电和磁有什么关系呢?法国物理学家库仑曾经论证过,电和磁是物质的两种截然不同的性质,虽然两者的作用定律在数学上极为相似,但是磁和电是不会互相转化的。库仑的这个看法成了一种权威的理论,直到1820年才被丹麦物理学家奥斯特所推翻。
奥斯特是哥本哈根大学教授,担任电、磁学讲座的主讲。
1820年4月的一天,奥斯特像往常一样平静地走上讲台,他今天讲的是伏打电池。讲台的桌子上事先已经放了一台伏打电池和其他演示仪器。当讲完一个段落,教授便说:“现在我们来演示一下伏打电池的功能。”
讲台上放着导线、指南针和不少仪器,奥斯特整理了一下讲台,无意之中把那灵敏的指南针放在了通电导线的下边。
“合闸!”奥斯特把开关闭合了,就在接通电流的一瞬间,前排一名学生忽然脱口而出:“磁针动了!”奥斯特急忙切断电流,他自己也看清了那磁针晃动了。这个现象使奥斯特大吃一惊。他草率地结束了课程,便开始了实验。
有的文章说,当时快要下课了,奥斯特把一条非常细的铂导线放到了用玻璃罩罩着的小磁针上方。接通电源的一瞬,他发现磁针跳动了一下,竟激动得在讲台上摔了一跤。不过学生并未看到磁针的跳动。我们不必去考证170多年前的这段细节,有一点是肯定的:奥斯特在讲台上发现了通电导线在通电的一瞬,使磁针跳动了。
奥斯特闭门不出,整整紧张地工作了两个星期(一说是“三个月”)。他做了许多次实验,发现磁针在电流周围都会偏转。在导线的上方和导线的下方,磁针偏转方向相反。在导体和磁针之间放上木头、玻璃、水、松香等非磁性物质,都不会影响磁针的偏转。
1820年7月21日,奥斯特发表了《关于磁体周围电冲突的实验》一文,向学术界宣告了电流的磁效应,引起了世界物理学界的震动。
奥斯特是一位药剂师的儿子,1794年考入哥本哈根大学,攻读医学和自然哲学,上学时他对康德的哲学就很感兴趣。当时康德写了《自然科学的形而上学原理》一书,认为人们只能经验到两种力——吸引和排斥,热、电、磁等都是这两种基本力在不同物理条件下的变形。1799年,奥斯特用一篇论述康德哲学的评论文章取得了哥本哈根大学哲学博士学位。
1812年,奥斯特从康德哲学思想出发,认为基本力有可转换性,猜想电力和磁力之间应该有某种联系。他又根据富兰克林用莱顿瓶放电磁化了焊条的事实,认定电磁转换是可能的,问题的关键是怎样找到实现这种转化的条件。
奥斯特还仔细地学习与审查了库仑的论断,发现库仑研究的对象全是静电和静磁,两者确实难以转化。他猜测,非静电、非静磁可能是两者转化的条件,应当把精力集中到电流和磁体有没有相互作用的课题上去。可是,他始终没有找到两者转化的条件。
课堂上的意外发现,使奥斯特找到了这个转化的条件,难怪他惊讶得目瞪口呆,甚至高兴得手舞足蹈起来。
电流的磁效应,这是一项惊人的发现。法国《化学和物理学年鉴》杂志在发表奥斯特论文的时候,特地加了这样一段编者按语:
“《年鉴》的读者都知道,本刊从不轻易支持宣称有惊人发现的报告,到现在我们都因为能够保持这一个方针而自豪。至于说到奥斯特先生的文章,那么它所提到的结果无论显得多么奇特,都有极详细的记录作证,以至不能有任何怀疑。”
但是当时德国《物理学年鉴》的编辑W.吉尔伯特等人却认为,奥斯特的发现没有什么了不起,完全是“偶然碰上的事件”。
奥斯特的功绩是靠什么“偶然”吗?还是大数学家拉格朗日说得好:“这样的偶然性只能被应当得到的人所碰上。”
岂止奥斯特本应得到“偶然”,伽利略发现吊灯中的单摆原理,牛顿从苹果落地联想到地月之间的万有引力,伽伐尼从蛙腿的抽搐想到生物电,不都有这类“偶然”吗?这种“偶然”为什么会被他们抓住?他们为什么应当得到这个“偶然”?我想,细心的人都会找出答案的。
奥斯特的价值在于他对电流磁效应的发现,这正是电机、电报、电话、无线电乃至电子计算机的基本理论基础,电与磁之间的转化为我们带来了新的电磁技术,开创了电气时代。