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科学是什么 · 第十三章

《科学是什么》第十三章:电磁学

安培奠定了电磁学的基础,但他把自己的许多猜想当成了经验事实。

安培奠定了电磁学的基础,但他把自己的许多猜想当成了经验事实。他主要研究闭路电流,虽承认开路电流存在,却因持续时间太短而无法用实验展示,只能通过让电路一部分运动、一部分静止的办法,变相研究开路电流。他由此提出两个无意识的假想:电流要素只在其连接点上相互作用,且各要素如同彼此隔离。基于这些假想,他得出了关于电流要素受力、闭合螺线管无作用等简单规律,并用它解释法拉第的单极感应为何能连续旋转——因为运动部分与固定部分不断接触,平衡条件随之改变。

赫尔姆霍兹公开否定了安培的假想,认为电流要素间的力应对应于只与位置和方向有关的势能变化。两套理论在可做的闭路电流实验中都成立,但在开路情形下结论不同,例如闭合磁铁对闭路电流无作用,安培认为对开路电路也无作用,赫尔姆霍兹则不这样认为。这使得磁力的三种定义(磁极受力、磁场使磁针定向、电流要素受力)都失去原本意义,进而动摇了以磁场和磁力线为基础的整套理论。

韦伯提出所有电路都是闭路的,用不良导体中的“电流位移”来解释开路情形,这一假设后来得到赫兹的电磁波实验支持。罗兰德用带电圆盘旋转的实验证明运动电荷会产生磁场,洛伦兹进而主张电流就是电子的定向流动,导体与绝缘体的区别在于能否让电子通过。该理论解释了磁偏振、塞曼效应等现象,虽在绝对速度问题上引发科雷米尤等人的反对,洛伦兹以相对速度作答,但最终电动力学体系仍建立在电子论基础上,安培与赫尔姆霍兹的开路电流理论仅存历史价值。

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