《物理的故事——在悖论中前行》
第20节作者:
江湖小片 汉斯奥斯特(Oersted,1777—1851),生于童话王国丹麦的一个药剂师的家庭。17岁的奥斯特考入名校哥本哈根大学。哥本哈根大学人才辈出,在物理学历史上也有浓墨重彩的一笔,此是后话。
在获得哥本哈根大学的博士学位后,奥斯特花了三年时间在法、德等各地访问,结识了很多科学家,他了解到当时很多物理学家都试图将电和磁联系起来,但是均以失败告终,当所有的实验结果都没有办法推翻库仑的论断时,奥斯特没有放弃,他并不是偏执狂,这样想也有一定实验根据:
1.电能发光,比如摩擦起电、闪电等等,证明光和电能联系起来;
2.富兰克林已经证明了静电可以磁化钢针,电也能和磁联系起来。
为此他做过很多实验,然而这么多年的不停奔跑、不停寻找,依然没有结果。
1806年,奥斯特回到了母校,成了一名物理学的教授,专门讲授电磁方面的知识。期间一直寻找电磁的联系。凡事都讲究个缘分,你若相惜千里也在咫尺;你若不信,纵使相遇也不相逢。1820年奥斯特的缘分来临了。4月的某天,他如平常一样给学生们讲关于“电学、伽伐尼电流和磁学”的课程,当他把小磁针垂直靠近导线时,小磁针和往常一样没有偏转。他想了想说:“让我们把小磁针平行放置看看有什么结果?”结果依然是没有偏转,可是在关掉电源的一瞬间,意外出现了:小磁针发生轻微的摆动,而后又恢复到原来的样子。奥斯特异常兴奋,他找到了电磁联系的直接证据。后来这个故事被改编成奥斯特偶然间发现了电磁感应,但实际上,在场有很多人都看见了,只是他们从未相信过“缘分”。
奥斯特没有及时发表该现象,在余下的3个月内,他做了很多实验。实验如下:
日期:2017-08-14 14:14:11
实验结果:
1.导线与磁针平行时,磁针发生偏转(图a);
2.导线与磁针垂直时,磁针不发生偏转(图b);
3.导线与磁针平行,电流相反时(或者磁针挪到导线上方),磁针偏转方向相反(图c)。
奥斯特将这种现象解释为“电冲突”,他曾尝试用木板、玻璃等等阻隔这种电冲突,发现这些介质不能阻止,只能决定电冲突的强弱;同时能决定电冲突强弱的还有磁针与导线的距离和电流的大小;当把磁针换成铜线等其他材料时,电冲突就没有了,也就是说电冲突只对磁有效果。
磁铁仿佛有一种被冒犯的感觉,说来说去,实验中的导线其实就相当于一个磁铁,而所谓的电冲突也就相当于两个磁铁之间的相互作用。奥斯特无意冒犯磁铁,他指出当电流通过环形导线或者螺旋线圈时,确实就是一个磁铁,而且他还指出了线圈的南北极。
对于电冲突,奥斯特提出了一个非常严重的问题,它们作用的力不符合牛顿力学的基本原理。在牛顿力学里,无论是自然力还是万有引力,力都可以视为作用于物体重心的连线上,是一种“直线力”,而奥斯特发现的是一种“旋转力”。但是旋转力和万有引力一样,都可以远距离作用,假设牛顿的超距作用理论是正确的,那么旋转力是否也Duang地作用其上呢?奥斯特没有给出答案,但无疑统治宇宙的牛顿力学受到了挑战。
1820年7月,奥斯特将实验撰写成仅仅4页的论文——《论磁针的电流撞击实验》,整个欧洲瞬间炸开了锅,人们纷纷讨论电与磁之间的联系。人类对电磁学的研究从此起航。
奥斯特是一名富有激情的老师,他的课很受学生们欢迎。说起丹麦,我们首先想起一位童话作家——安徒生,安徒生和奥斯特生活在一个时代,而且关系相当好。奥斯特发现了电流磁效应之后,声名远播,1821年16岁的安徒生慕名拜望这位热情洋溢的大师,那时奥斯特已经是44岁了。安徒生经常是奥斯特家中的座上宾,几乎每周都去拜访。1829年,安徒生考上哥本哈根大学,恰巧奥斯特正是当时主考,奥斯特也很喜欢文学,对安徒生赏识不已。
安徒生不仅仅和他的老师关系密切,也和老师的家人关系很好,安徒生甚至暗恋奥斯特的小女儿,只可惜有缘没份,要不然传说中的“凤求凰”在童话王国丹麦活生生的上演了。安徒生的情史可以说是一部暗恋史,尽管暗恋的对象换了好几个。可能这位丹麦的童话王子没有遇到心仪的童话公主吧。
安徒生的童话之所以伟大,是因为他不止于讲故事,更多一种对社会、人性的思考。他的作品出现过好几次以奥斯特为原型的人物,其中的《两兄弟》就是为奥斯特兄弟两量身打造的(小奥斯特是一位法学家)。奥安的关系可见一斑,也足见奥斯特的人格魅力。
日期:2017-08-14 15:10:44
第十八回:电动力学
电流磁效应发现以后,引起了物理界极大的反应,很多科学家都对电和磁产生了很浓的兴趣,其中就有电流单位以其名字命名的安培。值得一提的是,在奥斯特发现电流磁效应以前,他一直信奉的是库仑的结论,即电与磁之间没有任何联系。
玛丽安培(Ampère ,1775—1836),生于法国里昂,从小才华出众,家庭很富有,受到过良好的教育,十几岁便对微积分有很深的理解。到了青年时期,法国正经历着一场大革命风暴,他敬爱的父亲也在这场风暴中因为政治原因被送上断头台,而且还被查抄了家产,从此家道中落。过了几年,安培和心爱的女人结婚,不幸婚姻没持续几年,安培夫人就撒手而去,安培为此伤心不已。
到了十九世纪,安培的天赋得到拿破仑政府的赏识,1804年他被聘用到巴黎某所高校教书并成为大学教授。也差不多此时,安培认识了社交圈的一位交际花,他坠入情网并向她求婚。只是交际花小姐提出要7000法郎的彩礼和一场声势浩大的婚礼——不吃不喝,安培也需要五六年才能攒够,然而这场按揭的婚姻仅仅持续到第二个年头。1806年,安培夫人Ⅱ执意恢复自由身,这让又安培伤心不已。尽管不久后,他干上法国帝国大学(相当于俺们的教育部吧)的官员,也曾在数学和化学上皆取得了惊人的成绩,但是依然不能扫去内心的伤痛。面对人去楼空,安培选择了放纵堕落,白天是外表光鲜的教授、晚上则是流连夜店的“叫兽”。可惜借酒浇愁愁更愁,对于如此失败的人生安培曾一度尝试自杀,结果还是失败了。然而人类应该为这次“伟大的失败”感到大大的庆幸。
正所谓浪子回头金不换,1817年,还处在人生低潮期的安培在家中整理父亲的遗物,看到一本十五世纪的一位修道士写的书——《效法基督》,书中金玉良言让安培醍醐灌顶,安培如梦方醒,又重新的振作起来了。
1820年,当安培读到奥斯特的论文后,他感到了极大的震动。同时他敏锐觉察到,奥斯特意犹未尽,那种未知的“旋转力”才是解开磁现象的关键。
为此他做了一个新的实验:两条导线平行放置,其中一条固定,另外一条悬挂起来,可以自由旋转,通过改变电流的大小和方向、线段的长度,测量导线位置变化。
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