打开电力时代的大门等则

戴维指着自己手上、脸上的伤疤，对法拉第说：“牛顿说过：‘科学是个很厉害的女主人，对于为她献身的人，只给予很少的报酬。’她不仅吝啬，有时候还很凶狠呢。你看，我为她效劳十几年，她给我的就是这样的奖赏。”法拉第坚定地说：“我不怕这个!”戴维又说：“这里工资很低，或许还不如你当订书匠挣的钱多呢!”法拉第回答说：“钱多少我不在乎，只要有饭吃就行。”戴维追问一句：“你将来不会后悔?”法拉第坚定地说：“我决不后悔!”就这样，法拉第踏进了科学的殿堂。

人穷志坚的少年

1791年9月22日，法拉第出生在英国纽因敦城一个普通的铁匠家庭。一家6口，靠父亲打铁糊口。为了维持生活，法拉第12岁当报童。

法拉第童年生活设有留下更多的记载。根据他后来的回忆，他的-童年是在饥饿中度过的，有时候一条面包要当一星期的口粮，每天早晚各吃一小块，这样就不至于完全挨饿，当然也不可能有一顿完全吃饱。幼年生活的困苦，锻炼了法拉第朴素而坚忍的性格。

从13岁到21岁，法拉第在里波先生的书店里当了8年学徒。在将近3000个夜晚，法拉第把时间都用在读书和实验上。劳动了一天，他依然在微弱的烛光下坚持读书。书本把他带到了一个奇妙的世界。他自己说：“我特别喜欢阅读科学书籍。”在他读到的书籍中，他最爱看的是《大英百科全书》，特别是富兰克林这些先驱者的电学知识，使他受益匪浅。

里波先生的书店在伦敦很有名气，皇家学会很多会员，都乐意把自己的科技书籍送来装订。顾客中有位当斯先生很喜欢法拉第，有一次他送给法拉第4张入场券，让他去皇家学院听大化学家戴维的讲座。

1812年2月的一个晚上，法拉第生平第一次跨进皇家学院的大门，坐在阶梯形的讲演厅里。戴维讲的题目是发热发光物质，讲得轻松、透彻。法拉第被深深地吸引住了，他一连听了戴维的4次讲座。他把4次听讲的笔记仔细整理以后，用漂亮的皮封面装订成册。他经常轻轻地翻阅，多么渴望能从事科学研究工作啊!

于是，他决定写信给当时的英国皇家学会会长班克斯爵士，要求在皇家学院找个工作，哪怕在实验室里洗瓶子也行。他心神不宁地等了整整一个星期，音信全无。他忍不住跑到皇家学院去打听，得到的回音只是冷冰冰的一句话-“班克斯爵士说，你的信不必回复!”

法拉第又一次向命运挑战了。他鼓起勇气给戴维写信，并且把装订成册的戴维4次讲座的笔记一起送去。法拉第的身世和热情打动了戴维。戴维决心在皇家学院给这位青年人谋一职位。起初他只干些刷洗瓶子、打扫卫生的杂活。由于他干得出色，几个月后，碰巧皇家学院的实验室需要一名实验助手，戴维征询法拉第的意见，法拉第毫不犹豫地接受了这一工作。在戴维的帮助下，科学圣殿的大门向学徒出身的法拉第打开了!

打开电力时代的大门

1813年，戴维夫妇去欧洲大陆游历，他们带着法拉第作为秘书。这次旅游进行了18个月，这对法拉第的教育起了重大作用。他见到了许多著名的科学家，如安培、伏特、阿拉戈和盖·吕萨克等。欧洲之行使法拉第受益匪浅，正是安培和伏特对电的研究启发了法拉第，使他后来产生了将磁转化为电的想法。因为法拉第看到电流可以从伏打电池中产生，但伏打电池成本太高，所产生的电量又有限，既然地球本身就是一个大磁石，那么自然界中磁就有的是，如果能从磁石中产生出电流来，便能够以很低的成本获取大量的电流。法拉第下决心一定要搞清电磁的关系。他在日记本中写上了一个警句：“由磁产生电!”正是他的艰苦研究和伟大发现——由磁感应的电流产生，人类获得了打开整个电能宝库的钥匙，使蒸汽时代进入电气时代成为可能。

1820年，物理学界发生了一件大事：丹麦科学家奥斯特发现了电流的磁效应，第一次揭示出电和磁的密切联系。29岁的法拉第被这个重大发现所吸引。他以极大的兴趣重复了奥斯特的实验。果然，南北指向的磁针在通电导线下面会转成东西方向。这是为什么呢?怀着极大的兴趣，法拉第毅然决然闯进了电磁学这个未知的领地，沿着化学家奥斯特的发现继续深入探索。

年轻的法拉第专门设计了一套装置进行电磁研究。他将两个紧密耦合而又互相绝缘的组合线圈与开关、电瓶和电流计分别连接，试图反其道而行之，使初级线圈接通电流后，次级线圈能够感应出电流来。但是事与愿违，法拉第的实验重复了无数次，却每次都在希望中开始，在失望中结束。

“锲而不舍，金石可镂”。经过反复不断地改进、实验和百折不挠地努力，法拉第终于在1831年的秋天迎来了他一生中最难忘的一年。在他的实验室里，法拉第解开了一直为大家所困扰的谜：磁铁和初级线圈一样穿过次级线圈环，电流计的指针也随着磁铁的运动而摆动。原来是通过次级线圈的磁通量的变化引起了感应电流。换句话说，正是运动的磁产生了电流，法拉第酝酿和追求了10年的理想终于实现啦!这就是著名的电磁感应现象!它继奥斯特等人的实验之后，进一步揭示出电和磁互相转化的辩证关系，为近代电磁学奠定了基础。也正是在这个基础上，法拉第制造出世界上第一台感应发电机。

为了定量表述电磁感应规律，法拉第设想一种曲线，它的任意一点的切线方向都与磁力在这一点上的方向一致，这种曲线就是磁力线，磁力线可以充满整个空间。他于1837年又进一步提出了“场”的全新概念，但是这一学说在当时遇到了极大的阻力，不被人理解。因为当时牛顿力学是物理学的主宰，“超距作用”观念不但支配了天体力学，也影响到电磁学。人们普遍认为力的传递，包括电力和磁力，是即时而超距的。

法拉第从大量的实验事实出发，对“超距观念”提出了怀疑。他相信“物质到处存在，没有不被物质占有的中空地带”，因此电力和磁力不能凭空传递。法拉第经过十几年的酝酿，终于找到了杰出的“力线”概念，认为导线中感应电流的大小完全取决于导线切割磁力线的数目。用这种全新眼光来观察，电荷或磁极周围布满了向各个方向散发出去的力线，电荷或磁极就是力线的起点。从这一事实出发，法拉第把布满磁力线的空间称为磁场，磁力就是通过连续的场传递的。这样，法拉第“场”理论动摇了牛顿力学的神圣殿堂。但这一观点只能以直观形式表达，缺乏严谨的体系和精确的数学语言，因而他这些卓越的思想被粗糙的表现形式所掩盖。这一缺憾由后来的麦克斯韦弥补了，当麦克斯韦方程以简洁的形式表现出“场”的状态和电磁光的统一关系时，人们才清晰地看到了法拉第电磁观点耀眼的光辉。

一专多能的科学家

虽然法拉第的杰出贡献是在物理学方面，但他最初的成就却是在

应用化学上。

早在1816年，25岁的法拉第就在《科学季刊》上发表了第一篇化学论文。1818年，他写了一篇关于火焰的学术报告，大胆指出了名家理论的谬误。这篇论文标志着法拉第科学上的准备时期已经结束，他终于成长为一名年轻有为的化学家。1820年起，法拉第开始把化学分析应用于社会和生活，他曾为东印度公司化验硝酸钠，为英国海军部化验食物和海水样品。他用实验发明了液化气体的方法，发现了苯这种有机物，从而为有机化学做出了杰出的贡献。

1834年，法拉第在电化学领域做出了卓越的贡献。他在戴维多年工作的基础上，发现了著名的电解定律。这个定律找出了电解的时候物理现象和化学现象定量的联系，成为化学的基本定律。电化学的开创人是戴维，法拉第把它发扬光大了。

法拉第还对电解质和电导体进行了深入的研究。在实验中，他感到当时电学中沿用的旧名称很混乱，不但词不达意，还常有谬误。法拉第认为随着新的电学理论的出现，有必要对旧名称来一次清理。他断然废除了一些过时的旧名称，更换了新名。比如电极、阳极(正极)、阴极(负极)、电解质、电解离子等，就是法拉第首先使用的。这些名词一直沿用到现在。

做一个平凡的人

由于对电磁学的巨大贡献，法拉第在晚年获得全世界的敬重。各国授予他的奖章、荣誉称号像春天的鲜花一样繁多。他坚忍不拔的精神和纯朴无私的人格，使许多人倾倒，著名科学家、作家都以能和他结识为荣。面对花团锦簇的荣誉，法拉第始终虚怀若谷，从来不把自己看成一个伟人。法拉第不计较名誉地位，拒绝了制造商的高薪聘请，谢绝了大家提名他为皇家学会会长和维多利亚女皇授予他的爵位，终身在皇家学院实验室工作，甘愿当个平民。退休以后，法拉第还念念不忘皇家学院实验室，经常去那里扫地、擦桌子、整理仪器。

不但如此，他还拥有一副热心肠，只要是对公众有益的事情，他从不推却。当初，有人请他给一座灯塔当技术顾问，他尽管工作繁忙，还是愉快地承担了，并且几十年如一日，对灯塔的照明设施做了许多技术改进。每当法拉第看见灯塔在滨海的暮色中闪亮的时候，心里就感到无限的愉快。当人们去拜望法拉第时，可以看见一位白发飘逸、衣着简朴的老人，坐在门外凝望着田野和壮丽的落日，他的表情恬静，眼里含着快乐的光芒。

1867年8月25日，法拉第坐在书房的椅子上安详地离开了人世，终年76岁。遵照他的“一辈子当个平凡的迈克尔·法拉第”的意愿，他的遗体被安葬在海洛特公墓，墓碑上只刻着三行字：迈克尔·法拉第，生于1791年9月22日，死于1867年8月25日。

人造神经网络(1943年)

沃伦·麦卡洛克(1898～1972年)，瓦特·皮茨(1924～)

与人脑不同，常规电脑只能机械地服从程序指令，无法触类旁通。而人造神经网络可以模仿人脑进行信息处理。

在人脑中，信息通过“联会”在几十亿个神经细胞(神经元)之间传递。神经细胞分支众多，每个分支又联结着成千上万的神经元，因而神经网络错综复杂，具有强大的计算能力。

1943年神经生物学家沃伦·麦卡洛克与逻辑学家瓦特·皮茨在美国合作开发出人造神经元。但在20世纪70年代常规电脑问世以前，人造神经元的研究一直进展迟缓。信息处理单元和神经元相似，可以进行程序控制，各单元可根据不同的网络结构而联结在一起。人造神经网络通常包括一个输入层、一个输出层、一个或多个“隐蔽”层。在简单的人造神经网络中，信号只能单向传递，在处理需要格式确认的问题时，输出必须连接特定的输入。而处理诸如声音识别之类的复杂问题时，各层间必须能够进行信息反馈。在这种情况下，人造神经网络的内部联结模式处在不断调整中，直至达到均衡状态——表明任务已经完成。

人造神经网络极具可塑性，可以对有代表性的例子进行归纳。在复杂多变的数据中找到某个格式就需要这种能力。例如，在医学中，这种能力可以用来分析心电图诊断疾病，或分析人体组织的照影来确诊癌症。它也被应用于大脑的基础研究。

神经冲动(1952年)

阿兰·劳埃德·霍奇金(1914～1998年)，安德鲁·菲尔丁·赫胥黎(1917～)

信息沿神经纤维(或称“轴突”)的传递是由被称为“动作电位”的电波进行的。1952年，英国生理学家阿兰·霍奇金和安德鲁·赫胥黎对动作电位的产生及其沿轴突的传送做出了详细的解释。霍奇金、赫胥黎和约翰·埃克尔斯分享了1963年度的诺贝尔生理和医学奖。

霍奇金和赫胥黎研究了鱿鱼的大轴突，因为它大小适中，易于获取，是研究动作电位的电波和生理变化的良好范本。处于静止状态时，轴突膜发生极化，导致内侧负电荷的钠原子或离子通过轴突膜的专门通道大量涌入，短暂的正电反馈作用为钠离子放开了新的通道。随着越来越多的钠离子的涌入，去极化的幅度也不断增加，钠离子通道开始关闭，其他通道则开始开放，导致钾离子被排出细胞，并最终使轴突膜恢复到原先的平衡状态。根据通过轴突膜的电压情况，这些通道通过开放和关闭来加以调节。

霍奇金和赫胥黎进一步研究所得出的方程式可以非常准确地预测动作电位沿轴突运行的速度和力量。他们的研究也有助于解释动作电位长距离运行后为什么不会减损，这种特性对于神经系统中的信息高效传递具有重大意义。他们的模式具有普遍意义，不仅适用于鱿鱼大轴突，也适用于很多其他类型的可兴奋细胞，以及各种活动神经结构，例如树突和触突。

神经细胞的生长(1952年)

丽塔·莱维～蒙塔尔奇尼(1909～)，斯坦利·科恩(1922～)

二战期间，一间位于意大利的家庭实验室对于一位才华横溢的女科学家而言似乎是个前途黯淡的地方。恐怕没有人能够想到在里面从事研究，每天都生活在反犹太迫害恐惧中的这位女性竟然最终荣获了诺贝尔奖。丽塔·莱维一蒙塔尔奇尼是都灵大学的医学毕业生，当时并没有人看好她。但她最终由于对神经细胞生长的研究而名闻天下。

在化学和生长因素的引导下，周围神经系统的生长细胞向肌肉等特定目标发射轴突。但是直到20世纪40年代后期，人们对这些因素的本质才有所了解。莱维一蒙塔尔奇尼的研究证明，截肢会影响小鸡胚胎周围神经细胞的生长。二战结束后，她来到位于圣路易斯的华盛顿大学维克托·汉伯格实验室继续她的研究。她的一个重大发现就是：神经细胞的生长、分化和死亡都是胚胎发育的正常方面，它们的存活数目与目标组织的体积有关。比如说，如果胚胎被截去一肢，背足神经节的神经细死亡率就会大大升高。正常情况下，该组织负责向发育中的肢体提供神经纤维。

1952年，莱维一蒙塔尔奇尼发现移植到小鸡胚胎中的老鼠肿瘤可以产生一种扩散物质，这种物质可以促进肿瘤附近神经细胞的生长。在神经细胞培养中可以模拟再现这种情况。1954年，斯坦利·科恩对这种被称为“神经增长素”的物质进行了分离和化学分析。

神经增长素是所谓的“嗜神经素”的一种，通过细胞表面的神经末梢起作用，以它们为基础的治疗方法有望在帮助成年人修复神经方面起到巨大作用。

视觉的化学基础(1956年)

乔治·沃尔德(1906～1997年)

当光束——称为光子一进入眼睛并触及视网膜时，它包含的能量就要经过一系列复杂的步骤转化成电波信号，经视网膜到达视神经，然后进入大脑。这个过程的第一个阶段涉及杆细胞和锥细胞中的视色素，也就是视网膜的光感受器。

1956年，从波兰移民到美国的生物化学家乔治·沃尔德揭示了视觉的化学机理。一战期间人们就注意到食物中缺乏维生素会导致失明，这就足以表明维生素A在视觉中的至关重要的作用。1933年，当时在哈佛大学的沃尔德成功地将维生素A从视网膜中分离出来。维生素A在视网膜中形成视紫红质和其他相关的视色素。它们总是由两部分组成：无色的视质蛋白，遍布于杆细胞和锥细胞的盘状外膜中；视黄醇，位于视质深层并与之相连，它由维生素A转化而来。

与光子接触后，视黄醇吸收了光能，形状由“扭结”变“直”。分子中的视蛋白转化成一种活跃的酶，引发一连串的反应，导致感光细胞和视觉神经细胞的连接处释放出某种传递素。

与光接触，视质很快就释放出视黄醇。由于部分视黄醇受到破坏而且不可循环再生，因而必须加以补充，从而导致维生素A被消耗殆尽。人体自身无法产生维生素A，但植物中的胡萝卜素分子中含有维生素A，这就是为什么吃胡萝卜对视力有好处，而新鲜蔬菜缺乏会导致维生素A缺乏症和失明。