十八至十九世紀的電學成就

劉苗

今天，人類生活已經離不了電。回望過去，十七世紀前已積累一些關于電現象和磁現象的觀察，如“虎珀拾芥”和“慈石召鐵”，但僅停留在對自然現象的觀察。直到十七世紀以后，數學、力學等其他自然科學的發展推動了電學和磁學研究。

意大利解剖學家加伐尼做青蛙解剖實驗時，偶然觀察到在放電火花附近與金屬接觸的蛙腿會發生抽動。他的同胞亞力山德羅·伏特受到啟發，用化學方法創制了電堆，隨后的電池都是從電堆中不斷改進、發展而來。北美的富蘭克林認為天上的閃電與萊頓瓶的火花放電相同，提出“閃電與靜電的同一性”理論，并通過風箏實驗證明這一理論的正確性。隨后富蘭克林發明了避雷針。

電學的發展同磁學研究密切相關。1820年，丹麥物理學家奧斯特發現了電流的磁效應，首次找到了電與磁之間的內在聯系。電磁學由此成為物理學中的一個分支學科。法國物理學家安培經過一系列的實驗證明了閉合電流與磁鐵等效，建立了磁的分子電流理論，同時還得出了磁場對電流作用的公式。

此后，對電與磁的關系做出重大理論貢獻的是卓越的物理學家法拉第與麥克斯韋。1831年，法拉第經過研究發現了電磁感應現象，確定了磁電轉換的基本規律。法拉第的發現有著巨大的科學和技術意義，從此，電磁理論進入生產技術的領域。1873年，麥克斯韋發表了巨著《電學和磁學論》，以完美的數學公式建立了電磁場的基本方程，即著名的麥克斯韋方程式，從而完善了電磁學理論體系。麥克斯韋的電磁理論實現了電、磁和光現象的統一，這是自17世紀牛頓實現天上與地上力學統一后在18世紀物理學的第二次大統一。德國物理學家赫茲根據前人研究，在實驗室終于獲得了電磁波，從此開創了無線電子學的新紀元。

電學與磁學發展推動了電磁學理論的創立，是十八至十九世紀科學史上的一次革命，它突破了物理學的傳統觀念，揭示了電磁現象的本質。電學的發展促進了科學理論的進步，帶給社會無法想象的巨大改變。同時，電作為一種能源，徹底讓現代生活五光十色、豐富多彩。

圖1：紀念“科學先驅”伏特。[圣馬力諾1981]

圖2：紀念加伐尼發明無線電100年郵票。除加伐尼的肖像外，在試驗臺可以看到起電機和青蛙。[意大利1991]

圖3—4：第一屆國際電輻射生物學會議紀念加伐尼郵票。[意大利1934]

圖5：紀念英國皇家學會成立350周年，富蘭克林是皇家學會會員。[英國2010]

圖6：紀念奧斯特郵票。[丹麥1851]

圖7：紀念安培誕生200周年郵票。畫面是安培和一只瓦特計（功率表）。[摩納哥1975]

圖8：“偉大科學家”系列之紀念安培郵票。[馬紹爾群島2012]

圖9：“偉大科學家”系列之紀念高斯郵票。[馬紹爾群島2012]

圖10：“偉大科學家”系列之紀念法拉第郵票。[馬紹爾群島2012]

圖11：“改變世界的10個公式”郵票中紀念麥克斯韋郵票。郵票上的方程是由麥克斯韋方程組推導出的波動方程，預言了電磁波的存在。[尼加瓜拉1971]

圖12：紀念赫茲郵票。郵票內展現了通過赫茲振子軸線平面內某一時刻的偶極輻射場。[西德1983]

（參考書目：李純武，嚴志武等編著《簡明世界通史》，黃牧航供圖）