法拉第(27)_应天故事汇

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二七

安培把所有的磁力统统都归结成电流之间的作用力：两种彼此平行的电流元，方向相同的时候相互吸引，方向相反的时候相互排斥；所谓的磁极同性相斥，异性相吸，实际上就是方向相同的两个圆形电流彼此相吸，方向相反的彼此相斥。描绘一幅牛顿式的宇宙以安培为代表的法国科学家，发展牛顿的思想，把电磁学纳入牛顿力学的轨道，取得了很大的成功。但是引起了法拉第的怀疑和安培意见相左的人是不少的。首先是奥斯特。他采用康德的哲学语言，把自己所发现的电流磁效应说成是“电的冲突”脱离金属导线跑了出去，使放在通电导线附近的磁针发生了偏转。什么叫“电的冲突”？　　一般人当然说不上。连信奉康德哲学的戴维也说不清楚。就是奥斯特本人，也没有给“电的冲突”下一个明确的定义。　　还有沃拉斯顿，也反对安培的主张。安培把一切磁力归结为电流元之间的相互作用，而两个平行电流元之间的作用力是沿着它们的连线的，是一种所谓的“中心力”，像库仑力那样，不是相吸就是相斥。奥斯特的磁针偏转实验，法拉第的电磁转动实验，表现出来的磁力却都是有转动倾向的“圆周力”。在安培看来，“圆周力”是“中心力”所合成的，他用自己的理论成功地解释了奥斯特和法拉第的实验。沃拉斯顿和安培针锋相对，他认为电流周围有一圈圈圆形的“磁流体”，它们对磁铁或者磁针产生作用，形成一圈圈“圆周力”。奥斯特和法拉第的实验就是这种“圆周力”作用的结果。至于安培在巴黎科学院所表演的平行通电导线之间的相吸引或者排斥的“中心力”，沃拉斯顿也有办法解释，他反其道而行，认为“中心力”是“圆周力”所合成的。　　在1821年发现电磁转动以前，法拉第还是安培派。他在那年夏天所写的《电磁研究历史概况》一文中说，在已经发表的所有观点当中，只有安培的观点还算够得上“理论”这个称号。然而，这篇《概况》直到1822年2月才发表，那时候法拉第已经发现电磁转动，他的想法开始改变了。就在这期杂志上，编辑写了按语，说明法拉第先生已经背离原来的观点。　　法拉第的观点确实开始改变了。奥斯特所说的“‘电的冲突’脱离金属导线跑了出去”，沃拉斯顿所说的“一圈圈圆形的‘磁流体’”，虽然叫人觉得玄玄的，却也包含了某种真理的胚芽。法拉第发现，用沃拉斯顿的语言分析、解释奥斯特和他自己的实验，又自然又直观，不像安培的理论，要用许多数学，绕许多弯子。但是法拉第对安培仍旧是很尊敬的。他在写给德拉里弗的信中说，自己新做电磁转动实验用沃拉斯顿的论点很好解释，用安培的理论却很难解释。　　可是法拉第在这一封信里，竟然称“安培先生的实验是卓越的，他的理论是巧妙的；至于我自己，在收到你的信之前，我很少想到它，这仅仅是因为我天生就对哲学理论抱怀疑态度，我认为，非常需要实验的证据。” 　　法拉第数学不好，只在小学学过一点加减乘除，后来整天忙着做实验，也没有时间系统地学数学。他要理解安培那种高深的数学语言是有困难的。然而，也正因为不能很好地掌握安培的理论，所以他也不能轻易地否定安培循着牛顿力学的途径发展起来的电动力学。从1821年到1831年这十年，法拉第一直在“牛顿-安培派”和“反牛顿-安培派”之间徘徊。　　他时而使用沃拉斯顿的语言分析问题，时而又用实验去证实安培所预言的现象。　　1831，法拉第作出了他最伟大的发现——电磁感应。10年的愿望一旦实现，他极度兴奋，同时也感到震惊。他再也不能相信安培以牛顿力学为模板发展起来的电动力学了。因为用安培的概念，用电动力学作工具，不能解释电磁感应这个新发现。　　牛顿说，空间除了粒子以外什么也没有，没有粒子的地方是一无所有的真空。法拉第对牛顿的说法感到怀疑。法拉第的直觉告诉他，空间不可能真的像牛顿所说的那样，除了以超距作用相互作用着的粒子以外，什么东西也没有。在一根磁棒周围撒一把铁屑，铁屑就会描画出一条条曲线；那是因为铁屑在磁棒周围被磁化，变成了无数个小磁针。它们所指示的方向就是磁棒对磁针的作用力的方向，因为各点方向不同，所以形成曲线。法拉第把这些曲线叫做“力线”，他认为磁棒周围的空间存在着力线。　　过去亚里士多德派的哲学家在讨论磁铁的磁性的时候就使用过力线这个名称。他们用力线解释磁力，但是并不把它当做实有的东西，也没有给它下一确切的定义。法拉第给力线下了明确的定义，它不仅表示磁力的方向，还可以表示磁力的大小。他把力线当做实实在在的东西，用力线来思考问题，解决问题法拉第使导线在两个磁极中间运动，由于所谓的“磁电感应”，导线所形成的闭合电路中产生了感生电流。如果两个磁极之间的空间真是“一无所有”的真空，那么导线中的感生电流是从哪里来的呢？显然，空间并不真是空的。两个磁极之间的空间充满了力线。　　它们是实实在在的，可以被切割的线。导线的运动如果切割了那一根根力线，导线所形成的闭合电路中就会有感生电流出现。切割的力线越多，切割得越快，感生电流就越大，导线的运动如果不切割力线，电路中就不会有感生电流产生。不仅磁铁周围的空间有力线，电流周围也有力线。奥斯特所谓有“圆形的电的冲突”，沃拉斯顿所谓“圆形的磁流体”和“圆周力“，其实讲的都是同一种东西——力线。磁铁和电流周围的力线指示磁针的受力方向，所以叫磁力线，充满磁力线的空间叫磁场。

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