1、奧斯特與電磁現象據說 ,世界上最早注意到磁現象的人是古希臘的自然哲學家、史稱“科學元祖的泰勒斯。在古希臘 ,人們把磁鐵礦石稱作“馬格尼斯。當時 ,古希臘人都是萬物有靈論者 ,他們對磁鐵礦石能吸引鐵粉的現象 ,感到迷惑不解。泰勒斯曾留下了這樣一種斷言：“萬物充滿了神的意志 ,馬格尼斯吸引鐵是因為它有靈魂的緣故。在泰勒斯以后的漫長歲月中 ,人們發現了更多的磁現象。1600年 ,英國物理學家和醫師 ,曾任英國女王伊麗莎白一世御醫的吉爾伯特 ,首先用磁石進行實驗 ,發現磁石相互吸引和排斥 ,以及磁針傾斜等現象 ,認為地球是一個巨大磁體。首先注意到琥珀之類的物質 ,從而對磁現象進行了研究 ,寫了一此題為

2、?磁石?的暢銷書 ,書中對地磁現象做了獨特的說明。但是 ,在論及磁現象的本質時 ,吉爾伯特和泰勒斯一樣 ,也認為物質中潛在著靈魂的作用。直到1820年 ,丹麥著名物理學家和化學家奧斯特通過實驗發現了電流的磁效應 ,終于揭開了磁現象的本質 ,從而破除了泰勒斯的靈魂論神話。1777年8月14日 ,奧斯特生于丹麥蘭格朗的魯克賓。他的父親是個藥劑師 ,在家庭的熏陶下 ,奧斯特從小就對物理、化學發生了濃厚的興趣。奧斯特自幼聰明好學 ,在小學 ,中學讀書時 ,始終名列班級前茅。1794年 ,年僅17歲的奧斯特考取了哥本哈根大學免費生 ,攻讀醫學和自然科學。1799年 ,以優異的成績畢業并獲得博士學位。這一

3、年 ,奧斯特受聘擔任哥本哈根醫學院的化學助教。奧斯特的興趣廣泛 ,學問深博 ,不僅酷愛物理和化學 ,而且對天文、哲學、文學等也頗有研究。他是康德哲學的信奉者 ,并和當時世界著名童話作家安徒生交往甚密。為了進一步擴大自己的知識領域 ,奧斯特于1801年至1804年 ,先后去德國、法國等地繼續學習深造 ,在那里結交了許多著名科學家。1804年 ,奧斯特帶著從國外學到的豐富而堅實的根底知識 ,回到了祖國。1806年 ,奧斯特受母校的聘請 ,擔任哥本哈根大學物理、化學教授。他開始積極從事電流和聲學的研究。經過奧斯特堅持不懈的努力 ,終于發現了電流的磁效應 ,為電磁場理論的建立做出了重大的奉獻。奧斯特是

4、怎樣發現電流的磁效應的呢？奧斯特深受康德、謝林等人關于各種自然力相互轉化的哲學思想的影響 ,在自然科學研究中 ,始終堅持自然界各種現象相互聯系的觀點。早在1803年 ,他就指出：我們的物理學將不再是關于運動、熱、空氣、光、電、磁以及我們所知道的任何其他現象的零散羅列 ,而是將整個宇宙容納在一個體系之中。奧斯特正是從自然現象相互聯系的觀點出發 ,去研究和探索電與磁之間的關系的。長期以來 ,磁現象和電現象一直是被分別進行研究的 ,特別是吉爾伯特對電和磁的現象進行分析比照后斷言 ,電和磁是兩種截然不同的現象后 ,很多科學家都認為電和磁之間不可能有什么關系。法國物理學家庫侖曾證明：“電與磁是完全不同的

5、實體；另一位法國物理學家 ,安培定律的創立者安培也說過：“電和磁是相互獨立的兩種不同的流體；英國物理學家、光的波動說的奠基人托馬斯·楊在他的?自然哲學講義?中說：“沒有任何理由去設想電與磁之間存在任何直接的聯系。然而 ,也有一些人猜想電和磁之間可能存在著某種聯系。一位名叫威克菲爾德的小商人 ,就曾描述過雷電使他箱子中的刀、*、鋼針磁化現象；1751年 ,富蘭克林發現萊頓瓶放電可以使焊條、鋼針磁化或退磁。1774年 ,德國巴伐利亞電學研究院為了鼓勵科學家們深入研究電和磁之間的關系問題 ,提出了一個有獎征文題目?電力和磁力是否存在著實際的和物理的相似性呢？?不少人去努力探索 ,但都沒有取

6、得什么成果。但是 ,奧斯特卻一直堅信電、磁、光、熱等現象存在著內在的聯系。特別是當富蘭克林發現萊頓瓶放電能使鋼針磁化以后 ,奧斯特更堅決了自己的觀點 ,他認為：電可以轉化為磁是不成問題的 ,關鍵問題在于要尋找轉化的條件。1811年 ,奧斯特在?對新發現的化學自然定律的看法?一文中 ,提出用電流實驗來弄清楚潛在狀態下的電是否對磁具有什么作用。第二年 ,在這本書的修訂本?對化學力和電力的同一性?一文中 ,奧斯特進一步論述了電流與磁的關系 ,并進行了實驗 ,但仍未能發現電對磁的作用。困難和挫折并未使奧斯特畏縮 ,他毫不氣餒 ,繼續不斷思考 ,反復進行實驗 ,探究電和磁的關系。化學家J.G.佛克哈默曾

7、擔任過奧斯特的抄寫員 ,他非常欽佩奧斯特堅韌不拔的精神。在奧斯特逝世一周年紀念會上 ,他深情地思念道：“奧斯特一直在探索這兩種巨大自然力之間的關系。他過去的著作都證明了這一點 ,我在1818年到1819年每天跟隨在他左右 ,可以用自己的經歷說明 ,發現至今仍然很神秘的電和磁聯系的想法一直縈繞在他的心中。1819年冬至1820年春 ,奧斯特在哥本哈根開辦了一個講座 ,專門講授電、電流及磁方面的知識 ,講座吸引了許多物理知識的愛好者。1820年4月的一天 ,在哥本哈根的一個講演廳里 ,座無虛席。大家聚精會神地傾聽著奧斯特的演講。奧斯特深入淺出地講解著電學知識 ,為了讓聽眾較容易地理解那些深奧的電學

8、原理 ,奧斯特邊講邊做演示實驗。在講課過程中 ,奧斯特突然想到一個問題：過去許多科學家在電流方向上尋找電流對磁體的效應都沒有獲得成功 ,很可能電流對磁體的作用不是“縱向的 ,而是“橫向的。于是 ,奧斯特把導線和磁針平行放置進行實驗。當時 ,他用的電源是伏打電池 ,導線是一根細鉑絲。當他把與伏打電池兩端連接的導線平放 ,并與一枚支在支架上的小磁針平行時 ,他驚奇地發現：靠近鉑絲的小磁針突然擺動起來 ,小磁針向垂直于導線的方向偏轉了。小磁針發生偏轉的現象 ,對聽眾來說 ,幾乎是無動于衷 ,并沒有引起任何一位聽眾的注意 ,然而 ,這一不顯眼的現象卻使奧斯特興奮異常 ,多年盼望出現的現象 ,終于看到了

9、 ,這重要的發現 ,使奧斯特欣喜假設狂：這是電磁之間關系的一個確定的實驗證據。其實 ,這一現象早在1802年就曾被意大利法學家羅曼諾西發現 ,但未引起人們的注意。演講一結束 ,奧斯特立即回到自己的實驗室 ,開始對這種現象進行深入細致的研究。從1820年4月起 ,一直到7月 ,奧斯特整整消耗了3個月的時間 ,做了60多個實驗。奧斯特分別將磁針放在導線的上方和下方 ,考察電流對磁針作用的方向。他先將導線的一端和伏打電池連接 ,然后把導線沿南北方向平行地放在小磁針的上方 ,當導線的另一端接通伏打電池的負極時 ,小磁針立即指向東西方向；如果將導線放在磁針的下方 ,小磁針就向相反的方向偏轉。奧斯特還把磁

10、針放在距導線遠近不同的距離處 ,檢驗電流對磁針作用的強弱；他把玻璃板、木板或石塊等非磁性物體放在導線和磁針之間 ,考察電流對磁針的影響 ,甚至把小磁針浸在盛水的銅盆中 ,小磁針都照樣偏轉。如果導線沿東西方向放置 ,無論將導線放在磁針的上方 ,還是下方 ,磁針始終保持靜止 ,絲毫沒有偏轉現象。在反復實驗的根底上 ,1820年7月21日 ,奧斯特正式宣布他發現了電流的磁效應 ,并在?關于磁針上電流碰撞的實驗?一文中 ,詳細論證和解釋了他的發現。這篇論文發表在法國?化學與物理學年鑒?雜志上。這份雜志在當時很有影響 ,在刊登奧斯特的論文時 ,特別作了如下的說明：“?年鑒?的讀者都知道 ,本刊從不輕意地

11、支持宣稱有驚人發現的報告但是 ,至于說到奧斯特先生的文章 ,那么其所得的結果無論顯得多么奇特 ,都有極詳細的記錄為證 ,以至無任何疑心其謬誤的余地。可見奧斯特的實驗是多么具有說服力。當時 ,奧斯特把電流對磁體的作用稱為“電流碰撞 ,或“電流沖擊 ,從實驗中總結出了這種作用的根本特點。他認為：這種“電流沖擊只能作用在磁性粒子上 ,對非磁性物體是可以穿過的 ,磁性物質或磁性粒子受到“電流沖擊時 ,就發生了偏轉現象。奧斯特成功地解釋了通電鉑絲附近磁針發生偏轉的現象 ,證明了電可以轉化為磁。奧斯特的重大發現 ,揭示了電與磁之間的聯系 ,為以后法拉第發現電磁感應定律 ,麥克斯韋建立統一的電磁場理論奠定了

12、根底。法拉第后來在評價奧斯特的發現時說：它猛然翻開了一個科學領域的大門 ,那里過去是一片漆黑 ,如今充滿了光明。奧斯特在成績面前并未止步。1824年 ,奧斯特創辦了丹麥科學知識振興協會 ,該會以積極向群眾普及科學知識為宗旨。奧斯特經常親自舉行講座 ,深入淺出地講授自然科學知識 ,特別是物理學知識。這個協會自1908年起 ,對丹麥物理科學家的出色奉獻授予奧斯特獎章。1829年 ,奧斯特創立了丹麥工程學院 ,親自擔任院長。奧斯特在科學研究中的奉獻是多方面的。1820年 ,他發現了胡椒中刺激性成分之一的胡椒堿。1822年 ,他第一次相當精確地測得了水的壓縮系數。1825年 ,他首次別離出金屬鋁。現在 ,鋁在航空、電力等工業 ,以及日常生活中的廣泛作用已眾所周知。由于奧斯特在物理和化學的多個領域都做出了杰出的奉獻 ,特別是電流磁效應的發現 ,使他名聲大振。1821年 ,奧斯特被選為倫敦皇家學會會員 ,1823年又中選為法國科學院院士。同時 ,他還是其他一些科學院和學會的會員。1851年3月9日 ,奧斯特病逝于哥本哈根 ,終年