研究磁的吉伯

第一节　研究磁的吉伯

古代，人们早就发现了磁现象，也留下了许多关于磁的记载，但却一直无法解释这种现象的奥秘。科学之父泰勒斯认为磁石有灵魂，古代中国拿母子情来比喻磁现象：“石，铁之母也。以有慈石，故能引其子；石之不慈者，亦不能引也。”先秦和秦汉古籍中都把磁石写成“慈石”，磁石似乎有一种慈爱的力量，大约到了唐代才改为“磁”。

12世纪时，中国人发明的磁针由阿拉伯传入欧洲。13世纪时，帕雷格伦纳斯对磁针做过研究，但不久就被人遗忘了在欧洲第一个对磁进行系统研究的是16世纪时的吉伯。他是近代磁学的先驱者，被后人誉为“磁学之父”。

1544年5月24日，吉伯出生于英国的科尔切斯特，1569年在剑桥获得医学博士学位，后开始从医。1601年被任命为皇家的医生，终身未娶。1603年12月10日在伦敦逝世。

吉伯的研究成果记载在1600年出版的《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》（简称《论磁》）一书中。该书是历史上最重要的关于磁的性质的论著之一，被伽利略誉为“一部伟大到令人妒忌”的巨著。他关于磁学的研究为电磁学的产生和发展创造了条件。

作为伽利略和培根的同时代人，吉伯跟他们一样，认为科学应建立在实验的基础上。他最初研究化学，后来长期从事磁学和电学的研究。

吉伯做了一系列科学实验，最有名的就是所谓“小地球”实验。他用一块天然磁石磨制成一个大磁石球，用小铁丝制成小磁针放在磁石球上面，结果发现这根小磁针的全部行为和指南针在地球上的行为十分相似。吉伯把这个大磁石球叫做“小地球”。由此，他提出一个假设：地球是一个巨大的磁石，它的两极位于地理北极和地理南极附近。这个假设后来经德国数学家高斯从数学上加以论证和完善，至今仍是地磁理论的经典概念。

吉伯对电现象也进行了研究。他从琥珀经摩擦后会吸引轻小物体的现象中受到启发，有意识地收集了金刚石、蓝宝石、水晶、硫磺等物质，经过摩擦后，发现它们都具有吸引轻小物质的能力。吉伯把这种作用和磁作用加以区别，认识到这也是一种物质普遍具有的现象，因此根据希腊文琥珀引入“电的”（Electric）一词，并且把像琥珀这样经过摩擦后能吸引轻小物体的物体称做“带电体”。

吉伯还制作了第一个实验用的验电器，他用一根极细的金属棒，中心固定在支座上，可以自由转动。由于金属细棒极轻，因此当摩擦后的带电物体靠近它时，金属棒会被吸引而转向带电体，由此可探测物体是否带电。

他通过实验认识到电现象也是物质存在的一种普遍现象，从而破除了人们对电的迷信。他把电与磁进行比较，发现了它们所具有的不同性质：

第一，自然界中只有磁体才有磁性，它是磁体本身具有的一种性质，而电是可以通过摩擦等手段产生的。

第二，磁性有两种：吸引和排斥；而电性仅有吸引作用。磁石只对可磁化的物质才有力的作用，而带电体可吸引任何轻小的物体。

第三，电吸引比磁吸引弱。

第四，磁体间的作用不受中间的纸片、亚麻布等物体的影响，而带电体之间的作用要受中间这些纸或布的影响。当带电体浸在水中时，电力的作用就消失，而磁体的磁力不会消失。

吉伯着重强调电和磁在本质上的截然不同，是两种无关的现象这一错误的电磁无关论断在电磁学历史上留下了深刻的痕迹。在法拉第之前，人们对电现象和磁现象的研究工作，几乎都是在完全彼此隔绝的状态下进行的。而事实上两者在本质上是有密切联系的。

吉伯第一次提出了质量的概念，他把质量和重量区分开来。这一点对近代物理学的发展有极为重要的意义。

出于他的地球是一巨大磁石的设想，他认为，地球的磁力一直伸到天上并使宇宙合为一体，引力无非就是磁力。吉伯相信地心说，但又相信地球是自转的。他认为太阳系的所有天体，通过磁力相互作用，并都相互影响，而且没有原动者从外面控制它们的动作。他的这些思辨性的猜测，在牛顿提出万有引力后，显然被证明是不对的。但对后来开普勒等人天体引力思想的提出产生了巨大的积极作用，因而为万有引力定律的发现作出了贡献。

吉伯是一位出色的物理学家，他的工作是实验和学术知识结合的典范。他的理论曾对后来的科学发展产生过很大的影响，为电磁学和引力理论奠定了基础。培根在他的《新工具》里提到了吉伯的工作，认为这是他所倡导的实验方法的一个最好的例子。后人为了纪念他对磁学的贡献，在CGS电磁系单位制中以吉伯作磁通势单位。