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自然辩证法的胜利磁与电的统一 [复制链接]

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电磁感应现象

上几期我们谈到了我国的四大发明之一指南针,并且在我国宋代的科学巨著《梦溪笔谈》中有详细的介绍。磁针总是朝向地磁两极偏转的现象。

发现了磁和电的吉尔伯特

到了年,英国的医生吉尔伯特写了一本著作,叫做《论磁》,也详细地介绍了磁的现象。吉尔伯特同时也发现了电,并且也介绍了一番。他指出了摩擦生电现象,但他又指出,这和磁现象是完全不一样的。这种说法在当时的确是正确的,因为确实没有其他人再继续研究,吉尔伯特的发现就算是史无前例的了,但是,在这时候,吉尔伯特认为电和磁是完全不同的两种物质(或者现象),并且这种观念影响了人类几百年的时间。

收集电的莱顿瓶

但是,又过了一百多年,越来越多的人都加入到了电的研究中,并且不断有新的发现被报道出来。年,荷兰物理学家穆森布罗克发明了一种收集电的莱顿瓶,被认为是最早的电瓶。后来,发明了避雷针的美国人富兰克林用这种莱顿瓶进行研究,结果意外地发现这种莱顿瓶的放电居然能把钢针给磁化了!那么电和磁之间是否存在着某种联系呢?于是,自富兰克林之后,又有许多人设计了不同的实验,期望找到电和磁之间的关系,但是都没有找到。

法国物理学家库仑

提出库伦定论的法国物理学家库仑同时研究了电和磁,他在电学和磁学上都做出了很大的贡献,但是他的研究主要集中在静电力的领域;针对磁学,研究的也是静止的磁。在这种情况下,他没有办法发现电和磁究竟有什么联系,因此他就指出,电力和磁力现象很相似,但这两种力本质上完全是不同的。至此,加上多人的失败的研究结果,很少有人再去研究电和磁的联系。

伏特和他发明的伏打电堆丹麦科学家奥斯特

但是,年这一年,伏特发明了伏打电堆,人类第一次获得了稳定的放电电源,情况就完全不同了!先是化学家们利用伏打电堆进行各种溶液、熔融状态下液体的电解实验,结果发现了大量的元素;接着,到了年,一些坚持不懈努力的人们终于发现了电和磁之间的联系。这些人当中最著名的是丹麦人奥斯特和法国人安培。

奥斯特是一位大学老师,他在年博士毕业,就离伏特发明伏打电堆仅差一年。伺候的七年时间里,他被她所在的学校哥本哈根大学推荐去法国、德国等地做访问学者,年回到学校,当上了大学教授,此后,他不断地研究电和磁之间的关系。与其说奥斯特是一个物理学家,倒不如说他是一个哲学家。奥斯特学习哲学,并且受到当时德国的康德、谢林等哲学思想的影响,坚持自然辩证法的观点,认为自然力之间是有着普遍联系性的,因此他坚信电和磁之间一定会有某种关系。

到了年这一年,奥斯特在给学生讲课,他给学生讲电,并且他用到了伏打电堆。但是,就是极为偶然的一个现象——当他接通了导线的时候,靠近导线的指南针居然发生了偏转。这个现象说明呢?底下的学生没有人在意,但奥斯特就注意到了,于是他不做声响,回到实验室里进行研究。他重复了当时在课上演示的实验,但是他特意把导线摆成东西方向。把指南针靠近导线,指南针确实没有任何反应。他接着把导线接通电极,磁针马上偏转!就算把磁针和导线之间用一些非磁性的材料,像玻璃、木板、石头,甚至手去格挡,也不能阻止这种偏转现象。那么,这种偏转的规律是什么样的呢?奥斯特就不断调整导线方向和磁针的位置,他发现这种干涉磁针偏转的力量好像就是以通电导线为轴,环绕在导线的周围。于是,奥斯特就发表了论文,阐述了这一现象。

法国科学家安培被广泛应用的安培定则

但是,奥斯特对这种电磁感应现象的描述是粗糙的,奥斯特只注意到通电导体会使磁针偏转,但是,导线所接的正负极对这种磁针偏转的影响是什么呢?奥斯特没有说明,但他发表的论文倒是被另一位法国科学家安培看到并引起注意,并且完善了奥斯特的实验和理论,提出了电流方向激发磁场的磁感线方向的关系定则,通俗的说就是“右手螺旋定则”,也被称为“安培定则”。这里值得说明的是,安培是一个长期笃信库仑的电、磁分离的人。但是,奥斯特的发现让他震动,他立即放弃了原有的信条,开始重复奥斯特的实验,并且把奥斯特没有研究的电极对这种磁偏转方向的影响进行实验,最终完善了奥斯特的理论。也与此同时,安培提出了“分子电流”的假说。

在确定和完善了奥斯特的理论的同时,安培就在想,通电的导体能引起磁针的偏转,那么就可以把这种通电导体看做成一个磁铁。如果两条这样的“磁铁”之间,是不是也能表现出自然的磁铁之间的性质呢,那就是同性相斥、异性相吸的特点呢?于是,安培就根据自己提出的“安培定则”设想磁感线的方向,把导线绕成螺形线圈,再次通电,结果发现这条通电的线圈表现出和磁铁一样的性质!他又做了平行电流导体之间相互作用的实验,结果发现了当两条导体电流方向一致的时候,相互排斥;电流方向相反的时候,相互有吸引现象。基于这样的发现,安培制作出一个螺线管,这种螺线管通电后立即显出磁性,发生偏转。这种偏转角度越大,就说明导线中的电流强度越强。就这样,安培发明了人类历史上第一个电流表。

尽管是奥斯特发现了电磁现象,但安培完善了奥斯特的研究,并且设计制作出电流表。因此,现在的国际上表示电流强度的单位就是以安培来命名的,这是为了纪念他在电磁学方面的巨大贡献。而奥斯特也没有被人忘记,安培就说,是奥斯特将一个历史新纪元联系在了一起。的确,奥斯特的发现统一了电和磁,这正是他的自然辩证法哲学思想引领者他坚持并且最终发现的重大科学现象,最终提出的电磁理论,并且影响了原本不信电磁统一理论的安培。

笔者认为,在电和磁的研究中,奥斯特的哲学思想起到了极为重要的主观作用。与其说电磁感应现象的发现是一次偶然,不如说是奥斯特长期坚持正确的哲学思想的结果。在科学研究中,自然辩证法的思想对从事科学研究的人影响极大。假如奥斯特没有康德、谢林等自然哲学的思想为基础,那个不起眼的磁偏转现象也许一样可以引起奥斯特的注意。但如果那样的话,奥斯特就不再会把电和磁联系在一起,电磁感应的理论或许还要推迟若干年才能问世。

不论如何,年,奥斯特和安培的发现时一个重要的里程碑式的发现。他们出色地完成了时代赋予他们这一辈人的任务。但是,电的研究才刚刚开始。基于奥斯特和安培的研究基础,另一位科学家即将做出更大的贡献。他是谁呢?敬请

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