二、电磁江湖
人类与电的缘分,始于泰老爷发现静电有吸引力。
而在自然界中,还有一样东西也同样具备这种魔力,那就是:
人类对电的认识逐步加深,就像摸了电门,打通了任督二脉一样,科学家们也开始把目光投向磁——
既然都这么能吸,那么电和磁,有没有可能是一回事儿呢?
面对这个脑洞,有人觉得有搞头,有人觉得无厘头。于是科学家们分成两拨,成天辩论。
最终五位大牛通力协作,电磁统一大业才得以完成。
而这五名绝世高手,我们亲切地称之为“电磁五绝”。
首先出场的是:
东邪·汉斯·奥斯特
老奥,丹麦人,从小就在家里的药店打工,所以化学底子不错。此外,对文学、哲学也充满兴趣,是文理科全面发展的好苗子。
大学毕业后,他留校任教。一次偶然的游学,让他结识了他的知己:约翰·芮特。
芮特随口说的一个观点,深深地影响了老奥。
芮特坚信,电场和磁场之间有一种物理的关系。
此外,老奥还是哲学家康德的忠实粉丝。康德也曾说:自然界的各种力,不仅同根同源,还能相互转化,包括电和磁。
这个想法在天真无邪的老奥心中生根发芽,他坚定地认为,电和磁,就像鸡和蛋,电能生磁,磁能生电。
于是他立马调整了自己的研究方向,一门心思地扑到了电磁学中。
然而并没有什么用……
经历了几十次的实验失败,消耗了好几年的学术生涯,老奥一度怀疑人生。
就在这时,幸运降临到了他头上。一次电路实验中接通电源的瞬间,原本平行于导线的磁针,竟然轻轻地晃了晃……
老奥捕捉到了这个小细节,并开始琢磨:磁针转动,一定是因为有磁场,既然导线通电就能让磁针转动,那不就意味着——
为了验证这个猜想,他吭哧吭哧又做了六十多个实验,最终发现电生磁的秘密。
电荷只要跑起来(形成电流),就会产生一种该死的魅力,把磁针迷得晕头转向。奥斯特管这种魅力叫电流冲击。
而咱们现在称这种现象为——电流的磁效应。
这个现象立马在学术界炸了锅,奥斯特·烦恼也进化成了奥斯特·骄傲。
因为这个发现,老奥也成了全民爱豆。就有人慕名而来,想跟他聊聊人生,
这个人叫安徒生,写了很多诱人的童话。
安徒生和奥斯特是忘年交,据说还暗恋过老奥的女儿,创作深受奥斯特的影响。
好了,言归正传。
电生磁这一发现震惊了学术界,但与此同时,大家在做实验时也发现了一些问题。
通电导线旁的小磁针,时转时不转!时左时右!捉摸不定!
就在老奥也纳闷的时候,一个男人出现了——
西读·安德烈·安培
安子,法国富二代,虽然家境优越,但没上过什么正经学,纯粹靠着天赋,自学成才。
安子不仅天赋异禀,还贼努力,读起书来不疯魔不成活。经常给人一种读书读傻了的错觉,完全不给别人家熊孩子任何活路。
据说有一次,他边走路边想问题,一时性起,拿起身边的石头,就在面前的马车车厢上计算起来。
结果,马车开动了,他也跟着跑,边跑边计算,直到追不上为止。
身边的行人纷纷哈哈大笑,并亲切地称他为——“马计”。
话说,最初安培一直坚信电和磁之间没有任何关系。
可当奥斯特发现电能生磁后,安子迅速改变了立场。
接着安培就针对之前的问题进行了研究。
如果说,奥斯特发现了电流能生磁场,那安培研究的就是,这个新磁场的作用力是什么样的?
安子长了个心眼,他在导线下方放上了整整一排磁针。
他发现,导线一通电,这些磁针因为磁场的作用力就齐刷刷地往一个方向转动。
于是他开始琢磨,如果在导线周围围一圈磁针,那反映出电流周围的磁场,是不是就是这样?
接着安子微微一笑,伸出苦练多年的右手。
结合电流的流动,得到了大名鼎鼎的安培定则,也叫右手螺旋定则。
关于安培定则,初中物理都说过,咱就不展开了。
安培接着想到:如果把导线绕成圈,效果岂不就相当于一块磁铁?
这就是通电螺线管。
此外,安培还在这些现象的基础上一通操作,发明了电流计。
也正是由于对电流的磁力研究,安培被誉为电学里的牛顿。
到了这儿,电生磁的秘密差不多解开了。
但电磁统一的大业才完成一半,摆在大家面前的还有另外一个难题——
磁能生电吗?
要想解开这个问题,就得隆重请出——
北丐·迈克尔·法拉第
小法,和安培一样,也没上过啥学,又是一条九年义务教育的漏网之鱼。
可安子家境好,可以自学。小法呢?穷苦出身,连买书的钱都没有,小小年纪就成了打工人。
好在他挑了个卖书的地方上班,边打工,边摸鱼,边学习。
在茫茫书海中,一个晦涩的词引起了他的注意:电学。以小法的文化,当然看不明白电学是咋回事,只能靠查字典吭哧吭哧地自学。
当时有个学术大佬叫戴维,和混子哥一样,也致力于科普事业。
小法有幸旁听了他的讲座,惊喜地发现,以自己的文化水平,居然也能听懂大师的演讲。
法拉第对戴维的敬佩之情,犹如滔滔江水,并在演讲结束后,把演讲的内容整理成册,送给了戴维。
戴哥顿时感动得一塌糊涂。
小法抱上了戴维的大腿,终于正儿八经地走上了学术之路。
当时已经知道,电流可以让小磁针转动,于是有人提问——
针对这个课题,师徒二人都做了尝试:
小学肄业的法拉第在戴哥眼里约等于文盲。他居然完成了自己没有成功的实验,这让戴哥一张老脸往哪儿搁?!
于是悲剧发生了,戴维心眼小爱面子,随便找了个理由把法拉第发配去了冷门的光学玻璃专业。
然而没过几年,戴哥自己倒先领了盒饭。
他这一走,小法得以重新开始研究电磁学,并且很快把磁生电的秘密悟了出来。
实验很复杂,咱们简单说。我们准备一坨电线,连上电流表,其中有一段卷成螺线圈。
在没有电源的情况下,电流表纹丝不动。
可只要一个动作,神奇的事儿就会发生——
而且,只在磁铁插进去或者拔出来的时候,电流表才会动。
于是法拉第做了个大胆的猜想:只有变化的磁场才能产生电流!
这就是传说中的:电磁感应现象。
他这一折腾,不仅发现了磁生电的秘密,还一不小心发明了初代发电机。
法拉第左手电动机,右手发电机,把人类送进了电气时代。
而后人为了表彰像法拉第一样的人,发明了一个新的称号:科学家。在这之前,都叫哲学家。
虽然法拉第发现了电磁感应现象,但这事儿还没完。
在科学界,有条不成文的规定,不管研究啥,最后得出的结论都得用数学公式表达出来。
可大家都知道,世间万事万物什么都能自学成才,但——
除了数学!
可法拉第数学不咋的。
于是有个年轻人,接下了这个烂尾项目……
中神通·詹姆斯·麦克斯韦
韦仔在上大学的时候,就被法拉第的研究成果吸引,并产生了补上数学总结的想法,于是他写了篇论文,用数学描述了小法的研究。
小法看到论文后,泪流满面,感觉遇到了真心人。于是赶紧写信,约韦仔碰头。
两人一见如故。
接着韦仔闭关修炼,五年磨一公式,终于琢磨出了震撼世人的——
麦克斯韦方程组
这个公式,把电生磁、磁生电,几乎所有的一切蕴含其中,给电磁学的统一大业,画上了句号。
而更精彩的是,韦仔根据这个公式,做出了一个预言:
这世界上有种东西,叫电磁波。
后来,德国的一个小弟,南弟·海因里希·赫兹发现了电磁波的存在,从而证明了韦仔的预言是正确的。
电磁波这一预言不仅是超前的,还将给物理学界带来一场翻天覆地的巨变。
牛顿辛苦搭建的经典物理学大厦的上空,也将飘来两朵不明飞行物。这又是怎么一回事儿呢?
请看下篇:
《经典物理的两朵乌云》。