“同性相斥,異性相吸”,是世間的基本法則。
嗯,我說的是磁。
磁場是廣泛存在的,地球,恒星(如太陽),星系(如銀河系),行星、衛(wèi)星,以及星際空間和星系際空間,都存在著磁場。
古往今來,對世界文明有杰出貢獻(xiàn)的許多發(fā)明都或多或少涉及到磁。地球磁場對導(dǎo)航方面非常重要,沒有地磁,也絕不會有人類偉大的大航海時代。
據(jù)說希臘哲學(xué)家泰勒斯是最早認(rèn)識磁性的,不過他認(rèn)為摩擦琥珀吸引草屑和磁石吸引鐵片,都是因為“有靈魂”。
而中國對磁的最早研究出現(xiàn)在公元前4世紀(jì)編寫的《鬼谷子》一書中,這可能是鬼谷子穿越而來的又一個佐證。
我們很早就知道用磁場來做指南針,最早的指南針是司南,我們引以自豪的四大發(fā)明之一啊,無人不知。
但是很久以來,人類一直搞不清楚什么是'磁'?
1820年,一位名叫奧斯特的開路先鋒,“猛然打開了一個科學(xué)領(lǐng)域的大門,那里過去是一片漆黑的,如今充滿了光明?!比祟悮v史上,他第一次發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。
整個科學(xué)界都為之震驚,整個歐洲都在重復(fù)和發(fā)展奧斯特的實驗。
安培回歸科學(xué)后,也對此深深著迷,他開始在奧斯特的肩膀上研究電流,僅僅花了兩周時間,他就提出了安培右手定則:將右手的大拇指指向電流I方向,再將四根手指握緊電線,則彎曲的方向?qū)Q定磁場B的方向。
每一個完成義務(wù)教育的人都學(xué)過這個右手法則,你從小豎起大拇指向安培致敬的時候,同時指示了電流方向。
接下來他連續(xù)進(jìn)行了幾個著名的關(guān)于電流相互作用的精巧實驗,導(dǎo)出兩個電流元之間的相互作用力公式。
1822年,他革命性地提出:平行長直導(dǎo)線之間存在相互影響,電流方向相同則相互吸引,若相反就相互排斥。
安培創(chuàng)造了「電流」這個名詞,提出了電流慣例上的符號I(來自法語意為電流強(qiáng)度),又將正電流動的方向定為電流的方向。
幾年后,他解開了千年的謎團(tuán),提出了一個驚世駭俗的定律:『磁場是電子運動所產(chǎn)生的』。這就是極為著名的『安培定律』。
這是一個將磁場大小與產(chǎn)生磁場大小的電流聯(lián)系起來的方程式。這個等式,需要大學(xué)水平的數(shù)學(xué)。如果用差分形式,磁場(B)與電流密度(J)的關(guān)系是這樣的:
只要有磁作用的地方,就要有安培定律,它是磁學(xué)的基本定律,決定了磁場的性質(zhì),并奠定了電磁理論的基礎(chǔ)。
英雄識英雄,麥克斯韋知道安培工作的價值:“安培為建立電流間的作用定律而進(jìn)行的實驗研究在科學(xué)上是最光輝的成就,整個理論和實驗似乎是從‘電學(xué)中的牛頓’的頭腦中跳躍出來的,曾在那里得到全盤思考和全副武裝,它們是完善的無懈可擊的。它們總結(jié)在一個公式中,所有電磁現(xiàn)象都可以從這個公式推導(dǎo)出來,這個公式將永遠(yuǎn)是電動力學(xué)的基本公式。”
對當(dāng)時的物理學(xué)家包括愛因斯坦而言,麥克斯韋是神一樣的存在。他用四個方程式就包羅萬有整個電磁場理論。
德國物理學(xué)家波爾茲曼贊之為“出自上帝之手”!
江湖傳說:任何一個人能把這幾個公式全看懂,一定會感到背后有涼風(fēng)——如果沒有上帝,怎么解釋如此完美的方程?
這四個方程式的最后一個就是安培定律加上時間變量后的擴(kuò)展,又被稱為安培-麥克斯韋定律。
浪子安培回歸科學(xué)短短幾年時間,就為科學(xué)做出了巨大貢獻(xiàn),他被稱為電動力學(xué)之父。