電和磁有什麼關係呢?法國物理學家庫侖曾經論證過,電和磁是物質的兩種截然不同的性質,雖然兩者的作用定律在數學上極為相似,但是磁和電是不會互相轉化的。庫侖的這個看法成了一種權威的理論,直到1820年才被丹麥物理學家奧斯特所推翻。
奧斯特是哥本哈根大學教授,擔任電、磁學講座的主講。
1820年4月的一天,奧斯特像往常一樣平靜地走上講台,他今天講的是伏打電池。講台的桌子上事先已經放了一台伏打電池和其他演示儀器。當講完一個段落,教授便說:“現在我們來演示一下伏打電池的功能。”
講台上放著導線、指南針和不少儀器,奧斯特整理了一下講台,無意之中把那靈敏的指南針放在了通電導線的下邊。
“合閘!”奧斯特把開關閉合了,就在接通電流的一瞬間,前排一名學生忽然脫口而出:“磁針動了!”奧斯特急忙切斷電流,他自己也看清了那磁針晃動了。這個現象使奧斯特大吃一驚。他草率地結束了課程,便開始了實驗。
有的文章說,當時快要下課了,奧斯特把一條非常細的鉑導線放到了用玻璃罩罩著的小磁針上方。接通電源的一瞬,他發現磁針跳動了一下,竟激動得在講台上摔了一跤。不過學生並未看到磁針的跳動。我們不必去考證170多年前的這段細節,有一點是肯定的:奧斯特在講台上發現了通電導線在通電的一瞬,使磁針跳動了。
奧斯特閉門不出,整整緊張地工作了兩個星期(一說是“三個月”)。他做了許多次實驗,發現磁針在電流周圍都會偏轉。在導線的上方和導線的下方,磁針偏轉方向相反。在導體和磁針之間放上木頭、玻璃、水、鬆香等非磁性物質,都不會影響磁針的偏轉。
1820年7月21日,奧斯特發表了《關於磁體周圍電衝突的實驗》一文,向學術界宣告了電流的磁效應,引起了世界物理學界的震動。
奧斯特是一位藥劑師的兒子,1794年考入哥本哈根大學,攻讀醫學和自然哲學,上學時他對康德的哲學就很感興趣。當時康德寫了《自然科學的形而上學原理》一書,認為人們隻能經驗到兩種力——吸引和排斥,熱、電、磁等都是這兩種基本力在不同物理條件下的變形。1799年,奧斯特用一篇論述康德哲學的評論文章取得了哥本哈根大學哲學博士學位。
1812年,奧斯特從康德哲學思想出發,認為基本力有可轉換性,猜想電力和磁力之間應該有某種聯係。他又根據富蘭克林用萊頓瓶放電磁化了焊條的事實,認定電磁轉換是可能的,問題的關鍵是怎樣找到實現這種轉化的條件。
奧斯特還仔細地學習與審查了庫侖的論斷,發現庫侖研究的對象全是靜電和靜磁,兩者確實難以轉化。他猜測,非靜電、非靜磁可能是兩者轉化的條件,應當把精力集中到電流和磁體有沒有相互作用的課題上去。可是,他始終沒有找到兩者轉化的條件。
課堂上的意外發現,使奧斯特找到了這個轉化的條件,難怪他驚訝得目瞪口呆,甚至高興得手舞足蹈起來。
電流的磁效應,這是一項驚人的發現。法國《化學和物理學年鑒》雜誌在發表奧斯特論文的時候,特地加了這樣一段編者按語:
“《年鑒》的讀者都知道,本刊從不輕易支持宣稱有驚人發現的報告,到現在我們都因為能夠保持這一個方針而自豪。至於說到奧斯特先生的文章,那麼它所提到的結果無論顯得多麼奇特,都有極詳細的記錄作證,以至不能有任何懷疑。”
但是當時德國《物理學年鑒》的編輯W.吉爾伯特等人卻認為,奧斯特的發現沒有什麼了不起,完全是“偶然碰上的事件”。
奧斯特的功績是靠什麼“偶然”嗎?還是大數學家拉格朗日說得好:“這樣的偶然性隻能被應當得到的人所碰上。”
豈止奧斯特本應得到“偶然”,伽利略發現吊燈中的單擺原理,牛頓從蘋果落地聯想到地月之間的萬有引力,伽伐尼從蛙腿的抽搐想到生物電,不都有這類“偶然”嗎?這種“偶然”為什麼會被他們抓住?他們為什麼應當得到這個“偶然”?我想,細心的人都會找出答案的。
奧斯特的價值在於他對電流磁效應的發現,這正是電機、電報、電話、無線電乃至電子計算機的基本理論基礎,電與磁之間的轉化為我們帶來了新的電磁技術,開創了電氣時代。