小爐匠手記
我曆盡滄桑,上過兵團.又洋插隊.現在生活穩定但總覺得缺了些什麽. 幾年來斷續寫了一些. 貼上來與大家分享.
·小爐匠·
一提到磁懸，大家馬上想到磁懸列車。但爐匠這裏講的不是列車磁懸技術，而是把幾塊磁鐵巧妙地擺在一起，把另一塊磁鐵托在空中的現象。這種技術不耗能不用電，全靠個巧勁兒。磁懸列車雖然神氣卻絕沒那麽巧，一停電就隻能呆在鐵軌上，寸步難移。
人類有史以來就知道磁鐵擁有神奇的力量。兩塊磁鐵不但能相吸亦能相斥。斥力之大足以把重物托起。因此幾千年來人們一直在嚐試著用磁鐵的斥力來抵抗地球重力，把物體浮在空中。傳說在紀元之初，一位宗教領袖的陵寢就是用磁鐵砌成，把用磁鐵做成的棺木懸在空中。
可也怪了，人們試了幾千年，卻從來沒有成功過。到如今還有人孜孜不倦的試著。時間到了十九世紀時，科學有了突飛猛進的發展。對磁場的描述也從感性進步到理性。一組麥克斯韋方程（Ｍａｘｗｅｌｌ’ｓ Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ）就把電磁場描述的準確精致。比麥克斯韋方程還早一些的時侯有一位數學家叫山姆·恩紹（Ｓａｍｕｅｌ Ｅａｒｎｓｈａｗ），於１８４２年寫了一篇論文，用數學方法證明靜態磁懸浮不可能實現。這就是著名的恩紹大定理（Ｅａｒｎｓｈａｗ’ｓ ｔｈｅｏｒｅｍ），後來被寫進大學物理教程。大一的學生剛入道就會學到恩紹大定理。大二學到麥克斯韋方程發表後，對恩紹定理又有了新的理解，用麥氏方程的語言來講，磁力線是不發散的，在空間中沒有極小植，這樣磁場的斥力在空間就無穩定點。磁鐵的斥力雖然能把重物托在空中卻不能穩定，就好象用鉛筆尖不能把鉛筆穩定地站在桌上。
恩紹大定理雖然給出了科學的證明，卻沒能擋住後人的好奇心和繼續嚐試。一方麵是許多人沒學過物理，根本不知道什麽恩紹大定理（比如爐匠）；另一些人雖然知不行卻不信邪，靜態磁懸畢竟太引誘人了。但是如果某個物理學家在實驗室裏擺弄磁懸浮，常常會招來同事們一片譏笑，被認為在做蠢事。
可時間到了二十世紀九十年代，美國市場上居然出現了一種叫萊維托（Ｌｅｖｉｔｒｏｎ）的玩具，能把一個磁鐵陀螺穩穩的浮在半空，時間達幾分鍾之久，直到陀螺因空氣阻力逐漸減慢速度而跌落。一位叫羅德·專諾（Ｒｏｄ Ｄｒｉｖｅｒ）的教授聞訊立即買了一台，並在說明書的指導下花了兩個多小時掌握了磁懸的技巧。但他也因此產生了強烈的好奇心，他覺得自己在說明書的指點下還要花兩個小時才能學會，那麽是什麽靈感的力量引導著發明家，在黑暗中反複摸索終獲成功呢？
帶著這種好奇，專諾博士撥通了專利持有者比爾·霍思（Ｂｉｌｌ Ｈｏｎｅｓ）和他的父親愛得華·霍思（Ｅｄｗａｒｄ Ｈｏｎｅｓ，美國拉斯維莫斯國家實驗室的物理學家）的電話。可是與爺兒倆談了一個多小時，他仍感到一頭霧水。兩位大科學家怎麽也講不清如何獲得靈感並取得第一次成功的。放下電話，專沃博士仍堅持不懈的追尋這個問題。很快他竟然發現了一個令人吃驚的秘密：霍思父子並不是這項技術的發明者，他們是在一位名不見經傳的民間人士的指點下學會這一技術並將其據為己有。
１９９３年，比爾·霍思看到一項美國專利４，３８２，２４５，闡述旋轉磁體的懸浮技術。他和他的父親抱著極大的懷疑態度與專利持有者聯係。他們很快收到一盤錄像帶，清楚地拍下旋轉的磁體在空中漂浮。受到恩紹定理的影響，作為物理學家的霍思父子怎麽也不能相信。不久他們帶著懷疑和興趣拜訪了這位科學的白丁——一位住在弗爾蒙特的民間發明家的羅來·哈裏根（Ｒｏｙ Ｈａｒｒｉｇａｎ）。哈裏根先生花了幾天時間耐心地教這兩位科學家。最後他們終於學會如何在磁鐵強烈地斥力下穩定地旋轉一個陀螺並輕輕地把它托起，使之自由懸浮在空中。
霍思父子激動地提議與這位民間發明家合作。兒子比爾是一位專營科學玩具的商人。他說可以把利潤的５％分給哈裏根先生，並在每個玩具的包裝上印上他的名字和專利號４，３８２，２４５。哈裏根先生平靜地麵對著兩位亢奮的科學家和商人。這位民間發明家的小屋裏堆滿了磁鐵，電池，儀器和各種稀奇古怪的玩藝兒。他認為這磁懸技術比起他幾十年來的其他發明不過是小菜一碟。同時，作為一個民間發明家多年來挨過不少專家和其他合作者的坑。為此他從一開始就征得客人的同意，用錄像機錄下了他們會麵的一切活動。他很願意和霍思父子合作，卻懷疑為什麽他們竟不肯留下１０００美元作信用抵押。最後這位固執的民間發明家雖然拒絕在合同上簽字，但卻在霍思父子的極力遊說之下，看著他的磁懸裝置在攝像機前被裝進盒子，由霍思父子帶回去研究。
父親愛得華·霍思是拉斯維莫斯（國家原子彈基地）有名的物理學家。回去之後他用基地的超級計算機仔細地研究了磁懸的理論，並作了一些小修改，隨即用自己的名字申請了專利。之後，他們與中國大陸的廠商聯係，利用中國發明的廉價強磁鐵‘釹鐵硼’為原料，大批生產這種磁懸陀螺玩具。幾年來這種叫萊維托（Ｌｅｖｉｔｒｏｎ）的玩具風靡美國，迷倒了無數對科學充滿好奇的青少年。他們賣了幾十萬台，不僅對哈裏根先生分文不付，甚至隻字不提他的原始貢獻。謊言重複多了似乎連自己都信以為真，對著電視台采訪的攝像鏡頭父子倆信誓旦旦地說這是他們多年的研究結果。他們的確研究了多年，但完全是失敗的記錄，若無哈裏根先生指點迷津，他們可能還在徒勞無功地摸索中。
專諾博士對自己的發現十分震驚。他把事實寫成文章，於１９９９年在普懷登斯雜誌（Ｔｈｅ Ｐｒｏｖｉｄｅｎｃｅ Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２２，１９９９）上公布於眾。霍思父子的一位代理商謝洛克夫婦（Ｍｉｋｅ ａｎｄ Ｋａｒｅｎ Ｓｈｅｒｌｏｃｋ）知道真相後亦十分氣憤，馬上停止銷售萊維托並在自己的網站上公布了真相。霍思父子回敬了謝洛克夫婦一場官司，告他們誹謗和濫用別人的冠名商標萊維托。至今在網上仍能查到美國第十上訴庭２０００年編號為ＣＶ—９７—１２６６ＬＨ／ＷＷＤ的案例記錄。待塵埃落定，萊維托依舊在霍思的玩具網站上暢銷。謝洛克夫婦決定幫助發明家哈裏根先生用自己的專利製造出商品與萊維托競爭。但曆盡滄桑的發明家已不再相信任何人，並發誓再不與他人合作。
專諾博士進一步的研究竟然又有驚人發現，原來在哈裏根先生之前，另一位民間發明家，約瑟夫·謝夫（Ｊｏｓｅｐｈ Ｃｈｉｅｆｆｏ）在完全不知道哈裏根先生的情況下於１９８４年獨立作出同樣的發現，用旋轉的磁場懸浮重物。謝夫的遭遇更慘。他無力說服製造商收買他的發明，也無法獲得專利。１９８８年在四處碰壁的情況下他在一家科普雜誌上登廣告，用５元的價格出賣磁懸秘密的說明書，但應者寥寥，不久就銷聲匿跡。
到此讀者一定感到奇怪，既然恩紹已經用數學方法嚴格地證明了靜態磁懸是不可能的，為什麽還會有磁懸陀螺的成功？這豈不違反基本的科學原理嗎？仔細的分析認為，磁懸陀螺並不違反恩紹定理。磁懸陀螺用的是旋轉磁體，玩過陀螺的朋友都知道旋轉的陀螺利用一種特殊的力量——“進動”來保持穩定。雖然磁場不能穩定地托起靜態的陀螺，但陀螺旋轉時，不穩定的偏斜使陀螺出現繞軸旋轉的進動，並通過進動使陀螺轉回穩定點，進而飛升漂浮於磁場之上。１９９７年，紐約州羅切斯特大學的鍾斯（ＴＢ Ｊｏｎｅｓ）及合作者在美國應用物理雜誌（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ ８２（２）：１５）上發表一篇文章，詳細闡述了磁懸陀螺的穩定條件及其轉速，重量的關係。他們的分析進一步證明民間發明家們確實身手不凡：陀螺在磁體上幾十毫米的空中浮動，但穩定區域隻有４毫米左右寬，陀螺必須呆在這一看不見摸不著的狹小區域中才能穩定。不僅如此，陀螺的重量必須精確到１％左右，輕則飛出，重則落地。加之陀螺的穩定還隨環境溫度變化，必須隨時調整。使用者還要學會在磁體強烈的斥力下把陀螺轉到一定的轉速，快了慢了都不能穩定。從這點看，哈裏根和謝夫先生都是高人。隻有上帝才知道他們怎麽能在無數的失敗中找出這麽多條件的最佳組合。相比之下科學家們倒像是照葫蘆畫瓢的粗人，隻會按部就班地寫公式。
寫到這裏我必須坦白，爐匠自己也玩過靜止磁懸浮，不過重複了過萬人的好奇，無知和失敗。爐匠打上領帶雖然也像個教授，但作為一個生物學家對物理常識才疏學淺，“不知有漢”。我聽說萊維托之後也是毫不猶豫，立即買了一台，但照著說明書卻怎麽也玩不好。無奈之下把它帶到實驗室中去讓我那些天才的學生們去玩，果然不過一個周末，就收到德國學生邁克的電子郵件，附來他麵對懸浮的陀螺欣喜若狂的照片。在他的指導下，不出十分鍾我也學會了，差不多能百發百中。我深深的體會到天才的發明家與跟隨的模仿者的能力竟有百分之九十九不相上下，唯一不同隻是那靈機一閃的第一推動。沒有這靈機一閃百年來多少受過正規教育的物理學家受到恩紹定理的影響而無所建樹。著名的計算機科學家，Ｍｅｔｈｅｍａｔｉｃａ的創始人斯洛德·格瑞（Ｔｈｅｏｄｏｒｅ Ｇｒａｙ）在一本科普雜誌中寫到“為什麽那麽多科學家在這麽長的時間內（對靜態磁懸）這個問題毫無建樹呢？這正表明負麵思維（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｈｉｎｋｉｎｇ）是威力強大的”。如果你在書中學到某些事是不可能的，你多半會不再多想。隻有那些不信邪的人，先認為這可以實現，然後再找理論漏洞，突破就是這樣產生的。
爐匠我作為一個生物學家和科學界中的過來人，要提醒那些躍躍欲試，準備不信邪的年輕人和民間科學家。違反常理的研究代價極大且大多都要失敗的。突變的生物大多數是要死去的，在億萬次失敗的突變事件中，個把成功者脫穎而出。正是這些成功者，使生物進化出了眼睛，翅膀和大腦，統治了世界。但你要想做違反常理的事，要準備好一輩子一事無成，當個失敗的墊底數字。唯一的捷徑是遍讀關於這個問題的所有文獻，用前人的知識教訓武裝自己。現在網絡發達，鼠標一點信息撲麵而來，沒上過大學也能成為專家。
最後再提一下科學界裏的其他高人。恩紹定理能容忍的另兩個例外是超導磁懸和反磁（Ｄｉａｍａｇｎｅｔｉｃ）磁懸。超導磁懸雖能托起日本大相樸運動員，但已不新鮮，反磁磁懸卻還有點意思。大多數物質的反磁性都太弱了，不足以抵抗重力。但利用很強的磁鐵還是可以實現普通物體的反磁磁懸。１９９７年挪威科學家安德·根姆（Ａｎｄｒｅ Ｇｅｉｍ，那明根大學，Ｎｉｊｍｅｇｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）用強磁場浮起了一隻青蛙（文見１９９７ Ｅｕｒ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．１８：３０７）。然而無論他如何強辨這項工作的意義，還是難逃於２０００年獲得搞笑諾貝爾獎（Ｉｇ Ｎｏｂｅｌ ａｗａｒｄｓ）。但科學界裏也有象哈裏根和謝夫先生那樣真正的高人。九十年代中，愛爾蘭的幾位科學家想出了一種巧妙的方法，用普通磁體承擔重力而隻用物質的反磁性來維持穩定。這樣用一般物體的反磁性雖弱，但就已足夠維持幾克重物的磁懸穩定。比如，用人手指的反磁性就足以使一塊小磁鐵懸浮在空中。這種“手指磁懸”非常巧妙且有轟動的新聞效果。讓他們在科技界的頂級雜誌自然（Ｎａｔｕｒｅ ４００：３２４，１９９９）上發表了這篇文章。
這些驚人的故事就發生在前幾年，說不定下一個大轟動就是您的巧妙發明。
（文中人，物皆用真名，以便讀者在網上查閱。霍思父子與民間發明家哈裏根的故事是以專諾先生在普懷登斯雜誌上的文章為藍本。篇幅所限參考文獻從略，可用人名的英文作為關鍵詞在網上查出相關資料。作者雖是一粗人，自以為教書之真諦在於用簡單的語言闡明複雜的理論，故愛寫科普文章，與天下沒機會受正統教育的外行分享科學之樂。二零零五年春節，大雪茫茫中於美國馬裏蘭州蓋色斯浦鎮）。
