本讲将翻开人类发展的历史画卷,并以库仑定律发现为界,分别描述人类对于电磁知识的获取,包括后来如何通过有目的的实验建立定量的物理规律,从而成为西方研究世界的锐利武器。有了大量物理现象的发现,继而又如何凭借数学这个强有力的工具,也即对建立电磁波理论有力的数学思想,让麦克斯韦的想象能够切实得以飞翔。
在库仑定律发现以前,人类对于电磁知识的获取,是凭借对自然界现象的直接观察获得的。而自库仑定律开始,人类尝试凭借一定的哲学观念,通过有目的的实验获得电磁知识。质变的分水岭就是库仑定律的发现。那么,这种质变是怎样得以产生的呢?下面,我们分别罗列出“东方”和“西方”关于“电”和“磁”现象的发现,并进行对比小结。
首先,关于“电”,公元前1100年,东方:殷商甲骨文,出现了“云”字,然后一道闪电划破长空,出现了“电”字。公元前600年,西方:古希腊米利都泰勒斯,他是哲学家,当时的哲学七贤之一,发现琥珀,也 即希腊语中的“Electron” ,是英语中“电" 的词根,那时泰勒斯发现琥珀能够摩擦起电吸引干树叶。公元前150年,东方:西汉《淮南子》卷四坠形训中记载,“阴阳相博为雷, 激扬为电"。 公元后100年的东方:东汉许慎《说文解字》中记载,“电, 阴阳激耀也”。接着是公元后300年,东方:西晋张华《博物志》 卷之九中记载,“今人梳头, 脱著衣时,有随梳、解结有光者,亦有咤声”。接着是公元后1000年,东方:宋代的沈括《梦溪笔谈》中对闪电熔化金属,而不熔木料的观察。又过了500年,也即公元后1500年,西方发现了更多的摩擦起电物质,如:玻璃、硫磺等。又过了100年,也即公元后1600年,东方:明代的方以智《物理小识》卷之二中,据雷电击墙杆而出声的细致观察,推测天上闪电和静电火花同类。关于“磁”,公元前400年,西方:古希腊地中海小岛Magnesia,我们知道英语中“磁”为“Magnetism" ,便来源于此,那时在这个地中海小岛上发现吸铁石。公元前300年,东方:战国末期《吕氏春秋:精通篇》中记载,“慈石召铁, 或引之也”、“石, 铁之母也。以有慈石,故能引其子”。公元后50年,东方:东汉初年王充《论衡》 卷之十七中记载,“司南之杓, 投之于地,其柢指南”,即“指南勺”,勺柄指向南方,后来还有“指南鱼”和“指南针”。公元后100年,东方:东汉疡科“五毒方”中描述,以石胆、丹砂、雄黄、石、慈石(即磁石)在土釜中合炼,所得药物的成分为升华的雄黄、砒霜和少量的硫酸亚汞。接着到了公元后1024年,东方:宋代杨维德的《莹原总录》中提到磁偏角。这是“地理北极”和“地理南极”与“地磁北极”和“地磁南极”之间的关系图,他们之间存在一个“磁偏角”。之后不久,也即公元后1100年,西方:欧洲利用磁针指南。再接着,公元后1492年,西方:哥伦布航海发现磁偏角,比东方晚了将近500年。
下面我们小结下关于“电”与“磁”现象的发现,我们发现,古代中国对电磁现象的认识丝毫不弱于西方,而实际上略强于西方,这体现出了古代中国学者高品质的观察能力。但是,仅靠简单直接地对自然的观察,是很难获得更丰富更深入的电磁知识的。那么问题来了,正如前面问到的,这种促使量变产生质变的锐利武器是什么呢?这就是,自牛顿(Newton, 1642~1727) 创立力学三大定律及万有引力定律之后,通过有目的的实验建立定量物理规律,已成为了西方研究世界的锐利武器。然而,这一锐利武器当时未被中国学者重视和运用。那么,利用这一锐利武器, 西方在电磁领域先后发现了:库仑定律、安培定律和法拉第定律。