می شد، ایجاد کند و آن را از سیم بسیار نازک پلاتینی بگذراند، این سیم روی یک قطبنما که با شیشه پوشانده شده بود گذاشته می شد. مقدمات آزمایش آماده شد، اما حادثه ای پیش بینی نشده، مانع شد که آن را پیش از سخنرانی امتحان کند. او تصمیم گرفت آزمایش را به وقت دیگری موکول کند؛ اما در حین سخنرانی، احتمال موفقیت آن قویتر به نظرش می رسید، به طوری که او نخستین آزمایش را در حضور مخاطبان انجام داد. عقربه مغناطیسی (قطبنما)، گرچه در جعبه ای گنجانده نشده بود، تکانی خورد، اما چون اثر آن بسیار ضعیف بود... آزمایش اثر قاطعی بر حاضران نداشت.
فارادی و بعضی از دیگران بیشتر تحت تأثیر قرار گرفتند. آزمایش اورستد رویداد بزرگی در افتتاح علم الکترومغناطیس داشت که نهایتاً به بعضی تکنولوژیها که امروزه آشنایی بسیاری با آنها داریم راه یافت. در اواخر سال 1820، نمایش اورستد مورد توجه خاص فارادی قرار گرفت، از این لحاظ که سیمی حامل جریان با یک اثر مغناطیسی احاطه می شود و عقربه قطبنما را در جهتی عمود بر سیم می راند.
فارادی حدس زد که یک سیم حامل جریان می تواند یک آهنربا را با حرکت چرخشی دائمی حول محور سیم در حال دوران نگه دارد. او آزمایشی را که تصویر آن در شکل 11-1 ملاحظه می شود طراحی کرد تا این چرخش الکترومغناطیس را نشان دهد. سمت چپ تصویر جامی پر از جیوه با یک سیم ثابت حامل جریان الکتریکی را که در جیوه فرورفته است، نشان می دهد. یک میله مغناطیسی کوچک پرقدرت کنار سیم جای گرفته و با یک تکه نخ به ته جام بسته شده است. وقتی جریان الکتریکی از سیم (و جیوه درون جام) عبور کند، قطب بالایی آهنربا گرداگرد سیم می چرخد. سمت راست شکل، آزمایش مشابهی را نشان می دهد که در آن آهنربا ثابت است و سیم حامل جریان می چرخد.
این آزمایشها در اکتبر سال 1821 گزارش شد و مقاله آن به نقل از ویلیامز «فارادی را در زمره دانشمندان درجه اول اروپا جای داد. در سراسر اروپا در هر آزمایشگاهی دستگاهی مانند دستگاه چرخش فارادی ساخته شد و درباره ماهیت عجیب نیروی محرکه این دستگاه به تعمق پرداختند.» دستگاه فارادی آشکارا امکانات عمل داشت: او موتور الکتریکی را اختراع کرده بود. او این گونه کاربردها و موارد استعمال دیگری را که با اختراع او امکان پذیر می شد دنبال نکرد. اما دیگران کردند. در سالهای 1830، از میان دیگران اجرای عملی «ماشینهای الکترومغناطیسی» مورد مطالعه جیمز جول قرار گرفت.
مقاله 1821 و پذیرفته شدن فوری آن موجبی برای تجلیل-و چنانکه معلوم شد، برای نوعی اتهام سرقت علیه فارادی بود. مشاجره مربوط می شد به تلاشهای اولیه ناموفق و منتشر نشده ویلیام ولاستون (9) و دیوی برای ساختن سیمی حامل جریان که وقتی تحت تأثیر یک آهنربا قرار گیرد به دور محورش می چرخد. این همان آزمایش فارادی نبود، اما تا حدی شبیه بود که فارادی، کسی که با کوشش ولاستون-دیوی آشنا بود، می باید آن را اعلام کرده باشد. او به علت عجله برای انتشار، این کار را نکرده بود و سوء ظن آغاز شد. سرانجام ولاستون به خاتمه طوفان رضایت داد، اما دیوی این بزرگواری را از او حمایت کرد، اما دیوی نکرد. فارادی با یک رأی مخالف انتخاب شد، و بی تردید آن رأی، رأی دیوی بود. استاد با شاگرد قطع رابطه کرده بود که آشکارا تا حدی انگیزه حسادت و تکبر دخالت داشته است.
آزمایش اورستد نخستین نمایش پدیده الکترومغناطیس نبود. پیش از آن فرانسوا آراگو (10) و آندره ماری آمپر نشان داده بودند که یک پیچک مارپیچی از سیم که حامل جریان الکتریکی باشد، یک مغناطیس، یا در واقع یک الکترومغناطیس می شود. در یک سری آزمایشهایی که در سال 1831 گزارش شده، فارادی این ارتباط بین الکتریسیته و مغناطیس را با واسطۀ یک پیچک سیمی تحقیق می کرده است. او اثری را کشف کرد که سر انجام آن را «الکترومغناطیس (یا مگنتو-الکتریک) القایی» نامید. القا بین دو پیچک از سیم پیچیده شده به دور یک حلقۀ آهنی روی داد. یک پیچک حامل جریان الکتریکی به عنوان یک الکترومغناطیس و دیگری متصل به یک سیم مسی بود که از روی یک عقربه قطبنما می گذشت. در این جا به طور نمونه توصیف بسیار دقیق آزمایش فارادی را، آن طور که در دفتر یادداشتهای آزمایشگاه او ثبت شده است ملاحظه می کنید:
من حلقه ای ساخته شده آهنی (آهن نرم) داشتم، ضخامت گردی آهن اینچ و قطر بیرونی حلقه شش اینچ بود. پیچکهای بسیاری به دور آن پیچدم، نصف پیچکها با نخ چند لا و نوار پارچه پنبه ای از نیمه دیگر آن جدا بود. سه شته سیم بود، هر یک به طول تقریبی بیست و چهار فوت که ممکن بود آنها را به صورت یک رشته به هم متصل کرد، یا به صورت رشته های جدا از هم به کار گرفت. امتحان با یک مخزن (یک باتری ولتایی) عایق بودن آن ها را از یکدیگر نشان می داد. این طرف حلقه را A [شکل 11-2 را ببینید] می نامیم. در طرف دیگر، اما با فاصله ای جدا شده، دو قطعه سیم پیچیده شده بود که طول آنها با هم به حدود شصت فوت می رسید و جهت آن همچون پیچکهای قبلی بود. این طرف را B می نامیم.
یک باتری با ده جفت صفحه چهار اینچ مربعی را شارژ کردم. پیچک های طرف B را به صورت یک پیچک درآوردم، و دو انتهای آن را به یک سیم مسی متصل کردم، این سیم پس از عبور از فاصله ای، درست روی یک عقربه مغناطیسی (در فاصله 3 فوتی از حلقه سیمی) قرار داشت. سپس دو سر یکی از رشته های طرف A را به باتری وصل کردم؛ ناگهان اثر حرکتی محسوسی روی عقربه ظاهر شد. عقربه نوسان کرد و سرانجام در موقعیت اولیه خود آرام گرفت. با قطع ارتباط طرف A با باطری، بار دیگر عقربه دچار اختلال شد.
وقتی اتصال به باتری برقرار شد، پیچک A یک الکترومغناطیس شد که اثر مغناطیسی آن در پیچک B جریان الکتریکی ایجاد کرد، و این جریان با عقربه مغناطیسی (قطبنما) مشخص شد. کشف کلیدی فارادی، که سالها خود فارادی و دیگران آن را فراموش کرده بودند، این بود که جریان الکتریکی القایی گذرا (transient) یعنی فقط برای مدت کوتاهی پس از برقراری اتصال پیچک A دوام داشت. به گفته دیگر القا فقط تا وقتی اثر مغناطیسی در حال تغییر بود، ظاهر می شد. جریان گذرای دیگر وقتی در پیچک B القا می شد که اتصال پیچک A از باتری قطع شود.
آزمایش اورستد اثر مغناطیس ایجاد شده به وسیله اثر الکتریکی را نشان داد. نخستین آزمایش القای فارادی نمایش معکوس این عمل بود. یعنی با اثر مغناطیسی، یک اثر الکتریکی ایجاد می شود، با توجه به اینکه اثر مغناطیسی ناشی از الکترومغناطیس یا مغناطیس الکتریکی است. فارادی نتیجه مشابهی را با جانشین کردن مغناطیس دائمی به جای الکترومغناطیس به دست آورد. او سیمی را به طور پیچک مارپیچ به دور یک استوانه مقوایی مجوف پیچید، پیچک را به گالوانومتر متصل کرد (برای اندازه گیری جریانهای الکتریکی)، و به سرعت یک مغناطیس دائمی استوانه ای را به درون استوانه ای مقوایی فرو برد. وقتی آهنربا در حرکت بود-اما تنها وقتی در حرکت بود-گالوانومتر نشان می داد که جریان الکتریکی در پیچک القا می شود.
آزمایشهای القای الکترومغناطیسی سال 1831 فارادی مانند آزمایشهای چرخش الکترومغناطیسی سال 1821 او نوعی مفاهیم عملی آشکاری داشت که به طور معمول فارادی از آنها بهره برداری نمی کرد. آزمایشهای القایی نشان داد که همه آنچه برای تولید الکتریسیته لازم است یک آهنربا و یک پیچک سیمی است. ماشینهایی که امروزه آنها را دینام یا مولد الکتریسیته می نامیم بر مبنای این اصل است.
سالهای 1830 برای فارادی سالهای پرمشغله ای بود. او مدت کوتاهی پس از کامل کردن آزمایشهای القای الکترومغناطیسی، به سلسله آزمایشهای فوق العاده مهم دیگری مبادرت ورزید. این آزمایشها متمرکز بر تجزیه الکترشیمیایی و علاقه ای بود که از دیوی به ارث برده بود. در نخستین الگوی این آزمایشها، جریان الکتریکی از یک باتری ولتایی از ظرف محتوی آب می گذشت، و گازهای اکسیژن و هیدروژن در دو سر سیمهایی که در آب اتصال الکتریکی ایجاد می کردند، تشکیل می شد. واکنش شیمیایی متداول تجزیه آب (H2o) براثر جریان الکتریکی به هیدروژن (H2) و اکسیژن (o2) به صورت زیر است،

این اثر ابتدا در سال 1800 مشاهده شد و در طی زمان که فارادی در سالهای 1830 به الکتروشیمی روی آورد، تجزیه های الکتروشیمیایی بسیار زیادی مشاهده شده بود.
فارادی نخست نتیجه گیری کرد که در تمام موارد مقدار تجزیه شیمیایی تولید شده متناسب با مقدار الکتریسیته تولید کننده اثر است. همچنین او مشاهده کرد که جرمهای عناصر آزادشده به وسیله کمیت معینی از الکتریسیته، متناسب با وزنهای هم ارز شیمیایی آنهاست. (وزن هم ارز یک عنصر تقریباً معادل با جرمی از آن عنصر است که با یک گرم هیدروژن ترکیب می شود. مثلاً، وزن هم ارز اکسیژن در H2o هشت گرم است).
فارادی از دومین مشاهده اش، نتیجه گیری کرد که «وزنهای هم ارز اجسام صرفاً کمیتهایی از آنهاست که شامل مقدار الکتریسیته یکسانی باشند، یا به طور طبیعی توانهای الکتریکی مساوی داشته باشند؛ این الکتریسیته است که [وزن] هم ارز را معین می کند، زیرا الکتریسیته نیروی ترکیب شده را معین می کند.» این اظهارات مکتوب در سال 1834، به طور شگفت انگیزی پیشگویی کننده آینده بود. آنها بیش از پنجاه سال زودتر از آنکه شیمی فیزیکدانان این نظریه ها را توسعه دهند پیش بینی شدند. در اواخر قرن نوزدهم بود که شیمی فیزیکدانان به این تصور رسیدند که بسیاری از مواد شیمیایی ممکن است در حالت محلول به صورت اجزای باردار الکتریکی، هر یک با وزن هم ارز خود، تفکیک شوند.
فارادی حتی با پیشگویی گسترده تر ادامه می دهد: «یا، اگر ما نظریۀ اتمی یا عبارت پردازی آن را بپذیریم، در آن صورت اتمهای اجسامی که در واکنشهای شیمیایی عادیشان با یکدیگر هم ارزند، مقادیری مساوی از الکتریسیته دارند که به طور طبیعی با آنها پیوسته است.» او در این مورد مفهوم ذرات باردار در محلولهای آبی را فرمولبندی کرد که در نظریه جدید محلولها «یون» نامیده می شود. اما او مانند بسیاری از معاصرانش از پذیرفتن اتمیسم خودداری کرد: ‌«باید اعتراف کنم که من نسبت به اصطلاح اتم احساس حسادت می کنم، زیرا اگرچه بحث درباره اتمها بسیار آسان است، اما ایجاد یک اندیشه روشن از ماهیت آنها، به ویژه وقتی مواد مرکب مورد نظر باشد، بسیار دشوار است.» با ذوق گذشته نگری، ما در شگفت می مانیم که چرا فارادی جسارت کافی نداشت که به اتمهای باردار حتی به اتم الکتریسیته (الکترون) باور داشته باشد. این گامی بود که او نمی توانست بردارد، زیرا این امر تجاوز به اظهارنظرش بود مبنی بر اینکه یک اصل مفروض حقیقت نیست، مگر آنکه واقعیتهای آزمایشی (بسیاری) مؤید آن باشد. برای فارادی هیچ چیز مهمتر از آن نبود.
ما می توانیم اعتبار و امتیاز بینانگذاری علم الکتروشیمی را از آنِ فارادی بدانیم. او نه تنها دو قانون اساسی الکتروشیمی مذکور در فوق را پیشنهاد کرد، بلکه زبان الکتروشیمی، از قبیل اصطلاحات «الکترولیت»، «الکترود»، «کاتود»،‌ «آنود»، «کاتیون»، «آنیون» و «یون» را نیز ارائه کرد. فارادی برای ابداع این اصطلاحات از ویلیام هیووِل (11) در کالج ترینیتی، کمبریج، کمک گرفته بود. بنا به اظهارات کرودر، «اصطلاحات مشهور ‍‍[الکتروشیمی] عمدتاً ناشی از ذوق عالی ریشه یابی هیوول بود.»
فارادی در سال 1837 از الکتروشیمی به الکتریسیته ساکن (الکترواستاتیک)روی آورد. او ایده ای در نظر داشت که می توانست تأیید آن را با شواهد الکتروشیمی ببیند. ایده او این بود که وقتی دو جسم باردار الکتریکی بر هم تأثیر کنند، این اثر نه تنها به خود بار بلکه به ملأ بین دو جسم نیز بستگی دارد. او دستگاهی طراحی کرد به اصطلاح امروزی به نام خازن (capacitor). این دستگاه مرکب از دو کرۀ برنجی هم مرکز بود که با پوسته لاکی عایق از لحاظ الکتریکی از هم جدا می شوند. این دستگاه را ممکن بود گشود و فضای بین دو کره را با مواد عایق متفاوت، گازها، مایعات و جامدات پر کرد.
فارادی با این طرح دو خازن دقیقاً یکسان ساخت. در یک آزمایش نمونه ای، او یک خازن را با هوا و دیگری را با مادۀ دیگری، مانند شیشه، گوگرد یا تربانتین، پر کرد. سپس یک خازن را با الکتریسیتۀ باردار و آنرا به خازن دیگری متصل کرد؛ بنابراین، بار الکتریکی بین دو خازن تقسیم شد. سرانجام، با یک الکتریسیته سنج بارهای روی خازنها را اندازه گیری کرد. او دریافت خازنی که با جسم جامدی پر شده همیشه بار الکتریکی بیشتری از آنکه با هوا پر شده دارد. این شاهدی آشکار بود که برهمکنش الکتریکی بین دو جسم باردار نه تنها به بار و فاصله بین دو جسم، بلکه به محیط یا ملأ ای که فضای بین دو جسم را اشغال کرده است نیز بستگی دارد، فارادی این ملأ را «دی الکتریک» نامید. اگر دی الکتریک جامد باشد، مقداری از بار خود دی الکتریک القا می شود. به نظر فارادی، این آزمایشهای «القای الکترواستاتیکی» یک ارتباط متقابل نزدیک بین نیروهای الکتریکی و ملأای را که آن نیروها در آن ملأ مؤثر واقع می شوند، نشان می دهند: نیروها محیط یا ملأ را تغییر می دهند، و ملأ نیروها را منتشر می کند.
فارادی از لحاظ بدنی مردی قوی بود. او می توانست در یک روز مسافتی در حدود سی مایل را در ناحیه کوهستانی پیاده روی کند. او مدام در مؤسسۀ سلطنتی مشغول به کار بود. ضعف مصیب بار او گهگها عود میکرد به گفته خود او «ناخوشی من به سرم مربوط می شود.» حتی در جوانی مشکل حافظه داشت و با افزایش سن از حمله های افسردگی و سردرد رنج می برد. کنستانس رید (12) خواهرزاده اش یادآور می شود، بعضی اوقات که او به منتها درجه مأیوس و گرفته می شود «زن دایی من معمولاً او را چند روزی به برایتون (13) یا به جای دیگ می برد و آنها معمولاً پس از بازگشت سرحال و سرزنده بودند.»
این نشانه های بیماری از لحاظ شدت و تکرار افزایش یافت، تا آنکه در سال 1840، درسن چهل و نه سالگی، فارادی دچار فروپاشی عصبی شدیدی شد. تعطیلات برایتون دیگر شفابخش نبود، و به مدت چهار سال او از اکثر فعالیتهای پژوهشی اش دوری گزید. حالت استیصال او را در نامه ای به دوستش کریستیان شوین بین (14) در سال 1843، می توان تصور کرد: «من باید دست به کار نوشتن نامه ای برای تو باشم، گرچه آن طور که احساس می کنم، در اواسط یکی از حمله های عصبی ملایمتری هستم. با حافظه ای بسیار غیرقابل اطمینان، که نمی توانم آغاز یک جمله را تا پایان به یاد آورم-دستم به فرمان اراده ام نیست، با نوعی انقباض ماهیچه نمی توانم حروف را مرتب بنویسم، بنابراین، مشکل می دانم که آیا کاری را با استواری به پایان خواهم رساند یا نه.»
با وجود این، او در سال 1845 بازگشت. او بار دیگر در آزمایشگاهش بود و اقدام به کاری کرد که یکی از عالیترین دستاوردهای او بود. این کار با اظهارنظری در یک نامه از ویلیام تامسن که در آن زمان دانشجوی کارشناسی در کمبریج بود، آغاز شد. تامسن آثار الکتریسیته بر دی الکتریکها را که فارادی با آنها آشنایی داشته است، متذکر می شود و سپس این نظر را ارائه می کند که قید الکتریکی یک دی الکتریک شفاف ممکن است اثری بر نور قطبیده ای که از دی الکتریک می گذرد، داشته باشد.
پدیدۀ قطبش نور سالها پیش شناخته شده بود. این پدیده، به ویژه در نور بازتابیده مشاهده، و به عنوان فرایندی که ارتعاشات تشکیل شده امواج نور را در یک صفحه معین محدود می کند، فهمیده شده بود. دهها سال پیش از نامه تامسن، فارادی کوشیده بود تا تغییر در صفحۀ قطبش باریکه نور در حال عبور از دی الکتریکی را که در قید بار الکتریکی است، آشکارسازی کند. در آن موقع او فقط به نتایج منفی رسید. فارادی به تامسن پاسخ داد: «هنوز من قاطعانه باور دارم که این دی الکتریک در یک حالت خاصی است، در حالی که القا در آن صورت می گیرد.» او بار دیگر تحریک شد تا این اثر گریزپا را جستجو کند، اما اصطلاحات جستجوی قبلی برای آثار الکتریکی بر نور قطبیده چندان موفقیت آمیز نبود. ناگهان به خاطرش رسید که یک مغناطیس قوی ممکن است یک دی الکتریک جامد را به قدر کافی مجبور کند تا بر گذرگاه یک باریکۀ نور قطبیده اثرگذار باشد.
در سال 1845، فارادی سلسله آزمایشهایی را بر این حدس و گمان آغاز کرد. برای مواد جامد گذرگاه نور قطبیده، او شیشه فلینت، نوعی بلور کوراتز و بلور شامل کلسیم کربنات را امتحان کرد، مقدار جریان الکتریسیته لازم برای الکترومغناطیسش و جایگاه قطبها را تغییر داد، باز هم موفقیتی حاصل نشد. سرانجام او قطعه ای از شیشه سربی را که پانزده سال پیش تهیه کرده بود امتحان کرد- و بالاخره لحظۀ یافتم یافتم فرا رسید:
یک قطعه شیشه سخت... به طول دو اینچ، به عرض 8/1 اینچ و به ضخامت 5/0 اینچ، مرکب از سیلیکو بورات سرب، که کوتاهترین دو لبۀ آن صیقلی شده بود مورد آزمایش قرار گرفت. وقتی قطبهای مغناطیسی یکسان یا قطبهای مخالف بر وجوه مقابل (با توجه به مسیر پرتو قطبیده) بودند نتیجه ای حاصل نمی شد- همچنین بود وقتی که قطبهای یکسان بر وجه یکسان بودند، خواه با جریان ثابت باشد، خواه با جریان نوبتی- اما، وقتی قطبهای مغناطیسی مخالف بر یک وجه بودند اثری بر پرتو قطبیده ایجاد شد، و از این رو ثابت شد که نیروی مغناطیسی و نور ارتباطی با یکدیگر دارند. این واقعیت با بیشترین احتمال، باروری فوق العاده و ارزش بسیار در پژوهشهای هر دو حالت نیروهای طبیعی را ثابت خواهد کرد.
در واقع، فارادی نشان داده بود، رابطه بین نور مغناطیس، نخستین گام در امتداد راهی است که به یکی از بزرگترین دستاوردهای نظریه ای قرن نوزدهم می رسد و آن نظریه الکترومغناطیسی نور است که سرانجام ماکسول بنای آن را بر مبنای دستاوردهای فارادی به انجام رساند.
فارادی از گفتن اهمیت تحویل ناپذیر بودن واقعیتهای آزمایشی ملموس و عینی به خوانندگان، گزارشگران، و مخاطبانش هرگز خسته نمی شد. او در اواخر دوره کاری خود به یکی از دوستانش نوشت، «من هرگز نمی توانستم بدون دیدن از خود واقعیتی بسازم.» او در نامه ای به یکی از همکارانش به نام اگوست دِلا ریو (15) یادآور شد که، «در اوایل زندگی، من آدم تخیلی بسیار سرزنده ای بودم، قصه های هزار و یک شب را به همان سهولت می پذیرفتم که مطالب دایره المعارف را، اما واقعیتها برای من اهمیت داشتند و رهایی بخش من بودند. من می توانستم به واقعیت اطمینان داشته باشم.» واقعیتها هدیه های آزمایشها بودند. او می گفت: «بدون آزمایش من چیزی نیستم» و آزمایشها پایانی ندارند: «اما باز هم می کوشم، زیرا چه کسی می داند چه چیز امکان پذیر است؟» او در یک سخنرانی برای حضار گفت: «من شاعر نیستم، اما اگر شما برای خودتان، چنین می پندارید، آن طور که من پیش می روم واقعیتها، شعری را در ذهن شما ایجاد خواهند کرد.» ما، در شعر، وجه دیگری از نبوغ فارادی را می یابیم.

فیلسوف

آیزایا برلین (16) فیلسوف و تاریخ نگار مشهور قرن بیستم مقاله ای با عنوان «خارپشت و روباه» نوشته است که در آن او متفکران را به عنوان روباهها و خارپشتها طبقه بندی کرده است: روباهها چیزهای بسیاری می دانند، در حالی که خارپشتها یک چیز بزرگ می دانند. فارادی هر دوی آنها بود. او به عنوان یک آزمایشگر همه آنچه را که ذکر شد و مقدار بسیار زیادتری را هم می دانست. (بنس جونز بیست و دو عنوانی را که فارادی تنها در پژوهشهای الکتریکی انجام داده فهرست کرده است.) اما به عنوان یک نظریه پرداز، او یک چیز بزرگ ‌آموخته و آموزش می داد: که نیروهای طبیعی همگی به هم مربوط اند. او در سال 1834 طی یک سخنرانی در مؤسسه سلطنتی اظهار داشت: «ما نمی توانیم بگوییم که هر یک از نیروها علت دیگری است، اما تنها می توان گفت که همه آنها ناشی از یک علت مشترک به هم مربوط اند.» او در سال 1845 در مقاله ای که اکتشاف خود درباره اثر مغناطیس بر نو را گزارش می کرد، نوشت: «من مدتها عقیده ای تقریباً نزدیک به یقین داشتم... شکلهای گوناگونی که بنابر آنها نیروهای ماده آشکار می شوند یک منشأ مشترک دارند؛ یا به گفته دیگر چنان مستقیماً مربوط و متقابلاً وابسته اند، که اگر چنین باشد، آنها به یکدیگر تبدیل پذیرند، و در کار و عملشان توانهای هم ارز دارند.» و در سال 1849 او گفت: «تلاشها، در علم فیزیکی سالهای اخیر، نه تنها متوجه تحقق نیروهای طبیعی، بلکه متوجه شیوه های ارتباط آنها به یکدیگر، کلّیت هر یک در عملشان و وحدت احتمالی در یگانگی شان نیز بوده است.»
اینها کلی گوییهای مبهمی نبوده اند. آزمایشهای فارادی تصویر روشنی از نیروهای طبیعی به او داده است. نیروهای مغناطیسی را واقعاً می توان در فضای پیرامون آهنربا، با پاشیدن براده آهن بر قطعه کاغذی که روی آهنربا گذاشته شده باشد، نقشه برداری کرد. براده های آ‌هن خودشان درامتداد «خطوط نیرو» ردیف می شوند (شکل 11-3). فارادی پذیرفته بود که نیروهای بین قطبهای مغناطیسی در امتداد این خطوط منتشر می شوند. تامسن اصطلاح جدید و ضروری «میدان نیروها» یا فقط «میدان» را برای کل شبکه خطوط نیروی فارادی معرفی کرد.
براده های آهن نشان می داد که خطوط نیرو ممکن است خمیده باشند. در آزمایش اورستد براده های آهن با سیم حامل جریانی که در مرکز جای داشت، دایره هایی ایجاد می کردند. خطوط نیرو قوانین القای الکترومغناطیسی را نیز معین می کنند. این قاعده برقرار بود که اگر سیمی خطوط نیروی مغنایسی را قطع کند، یک جریان الکتریکی در سیم القا می شود و بزرگی جریان بستگی به آهنگ بُرش خطوط نیرو دارد. القا با این شیوه، مخصوصاً در آزمایش فارادی با پیچک سیمی مارپیچ و فرو بردن آهنربا در آن، آشکار می شد: وقتی آهنربا حرکت می کرد سیم در پیچک، خطوط نیروی حامل آهربا را قطع می کرد و جریانی در سیم القا می شد.
فارادی آنچه را که در واکنش براده های آهن به یک میدان مغناطیسی می دید، به میدان الکتریکی و گرانشی نیز تعمیم می داد. او وسیله ای مانند برادۀ آهن برای آشکارکردن تصاویر خطوط نیروی آنها نداشت، اما مسلم می دانست که آنها وجود دارند، فضا اشغال می کنند- حتی غیر از فضای خالی- بین اجسام برهمکنش کننده.
همه اینها، عزیمت حرکتی اساسی از فیزیک نظری بود که فارادی در اوایل قرن نوزدهم بنیاد نهاد، و عمدتاً بر مبنای صورتی از فیزیک نیوتونی بود. در آغاز این قرن نیوتونیسم بی رقیب بود. جهان به صورت سیستمی از ذرات دیده می شد که بر اثر نیروهایی عمل می کند، نیروهایی که در پدیده هایی از الکتریسته، مغناطیس و گرانش ظاهر می شوند. هر نیرو بدون وساطت عامل مؤثری، بی درنگ از جسمی به جسم دیگر منتقل می شود و به طور ریاضی با سه قانون نیوتون معین می شد- نظریه های نور در مقوله متفاوتی بود، و آنها نیز بر مدلهای ذره ای تکیه داشتند.
نخستین ضربه به دیدگاه رایج و غالب نیوتونی به وسیله توماس یانگ (17) و اگوستین فرنل(18) نواخته شد، که در سالهای 1830 نظریه ذره ای نور را تخریب و به جای آن نظریه موجی را مطرح کردند- بحث امواج مشکل دیگری ایجاد کرد. امواج به صورت ارتعاشهایی تصور می شدند، اما ارتعاشات چه چیز؟ نظریه پردازان برای پاسخ به این پرسش نوعی ماده بی وزن ناآشنایی با بعضی خواص عجیب به نام «اتر» اختراع کردند: اتر می توانست از ماده معمولی، بدون اصطکاک، به طور کامل بگذرد، اما وقتی پای آن به میان کشیده می شد، می توانست تکیه گاهی برای ارتعاشاتی با بسامدهای فوق العاده زیاد، مانند امواج نور باشد.
فرضیه اتر تنها وسیله نظریه ای زمان برای تکیه بر ماده بی وزن نبود. سیال بی وزنی به نام «کالریک» در نظریه های گرما رایج بود، الکتریسیته و مغناطیس نیز به عنوان سیالهای بی وزن تلقی می شدند.
فارادی برای هر یک از تدابیر نظری همنوایی اندکی داشت. او مفهوم اتر و همه سیالهای بی وزن را رد می کرد و از پذیرفتن اصل «کنش از دور action-at-distance» نیوتونی امتناع می کرد. بنابراین، اصل اثر یک نیرو، الکتریکی، مغناطیسی، یا گرانشی می تواند از فضای خالی از یک جسم به جسم دیگر برسد. در جهان بینی فارادی، فضا با میدانهایی شامل خطوط نیرو اشغال شده است. یک میدان الکتریکی با یک بار الکتریکی، یک میدان مغناطیسی با قطبهای یک آهنربا، و یک میدان گرانشی با یک شیء پُرجرم تولید شده است. جسم دیگر می تواند به یکی از میدانها واکنش نشان دهد، اما نه در یک مسافت دور. این واکنش موضعی است، مشروط است به اینکه موضع جسم دوم نسبت به میدان کجاست. جان ویلر، فیزیکدان نظریه ای معاصر، تصویری از یک میدان گرانشی به ما می دهد که مؤید نظر فارادی است:
مثلاً می توان گفت خورشید یک میدان گرانشی ایجاد می کند، که خارج از آن در فضا گسترده می شود، و شدت آن به صورت عکس مجذور مسافت از خورشید نقصان می پذیرد. زمین این میدان گرانشی را به طور موضعی «احساس» می کند، یعنی بستگی دارد به اینکه زمین کجا باشد، در این صورت زمین با شتاب گرفتن به سوی خورشید واکنش نشان می دهد. بنابراین توصیف، خورشید پیام جاذبه اش را از طریق میدان به زمین می رساند، نه آنکه دست دراز کند تا از مسافت دوری در فضای خالی بر زمین اثر بگذارد. زمین نباید «بداند» که خورشیدی در مسافت 93 میلیون مایلی خارج از آن وجود دارد. زمین فقط «می داند» که یک میدان گرانشی در جایگاهش وجود دارد. این میدان، گرچه تقریباً مانند خود اتر، اِتری است، اما می توان گفت که واقعیت فیزیکی دارد، فضا اشغال می کند و شامل انرژی است. وجود آن یک خلأ حقیقی را از بین می برد. در این صورت باید قانع شویم خلأای را که در گفتگوی روزمره به کار می بریم به صورت ناحیه ای عاری از ماده بدانیم، اما نه عاری از میدان.
نظریه های فارادی بدعت آمیز و برای معاصرانش ناپسند بود. ویلیام می نویسد: «واکنش نسبت به مفهوم خط نیرو صرفاً یک دانش بی طرفانه و معمولی نبود، بلکه کاملاً خصمانه بود، بخصوص وقتی فارادی می کوشید ادامه آن را به گرانش بکشاند... انجمن دانش (Athenaeum) پیشنهاد کرد که او به مؤسسه سلطنتی بازگردد و ریاضیات کلاس ششم را توسعه دهد، پیش از آنکه بار دیگر جرئت عمل در دریاهای ژرف فیزیک لاپلاسی داشته باشد.» در سال 1855، وقتی که فارادی شصت و چهارساله بود و به خواهرزاده اش، کنستانس رید گفت: «چگونه است که افراد معدودی خطوط نیروی فیزیکی را می فهمند! آنان این خطوط نیرو را نخواهند دید، با وجود این پژوهشگران این موضوع مایلند نظریه هایی را که من از بسیاری سالها پیش تاکنون مطرح کرده ام تأیید کنند. به نظر می رسد که فقط تامسن گلاسکویی تقریباً تنها کسی است که آنها را می فهمد. احتمالاً او به فهم منظور من از همه نزدیکتر است. من قانع ام منتظر بمانم تا نسبت به درستی نظرات من، مثل خودم متقاعد شود.»
نظریه های فارادی مخالفانی هم داشت، زیرا نظریه های انقلابی بودند که همیشه دلیل کافی برای تحریک داشتند. علاوه بر این فارادی با زبان ریاضیات پیشرفته ای که مورد انتظار نظریه پردازان دیگر بود، بحث نمی کرد. ریاضیات فارادی فراتر از محاسبات مقدماتی نبود. روشهای ریاضی او در حدود ریاضیات گالیله بود. احتمالاً در زمان فارادی ریاضیات امتیازی برای خلاقیت بوده است. بنا به گفته نظریه پرداز بزرگ میدان در قرن بیستم آلبرت اینشتین، مفهوم میدان محصول «یک ذهن فوق العاده مبتکر و بدیع است، ذهنی که هرگز چسبیده به فرمولها نیست.» اما برای مخاطبان فارادی فیزیک نظریه ای الزاماً فیزیک ریاضی بوده است.
خوش اقبالی فارادی این بود که دو جوان پیرو او- ظاهراً هر یک به تنهایی- به مفاهیم خطوط نیرو و میدان معتقد بودند، و همه تجهیزات ضروری برای ایجاد نظریه های میدان به زبان ریاضی لازم را داشتند. یکی از فیزیکدانان ریاضی، آن طور که فارادی به خواهرزاده اش گفته است، ویلیام تامسن بود. فارادی بسیار خرسند بود که ویلیام تامسن در سال 1845، به هنگامی که فقط بیست و یک ساله بود، نظریه ریاضی خطوط نیروی الکتریکی را فرمولبندی کرد. ریاضی فیزیکدان دیگری که چشم به نظریه میدان داشت، جیمز کلارک ماکسول (19) بود. او بعدها، مدت کوتاهی پیش از مرگ فارادی نظریه بزرگ الکترومغناطیسی نور را ایجاد کرد. ماکسول منشأ نظریه اش را توضیح می دهد و از دین خود نسبت به فارادی و تامسن، در مقدمه کتابش با عنوان رساله ای در باب الکتریسیته و مغناطیس سپاسگزاری می کند:
من آگاه بودم که ظاهراً بین فارادی و ریاضدانان در مورد راه و روش درک و بیان پدیده ها تفاوتی وجود دارد، به طوری که نه فارادی و نه ریاضیدانان دیگر از زبان یکدیگر رضایت خاطر ندارند. من عقیده ای راسخ داشتم که این اختلاف از نادرست بودن نظر یکی از دو طرف نیست. در این مورد ابتدا به وسیله سِر ویلیام تامسن و با توصیه و یاری او متقاعد شدم و عمده آنچه را که درباره این موضوع آموخته ام مدیون مقالات منتشر شده او می دانم.
همچنان که در مطالعه آثار فارادی پیش می رفتم، متوجه می شدم که روش بیان خود او از پدیده ها روشی ریاضی نیز هست، گرچه به شکل نمادهای مرسوم نیست، همچنین دریافتم که این روشها را به صورتهای ریاضیات عادی می توان بیان کرد و در نتیجه با بیانات ریاضیدانان حرفه ای قابل قیاس است.
ماکسول اضافه می کند که او عمداً اثر فارادی با عنوان پژوهشهای آزمایشی در الکتریسیته را پیش از تعبیر «هرگونه ریاضی درباره موضوع آن» خوانده است.
بحث ما ممکن است این برداشت را ایجاد کند که فارادی دو زندگی جداگانه داشته، ابتدا یک آزمایشگر و سپس یک نظریه پرداز بوده است. اما فقط یک زندگی علمی وجود داشت، یک کنش متقابل فوق العاده خلاق بین آزمایشها و تحقیقات نظری. هیچ تلاشی بدون دیگری موفقیت آمیز نبود. این توانایی کارکردن در قلمروهای نظریه ای و آزمایشی به طور همزمان و خلاق موهبتی نادر بود. تنها معدودی از فیزیکدانان این کتاب، احتمالاً فقط نیوتون و فرمی، علاوه بر فارادی از چنین موهبتی برخوردار بودند. اینشتین، گیبس، ماکسول، بولتزمان و فاینمن نظریه پردازان درجه اول بودند، اما آزمایشگران خلاقی نبودند.

درخانه

سارا، همسر فارادی، از جهاتی همچون شوهرش برجسته و قابل ملاحظه بود. او بیش از هر شخص دیگر عامل مؤثر استواری بود که انرژی آتشفشانی فارادی را تحت کنترل نگه می داشت. ویلیامز این تصویر را از نقش چاره ناپذیر او در زندگی فارادی را برای ما می نمایاند: «سارا بارنارد (20) زوج کاملی برای فارادی بود. از نظر او و از انظار دیگران، سارا به صورت چهره ای جذاب، زیبا و مهربان ظاهر می شود. او لبریز از احساسات مادرانه بود و چون خودش فرزند نداشت آن احساسات را بی دریغ نثار خواهرزاده ها و خود فارادی می کرد. این دقیقاً همان چیزی بود که فارادی نیاز داشت. اغلب اوقات فارادی چنان در آزمایشگاه مجذوب کارش می شد که غذا خوردن را فراموش می کرد. خانم فارادی آرام و بی سر و صدا با پذیرایی از او مراقب بود که سلامتی او آسیب نبیند.»
سارا عاقلانه نمی کوشید که کار همسرش را دنبال کند. او به خواهرزاده اش می گفت «که علم اکنون برای او چنان جالب و هیجان انگیز شده است که غالباً او را از خوابیدن محروم می کند و من کاملاً راضی ام که آرامش ذهنی او را فراهم آورم». در سال 1838 فارادی در سن چهل و هفت سالگی بود از لیورپول به سارا نوشت: «هیچ چیز به قدر مصاحبت با تو مرا راحت نمی کند. حتی هم اکنون که مشغول نوشتن هستم آن را احساس می کنم، و اگر جلوی خود را نگیرم کلماتی را که می نویسم با صدای بلند می گویم؛ گویی تو اینجا در حال شنیدن هستی.» مدتها بعد در سال 1863 که سلامتی او رو به ضعف بود به سارا نوشت: «سرم و قلبم پر و پیمان است، اما حافظه ام به سرعت تحلیل می رود، حتی در مورد دوستانم که در یک اتاق هستم. تو باید کار قدیمی خود را ادامه دهی، فراهم کننده آرامش ذهنی و راحتی من باشی، ای همسر شادی آور.»
فارادی فرزند نداشت، اما بی اندازه شیفته کودکان بود. دو خواهرزاده اش کنستانس رید و جین بارنارد غالباً این خلأ را پر می کردند. آنان از مجالست فارادی لذت می بردند، همان قدر که او لذت می برد. کنستانس رید در دفتر خاطراتش می نویسد: ‌«دیدار از آزمایشگاه به هنگام اتمام جنب و جوش روزانه برای ما تفریحی لذت بخش بود. ما غالباً او را در آزمایشگاه به هنگامی می یافتیم که با پیش بند سوراخ سوراخ، مشغول انجام آزمایشهای تحقیقاتی اش بود. اگر خیلی مشغول بود فقط با سر اشاره می کرد، و زن دایی و من در فاصله ای آرام می نشستیم، تا آنکه او فوراً یادداشتی روی لوحش می نوشت و برای گفتن حرفی به طرف ما برمی گشت؛ یا احتمالاً موافقت می کرد به طبقه بالا بیاید و عصر را با نوعی بازی بیلیارد بگذراند، با قید و شرط اینکه ابتدا با یک ساعت سکوت کار آزمایشش را به پایان برساند. او به همۀ بازیهای ابتکاری علاقه مند، و همیشه برنده بود.» او با بعضی از دیدارکنندگان جوان با جیغ و داد در سالن سخنرانی مؤسسه قایم موشک بازی می کرد و سپس با دیاپازون و لیوانهای طنین انداز آنان را سرگرم می کرد. به گفته یک زندگینامه نویسش «او هنوز خودش یک بچه بود.»

خطابه ها

جئوفری کانتور(21)، زندگینامه نویس اخیر، می نویسد: «فارادی به خوبی مناسب مؤسسه سلطنتی و مؤسسه سلطنتی به خوبی مناسب فارادی بود؛ در واقع احتمالاً در حوزه علمی بریتانیا جای دیگری نبود که فارادی بتواند در آنجا پیشرفت کند و به اوج شهرت برسد. در همان ساختمان او می توانست هم امور خصوصی و هم امور عمومی اش را انجام دهد.» فارادی در مؤسسه سه جا را اشغال کرده بود: طبقه بالا، طبقه پایین و زیرزمین. طبقه بالا آپارتمان فارادی بود که تا بازنشستگی او در سال 1862 در اشغال او بود. طبقه پایین اتاقهای عمومی، کتابخانه و سالن سخنرانی، و در زیرزمین آزمایشگاه بود. ما تاکنون فارادی را در آزمایشگاه، و در خانه اش در آپارتمان طبقه بالا دیده ایم. اکنون می خواهیم او را در طبقه پایین به عنوان یک سخنران و معلم ببینیم.
فارادی از سال 1826 تا بازنشستگی یک سری سخنرانیهایی برای عامۀ مخاطبان ایراد می کرد که آنها را خطابه های عصر جمعه می نامید. او این سخنرانیها را خیلی جدی می گرفت: آنها را تمرین می کرد، درباره آنها نگران بود و زیاد فکر می کرد، و برای اصلاح زمانبندی و تنظیم کار خودش کارتهایی تهیه کرده بود. این سخنرانیها عامه پسند بودند، و درآمد حاصل از آنها مشکلات مالی دایمی مؤسسه را کاهش می داد. در این سخنرانیها و سخنرانیهای دیگر، فارادی قاعدۀ خاص خودش را مبنی بر اینکه «سخرانیهایی که واقعاً آموزشی باشند هرگز عامه پسند نخواهند بود؛ سخنرانیهایی که عامه پسند باشند هرگز واقعاً آموزشی نخواهند بود،» شکست.
یک احسان بیشتر برای مؤسسه سخنرانیهای کریسمس بود که فارادی برای کودکان ایراد می کرد. این سخنرانیها به سرعت مخاطبی از طبقات اجتماعی بالاتر از جمله آلبرت ادوارد، شاهزاده ویلز را جلب کرد. مشهورترین سری سخنرانی کریسمس به نام «تاریخ شیمی یک شمع» بود که منتشر شد و به تعداد بیشمار به زبانهای متعدد انتشار یافت. این امر حاکی از گفتگوی زیبای فارادی با مخاطب جوانش و همچنین با طبیعت است، او سخن را چنین آغاز می کند: «چیزی بهتر و دری گشوده تر از آن نیست که با بررسی پدیده های یک شمع بتوانید وارد مطالعه فلسفه طبیعی شوید.» او با جوانب پرشور و شوق فراوان، نشان می دهد که چگونه شمعها ساخته می شوند، چگونه آنها می سوزند، ساختار گرمایی و شیمیایی شعله را می نمایاند، واکنشهای شیمیایی احتراق را مشخص می کند و سرانجام مخاطبش را به رموز الکتروشیمی، تنفس و شیمی اتمسفر راهنمایی می نماید. او از شمع معمولی، جهانی از علم را برای خودش و به همان قدر برای مخاطبانش برپا می کند.

ساندمانی(22)

در پاسخ به مکاتبه ای که درباره تأثیر دین او بر فلسفه طبیعی اش پرسیده شده بود، فارادی می نویسد: «در دین من فلسفه ای وجود ندارد، من از یک فرقه بسیار کوچک تحقیر شده از مسیحیان، اگر نگوییم ابداً، معروف به ساندمانیها هستم، و امید ما بر اساس ایمانی است که در مسیح است.»
منشأ ساندمانیها در اسکاتلند بود، جایی که آنها را گلاستیها (23) می نامیدند و بعدها در یورکشایر و بخشهای دیگر انگلستان پراکنده شدند. در زمان فارادی، اعضای آن حدود صد نفر در لندن و به طور کلی در حدود ششصد نفر بودند. کانتور می نویسد:‌«ساندمانیسم مطالبات زیادی از اعضای خود دارد و برای افراد بی خلوص و بی میل یا برای آنان که مایلند فقط روزهای یک شنبه اعمال مسیحیت را انجام دهند، نیست. در واقع ساندمانیسم یک طریق زندگی است. فارادی در سن بیست و نه سالگی در آماده شدن برای اعتراف و اقرار به ایمانش در سال 1821 جداً سوگند یاد کرد که بر طبق ادراکات مطرح شده در کتاب مقدس و تقلید از نمونه کامل مسیح زندگی کند. ساندمانیها دقیقاً با قانونهای مطرح شده در کتاب مقدس زندگی می کنند و ضوابط انضباطی سخت فرقه مراقب آن است که هر مرتدی یا به گروه مؤمنان بازگردد یا اخراج شود- استفاده از حسن تعبیرهای مرسوم و متداول را کنار بگذارید.»
اعتقادها و اعمال ساندمانیها از روند کلی دینی بریتانیایی دور است، و طبق انتظار موجب خصومت آنها با پیروان ادیان دیگر می شود. چنانکه فارادی به طرف مکاتبه کننده اش گفت: ساندمانیها خودشان را فرقه تحقیر شده می بینند و این سرنوشت را می پذیرند زیرا خود مسیح منزوی بود و معاصرانش او را تحقیر می کردند.
فارادی در سال 1840 به عنوان عضو ارشد کلیسا انتخاب شد، رویدادی که اهمیت زیادی در زندگی او داشت. در حدود چهار سال بعد، به دلایلی که هنوز مبهم است، او برای مدتی کوتاه از کلیسا اخراج شد. بنا به گفته یکی از زندگینامه نویسان او به نام گلادستون (پدر مارگارت گلادستون)، فارادی دعوت ملکه را برای ملاقات در روز یک شنبه ای در اوایل سال 1844، پذیرفته بود و بنابراین، او در آن روز عبادتگاه کلیسا حاضر نبود. وقتی از او پرسیده شد که علت غیبت خود را توجیه کند، مصراً گفت که او فرمان ملکه را مقدم می داند. این پاسخ ندامت مورد انتظار نبود.
کانتور در مورد این توجیه تردید می کند و خاطرنشان می سازد که در همان زمان فارادی و بسیاری دیگر، حدود 20 درصد اعضا، از جمله برادر، زن برادر و پدر زن او اخراج می شوند. علاوه بر این کانتور گزارش می دهد که او نتوانسته است شواهدی بیابد که فارادی در روز مورد نظر واقعاً با ملکه ملاقات کرده باشد. در هر حال، فارادی از این اخراج رنج می برد و به شوین بین نوشت که این امر «روح و جسم او را آزرده کرده است.» او پس از مدت کوتاهی برگردانده شد، اما به مدت شانزده سال به عنوان ارشد انتخاب نشد.
ایمان فارادی مطمئناً ریشه های عمیقی داشت، و با وجود اعتراضش مبنی بر اینکه در فلسفه او دین وجود ندارد، دین می بایست متافیزیک او و متافیزیک، فیزیکش را هدایت کرده باشد. او معتقد بود که جهان یک ساختمان عظیم خلق شده خدایی است. اگر جهان الگوهایی از وحدت و تقارن و تناسب را آشکار نمی کرد کمتر از آنچه هست می بود. او این الگوها را در نیروهای طبیعی جستجو می کرد و گاهی برای یک کاوش تنها سالها طول می کشید. وقتی او موفق شد، چنانکه بارها توفیق یافته بود، ایمان دینی او تحکیم و تعمیق می شد.

زندگی بعدی

فارادی در طول زندگی اش از یک جدایی عبور می کرد و آن از سال 1841 تا 1845 به هنگامی بود که از آشفتگی روانی بهبود یافت. این جدایی یک دوران استراحت بود- در واقع «استراحت مغزی» زیرا در غیر این صورت مثل همیشه فعال بود. در سال 1841، او و سارا به سویس سفر کردند، جایی که فارادی در جاده ها و کوره راههای کوهستانی، گاهی با سرعتهای خارق العاده، پیاده روی می کرد. در یک مورد او مسافت چهل و پنج مایل روی زمین ناهموار را در ده و نیم ساعت پیمود. او در پایان این گشت در دفتر خاطراتش یادداشت کرده است که، «من اندکی دشواری احساس کردم و فقط متوجه یک تاول کوچک شدم»، اما او اضافه می کند: «من شادمان خواهم بود که نیمی از این قدرت را به ازدیاد حافظه بدهم، اما با آن چه می توان کرد؟ سپاسگزار باش.»
او دور از آزمایشگاه بود، اما مراوده با طبیعت را ادامه می دهد. در این مورد او در دفتر خاطراتش یکی از این رویدادهای طبیعی مطلوب، یک طوفان همراه با رعد و برق را شرح می دهد:‌ »صبحگاه آفتابی و زیبا، و بعدازظهر طوفانی و به همان قدر زیبا بود، به طوری زیبا که نظیرش را هرگز ندیده بودم. طوفانی ظاهر شد، یک بخش کوهها تاریکی عمیق، طرف دیگر آفتابی روشن، انوار زمردین جنگلهای دوردست و فضای باز زیر لبه ابرها، همگی عالی و باشکوه بودند. ناگهان برقی درخشید، و غرش رعد در کوههای آلپ به زیبایی پیچید و در پایان برقی به کلیسایی زد که کمی دورتر از ما بود. کلیسا آتش گرفت. اما خسارت چندانی ایجاد نکرد و زود خاموش شد.» شرح شگفتی او از صدا و شدت یک بهمن در کوه یون فرو (24) نیز جالب است:
گاه و بیگاه رعد بهمن ایجاد می کند. صدای این بهمنها بسیار لطیف و پرابهت است... منظره بهمن از دور ترسناک نیست بلکه زیبا به نظر می رسد. به ندرت در آغاز دیده می شود، اما گوش ما ابتدا وقوع حادثه ای عجیب و ناآشنا را به ما می گوید، و سپس چشم سقوط ابری از برف را می بیند یا چیز دیگری را می بیند که لحظه ای پیش آبشاری از آب بوده و به یک یورش مواج سنگین پرهیاهو از برف، یخ و سیال تبدیل شده است که وقتی در هوا فرود می آید شبیه آب غلیظ شده ای می ماند، اما وقتی روی سطوح شیبداری از توده های زیرین جاری می شود، مانند خمیر حرکت می کند، و وقتی از عقب انباشته یا پراکنده می شود، متوقف یا پیشرفت می کند.
و در اینجا از یک نمایش کوهستانی دیگر، از جلوه های آسمان،که از دلخوشیهای اوست، لذت می برد: «رشته هایی از ابر با جلوه های بسیار زیبا پیش می آمدند، آسمان آبی در جاهایی ظاهر می شد که به طور بسیار عجیبی با قلل برفی و ابرها در هم آمیخته بودند. به نظر من هیچ منظره ای از لحاظ شکوه و عظمت با جلوه های آسمانی زیبای چنین شامگاهی برابری نمی کند. ما حتی برای مدتی کوتاه ته رنگ سرخی در بالاترین حد کمال بر قلل برفی داشتیم.»
او در سال 1845، که نسبتاً بهبود یافته بود، به آزمایشگاه بازگشت و بررسی مغناطیس بر نور را دنبال کرد. در حدود همان زمان او یک سری پژوهشهایی را آغاز کرد که به ناکامی انجامید، اما این ناکامی همان قدر جالب بود که موفقیتهای کسان دیگر. با الهام از ارتباطی که او در میان نیروهای طبیعی دیگر یافته بود، امید داشت که گرانی را نیز در این ارتباطهای متقابل بگنجاند. او در یادداشتهای آزمایشگاهی اش می نویسد:‌ «گرانی. مطمئناً این نیرو می باید مستعد یک رابطه آزمایشگاهی با الکتریسیته و نیروهای دیگر باشد و با کنش متقابل و اثر هم ارزی به آنها بپیوندد.» او آزمایشهایی متوالی را طرح کرد و شبهه هایی آغاز شد، اما همۀ آنها زایل شدند: [او در یادداشتهای آزمایشی اش می نویسد] «همگی یک رؤیاست. هنوز با چند آزمایش آن را امتحان می کنم. هیچ چیز خیلی عجیب نیست که درست باشد، هرگاه با قوانین طبیعت سازگار باشد؛ در مورد چنین چیزهایی آزمایش بهترین امتحان سازگاری است.»
اما نیروی گرانش از «پیوستن» به نیروهای دیگر امتناع کرد. او در پایان مقاله گزارش کارش می نویسد: «نتایج منفی بود. اما این نتایج احساس قوی مرا در مورد وجود رابطه ای بین گرانی و الکتریسیته متزلزل نمی کند.» ده سال بعد او بار دیگر دست به کار شد، و آخرین مقاله اش را تقریباً با همان کلمات پایان داد.
فارادی در صف طویل فیزیکدانان برجسته ای که برای یافتن نظریه وحدت گرانی با نیروهای دیگر پژوهشهایی به عمل آورده اند، نفر اوّل است. اینشتین سالها کوشید و عاقبت برای ایجاد یک نظریه میدان متحد که شامل گرانی و الکترومغناطیس باشد، ناموفق ماند. در این اواخر هدف، یافتن یک نظریه کوانتومی از گرانی شده بود. این تلاش نیز تاکنون ناموفق بوده است. اما بنا به تأیید نظر فارادی نظریه پردازان هنوز هم رؤیاپردازی می کنند.
فارادی در مراحل بعدی زندگی با مرد جوانی که دهها سال پیش به استخدام دیوی درآمده بود، تفاوت چندانی نداشت. او اکنون پروفسور فارادی (25) D.c.L (اکسفورد)، عضو انجمن سلطنتی، با مدالها و دهها جوایز افتخار از آکادمیها و انجمنهای علمی بود؛ اما او هنوز بی تکلّف، بی ریا، و قانع به شیوه زندگی ساده و معمولی بود. فارادی بجز کمک دستیارش، چارلز آندرسن-که به گفتۀ بنس جانز، سهم او «اطاعت کورکورانه» بود- به تنهایی کار می کرد. او در اواخر عمرش گفت: «من فکر نمی کنم می توانستم با مشارکت جمعی کار کنم یا با صدای بلند فکر کنم، یا افکارم را توضیح دهم. من هرگز نمی توانستم مانند بعضی از استادان به طور گسترده و طولانی با دانشجویان یا شاگردان کار کنم. همۀ کارها می باید از آن خودم باشد.»
با فزونی یافتن سن، تمایل طبیعی اجتماعی بودن او کاهش می یافت، و به طور فزاینده ای منزوی و غیراجتماعی می شد. ویلیامز می نویسد: «دعوتها را بیشتر و بیشتر به طور گزینشی می پذیرفت. در اواسط سالهای 1830 دعوتها را تقریباً به طور کلی نمی پذیرفت. او در ضیافت شام سالانه انجمن سلطنتی و چند رویداد محدود دیگر شرکت می کرد. آپارتمان او در مؤسسه سلطنتی و آزمایشگاه در زیرزمین، هرچیزی را که برای خشنودی اش لازم بود فراهم می کرد.» او خود را «زاهدی گوشه نشین» می نامید. با وجود این، سخنرانی های او در مؤسسه سلطنتی شهرت داشت و او چهرۀ سرشناسی بود. راندگی از دینش، عادات وسواس گونه در کار، و عودکردن بیماری، او را از جذابیت فعالیتهای اجتماعی باز می داشت. برخورد مردم با او در سالن سخنرانی، در نامه نگاری بود یا ابداً با او برخوردی نداشتند.
فارادی هرگز به طور کامل از فروپاشی سالهای 1840 بهبود نیافت، گرچه او در سال 1845 به کارهای پژوهشی بازگشت، اما هنوز به طور دوره ای دچار کاهش حافظه، سردرد، سرگیجه و افسردگی بود. او درباره مبارزه ای که علیه افزایش ضعف روانی داشت در نامه هایی که برای همکار و دوست نزدیکش کریستیان شوین بین نوشته، شرح داده است. در این نامه ها، نه در هیچ جای دیگر، فارادی غم و رنج خود را آشکار کرده است. در اینجا گزیده هایی که بین سالهای 1845 تا 1862 نوشته شده است به ترتیب تاریخی ملاحظه می کنید:
چنان دچار سرگیجه ام که دکتر ها مطلقاً مرا از امتیاز و لذت کارکردن و فکر کردن ممنوع کرده اند، بنابراین، مجبورم به خارج شهر بروم، گوشه گیر باشیم و مطلقاً استراحت کنم.
دوست عزیز من، آیا به خاطر دارید که من فراموش می کنم، و بیش از این چاره ای ندارم که همچون آبکشی باشم که نمی تواند از در رفتن آب جلوگیری کند.
به مدت یکی دو هفته کوشیده بودم اندکی فلسفی (هیپنوتیسمی) فکر کنم و این کار سردردم را آرامتر می کرد، اما هم شب و هم روز خواب آلود شدم و عجالتاً به جای دلخوشی، حالت تهوع دارم.
حتی اگر کمی از سلامتی عادی دور شوم، خشنودم که برای مصاحبت خواهرزاده و همسر عزیزم به خانه برگردم... روزگار من این است که ساکت و تماشاگر باشم، که می توانم با خرسندی و رضایت خاطر بسازم.
در آخرین نامه اش به شوین بین، در سال 1862، او خداحافظی می کند: «بارها و بارها من نامه هایم را پاره می کنم، زیرا آنچه می نویسم بی معنی است. من نمی توانم یک خط نامه را به طور پیوسته هجی کنم یا بنویسم. آیا از این آشفتگی بهبود خواهم یافت، نمی دانم. من بیشتر از این نخواهم نوشت. دوست دار تو.»

پی نوشت ها :

1. Henry Bence Jones
2. Pearce Williams
3. John Tyndall
4. George Riebau
5. Jane Marcet
6. Thomas Beddoes
7. Jane Apreece
8. Hans Christian oersted
9. William Wollaston
10. Francois Arago
11. William whewell
12. Constance Reid
13. Brighton
14. Christian schonbein
15. Auguste de la Rive
16. Isaiah Berlin
17. Thomas Young
18. Augustin Fresnel
19. James clerk Maxwell
20. Sarah Barnard
21. Geoffrey cantor
22. Sandemanian
23. Glasites
24. Jungrfrau.کوهی در سلسله جبال آلپ.م.
25. D.C.L=Doctor of civil Law

منبع: کروپر، ویلیام ه؛ (1390)، فیزیکدانان بزرگ از گالیله تا هاوکینگ، ترجمه احمد خواجه نصیر طوسی، تهران؛ انتشارات فاطمی، چاپ سوم.