法拉第(26)_应天故事汇

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二六

对于自己的想法，法拉第也用一个个实验来决定是否可取。法拉第最终找到了研究电化学规律的办法，称量电极上析出的物质重量，把它和流过电极的电量进行比较。过去很少有人做定量的实验，法拉第做了，而且做得很精确，所以他取得了成功，总结出两条电解定律，称为法拉第电解定律。这两条定律如果用法拉第的原话来叙述，后来的读者读起来也许会感到困难。这两条法拉第电解定律是：“电解的时候，在电报上析出的物质重量，同通过电极的电量成正比；而如果通过的电量相同，那么析出的不同物质的化学‘克当量’数就相等。” 　　与此同时，法拉第不但发现了两条电解定律，他还制订了一系列电化学术语——电解、电解质、阳极、阴极这些专用的科学术语，都是他在一位剑桥大学教授的帮助下创立的。法拉第是电化学的先驱。两条电解定律是电化学的基础，直到今天仍在电解和电镀工业上广泛应用。另外，法拉第电解定律还有更深一层的理论意义，在人类认识物质结构的道路上迈出了一大步。　　然而，法拉第并没有沿着这个方向走下去。当时相关的阿伏伽德罗理论还仅仅是个假设，相信的人还不太多。法拉第心目中的原子是波斯科维奇式的，它知道尔顿、阿伏伽德罗那种有一定质量的、弹性小球式的原子大不一样。法拉第并不是沿着他们的原子论道路向前走的。他有自己的道路。在科学思想上，他是一个离经叛道的革命者。　　历史上建立的牛顿力学是一个宏伟的体系。但不是牛顿一个人的功绩。这是一个时代的产物。波兰天文学家哥白尼冲破中世纪宗教神学的桎梏，提出了太阳中心说。接着，德国天文学家开普勒在前人观测数据的基础上提出行星运动三定律，意大利物理学家、天文学家伽利略经过大量的观察和实验，提出了摆的等时性定律和落体定律。牛顿的功劳正像他自己说的那样，他比笛卡儿看得远，是因为他站在巨人的肩上。　　开普勒和伽利略就是两个这样的巨人。牛顿看出了开普勒行星运动三定律和伽利略落体定律之间的内在联系。原来天上的行星运动和地上的落体运动，都服从相同的规律。牛顿终于发现了万有引力定律和运动三定律，奠定了经典力学——又称牛顿力学的基础。牛顿最重要的著作是《自然哲学的数学原理》，在1687年出版，这是一部划时代的巨著，不仅对随后几个世纪科学技术的发展具有指导意义，而且对哲学以至一般的社会政治思想都产生了巨大的影响。　　牛顿力学的建立，宣告了基督教经院哲学和亚里士多德—托勒学派对物理学专横统治的结束。　　然而，真正的科学家对于事物常常抱着怀疑和批判的态度，即使是对自己获得了巨大成功的理论，也是这样。牛顿在给他的朋友本特利博士的信中，就对自己万有引力定律中那种穿越真空的超距作用表示怀疑，称它是“谬论”。他说：“引力居然是物质内在的、固有的和根本的，因而一个物体可以穿过真空超距地作用于另一个物体，不要任何一种东西的中间参与，就把作用和力从一个物体传递到另一个物体；这种说法对我来说，尤其荒谬，我相信，凡是在哲学方面有思考能力的人，决不会陷入这种谬论之中。　　当1831年法拉第发现电磁感应的时候，面临的就是这样一个局面，牛顿的巨大身影君临着整个自然科学界，许多牛顿的信徒和机械论者企图把整个物理学甚至化学纳入牛顿力学的轨道。在牛顿之后的1785年，库仑发表了关于两个静止的点电荷之间相互作用力的库仑定律，把电学从定性描述提高到定量研究的水平，同时开始把电学引入牛顿力学的轨道。　　但是，电荷之间可以是引力，也可以是斥力。后来，库仑把自己的定律推广到磁的相互作用上，虽然显得有点勉强，但是总算磁学也纳入了牛顿力学的轨道，大体上实现了牛顿学的理想，把宇宙间的一切力都归结为粒子之间的超距作用力。不过，现在有了三种力：万有引力、电的库仑力和磁的库仑力，这三力的来源分别是质量粒子、电荷粒子和磁荷粒子。三种粒子三种力，互不相干。　　1920年，奥斯特又发现通电流的导线能使磁针偏转。问题复杂了。电和磁是有关系的！牛顿学派认为，每一种力从属于一种物质：万有引力从属于质量粒子，电力从属于电荷粒子，磁力从属于磁荷粒子。　　可是现在，电和磁纠缠在一起了，牛顿学派的理想受到了挑战。　　不久后，法国物理学家比奥和萨伐尔提出了比奥——萨伐尔定律。根据这个定律，磁针放在电流周围，会受到一个磁力的作用：磁力的大小和电流强弱成正比，和电流方向，那么大拇指所指示的就是磁力的方向。后来，安培又提出了分子电流的假说，解决了磁性起源问题早在中世纪就已经知道，磁极永远成对出现，不可分离。但是一直无法解释这个现象。现在安培假设，物体的每个分子相当于一根小磁棒，电流方向和磁棒南北极指向的关系由右手螺旋定则确定。一般的物质，分子电流的方向是杂乱的，所以它们的磁性互相抵消，整体来说并不显出磁性；而磁铁的分子电流都按一定的方向排列，它们的磁性可以迭加起来，所以整块磁铁显示出磁性来。这样，就找到了磁的根源，原来磁性是从电流来的，什么南北极的磁荷，什么两种磁流体，实际上都是不存在的。一切磁力，包括磁铁之间的相互作用，磁铁对电流的作用和电流对磁铁的作用，归根结底都是电流之间的作用力，这种力叫做安培力，它的大小和方向由安培比奥萨伐尔定律决定。

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