بیوگرافی مایکل فارادی؛ از شاگردی صحافی تا کشف الکترومغناطیس - آی تی گپ

بر پایه اسناد تاریخی دانشنامه بریتانیکا (Britannica) و آرشیو مؤسسه سلطنتی بریتانیا (Royal Institution)، مایکل فارادی (Michael Faraday) شخصیتی یگانه در تاریخ علم دنیا است. آلبرت اینشتین پرتره فارادی را در کنار تصویر بیوگرافی آیزاک نیوتن بر دیوار اتاق کار خود نصب نموده بود؛ زیرا بدون نبوغ آزمایشگاهی فارادی، هیچ یک از دستاوردهای مهندسی برق مدرن، تلگراف، اختراعات الکساندر گراهام بل در تلفن و شبکه های برق جریان متناوب نیکولا تسلا به حقیقت نمی پیوست.

دوران کودکی در فقر و معجزه کارگاه صحافی کتاب

مایکل فارادی در 22 سپتامبر 1791 در منطقه ای محروم در حومه لندن (نیواینگتون باتس) در خانواده ای بسیار تنگدست به دنیا آمد. پدرش آهنگری بیمار و کم عایدی بود که اغلب توان تامین غذای کافی برای فرزندانش را نداشت. مایکل تنها اصول اولیه خواندن و نوشتن را در مدرسه ای محلی آموخت و به دلیل فقر شدید خانواده، در سن 13 سالگی مجبور به ترک تحصیل شد.

او در سن 14 سالگی به عنوان شاگرد صحافی در کارگاه یک کتابفروش مهربان فرانسوی به نام جورج ریبا در خیابان بلاندفورد لندن مشغول به کار شد. این رویداد، نقطه عطف زندگی فارادی و شروع تحولی بزرگ در تاریخ علم بود. مایکل در طول هفت سال شاگردی، نه تنها صدها جلد کتاب را صحافی کرد، بلکه شب ها پس از اتمام کار، با اشتیاقی وصف ناپذیر به مطالعه کتاب های علمی می پرداخت. مطالعه بخش الکتریسیته در ویرایش سوم دایره المعارف بریتانیکا و کتاب گفت وگوهایی در شیمی اثر جین مارست، شعله علاقه به علوم تجربی را در جان این نوجوان برافروخت.

مایکل جوان با پس انداز دستمزد اندک هفتگی خود، باتری های ولتایی ساده با ورقه های روی و مس ساخت و آزمایش های شیمیایی اولیه را روی میز اتاق زیرشیروانی خود انجام داد. صاحب کارگاه که متوجه استعداد فوق العاده او شده بود، اجازه داد مایکل از کتاب های امانتی برای یادگیری آزادانه استفاده کند.

دیدار تاریخی با همفری دیوی؛ از دستیاری تا استادی

در سال 1812، یکی از مشتریان کارگاه صحافی متوجه هوش سرشار مایکل شد و به او بلیت مجموعه سخنرانی های سر همفری دیوی (بزرگ ترین شیمیدان وقت بریتانیا در مؤسسه سلطنتی) را هدیه داد. فارادی با دقتی خیره نماینده در سخنرانی ها شرکت کرد، یادداشت های مفصلی برداشت و دست نوشته های 300 صفحه ای خود را با خطی خوش صحافی کرد و برای دیوی فرستاد.

چندی بعد، وقتی چشمان همفری دیوی در اثر یک انفجار آزمایشگاهی آسیب دید، او فارادی جوان را به عنوان دستیار موقت و سپس خدمتکار آزمایشگاه استخدام کرد. اگرچه در ابتدا همسر دیوی به دلیل خاستگاه طبقاتی فقیرانه فارادی با او با تحقیر رفتار می کرد، اما نبوغ آزمایشگاهی فارادی چنان درخشان بود که به زودی از سایه استاد فراتر رفت؛ تا جایی که سال ها بعد وقتی از همفری دیوی پرسیدند بزرگ ترین کشف زندگی ات چه بود، بی درنگ پاسخ داد: بزرگ ترین کشف من، مایکل فارادی بود!

سفر بزرگ به دور اروپا و دیدار با مشاهیر علمی دنیا

بین سال های 1813 تا 1815، فارادی به عنوان دستیار علمی و علمی-فنی همراه سر همفری دیوی و همسرش به یک سفر 18 ماهه علمی در سراسر اروپا رفت. این سفر در اوج جنگ های ناپلئونی صورت گرفت و ناپلئون بناپارت شخصاً گذرنامه ویژه ای برای این دو دانشمند بریتانیایی صادر نموده بود. در این سفر تاریخی، فارادی با نامدارترین فیزیکدانان و شیمیدانان قاره اروپا از جمله آندره ماری آمپر در پاریس و الساندرو ولتا در میلان از نزدیک دیدار و گفت وگو کرد.

مشاهده آزمایشگاه های پیشرفته اروپایی و مباحثات علمی رودررو با ولتا و آمپر، دیدگاه فارادی را فراتر از مرزهای بریتانیا توسعه داد و او را با تازه ترین فرضیات درباره ماهیت الکتریسیته گالوانیکی و مغناطیس آشنا ساخت. این تجربه ارزشمند به او اعتمادبه نفس بالایی بخشید تا پس از بازگشت به لندن، پژوهش های مستقل و سنت شکنانه خود را در مؤسسه سلطنتی کلید بزند.

کشف های تاریخ ساز فارادی در فیزیک و مهندسی برق

1. اختراع موتور الکتریکی اولیه (چرخش الکترومغناطیسی - 1821)

پس از آنکه هانس کریستین اورستد متوجه شد جریان برق می تواند عقربه قطب نما را منحرف کند، فارادی دستگاهی نبوغ آمیز ساخت که در آن یک سیم حامل جریان الکتریکی در حضور یک آهنربا حول محور خود به صورت مداوم می چرخید. این وسیله ساده در حقیقت نخستین موتور الکتریکی دنیا بود؛ ابزاری که انرژی الکتریکی را به انرژی حرکتی و مکانیکی تبدیل می کرد.

2. کشف القای الکترومغناطیسی (پایه فراوری برق دنیا - 1831)

بزرگ ترین دستاورد علمی فارادی در 29 اوت 1831 رقم خورد. او کشف کرد که اگر یک آهنربا را از درون یک حلقه سیم پیچ مسی عبور دهیم، جریان الکتریکی در سیم ایجاد می گردد. این پدیده که القای الکترومغناطیسی نامیده شد، نشان داد که می توان از حرکت مکانیکی، برق فراوری کرد. ژنراتورها، دینام ها، ترانسفورماتورها و نیروگاه های برق مدرن امروزی همگی بر پایه همین قانون بنیادین فارادی کار می نمایند.

3. قوانین الکترولیز و پایه گذاری الکتروشیمی

فارادی تنها یک فیزیکدان نبود، بلکه شیمی دانی برجسته به شمار می رفت. او مایعات رسانا را مطالعه کرد و دو قانون مشهور الکترولیز را تدوین نمود. او برای توصیف این پدیده ها واژگانی را ابداع کرد که امروزه در تمامی کتب علوم دنیا تدریس می شوند: آند (Anode)، کاتد (Cathode)، الکترود (Electrode) و یون (Ion).

4. اختراع قفس فارادی و کشف دیامغناطیس

او نشان داد که بار الکتریکی تنها در سطح بیرونی یک رسانا جمع می گردد و درون یک محفظه فلزی هیچ میدان الکتریکی وجود ندارد؛ پدیده ای که به قفس فارادی معروف شد و امروزه هواپیماها، خودروها و دستگاه های حساس ام آر آی را از برخورد رعد و برق و امواج پارازیت محافظت می نماید.

جدول مقایسه ای مهم ترین اختراعات و مفاهیم علمی مایکل فارادی

جدول زیر چکیده ای از خدمات بنیادین فارادی به علم بشریت را به تصویر می کشد:

همکاری فکری با ماکسول؛ تبدیل شهود حسی به معادلات ریاضی

فارادی به دلیل محرومیت از تحصیلات آکادمیک، زبان ریاضیات پیشرفته و حساب دیفرانسیل را نمی دانست. او پدیده های الکترومغناطیسی را به وسیله تجسم هندسی خطوط فرضی در فضا درک می کرد؛ مفهومی که او آن را خطوط میدان مغناطیسی نامید. بسیاری از فیزیکدانان هم عصر او که متکی بر فرمول های خشک بودند، این ایده های تجسمی را جدی نمی گرفتند.

اما جیمز کلرک ماکسول، نابغه ریاضیات اسکاتلندی، متوجه حقیقت عمیق آزمایش های فارادی شد. ماکسول با استفاده از شهود درخشان فارادی، معادلات چهارگانه ماکسول را تدوین کرد و نشان داد که الکتریسیته، مغناطیس و نور همگی جلوه های مختلف یک پدیده واحد به نام میدان الکترومغناطیسی هستند. ماکسول همیشه فارادی را بزرگ ترین استاد معنوی خود می خواند.

تواضع علمی، رد لقب شوالیه و سخنرانی های کریسمس برای بچه ها

شاید مجذوب کننده ترین بعد شخصیت فارادی، اخلاق، زهد و فروتنی حیرت انگیز او باشد. او پیرو فرقه ای مذهبی و ساده زیست به نام سندمانیان بود. با وجود دستیابی به معروفیت دنیای، دو بار پیشنهاد ریاست انجمن سلطنتی بریتانیا (بالاترین مقام علمی کشور) و لقب اشرافی شوالیه (Sir) را از سوی ملکه رد کرد و گفت: من می خواهم تا انتها عمرم، یک مایکل فارادی ساده باقی بمانم.

او بعلاوه پیشنهاد دولت بریتانیا برای ساخت سلاح های شیمیایی در جریان جنگ کریمه را قاطعانه رد کرد و آن را خیانت به شرف علم دانست. فارادی عاشق آموزش بچه ها بود و سخنرانی های کریسمس مؤسسه سلطنتی را بنیان نهاد که در آن مفاهیم سخت فیزیک و شیمی را با آزمایش های مجذوب کننده برای نوجوانان تدریس می کرد؛ سنتی باشکوه که هنوز پس از نزدیک به دو قرن هر سال در لندن برگزار می گردد.

پرسش های متداول درباره زندگی و اکتشافات مایکل فارادی

1. آیا مایکل فارادی واقعاً هیچ تحصیلات دانشگاهی رسمی نداشت؟

بله، فارادی حتی یک روز در دانشگاه تحصیل نکرد و دبیرستان را نیز به انتها نرسانده بود. تمام دانش علمی او حاصل خودآموزی شبانه در کارگاه صحافی کتاب، آزمایش های عملی پیگیرانه و دستیاری در آزمایشگاه سر همفری دیوی بود.

2. چرا فارادی پیشنهاد ثروت و ثبت اختراع تجاری را نپذیرفت؟

فارادی باور داشت که حقایق علمی متعلق به تمام بشریت است و نباید برای کسب ثروت شخصی به انحصار درآید. او از ثبت پتنت تجاری برای دینام و موتور الکتریکی خودداری کرد تا همه دانشمندان و صنعتگران دنیا آزادانه بتوانند از برق برای رفاه عمومی استفاده نمایند.

3. رابطه مایکل فارادی با ملکه ویکتوریا چگونه بود؟

ملکه ویکتوریا احترام فوق العاده ای برای فارادی قائل بود. با وجود رد لقب شوالیه از سوی فارادی، ملکه در سال 1848 خانه ای بزرگ و آرام در مجموعه همپتون کورت به پاس خدمات علمی بی بدیلش به او هدیه داد و تمام مخارج نگهداری آن را تقبل کرد.

4. مهم ترین کشف مایکل فارادی در علم شیمی چه بود؟

او برای نخستین بار گاز کلر و آمونیاک را مایع کرد، هیدروکربن کلیدی بنزن را از گاز زغال سنگ کشف نمود و چراغ بونزن ابتدایی را طراحی کرد که بعدها در تمامی آزمایشگاه های دنیا به کار گرفته شد.

5. دلیل انتخاب نام فاراد برای واحد خازن چیست؟

به پاس پژوهش های بنیادین فارادی در زمینه بار الکتریکی، اثر دی الکتریک و القای الکترواستاتیک، جامعه دنیای فیزیک واحد رسمی میزان گیری ظرفیت خازن در سیستم بین المللی SI را فاراد (F) نام گذاری کرد.

نکته مهم: خطوط میدان مغناطیسی

مفهوم خطوط میدان که امروزه با براده های آهن روی کاغذ در مدارس آموزش داده می گردد، ابداع تصویری فارادی برای شرح نحوه انتشار نیروهای نامرئی در خلأ بود که بعدها مبنای نظریه نسبیت انیشتین نهاده شد.

نکته طلایی از زندگی فارادی:

زندگی مایکل فارادی اثبات این حقیقت جاودان است که اشتیاق سوزان برای یادگیری و تداوم پشتکار فردی، بر تمامی موانع طبقاتی، مالی و محرومیت های تحصیلی غلبه می نماید.

بیشتر بدانید؛ مرگ و میراث جاودان:

مایکل فارادی در 25 اوت 1867 در سن 75 سالگی در خانه اش در همپتون کورت با آرامش درگذشت. به وصیت خودش، مراسم خاکسپاری اش بسیار ساده و به دور از تشریفات دولتی در گورستان هایگیت لندن برگزار گردید. یادبود او در کلیسای وست مینستر در نزدیکی آرامگاه نیوتن نصب شده است.

نکات انتهای و جمع بندی کاربردی

مایکل فارادی تجسم واقعی فداکاری در راه کشف حقیقت و خدمت به آسایش بشریت بود. او دنیایی تاریک و متکی بر شمع و زغال را تحویل گرفت و با کشف قوانین الکترومغناطیس، چراغ تمدن الکتریکی مدرن را برافروخت؛ میراثی گرانبها که هر روز با روشن کردن هر کلید برق، روشن شدن رایانه ها و حرکت قطارهای مغناطیسی، نام او را در سراسر کره خاکی زنده نگه می دارد.