科學(xué)，從實(shí)驗(yàn)開始

陳　浩

丹麥物理學(xué)家奧斯特（Hans Christian Oersted，1777—1851）1777年8月14日生于丹麥朗格蘭德島一個(gè)藥劑師家庭。12歲開始幫助父親在藥房里干活，同時(shí)堅(jiān)持學(xué)習(xí)化學(xué)。由于刻苦攻讀，17歲時(shí)以優(yōu)異的成績考取了哥本哈根大學(xué)的免費(fèi)生。他一邊當(dāng)家庭教師，一邊在學(xué)校學(xué)習(xí)藥物學(xué)、天文、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等。1806年任哥本哈根大學(xué)物理學(xué)教授，1821年被選為英國皇家學(xué)會會員，1823年被選為法國科學(xué)院院士，后來任丹麥皇家科學(xué)協(xié)會會長。

奧斯特早在讀大學(xué)時(shí)就深受康德哲學(xué)思想的影響，認(rèn)為各種自然力都來自同一根源，可以相互轉(zhuǎn)化。富蘭克林發(fā)現(xiàn)的萊頓瓶放電使鋼針磁化的現(xiàn)象，對奧斯特啟發(fā)很大，他認(rèn)識到電向磁的轉(zhuǎn)化不是不可能的，關(guān)鍵是要找出轉(zhuǎn)化的具體條件。他在1812年出版的《關(guān)于化學(xué)力和電力的統(tǒng)一性的研究》中，根據(jù)電流流經(jīng)直徑較小的導(dǎo)線會發(fā)熱，推測出如果通電導(dǎo)線的直徑進(jìn)一步縮小，那么導(dǎo)線就會發(fā)光；使通電導(dǎo)線的直徑變得更小，小到一定程度時(shí)，電流就會產(chǎn)生磁效應(yīng)。他指出：“我們應(yīng)該檢驗(yàn)電流是否以其最隱蔽的方式對磁體有所影響。”尋找這兩大自然力之間聯(lián)系的思想，經(jīng)常盤繞在他的頭腦中。

1819年冬，奧斯特在哥本哈根開設(shè)了一個(gè)講座，講授電磁學(xué)方面的課題。在備課中，奧斯特分析了前人在電流方向上尋找磁效應(yīng)都未成功的事實(shí)，想到磁效應(yīng)可能像電流通過導(dǎo)線產(chǎn)生熱和光那樣是向四周散射的，即是一種橫向力，而不是縱向的。1820年春，奧斯特安排了一個(gè)這方面的實(shí)驗(yàn)，他采用講演時(shí)常用的電池槽，讓電流通過一根很細(xì)的鉑絲，把一個(gè)帶玻璃罩的指南針放在鉑絲下面，實(shí)驗(yàn)沒有取得明顯的效果。1820年4月的一天晚上，奧斯特在講課中突然產(chǎn)生了一個(gè)想法，講課快結(jié)束時(shí)，他說：讓我把導(dǎo)線與磁針平行放置來試試看。當(dāng)他接通電源時(shí)驚奇地發(fā)現(xiàn)小磁針微微動(dòng)了一下。這一現(xiàn)象使奧斯特又驚又喜，他緊緊抓住這一現(xiàn)象，連續(xù)進(jìn)行了3個(gè)月的實(shí)驗(yàn)研究，終于在1820年7月21日發(fā)表了題為《關(guān)于磁針上的電流碰撞的實(shí)驗(yàn)》的論文。這篇僅用了4頁紙的論文，是一篇極其簡潔的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。奧斯特在報(bào)告中講述了他的實(shí)驗(yàn)裝置和60多個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，從實(shí)驗(yàn)總結(jié)出：電流的作用僅存在于載流導(dǎo)線的周圍；沿著螺紋方向垂直于導(dǎo)線；電流對磁針的作用可以穿過各種不同的介質(zhì)；作用的強(qiáng)弱決定于介質(zhì)，也決定于導(dǎo)線到磁針的距離和電流的強(qiáng)弱；銅和其他一些材料做的針不受電流作用；通電的環(huán)形導(dǎo)體相當(dāng)于一個(gè)磁針，具有兩個(gè)磁極，等等。

奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流磁效應(yīng)，是科學(xué)史上的重大發(fā)現(xiàn)。它立即引起了那些懂得它的價(jià)值和重要性的人們的注意。在這一重大發(fā)現(xiàn)之后，一系列的新發(fā)現(xiàn)接連出現(xiàn)。兩個(gè)月后安培發(fā)現(xiàn)了電流間的相互作用，阿拉果制成了第一個(gè)電磁鐵，施魏格發(fā)明了電流計(jì)等。安培曾寫道：“奧斯特先生已經(jīng)永遠(yuǎn)把他的名字和一個(gè)新紀(jì)元聯(lián)系在一起了?！眾W斯特的發(fā)現(xiàn)揭開了物理學(xué)史上的一個(gè)新紀(jì)元。

奧斯特不只是一位著名的物理學(xué)家，還是一位優(yōu)秀的教師。他的講課有表演，有分析。他非常重視實(shí)驗(yàn)，他說過“我不喜歡那種沒有實(shí)驗(yàn)的枯燥的講課，因?yàn)闅w根到底，所有的科學(xué)進(jìn)展都是從實(shí)驗(yàn)開始的?！?/p>