美国科学技术史概论5课件

美国科学技术史概论

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ScienceandTechnology王大明中国科学院大学人文学院2015年4月1日北京美国十九世纪物理学发展电磁学发展背景亨利的电磁学研究电磁学的最早应用之一：有线电报和莫尔斯电码十九世纪后半期的物理学三剑客吉布斯、罗兰、迈克尔逊电磁学革命从美国建国的1789年到十九世纪中期，正是世界电磁学飞速发展的时期。其要点就是将电和磁联系起来。这个期间，从咖伐尼——伏打——欧姆——奥斯特——毕奥-萨法尔——安培——法拉第——麦克斯韦——赫兹等，欧洲科学家完成了一系列奠基性的工作。美国的约瑟夫·亨利也参与了这场电磁革命的盛会。而后来的贝尔、爱迪生、特斯拉等，将这场盛会推向高潮，最终迎来了第二次产业革命。伽伐尼发现“神经电流”静电很早就发现了，但“动电”——电流是在十八世纪末才发现。意大利生理学家路易吉·伽伐尼（LuigiGalvani，1737～1798）发现蛙腿肌肉接触金属刀片时会发生痉挛，他其后在论文中认为生物中存在着一种所谓“神经电流”。伏打发明“电池”意大利物理学家亚历山德罗·伏打伯爵（C.AlessandroG.A.A.Volta，1745-1827）不赞同伽伐尼的这种观点。他对这种现象进行研究后认为这不过是外部电流的作用，而蛙腿肌肉只是起到了导体的连接作用。伏打电池1800年，伏打将锌片和铜片夹在用盐水浸湿的纸片中，得到了很强的电流，他称之为电堆；而将锌片和铜片浸入盐水或酸溶液中也能得到相同的效果，这后来被称作伏打电池。伏打电堆和电池的发明，为研究稳恒电流创造了条件。欧姆的直流电路研究德国物理学家欧姆(GeorgSimonOhm，1787—1845)经过长期研究，于1827年发表了其著作《直流电路的数学研究》，明确了他经过实验所得到的电路分析中电压、电流和电阻之间的关系。即：S=γE式中S表示电流；E表示电动力，即导线两端的电势差，γ为导线对电流的传导率，其倒数即为电阻。

欧姆定律欧姆定律发现初期，许多物理学家不能正确理解和评价这一发现，因而遭到怀疑和尖锐的批评。其研究成果被忽视，经济极其困难，使欧姆精神抑郁。直到1841年英国皇家学会授予他最高荣誉的科普利金奖，这才引起德国科学界的重视。欧姆的进展极大地影响了电流理论和应用的发展，他在《直流电路的数学研究》这本书中首次提出的电学定律，后来被命名为欧姆定律。奥斯特发现电和磁之间的关系虽然富兰克林早在1751年，就发现放电能将钢针磁化，但当时人们还没能重视这个联系。直到1820年，丹麦物理学家奥斯特（ChristianOersted，1777—1851）用实验证明接通电流的导线能对附近的磁针产生作用力，并且这种磁效应是沿着围绕导线的螺旋方向分布时，才引起了科学界的关注。毕奥—萨伐尔定律在奥斯特发现电流的磁效应之后，法国物理学家让·巴蒂斯特·毕奥和费利克斯·萨伐尔进一步详细研究了载流直导线对周围磁针的作用力，并确定其“磁力大小正比于电流强度，反比于距离，方向垂直于距离连线”。这一规律被称为毕奥-萨伐尔定律。安培的发现法国物理学家安德烈-玛丽·安培（André-MarieAmpère，1775年—1836年），在奥斯特的发现仅一周之后（1820年9月）就向法国科学院提交了一份更详细的论证报告。他认为两根载流导线存在着相互影响，相同方向的平行电流彼此相吸，相反方向的平行电流彼此相斥；他还认为通电的线圈与磁铁相似；因为两个线圈之间存在着吸引和排斥作用。安培定则安培一方面用实验验证了自己的观点，另一方面，还用数学对上述作用力进行了推导。于1827年，将他的电磁现象研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中，这是电磁学史上一部重要的经典论著，对以后的电磁学发展产生了深远的影响。麦克斯韦称安培的工作是“科学史上最辉煌的成就之一”，后人称安培为“电学中的牛顿”。法拉第与电磁感应现象在奥斯特发现电流的磁效应之后，当时担任着英国皇家研究所实验室主任的法拉第（MichaelFaraday，1791-1867）也转向了电磁领域的研究工作。电磁力相互作用法拉第首先从奥斯特的工作中得到启发，他认为假如反过来考虑磁铁固定，线圈就可能会运动。根据这种设想，1821年，他成功地发明了一种简单的装置。在装置内，只要有电流通过线路，线路就会绕着一块磁铁不停地转动。实际上，这不是发电机，而是电动机的雏形。电磁感应、场和力线的概念1831法拉第发现，一块磁铁穿过一个闭合线路时，线路内就会有电流产生，此即电磁感应效应。法拉第还将“场”、“力线”等重要概念引入物理学，为后来的许多重大进展开拓了广阔的道路，

法拉第的功绩他还引入了诸如正负极、离子等概念；发现电磁感应效应，并由此发明发电机；引入“电磁场”和“力线”等重要概念，揭示了电和磁的本质。纪念法拉第的20英镑纪念币接过富兰克林的披风美国的物理学，自富兰克林在18世纪中期作为业余爱好者所进行的电学研究，犹如一道闪电划过北美的天空之后，就进入了长时间的沉寂。直到19世纪20-30年代约瑟夫·亨利的出现，才打破了僵局。之后相继出现的罗兰、吉布斯和迈克尔逊等人，成为转变美国物理学历史轨迹的重要人物。约瑟夫·亨利美国物理学家亨利(JosephHenry,1797-1878年)出生于纽约的奥尔巴尼，是个出身寒微的平民子弟。他参与了电磁学革命，并将自己的名字写了上去，成为转变美国科学历史发展轨迹的第一个重要人物。被称之为美国“接过富兰克林披风的人”。简略生平童年仅读过小学和初中，但由于勤奋学习，考进了奥尔巴尼学院，在那里他学习化学、解剖学和生理学，准备当一名医生，可是，毕业以后他却在奥尔巴尼学院当上了一名自然科学和数学讲师。1832年，亨利成为新泽西学院（即现今的普林斯顿大学）的自然哲学教授，一直到1846年离开那儿为止。从社长到院长自1846至1878年间，他是新成立的史密森学社的秘书和第一任社长。他生前的最后十年，曾任成立不久的美国科学院院长。1878年他在华盛顿特区逝世。亨利的科学成就亨利在物理学方面的主要成就是对电磁学的独创性研究。包括如下主要几项：制成强电磁铁、发明继电器；比法拉第早一年发现电磁感应现象；发现自感现象；电报机和电动机相关研究。研制强电磁铁1825年，英国科学家斯特金在一块马蹄形软铁上涂一层清漆，然后在上面间隔绕18圈裸导线，通电后就成了电磁铁，能吸起约4kg（9磅）重物。这一实验引起许多科学家的极大兴趣。亨利知道这些消息后，也着手改进电磁铁。他用丝绸包在裸铜导线上，解决了裸导线绕线圈时相邻圈之间容易短路的问题，使电磁铁的线圈匝数大为增加。制成强电磁铁1829年3月，他研制了一个统有400圈导线的电磁铁。他把电磁铁上的线圈分成几组，然后并联或串联，用不同类型的电池组供电等方法研究电磁铁，以增强磁性。最初制作的电磁铁能吸起三百公斤铁，1831年他研制成功一个体积不大，但却能吸起约1吨重物的电磁铁。这算是电磁学最早的实际应用之一。继电器在研究电磁铁时，他在小电磁铁附近加一带弹簧的小铁片，弹簧的另一端固定，当电磁铁接通电源时，小铁片被电磁铁吸引，切断电源，铁片又被弹簧拉回原处，在这过程中小铁片来回动作，撞击电磁铁发出“滴嗒嘀嗒”的声音，这就是最早、最原始的继电器。这种装置后来被用于电报发报。从这个意义上，也可以说亨利发明了电报，只是他没有申请专利而已。比法拉第早一年发现电磁感应现象1830年8月，亨利在电磁铁两极中间放置一根绕有导线的条形软铁棒，然后把条形铁棒上的导线接到检流计上，形成闭合回路。他观察到，当电磁铁的导线接通时，检流计指针向一方偏转后回零；当导线断开的时候，指针向另一方偏转后回零。这意味着亨利已经发现了电磁感应现象，而且比法拉第的发现早了一年。但遗憾的是，亨利并没有及时公开发表自己的实验结果。发现自感现象1831年，当亨利对绕有不同长度导线的各种电磁铁的提举力做比较实验时，他意外地发现，通有电流的线圈在断路的时候有电火花产生。第二年八月，亨利对这种现象又进行了研究。1832年他发表了《在长螺旋线中的电自感》的论文，宣布发现了电的自感现象。这个发现很快就被欧洲的科学界所承认，之后，还将电感的单位用亨利命名。电报机相关研究1842年，亨利在实验室里安装了一个火花隙装置，在30多英尺处放一个线圈来接收能量，线圈和检流计相接，形成回路。当火花隙装置的电火花闪过时，与线圈相接的检流计指针就发生偏转。这个实验实际上表征了无线电波的传播和接收。虽然亨利的这个实验比后来赫兹的实验早了40多年，但是当时的人们，包括亨利自己在内，还认识不到这个实验及其内在含义的重要性。电动机相关研究亨利曾发明过一台象跷跷板似的原始直流电动机，从某种意义上来说这也许是他在电学领域中最重要的贡献。因为电动机能带动机器，在起动、停止、安装、拆卸等方面，都比蒸汽机来得方便。电气革命是第二次工业革命的核心，而包括电报机、电动机、电灯、电话等又是电气革命的核心。美国后来之所以成为第二次工业革命的主要策源地，与亨利为代表的大批美国电气科学家和发明家的贡献是分不开的。亨利在事实上发明了电报但没申请专利，另一个美国发明家莫尔斯则放弃了其他事情，专门从事电报的发明事业。美国提倡纯科学研究的先驱亨利虽然发明过很多实用的装置，但他却是美国最早开始提倡纯科学研究的先驱者。他曾说道：“在美国，虽然许多人长于把科学应用于实际生活，但很少有人为了发现和发展新的真理的必要而进行辛勤的劳动和认真的思索。”

亨利之后，美国从事纯科学研究的科学家才开始逐渐多了起来。亨利于1878年在华盛顿去世，享年80岁。莫尔斯电报塞缪尔·莫尔斯（SamuelF.B.Morse

1791-1872），19岁毕业于耶鲁大学美术专业。美国画家和发明家。莫尔斯曾两度赴欧洲留学，在肖像画和历史绘画方面成了当时公认的一流画家。1826年至1842年任美国画家协会主席。改变人生的航行莫尔斯是在1832年从法国返回美国的旅途中萌生了发明电报的念头。当时莫尔斯已经41岁了，在法国访问了3年，跟欧洲顶尖画家学习交流后坐轮船返回美国。轮船在大西洋中航行，为了打破长途旅行的沉闷气氛，有个叫杰克逊的美国医生向旅客们展示了一种叫“电磁铁”的新器件并讲述电磁铁原理。改行电学杰克逊的一句话深深地印在了莫尔斯的脑海里。杰克逊说：“实验证明，不管电线有多长，电流都可以神速地通过。”这句话使莫尔斯产生了一个遐想：既然电流可以瞬息通过导线，那能不能用电流来进行远距离信息传递呢？莫尔斯为自己的想法兴奋不已。已任美国国立图画院院长的莫尔斯从这以后，毅然改行投身于电学研究领域。拜师求教莫尔斯是个画家，对于电学基本外行，要想弄懂电学原理，远非一件容易的事情。但他不耻下问，到处学习求教，并慢慢开始入门。其中包括拜亨利为师，学习如何使用绝缘导线的强力电磁铁，和继电器原理。就这样，到1835年底，他终于用旧材料制成了第一台简陋的电报机。电报机原理莫尔斯的电报机大致结构是包括一个发报机和一个接收机，中间用导线连接。发报机是这样工作：先把凹凸不平的字母版排列起来，拼成文章，然后让字母版慢慢持续地触动开关，从而使电路或接通或断开，在连接导线中不断发出有电或没电的信号；而收报机的结构则是，当从导线传来的不连续电流通过电磁铁时，会因电磁感应而牵动一支能活动的铅笔在移动的带子上划出波状的线条。将线条译码后，便还原成文字信息。原始的莫尔斯电报机电报机硬件改进但莫尔斯的第一台电报机只能在2-3米的距离内有效。这是由于随着收发两方距离的增大，电阻相应也会增加，最后导致电流太小而使接收端的电磁铁失灵。所以，要想使电报能投入到实际应用，就必须加以改进，增加收发报的距离。软硬件都需要改进硬件改进工作在亨利的帮助下，通过增加电池的数量和改善电磁铁的质量，很快就有了进展，增强了信号电流的强度。所以很快就能将电信号传送到更远的距离。但莫尔斯又发现，发报端发出的文字信号，要想在接受端完全不失真的复现也是一件不容易做到的事情。所以需要改进电信号的编码，即改进软件。莫尔斯电码1836年，莫尔斯终于找到了一种新的方法，他在笔记本上记下了一个新的设计方案：“电流只要停止片刻，就会出现火花。有火花出现可以看成是一种符号；没有火花出现是另一种符号；没有火花的时间长度又是一种符号。这3种符号如果组合起来代表数字和字母，就可以通过导线来传递文字了。”据此，莫尔斯将发送端原来直接传送字母版的方法改为按键开关，而接收端仍用原来的划线方法。莫尔斯电码电信号的状态只有两种：按键时有电流，不按键时无电流。有电流时称为传号，用数字“1”表示；无电流时叫空号，用数字“0”表示。一个“点”就用“1、0”来表示，一个“划”就用“1、1、1、0”来表示。莫尔斯电报将要传送的字母或数字用不同排列顺序的“点和划”来表示，这就是莫尔斯电码。莫尔斯电码当然，莫尔斯编码之间还有停顿，所以加起来，其编码有五种：点（.）划（-）点和划之间的短停顿每个词之间中等停顿以及句子之间长停顿电报机竞争1838年1月，莫尔斯进行3英里收发电报的试验获得了成功。1840年4月，这项发明申请到了专利。他试图说服别人投资生产电报机，但却没人感兴趣。莫尔斯只得到欧洲去活动，希望能在欧洲推广应用。然而这时英国的惠斯通已经发明了电磁电报，俄国的希林也造出了其他样式的电报机大大延长了通信距离，达到了可以实际应用的水准。国家应用新技术1842年，莫尔斯终于盼来了大展宏图的时机，美国国会通过了开发电报技术的议案。1843年，美国国会决定拔款3万美元架设华盛顿和巴尔的摩之间长距离的电报线路，全长64.4千米。第二年长距离电报收发获得成功。公开展示1844年5月24日，是世界电信史上光辉的一页。这一天，在美国国会大厅里举行了一次隆重的电报机通信实验活动。在座无虚席的国会大厦里，莫尔斯踌躇满志地向应邀前来的科学家和政府人士介绍了电报机的原理。他的演讲激起了听众们的极大兴趣，人们都焦急地等侍着“用电线传递消息”的奇迹发生。莫尔斯的第一台电报机样品“上帝创造了何等奇迹!”莫尔斯接通电源，用他那激动得有些颤抖的双手，操纵着他倾十余年心血研制成功的电报机，向巴尔的摩发出了人类历史上的第一份电报：“上帝创造了何等奇迹!”随着一连串的“嘀嘀嗒嗒”声的响起，电文通过电线很快就传到60多公里外的巴尔的摩，莫尔斯的助手接到了他传来的电文，并准确无误地把电文译了出来。莫尔斯的电报终于成功了！电报风靡全球这个演示在美国、英国和欧洲其他国家都引起了轰动。从此，（1844年）5月24日成了国际公认的电报发明日。莫尔斯电报因为使用了电报编码，具有简单、准确和经济实用的特点，比其他人发明的电报优越得多。很快，他的电报风靡全球。莫尔斯在1848年筹建了私人股份公司，1850年又筹建了电报公司，在电报的发展和普及方面作出了重大贡献。伟大的发明家，渺小的人莫尔斯曾受到亨利的极大帮助，但他从不承认，以至于两人最后对簿公堂。以亨利胜诉莫尔斯丢脸而告终。南北战争中，作为北方人的莫尔斯，却因是个种族主义者而支持南方。最后还是以丢脸而告终。最后的栖息地莫尔斯于1872年4月2日在纽约市去世，享年80岁，安葬在纽约布鲁克林的绿荫公墓。1900年第一批入选美国名人堂。而亨利还是1915年才进入了名人堂。纯科学研究的起步美国内战之后，随着经济的持续繁荣，教育的逐步普及，纯科学研究开始出现并在水平上不断提高。标志之一，就是出现了一批具有国际声望的职业科学家。其中最著名的几位，都是物理学家，包括吉布斯、罗兰和迈克尔逊等。分别在热力学和统计力学、电磁和光学等领域，做出了杰出贡献。吉布斯的统计力学研究吉布斯(Josiah

Willard

Gibbs，1839-1903)，1858年毕业于耶鲁大学。1873年至1878年，发表了被称为是“吉布斯热力学三部曲”的3篇论文，即“流体热力学的图示法”(1873)、“借助曲面描述热力学性质的几何方法”(1873)，以及“非均匀物质的平衡”(1876、1878)。1902年发表了巨著《统计力学的基本原理》，创立了统计系综的方法，建立起经典平衡态统计力学的系统理论，对统计力学给出了适用任何宏观物体的完整形式。工程博士，留欧三年1863年吉布斯以使用几何方法进行齿轮设计的论文在耶鲁学院获得工程学博士学位，这也使他成为美国的第一个工程学博士。随后留校任拉丁文助教两年，自然哲学助教一年。1866年吉布斯前往欧洲留学，分别在巴黎、柏林、海德堡各学习一年，卡尔·魏尔施特拉斯、基尔霍夫、克劳修斯和亥姆霍兹等大师开设的课程让他受益匪浅。1869年留学三年的吉布斯回到美国继续任助教，这三年也是他一生中惟一离开纽黑文的三年。耶鲁大学的Sloane物理实验室，吉布斯的办公室在塔右边二层。无薪讲师1871年，32岁的吉布斯成为耶鲁大学数学物理学教师，这是全美第一个该学科教职。但由于吉布斯还没有发表过文章，所以在他担任这一教职的九年中始终没有薪水，靠遗产和专利费生活。吉布斯担任这一教职直到去世，他终身未婚，始终和妹妹与妹夫住在纽黑文离耶鲁大学不远的祖屋里，过着与世无争的生活。但在教学中，他却不动声色地最早在美国工程师教育中引入了基础理论方面的内容。34岁发表论文1873年，已届34岁的吉布斯，才发表平生的第一篇论文，但这是极其重要的论文，即“流体热力学的图示法”，采用图解法来研究流体的热力学，紧接着发表了“借助曲面描述热力学性质的几何方法”的论文，提出了所谓三维相图。非平衡态论文1876年吉布斯在《康涅狄格科学院学报》上发表了奠定化学热力学基础的经典之作《论非均相物体的平衡》的第一部分，1878年完成了第二部分。这一长达三百余页的论文被认为是物理化学史上最重要的论文之一。其中提出了吉布斯自由能，化学势等概念，阐明了化学平衡、相平衡、表面吸附等现象的本质。麦克斯韦发现千里马但由于吉布斯本人的纯数学推导式的写作风格和刊物发行量太小，美国轻视纯理论研究等原因，这篇文章在美国没有引起任何反响。偶然的机会，麦克斯韦看到了吉布斯的文章，立刻对其思想赞赏不已，不但写信给多位同行推荐，而且吸收到自己的著作《TheoryofHeat》中，甚至还亲手作了一个石膏模型寄给吉布斯。之后，这篇论文（其实是一部著作）开始受到欧洲大陆同行的重视。1892年由奥斯特瓦尔德译成德文，1899年由勒·沙特列翻译为法语。麦克斯韦根据吉布斯理论研究固体状态的手稿成为耶鲁大学高薪教授麦克斯韦的推荐对于改善吉布斯的经济待遇起了立竿见影的效果。1880年，约翰·霍普金斯大学以3000美元的高薪邀请吉布斯前往任教。而为挽留吉布斯，耶鲁大学很快开始给他发薪，每年2000美元。吉布斯自己仍愿意留在布鲁克海文的耶鲁执教，直到退休。统计力学1880-1884年吉布斯将哈密尔顿的四元数思想与格拉斯曼的外代数理论结合，创立了向量分析。运用这个方法，吉布斯于1889年写成了一部关于统计力学的经典教科书《统计力学的基本原理》。他使用刘维尔的成果，对玻尔兹曼提出的系综概念进行了扩展，从而将热力学建立在统计力学的基础上。院士、会士和奖励HewaselectedtotheNationalAcademyofSciencesin1879.Receivedthe1880RumfordPrizefromtheAmericanAcademyofArtsandSciencesforhisworkonchemicalthermodynamics.HewasgrantedhonorarydoctoratesbyPrincetonUniversity.HebecameahonorarymemberoftheLondonMathematicalSocietyin1892andasaforeignmemberoftheRoyalSocietyin1897.HewaselectedascorrespondingmemberofthePrussianandFrenchAcademiesofScience.奖章、邮票1901年吉布斯获得当时由英国皇家学会颁发的国际科学界最高奖柯普利奖章。2005年5月4日美国发行“美国科学家”系列纪念邮票，包括吉布斯、冯·诺伊曼、巴巴拉·麦克林托克和理查德·费曼等。母校雕像、实验室命名今日耶鲁大学科学山上以吉布斯名字命名的实验室耶鲁大学吉布斯实验室入口处的吉布斯铜雕像纽黑文公墓的吉布斯墓罗兰，大力提倡纯科学研究的人HenryA.Rowland，(1848-1901）1876年约翰·霍普金斯大学建立，

27岁的罗兰成为该校的第一位物理学教授1882年创制用于光谱分析的衍射光栅——罗兰球面光栅美国物理学会的创始人和第一届理事长

罗兰出生的时代背景罗兰出生的1848年，在欧洲历史上是个动荡的和革命的年代。欧洲的意大利、德意志、奥地利、匈牙利、波西米亚（捷克）和法国等地相继发生反抗旧专制王朝的革命。这些革命中，虽然只有法国的二月革命成功的推翻了复辟的波朝王朝，其他的革命最后都以失败告终，但还是使得自由、平等、民主等新兴资产阶级的观念深入人心，使欧洲的面貌为之一变。马克思主义诞生马克思和恩格斯合著的《共产党宣言》也在这一年的二月出版。宣扬阶级斗争，主张暴力推翻资产阶级统治。1895五年，恩格斯在《〈法兰西阶级斗争〉导言》中对马克思主义的整个理论体系进行了最后的反思和修正：“历史表明我们也曾经错了，我们当时所持的观点只是一个幻想。历史做的还要更多……一八四八年的斗争方法今天在一切方面都已经陈旧了……工人开始参加各邦议会、市镇委员会以及工商仲裁法庭的选举……人们也开始愈益了解到对旧策略必须加以修改了。德国所作出的利用选举权夺取我们所能夺得的一切阵地的榜样，到处都有人模仿；无准备的攻击，到处都退到次要地位上去了。”（《马克思恩格斯全集》第二十二卷）美国人开始西部大开发在欧洲人大革命的时代，与欧洲相对的大西洋彼岸，因为在西部的加利福尼亚州发现金矿所引发的淘金热吸引了大批人涌向西部，掀起了西部大开发的浪潮。其中包括未来的美国铁路大王之一、科利斯·波特·亨廷顿，他在这年从纽约出发来到加利福尼亚，并在西部先后碰到了马克·霍普金斯、利兰·斯坦福和查尔斯·克罗克等人。他们四人最后组建了美国中央太平洋铁路公司，并修筑起横贯北美大陆东西海岸的第一条大铁路，表征了美国由疆域扩张进入了一个西部大开发和工业大发展的年代，由此也拉开了其工业革命和经济起飞的序幕。美国科学发展轨迹的改变1839年，美国历史上第一个理论物理学家威拉德·吉布斯出生；1846年，美国政府第一次接受私人捐助而建立了全美国第一个科学机构——史密森学社；1848年，罗兰出生；1852年，美国未来的第一个诺贝尔奖获得者阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊出生。这些都是美国科学技术发展历史轨迹发生改变的隐喻和象征。早期的铁磁性研究罗兰1870年毕业于美国最早的工业技术学校伦塞勒技术学院（RensselaerPolytechnicInstitute），之后在学院担任物理学助教。开始潜心研究铁磁性方面的课题。发现了铁磁体在磁场中被磁化时的一些特性。但当他把自己的研究心得写成报告投递给《美国科学杂志》（AmericanJournalofScience）时，却遭到了拒绝。得到麦克斯韦的赞赏在美国没有人认识罗兰成果的意义，但他不死心，将报告邮寄给英国物理学家麦克斯韦，当时正值麦克斯韦发表了一系列电动力学论文，并最后出版其划时代巨著《电磁通论》而创立其电磁理论的重要关头。但因为该理论在数学上太复杂、太难懂，一般人难以理解，所以麦克斯韦理论还没有得到科学界普遍的认可。而罗兰的实验与麦克斯韦的理论大有关系，所以立刻得到了麦克斯韦的赞赏，并推荐给英国的《哲学杂志》发表。1876年，当约翰·霍普金斯大学建立之时，经过麦克斯韦的推荐，年仅28岁、没有欧洲留学经历的罗兰，受聘担任了该大学第一个物理学教授。罗兰的科学研究罗兰主要是个实验物理学家，在物理学的各个领域进行过大量有价值的研究工作。例如确定欧姆值、荷质比、热功当量，第一个证明了水的热容随温度的变化，等等。罗兰最重要的工作，是在1882年前后创制的用于光谱分析的衍射光栅及利用这种装置所进行的太阳光谱测量。罗兰的科学教育工作作为教师，他建议并指导自己的学生爱德温·霍尔（EdwinHall）进行实验，最终导致了霍尔效应的发现。从1873年到1890年，美国大约有20名学物理专业的学生从国内获得了博士学位，其中大多数是从吉布斯任教的耶鲁大学和罗兰任教的霍普金斯大学获得的。提倡纯科学罗兰是继亨利之后又一个大力提倡基础科学，或用他的话说“抽象科学”（Abstractscience）或“纯科学”（Pourscience）研究的人。1883年，作为国家科学院院士和提倡纯科学研究的代表性人物，亨利·罗兰在其就任美国科学促进会负责物理学方面的副主席的演讲中说道：

“在这个国家，为了创建物理科学所必定要做的事情，不光是电报、电灯或其他诸如此类的冠以科学之名的用具。譬如新发明了一道美味佳肴的厨师，在某种程度上也是为世界造福，但我们决不会将他作为化学家而尊敬。”2008年，我国《科技导报》全文翻译发表了罗兰1883年在美国科技促进会上的讲话“为纯科学呼吁”“物理学家的最高目标”作为美国物理学会的发起人之一和第一任会长的罗兰，在逝世前不久的1899年，在美国物理学会成立仪式上，发表了题为“物理学家的最高目标”演讲，为美国物理学树立高标准做出了最后的努力。“物理学家的最高目标”“为了鼓励科学的成长，我们能够做到的最好事情，就是把所有对它有兴趣的都人集合到一起，讨论它的问题，评价彼此的工作。最要紧的就是要提供一种方法，通过它使得科学中优秀的内容能够被世界所了解。”“我们国家的很多人才都在追求所谓的应用科学过程中浪费掉了……但是你们的出现表明这种情况不会永远持续下去。”创建美国物理学会1899年，当美国物理学会成立时只有36名成员，而在它成立100周年的1999年时，其成员已经超过40000人。在这个发展壮大的过程中，亨利·奥古斯特·罗兰这个名字已被深深地刻在了美国科学史的里程碑上。荣誉罗兰在专业领域赢得他那个时代所能获得几乎所有的荣誉：1880年获得约翰·霍普金斯大学的荣誉博士学位，并在1883年和1896年分别获得耶鲁大学和普林斯顿大学的荣誉博士。1881年被推选为美国科学院的院