1879年秋天的一天，埃德温·霍尔坐在约翰·霍普金斯大学物理实验室的长凳上。这个三年级的研究生当时只有23岁，他把两个电磁铁面对面地放在一起，然后把一小条金箔滑入缝隙中，金箔上带有电流。他用灵敏的电流计测量带钢上不同点的电压。经过几个月的工作，他终于发现了他所寻找的东西:仪器指针上的跳动表明磁场将电流推向了带钢的一侧。他观察到一个垂直于磁场方向和外加电流方向的电压。
1879年10月下旬的星期二，埃德温·霍尔的发现，被称为霍尔效应，可能是约翰·霍普金斯大学历史上最被低估的成就之一。在过去的140年里，霍尔效应已经成为测量电磁场强度不可缺少的工具。
霍尔的论文发表后，被誉为磁电基础科学的重大进展。他证明了，与假定的相反，电流的载体带负电荷而不是正电荷。他的发现被拿来与迈克尔·法拉第最伟大的成就作比较，法拉第在1845年提出了光和磁相关的第一个实验证据。霍尔的工作还挑战了著名的英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的观点，他那具有里程碑意义的关于电和磁的论文早在六年前就已经出版了。
图片说明:埃德温·霍尔
霍尔还帮助证明，就在霍普金斯大学开放三年后，它对美国高等教育采取的激进的、以研究为导向的方法已经初见成效。
但是直到20世纪中期半导体和晶体管技术的兴起，基于霍尔效应的探测和测量磁场的传感器变得更小、更强大，这项发现才有了自己的意义。今天，全世界有数十亿个这样的传感器用于测量一个物体相对于另一个物体的位置、速度和邻近程度。汽车的曲轴、转速计、防抱死闸、卫星、智能手机、防盗警报器、电脑键盘、磁盘驱动器、操纵杆、GPS系统、卡带赛车速度控制系统、电子酒馆饮料机，以及一大堆其他设备上都安装了它们。新的应用正在出现。世界各地的科学实验室正在霍尔的早期工作的基础上进行建设。自1985年以来，四次诺贝尔奖被授予与霍尔效应相关的研究。
霍尔在他的论文中指出，“对这一现象进行更全面、更准确的研究……可能会占用我几个月的时间。”事实上，他将在余生的大部分时间里研究霍尔效应。
物理学和天文学教授彼得·阿米蒂奇估计，今天有成千上万的科学家在实验室里使用霍尔传感器，或者直接参与与霍尔效应有关的研究。“还有几十亿人在日常生活中使用它们，”他说，“这一切都始于约翰霍普金斯大学的霍尔。”
JHUArtsSciences对Vimeo的Hall效应。
1880年初，霍尔第一次发现用铁和其他铁磁性金属代替金箔，他又回到了附属物中。他发现更大的电反应有时会产生正电荷。这第二个谜一样的现象，被称为“反常的霍尔效应”，直到21世纪才被完全理解。
霍尔的第二个重大发现让科学家们困惑了几十年。这似乎很反常，因为它是原子基本性质的产物。直到20世纪20年代末，随着量子力学的发展，科学家们才开始全面了解亚原子粒子的行为。根据量子理论，粒子也是波，能量被组织成被称为“量子”的离散信息包，粒子的位置和动量不能同时测量。
“反常的霍尔效应本质上是一个量子力学的东西，”阿米蒂奇说。“直到过去10年，人们才真正了解它是如何运作的。”
1979年，约翰·霍普金斯大学的物理学教授钱家玲组织了一场关于霍尔发现100周年的研讨会，后来又与查尔斯·韦斯特盖特(Charles Westgate)合编了一本书，书名为《霍尔效应及其应用》(the Hall Effect and Its Applications)。韦斯特盖特现在是名誉教授。事实证明，这个百年纪念与霍尔的第二个重大发现——反常霍尔效应——的研究开始复兴大致重合。
如今，简氏花费大量时间研究一种被称为自旋霍尔效应的现象。电子具有“自旋”，这与陀螺仪的自旋非常相似。简说，他希望自己的工作最终能推动永久性的高密度数据存储设备或强大的新型量子计算机的发展。
“这就是未来所在，”他说。
导师和门徒
埃德温·赫伯特·霍尔(Edwin Herbert Hall)出生于内战前6年，在现在的缅因州戈勒姆(Gorham)长大，他的父亲是一名农民、镇选举官和治安法官。埃德温18岁时从鲍登学院(Bowdoin College)以全班第一名的成绩毕业，在那里担任校报编辑，之后开始担任高中校长。他曾考虑学习法律或进入新闻行业，但后来转向了物理学，他告诉一个朋友，“因为它是进步的，符合我的智力和道德标准。”
朋友和同事们说霍尔是一个有才华但很谦虚的人，有时会感到沮丧。他有时听起来总是自我怀疑。他说:“在某些方面，我在所有的科学努力中都明显受到了限制，因为我不善于动手，而且理解力也很差。”“另一方面，我很执着，喜欢用自己缓慢的方式解决难题;我所获得的任何成功都归功于这两种品质。”
在他的文章在霍尔效应和它的应用程序中,欧文Hannaway后期,霍普金斯教授科学和历史学家,写道,大厅的残酷坦诚的自我评价和崇高理想现代美国人听起来可能奇怪,“但科学进步与道德诚信非常早期霍普金斯的风气”的一部分。汉纳韦写道，许多教职工认为，美国社会已经被内战后镀金时代的物质主义和“无拘无束的创业精神”弄得粗鄙不堪，他们认为，通过教授们所称的“纯科学”实践来“美化”社会是哈佛大学的使命。
图片说明:亨利·奥古斯都·罗兰
霍尔申请了离家更近的哈佛大学的物理专业，但哈佛大学物理学教授约翰·特罗布里奇告诉他，如果他去巴尔的摩会更好。1876年，霍普金斯在弗农山庄西侧北霍华德街的两所旧公寓里开始了他的不吉利的生活。但在令人敬畏的亨利·奥古斯都·罗兰(Henry Augustus Rowland)的坚持下，也就是霍普金斯大学物理项目的创始人，校董事会在仪器和用品上花了6,429美元。1879年，特罗布里奇发表了一份关于美国大学物理实验室的调查报告，报告称罗兰实验室的设备几乎是哈佛的7倍。
当21岁的霍尔于1877年秋来到霍普金斯大学时，28岁的罗兰已经是美国最受尊敬的物理学家之一。
根据罗兰的朋友兼传记作家托马斯·门登霍尔(Thomas Mendenhall)的说法，他“常常是一个令人生畏的人物，不能容忍平庸，如此执着于真理，以至于他坦率的批评可能是毁灭性的。”总的来说，他“尽可能少地关注管理和教学”，专注于自己的实验，让学生自己摸索。在一个学期开始时，有人问罗兰，他本学年打算如何安排他的研究生助教。
“与他们吗?我打算不去管他们，”他说。
不出所料，罗兰身后留下了几个不满的学生和恼怒的同事。但是，这位智力超群的年轻教授和意志坚定的霍尔似乎相处得很好。霍尔后来称罗兰是“我所有老师中最伟大的一位”，并补充说，“二十多年来，我对他的感情是无限钦佩和尊重与温暖感情的结合。”
尽管关系很好，但霍尔效应的发现可能造成了导师和学生之间的紧张关系。
在霍普金斯大学的第二年，霍尔在读詹姆斯·克拉克·麦克斯韦尔于1873年出版的两卷本的《电磁论》时遇到了麻烦。麦克斯韦曾预言，电流通过导体时不会因磁场的作用而发生偏转。对霍尔来说，这根本说不通。“在我看来，这种说法与本案中最自然的假设相悖，”他写道。
霍尔问罗兰是否可以用实验来验证麦克斯韦的说法，罗兰同意了。但是教授可能对他学生的作业感到不安。在某种程度上，亨利·罗兰的工作要归功于麦克斯韦尔。这所大学的第一位物理学教授在来霍普金斯大学之前几乎没有接受过物理学方面的正规训练。相反，他是一个充满热情、天赋异禀的业余爱好者，在纽约特洛伊伦斯勒理工学院(Rensselaer Polytechnic Institute)获得土木工程学位期间，他基本上自学了物理。
从伦斯勒毕业后的那个冬天，罗兰在他母亲位于新泽西州纽瓦克的厨房里修修补补，突然想到了一个类似于欧姆定律的电路数学公式，可以帮助工程师设计和建造磁路。由于缺乏学术证书，他找不到美国出版商出版他的论文。于是，这位傲慢的年轻调查员将一份副本寄给了剑桥大学的麦克斯韦尔。
麦克斯韦尔对此印象深刻，他安排罗兰的论文在欧洲发表。1875年，霍普金斯大学校长丹尼尔·科伊特·吉尔曼聘请罗兰为该校的第一位物理学教授，这在很大程度上归功于他的国际声誉。这种声誉在很大程度上要归功于麦克斯韦尔的支持。
为了给霍普金斯大学做准备，罗兰在1875年和1876年对包括麦克斯韦尔实验室在内的欧洲物理实验室进行了一次盛大的参观。这两位讲英语的科学家似乎在个人和专业上都很合得来。麦克斯韦尔后来写了一首讽刺史诗，称赞罗兰是“特洛伊的罗兰，那个勇敢的骑士”、“不可抑制的教授”和“在繁忙的巴尔的摩……酝酿他的大脑的后代”的“恰尔德·罗兰”。
根据历史学家的说法，罗兰普遍赞同麦克斯韦在他的论文中阐述的电磁学理论。但和霍尔一样，他对麦克斯韦尔关于磁铁不能使金属中的电流发生偏转的说法持怀疑态度。他曾悄悄进行过一项与霍尔提出的实验类似的实验，但没有结果。
阿米蒂奇说，人们应该记住，霍尔“在一所暴发户大学里默默无闻”，为了挑战麦克斯韦尔的观点，“付出了多大的勇气”。麦克斯韦尔是他那个时代最杰出的物理学家之一。霍尔的朋友、哈佛大学的珀西·威廉姆斯·布里奇曼(Percy Williams Bridgman)写道，霍尔“最突出的个人特点是他绝对的诚实和正直，加上个性上的独立性和力量，这使他能够相信自己的判断，并在做出仔细合理的决定后，引导自己的方向。”
该在哪里付帐?
如果说罗兰对霍尔实验的政治智慧心存疑虑的话，他至少在一开始没有表现出来。霍尔在他的论文中写道，罗兰曾建议并协助这项工作，而且至关重要的是，他建议霍尔在设备中使用一条金箔而不是另一条更厚的金属条。如果没有这种变化，霍尔可能永远也检测不到电压的变化。罗兰还安排立即发表霍尔的论文。
后来罗兰做了一件他的同事后来会质疑的事情。他决定不把他的名字写在纸上。他从未解释过原因，这引发了人们的持续猜测:究竟是教授还是学生更值得称赞。
罗兰后来成为美国物理学会的创始人和首任会长;他将被授予国际荣誉，并受到大众媒体的赞扬。
到19世纪末，罗兰被许多人认为是他那个时代最伟大的美国物理学家。“这一点也不夸张，”钱说。“没有人能接近他的成就。如果把霍尔效应加到他的名字上，效果会更大。不幸的是，他把功劳都让给了霍尔。霍尔效应和罗兰后来的一些作品一样重要，甚至可能更重要。”
霍尔效应很难与麦克斯韦的论述相一致，而且似乎支持麦克斯韦对手的理论。霍尔的论文《论磁铁对电流的新作用》(On a New Action of The Magnet On Electric Currents)的发表时间也令人尴尬。巧合的是，麦克斯韦尔在剑桥去世，享年58岁，离霍尔最初的实验只有9天，离《霍普金斯期刊》发表《新行动》还不到一个月。
如果没有麦克斯韦的支持，他也许永远也不会被霍普金斯大学录取。罗兰对霍尔的结果表示怀疑，并急于保护自己的声誉吗?也许罗兰觉得他不值得表扬，尽管他是导师和顾问，因为他没有完成这项工作。或许他相信自己注定要做大事，不需要在学生发表的每一篇论文上都盖上自己的印章。
“给我时间和设备，如果我们的大学不为人所知，那也不是我的错，”罗兰曾向校长丹尼尔·科伊特·吉尔曼(Daniel Coit Gilman)承诺。
简说，不管罗兰在想什么，如果他的名字出现在报纸上，霍尔效应今天可能会被称为罗兰效应。
霍尔留在霍普金斯大学期间，他在学术上的发展机会有限。在霍普金斯大学采用的德国大学制度下，只有一个终身教授掌管这个系。因此，他接受了一份哈佛大学物理学讲师的工作，并在那里度过了余生。
1880年是罗兰研究的一个充满活力的新时期。19世纪80年代以前，他主要研究电和磁。后来，他把注意力转移到光的研究上。他以设计、生产和使用衍射光栅而闻名于世。衍射光栅是一种金属板，上面刻有成千上万条紧密排列的平行线，这些平行线就像高精度的棱镜，将光分解成各种颜色。他们产生的光谱线被用来识别物质和物体中的化学元素，包括太阳和恒星。
罗兰并没有发明衍射光栅，但他制造并使用了最先进、最精确、最精巧的光栅。多年来，他用自己设计的一种叫做“控制引擎”的机器制造了100多件这样的东西。这种机器装有蒂芙尼(Tiffany)钻石，用来切割金属，还有一个精密加工的螺丝，用来保持线条的均匀间隔。最终，他可以在一块标准纸张大小的凹形金属板上塞入11万条线。罗兰在自己的研究中使用了光栅，并以成本价卖给全世界的物理学家、化学家和天文学家。
1890年，罗兰与巴尔的摩的亨丽埃塔·哈里森结婚。大约在同一时间，他得知自己患有糖尿病，那是无法治疗的。在接下来的十年里，物理学取得了巨大的进步，罗兰觉得自己不得不从挚爱的“纯科学”中抽出宝贵的时间来抚养亨丽埃塔和他们的三个孩子。
他试图出售自己的一些专利，并开发了一种新的多路电报技术，但1893-1897年毁灭性的经济恐慌使他的工作难以商业化。1901年冬末，罗兰写信给斯德哥尔摩委员会，提名自己为第一个诺贝尔物理学奖的候选人，该奖定于今年秋天颁发。这是使他的研究更有市场的最后一次孤注一掷的努力。委员会冷冷地告诉他，诺贝尔奖候选人不能提名自己。他们仍然不能。
1901年4月16日，罗兰因糖尿病去世，享年52岁。虽然当时还没有公布葬礼的安排，但罗兰已经要求将他的遗体火化，并将骨灰埋在他位于霍普金斯大学物理实验室地下室的一面墙上。实验室位于西纪念碑街和林登大道的西北角。他们后来搬到了新泽西州纽瓦克市的罗兰家。
发起芝加哥大学物理学项目的物理学家阿尔伯特·迈克尔逊(Albert Michelson)在1907年成为第一位获得诺贝尔奖的美国科学家。根据科学历史学家约翰·大卫·米勒(John David Miller)的说法，哈佛大学(Harvard)的特罗布里奇(Trowbridge)曾写信给亨丽埃塔·罗兰(Henrietta Rowland)说，如果她的丈夫还在世，他将是第一位获得诺贝尔科学奖的美国人。
勇敢的坚持
离开霍普金斯一年后，霍尔嫁给了佛蒙特州的卡罗琳·波特姆，她曾在缅因州的不伦瑞克高中担任他的助手。
他的科学成就再也无法与附件中的相比，但他可以帮助教育一代又一代的美国物理学学生。他发起了一项改进和革新中学和大学物理课程的努力，并在1886年出版了一套40道实验题。这些课程得到了全国教育协会的认可，被称为全国物理课程。
1907年，霍尔患上了他的朋友布里奇曼所说的“严重的精神崩溃”，被迫请了一年的假。1910年，霍尔的儿子弗雷德里克(Frederic)在上大学四年级时死于风湿热并发症，这进一步摧毁了霍尔。“那些更了解他的人知道，他曾经历过沮丧甚至绝望的黑暗时期，但他凭借自己的人格力量战胜了这些时期，”布里奇曼写道。
1921年霍尔退休后，他感到沮丧，因为研究人员仍在努力量化不同金属的霍尔效应，并继续他早期的研究。1925年，他发表了黄金、钯、钴和镍的研究结果。他在实验室里每天工作6个小时，直到1938年11月去世前几周才停止工作。“他在这个问题上的大胆尝试是这个人的特点，”布里奇曼写道。
和罗兰一样，霍尔从未获得过诺贝尔奖。但是追随他脚步的科学家已经超过6个。谷歌搜索“霍尔效应”会产生3.6亿个结果。布里奇曼在80年前写道，“霍尔的发现所蕴含的意义甚至还没有得到充分的评估。”今天如此，过去也是如此。
这篇文章的一个版本首先出现在约翰霍普金斯大学的艺术&科学杂志。
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