十八至十九世纪的电学成就

刘苗

今天，人类生活已经离不了电。回望过去，十七世纪前已积累一些关于电现象和磁现象的观察，如“虎珀拾芥”和“慈石召铁”，但仅停留在对自然现象的观察。直到十七世纪以后，数学、力学等其他自然科学的发展推动了电学和磁学研究。

意大利解剖学家加伐尼做青蛙解剖實验时，偶然观察到在放电火花附近与金属接触的蛙腿会发生抽动。他的同胞亚力山德罗·伏特受到启发，用化学方法创制了电堆，随后的电池都是从电堆中不断改进、发展而来。北美的富兰克林认为天上的闪电与莱顿瓶的火花放电相同，提出“闪电与静电的同一性”理论，并通过风筝实验证明这一理论的正确性。随后富兰克林发明了避雷针。

电学的发展同磁学研究密切相关。1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，首次找到了电与磁之间的内在联系。电磁学由此成为物理学中的一个分支学科。法国物理学家安培经过一系列的实验证明了闭合电流与磁铁等效，建立了磁的分子电流理论，同时还得出了磁场对电流作用的公式。

此后，对电与磁的关系做出重大理论贡献的是卓越的物理学家法拉第与麦克斯韦。1831年，法拉第经过研究发现了电磁感应现象，确定了磁电转换的基本规律。法拉第的发现有着巨大的科学和技术意义，从此，电磁理论进入生产技术的领域。1873年，麦克斯韦发表了巨著《电学和磁学论》，以完美的数学公式建立了电磁场的基本方程，即著名的麦克斯韦方程式，从而完善了电磁学理论体系。麦克斯韦的电磁理论实现了电、磁和光现象的统一，这是自17世纪牛顿实现天上与地上力学统一后在18世纪物理学的第二次大统一。德国物理学家赫兹根据前人研究，在实验室终于获得了电磁波，从此开创了无线电子学的新纪元。

电学与磁学发展推动了电磁学理论的创立，是十八至十九世纪科学史上的一次革命，它突破了物理学的传统观念，揭示了电磁现象的本质。电学的发展促进了科学理论的进步，带给社会无法想象的巨大改变。同时，电作为一种能源，彻底让现代生活五光十色、丰富多彩。

图1：纪念“科学先驱”伏特。[圣马力诺1981]

图2：纪念加伐尼发明无线电100年邮票。除加伐尼的肖像外，在试验台可以看到起电机和青蛙。[意大利1991]

图3—4：第一届国际电辐射生物学会议纪念加伐尼邮票。[意大利1934]

图5：纪念英国皇家学会成立350周年，富兰克林是皇家学会会员。[英国2010]

图6：纪念奥斯特邮票。[丹麦1851]

图7：纪念安培诞生200周年邮票。画面是安培和一只瓦特计（功率表）。[摩纳哥1975]

图8：“伟大科学家”系列之纪念安培邮票。[马绍尔群岛2012]

图9：“伟大科学家”系列之纪念高斯邮票。[马绍尔群岛2012]

图10：“伟大科学家”系列之纪念法拉第邮票。[马绍尔群岛2012]

图11：“改变世界的10个公式”邮票中纪念麦克斯韦邮票。邮票上的方程是由麦克斯韦方程组推导出的波动方程，预言了电磁波的存在。[尼加瓜拉1971]

图12：纪念赫兹邮票。邮票内展现了通过赫兹振子轴线平面内某一时刻的偶极辐射场。[西德1983]

（参考书目：李纯武，严志武等编著《简明世界通史》，黄牧航供图）