論電流對磁針的作用(電磁實驗)
通電的導線能撥動磁針——電與磁本是一體。
一位老師合上電池,講台上的羅盤抖了一下。就在那一抖之間,電與磁不再是兩樣東西。
核心思想
羅盤的磁針指北,是因為地球是一塊微弱的磁體。奧斯特發現,電流也是一塊磁體:讓電流通過一根導線,把羅盤湊近,磁針就轉動起來——不是轉向導線,而是橫過來、繞著它排列,彷彿導線是一圈圈看不見的磁環的圓心。關掉電流,磁針又飄回北方;把電流反向,磁針就轉向另一邊。運動中的電產生磁——這兩者,原來一直暗暗是同一種力。
它如何發生
這發生在 1820 年春天的哥本哈根,據說是在一堂課上:奧斯特合上電路時,注意到磁針動了一下。但這其實算不上運氣。奧斯特屬於一個思想流派——浪漫主義的「自然哲學」——它堅信自然的一切力歸根到底是同一種,而他已尋找電與磁之間的聯繫多年。那些確信二者毫不相干的人,根本不會去看。
他花了數月反覆確證,然後用拉丁文寫成一份簡短的四頁小冊子,於 1820 年 7 月寄給全歐洲的科學家。反響是爆炸性的。在巴黎,安培聽到消息不到一週就在它的基礎上展開工作;到那年秋天,電磁學這門新科學的基本定律已經在被寫下。
它為何重要
幾百年來,電與磁一直被關在不同的房間裡研究。奧斯特用一個下午的演示,推倒了它們之間的牆。這一結合,是整個電氣世界的種子:因為電流能造出磁力,你才能造出會轉的馬達、會吸的電磁鐵、會推動空氣的揚聲器、會嗒嗒作響的電報。十一年後,法拉第找到了它的鏡像——運動的磁體產生電流——兩半合起來,就成了電氣時代。如今他的名字標記著一個磁學單位:奧斯特。
一個日常畫面
想像浴缸裡的水往下排:它不是直衝排水口,而是繞著它打著圈、成環地旋下去。奧斯特的導線就是那個排水口,它造出的磁,正是這樣一圈圈地繞著它裹起來——這就是為什麼磁針會橫過來排列,而不指向導線。羅盤是一隻小船,轉過來順著漩渦停住。換到導線的另一側,或把電流反向,漩渦就反著轉,小船也跟著掉頭。
它的位置
奧斯特的實驗,需要一樣僅有二十年歷史的東西:伏打電堆(1800),第一個穩定電流之源。一旦有了那股電流,這個發現就只待人去做。它引發了一串連鎖——安培的電動力學、法拉第的電磁感應(1831),最終是馬克士威方程組(1865),把電、磁、光熔成同一個理論。你用的幾乎每一台電氣機器,都是那一刻——一根丹麥磁針拒絕指北——的曾孫。
The first experiments respecting the subject which I mean at present to explain, were made by me last winter, while lecturing on electricity, galvanism, and magnetism, in the University.
It is sufficiently evident from the preceding facts that the electric conflict is not confined to the conductor, but dispersed pretty widely in the circumjacent space.
From the preceding facts we may likewise infer that this conflict performs circles; for without this condition it seems impossible that the one part of the uniting wire, when placed below the magnetic pole, should drive it towards the east, and when placed above it towards the west; for it is the nature of a circle that the motions in opposite parts should have an opposite direction.