为美国科学大厦奠基

1837 年，在英国皇家研究院的实验室里，法拉第、惠斯通、丹聂尔等科学家正在进行一次非常有意义的实验，他们试图从一端插在冰里、一端放在火炉上的温差电堆中引出电火花。丹聂尔首先走上前去，拿起与温差电堆连接的两根导线，将导线的两端不停地摩擦，然而导线末端并没有产生电火花。惠斯通和法拉第也接着做了实验，结果依然相似。此时，另外一位物理学教授不慌不忙地把一根长导线绕在手指上，形成螺旋状，并在其中插进一根铁棒，并把这个线圈接到温差电偶的一根引线上。当两根线头相碰，顿时爆出了耀眼的电火花。他的成功实验博得了在场人士的赞赏，法拉第兴奋地拍着手说：“美国式的实验真了不起!”而这位了不起的美国科学家便是约瑟夫•亨利。

从演员到科学家

1797 年12 月17 日，约瑟夫•亨利出生于美国纽约州的奥尔巴尼市，父亲是个穷苦的车夫。在亨利很小的时候，父亲把他送到乡下同外祖母一起生活，就读于哥尔韦乡村小学。为减轻家里的负担，亨利一边学习一边在附近的小商店里打杂赚点零钱。10 岁的一天，亨利偶然来到教堂的藏书室，发现了很多传奇小说和戏剧脚本，他一下入了迷，爱上了文学艺术。于是一到晚上，那家小商店里便会聚集许多人津津有味地听亨利讲故事，亨利一下子成了村里公认的“有学问”的人。

14 岁那年，父亲去世，亨利回到奥尔巴尼市。为了生活，他中断学业，参加了一个戏剧表演团体。亨利面目清秀，身材修长，演技出众，很快便在奥尔巴尼小有名气。有人感慨地说，如果亨利不是对科学产生了兴趣，他一定会成为著名的艺术家。而这段表演经历，对他日后成为科学领导人所需要的才能起到了良好的锻炼。

18 岁时，亨利第一次接触到了科普读物，一本由英格兰人乔治•格雷戈里写的《经验哲学、天文学、化学普通讲义》。书中开头提出的一连串的问题吸引了亨利的目光：“你向空中扔一块石头或者射出一支箭，为什么它不沿着直线一直向前运动呢？……火焰和烟为什么总是向上升，虽然没有使它们沿着那个方向运动的力？”这些问题和回答让亨利对科学产生了强烈兴趣。一口气读完整本书后，亨利决定辞去他在剧团担任的职务，献身于神圣的科学事业。多年以后，亨利在书中提到这段难忘的经历：“虽然这不是一本深奥的书，但它对我的一生产生了巨大的影响。……它把我的思想凝聚在对自然的研究上，使我在读它的时候就决定立刻献身于对科学知识的追求。”

1819 年，22 岁的亨利通过自学，考取了奥尔巴尼学院。此后，他系统地学习了数学、化学、物理学、生物学等课程。3 年后，亨利以优异的成绩从学院毕业。1826 年，亨利被聘为奥尔巴尼学院的数学和物理学教授。1832 年，35 岁的亨利迁居普林斯顿，担任新泽西学院的物理学教授。

致力电磁学研究

在安培理论的启发下，亨利开始致力于电磁学方面的研究。亨利改进了当时的电磁铁，将一组线圈紧密地绕在软铁棒的整个表面，一方面，经绝缘的导线可以在软铁上绕得很密，并可以缠上多层，这样就增加了线圈的匝数，磁力也自然增强了。另一方面，导线绕得越密，每一个电流环流和软铁棒的轴就越接近垂直。按照安培的理论，所有电流环流产生的磁力方向也就与软铁棒的方向趋于一致了。1828 年，亨利用这种方法制作了第一块电磁铁。1831 年，亨利为耶鲁大学制作了一台大型电磁铁，这块电磁铁能吸持重达947 千克的铁块，在当时是世界纪录。应该说，改进电磁铁是电磁学研究能够取得成功的第一步。

当时，人们对法拉第1831 年发现电磁感应现象的了解比较多，但对亨利的工作却知之甚少。其实，亨利也是这一现象的独立发现者，他比法拉第早一年，也就是在1830 年观察到了这一现象，然而由于种种原因，他失去了获得优先发现权的机会。后来，他才在1832 年发表了自己的研究成果——电和磁是可以相互转化的：磁是通过电池里的电流的作用在软铁里产生的，通过产生磁的软铁绕在上面的线圈又感应出电流。

法拉第和亨利使用了不同的实验方法，从不同的方面发现了电磁感应现象：法拉第是通过磁铁在线圈中的运动而产生电流，得到的是动生电动势；而亨利则是通过改变线圈的磁感应强度使之产生电流，得到的是感生电动势。从这一意义上说，他们之间并不存在优先权之争。无论是谁最先发现了电磁感应现象，都是电磁学发展史上的里程碑。这一发现使得机械能、热能等各种形式的能量转化为电能成为可能。

亨利最大的贡献是发现了自感现象。1827 年他用纱包铜线在一铁芯上绕了两层，然后在铜线中通电，发现仅重3 千克的铁芯竟然吸起了300 千克重的铁块，远远超过一般天然磁铁的吸引力。电转变为磁产生如此大的力量，立即深深地吸引了享利继续对这些电磁现象进行探讨。1832 年，他在研制有更强大吸引力的电磁铁时发现，绕有铁芯的通电线圈在断开电路时有电火花产生，这就是自感现象。他反复试验，搞清楚了产生这种现象的规律，于1835 年又发表了解释自感现象的论文。

1835 年，亨利向美国哲学会介绍了关于自感现象的进一步研究成果，他一共设计了14 个实验，定性地确定了各种形状导体的电感大小。为了纪念亨利的这一发现，人们用“Hey”作为电感单位地名称。

1842 年，亨利在实验室里安装了一个火花隙装置，在近10 米远处放了一个线圈来接收能量，线圈和检流计相接，形成回路。当火花隙闪过电火花的时候，和线圈相接的检流计就发生了偏转。这个实际上实现了无线电波传播的实验虽然比赫兹的实验早了40 多年，但当时他并未意识到这项实验的重大意义。

1851 年，亨利向美国科学促进会提交了一篇关于振荡放电和它的感应能远距离传输的论文，阐明了有关电磁在空间传播的波动性的思想，天才地猜测到了电磁运动的本质，这在电磁场理论尚未确立的当时是难以想象的。亨利这一思想启发了许多后来的研究者，最后被麦克斯韦概括在他的方程组里。

把理论应用到生活中

亨利认为科学的发展应该并且一定能使人们从中得到更多的实惠，科学研究的一部分价值也体现在其实际应用中。因而，亨利积极地发明各种装置，让科学原理应用于实际生活中。

亨利采用改进了的电磁铁，发明了自己的第一台振荡电动机，这便是现代电动机的祖先，今天的转动电动机正是采用了亨利改进的电磁铁。英国电学家焦耳曾感慨地说：“我们确实得益于有创造性的美国学者利用电动作用能互换软铁极性的原理而制作的第一台模型发动机。”

同时，亨利也是进行电磁电报研究的先驱者，大西洋两岸实用电

报机的发明者莫尔斯就曾得到他的直接帮助。亨利利用电磁铁进行传递信息的实验，发明了模型电磁电报机，这种装置将地球作为一根导线，使电磁电报线形成实际的闭合回路；他还发明了继电器，不断加强电信号，使它可以像接力赛跑一样在电报线中传输，解决了信号衰减的问题。

1847 年，亨利组织建立了世界上第一个电报气象系统，国家气象局在此基础上建设了全国气象观测系统；1867 年，亨利试制了当时世界上最理想的雾信号系统——汽笛警报器，这种警报器的声音能传到30 千米以外，它的使用大大减少了海上事故的发生；在南北战争期间，亨利作为林肯总统的主要技术顾问，直接促成了气球在战争中的运用。

尽管亨利一生发明了许多东西，可他从未将这些拿去申请专利，总是无偿地把自己的发明创造奉献给社会。亨利所需要的惟一报答就是“发现新真理的快乐”。

为了美国科学的腾飞

亨利所生活的时代，美国处在建国初期，科学中心在欧洲。美国主要依靠移植欧洲的技术，借助欧洲人发现的科学原理开发新技术来发展经济。同时，美国的科学界也普遍存在着重视技术发明而忽视基础理论科学研究的倾向。

1846 年，亨利出任史密斯逊研究院的第一任院长，此后一直致力于促进实用技术发明与基础科学理论的协调发展。他主张将研究院董事会收益的大部分用于支持开创性的研究，在资助的为数众多的基础研究项目中，最突出的是人类学研究。他设立专门的资金来为研究者出版那些含有最新发现、最新见解，但销量较少、普通出版商不愿出版、论文作者又无力出版的科学论著。

研究院还设立了国际交流部，旨在与国外的科学机构交流科学情报，让全世界都能及时地知道美国人的科学成就，也让美国人能尽快地了解世界科学发展的最前沿。另外，该研究院还定期举办学术演讲活动，邀请国内外著名科学家和学者来演讲。这些演讲活动快速扩展到美国的很多城市，活跃了美国人的思想，开扩了美国人的眼界，在一定程度上改变了美国公众的爱好。

1868 年，亨利被推举为美国国家科学院院长。亨利上任后，吸收了大批从事开创性研究的科学家进入科学院，刺激了全国的科学研究工作，使科学院成为全国的科学中心。今天，美国国家科学院集中了众多世界第一流的科学家，全世界的诺贝尔科学奖获得者有一半以上是美国人，这些人有3／4 以上在获奖前就是该院院士。同时，亨利还帮助组建了许多全国性的科学学会，并在不少学会里担任职务指导具体工作。19 世纪末，美国的科学组织网基本形成。

亨利所从事的科学组织工作改变了整个美国的科学研究现状，为20 世纪世界科学中心从欧洲向美国的转移准备了良好的条件。亨利是当之无愧的美国科学大厦的奠基人。

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