电与磁的联姻

电与磁的联姻

“快走啊，今天是奥斯特教授的实验演示课。去晚了，就会没有座位了。”一位大学生急切地招呼他的同伴。

“现在已经晚了，肯定没有位置了。”另一个大学生插言道。说话之间，从哥本哈根大学物理实验室方向，传来了清脆的上课铃声。三人急忙跑向物理实验室。

当迟到的学生找到了自己的座位，实验助理员乔万尼关上教室的门。讲台后面出现了衣着整洁、表情丰富、一头银发的奥斯特教授。大学生们都十分愿意听奥斯特教授讲课，他也总是热情洋溢的把自己的知识传授给学生。讲台就是舞台。在这个舞台上进行娓娓动听、令人难忘的报告，是奥斯特教授的一种癖好。

“先生们！”他对学生们说道，“自然界的许多规律都是相互联系的，这就同自然现象是相互联系的一样。伟大的自然哲学家谢林告诉我们，注重自然规律之间的联系，是揭开自然界奥秘的钥匙。”

奥斯特教授不愧是一个出色的演说家，他讲课的第一句话就已经引起了大学生们的兴趣。今天的课程是讲解和演示电和热现象的相互联系。精彩的实验演示将更会吸引求知欲强烈的学生。

奥斯特画像

根据教授的手势，乔万尼接通了伽伐尼电池的电流。在很细的白金导线上，通过的电流把白金导线烧得通红。接通电流的瞬间，奥斯特教授的目光迅速地瞥了一下磁针，磁针悬在靠近白金导线的一条金属线上，看来磁针已经离开刚才实验开始的位置。他看到那条金属丝被烧红，而磁针改变了位置。起初他并不认为这个现象有什么意义，他只是以为磁针的偏离是由于导线的温度影响的结果。

实验在继续，当乔万尼换上较粗的试验导线，接通电流时，他发现磁针重又离开。当乔万尼中断电流时，导线仍然是热的，磁针却又回到了原来出发的位置上。

“这是怎么回事！”奥斯特烦躁不安地陷入困惑。“很可能，这就是我早就断言过的，在电和磁现象之间必然有某种相互间的联系……”他自言自语。

讲课中的瞬间停顿对他来说可不是一件寻常的小事，大学生们正在全神贯注地注视着他呢。奥斯特极力克制住自己的感情，吩咐乔万尼不要动桌子上的任何东西。

奥斯特感到今天的课特别长下课铃声终于响了，他松了一口气。当最后一名学生刚刚离开教室，奥斯特像冲锋一样又回到教室，奔向试验仪器。他一遍又一遍地接通和切断电流，仔细观察着磁针的移动，奥斯特完全沉醉在工作之中，甚至没有觉察夜幕已经垂落，一弯新月已悄然爬上了树梢。他仍未找出问题的答案，他不禁回忆起几件往事。

1681年的夏天，一艘航行在大西洋的商船遭到了雷击，结果造成船上的三只罗盘全部失灵（两只退磁，另外一只指针倒向），商船险些葬身鱼腹。后来，还有一次，意大利的一家五金店被闪电击中，事后发现一些钢刀被磁化了。由于当时连闪电的性质都没有搞清，这些现象谁也解释不了。

19世纪以前，人们基本上把电和磁作为两个独立的互不相关的现象加以研究，电和磁的现象之间有什么联系呢？人们拿不出肯定的答案。奥斯特清楚地记得，他在1812年发表的《关于化学定律的见解》一文中，就提出了电和磁之间存在着联系的问题。但一直苦于拿不出实验证据来，为此他曾长期苦恼。奥斯特从1807年就开始研究电和磁的关系，至此已时历13年之久。

一想到这些，奥斯特喃喃自语地说：“明天，明天还要继续进行试验。”他同时计算着各种试验装置需要多少只伽伐尼电池。这一夜他几乎失眠了。

第二天，为了更好地观察电流对磁针的影响，他和乔万尼用20个伽伐尼电池搞成了个很大的“电流影响磁针的实验装置”。

奥斯特手里拿着一个既能自由悬挂，又易于作平面转动的磁针。磁针处在从北向南的方向上，他将导线安装在磁针下面。接通电源，磁针发生偏转向着与导线不同的一个新方向停下来。关闭电源，磁针就恢复原来的状态。

奥斯特在磁针上、下、侧面、各种不同距离与各种方向上重复做实验。功夫不负苦心人，他成功地发现了电流的磁作用，同时发现了电与磁之间的相互作用。从吉尔伯特时代起，被认为是完全不同的两种现象之间的关系，被奥斯特发现了。

为了稳妥起见，奥斯特以研究工作者正常的怀疑主义态度，试验了多种不同金属材料制成的导线，但磁针的偏转几乎完全一样。直流电对磁针的影响甚至在被金属、玻璃、木材、水、树脂、泥土、石块的隔离时也表现出来。但是，当奥斯特用玻璃、树脂和其他东西制作“磁针”时，这些针却对电流毫无反应。

1820年，奥斯特在《磁针电抗作用实验》中，公布了自己的研究成果。这些成果推动了欧姆、安培和法拉第做出重要的发现，使物理学中出现了一个新的天地——电磁学领域。

奥斯特的发现受到当时欧洲科学界的高度重视，伦敦皇家学会和法国科学院分别授予奥斯特荣誉勋章。直到晚年，奥斯特仍然忘记不了他和高斯的友谊。那是他在欧洲大陆一次长途旅行时发生的事情。

正值隆冬，一辆四轮轿式马车夹着寒风驰往德国的哥廷根大学城。跑了整整一天的马车终于停在了一座教授住宅跟前。从门里走出一位神采奕奕的中年人，他跑上前去，一把握住奥斯特的手，说：

“您终于来了，您的发现已经叩住了人们的心弦，使我们看到了电磁学的曙光。”

奥斯特仔细地端详着这位欧洲大名鼎鼎的“数学王子”——高斯，他是那样的随和、安详。他的头脑仿佛是一座装着数学定律的仓库，需要什么只要往外拿就行了。

两个人虽初次见面，但像久别重逢的老朋友，立刻热烈地交谈起来。晚饭后，高斯和奥斯特坐在温暖的壁炉旁，畅谈着人生与科学的发展。奥斯特谈起了丹麦的生活，谈起了他从兰格兰岛的家乡走上哥本哈根大学讲台不平凡的经历。

高斯

汉斯·克利斯提安·奥斯特，1777年8月14日出生于丹麦鲁德克宾市。爸爸是药房主，这使奥斯特自幼就喜欢学习自然科学、哲学和医学。他22岁成为医学博士。然而，化学实验课成为他最热衷的功课。特别使他感兴趣的是伏打发明的电堆，这使他走上了探索电与磁关系的道路。

高斯望着与自己同龄的奥斯特，兴奋地说：“你的发现将永垂青史，人们将铭记你的功绩。”奥斯特的欧洲长途旅行，听腻了这样的过誉之辞。高斯这样的评价并没有使奥斯特兴奋。但高斯的见地却使他难以忘怀，这是他一直尊敬高斯的重要原因。

伏打

“奥斯特先生，你发现了电流对磁针的作用，这是一个划时代的功绩。但你是否想到要用数量关系来定量地表示它们，才能更深入地向前进步。”

“是的，高斯先生，这正是我不敢掉以轻心的原因。认真测量电流与磁针之间的作用，并概括出电磁作用定律，还有待进一步的工作和实验，需要很深的数学，而这是我力所不及的。未来的人们可能会解这一难题。”奥斯特直觉地意识到高斯提出问题的难度。

后来，奥斯特的发现成了近代电磁学的突破口，各国物理学纷纷转向电磁研究。高斯、戴维、安培、法拉第、麦克斯韦，还有一大批人，被吸引到电磁学领域。奥斯特成为吸引力的中心。

在电磁学的历史地位中，如果说法拉第是垦荒者，麦克斯韦是集大成者的话，那么，这些人的启蒙恩师无疑就是汉斯·奥斯特。

奥斯特一生幻想着能用科学发现造福于人类。他生前研究的大都是自然科学的基本理论。他发现的电磁相互联系，为电动机和发电机的发明奠定了基础，还揭开了人类今日片刻不能离开的电磁世界奥秘。电报、电话、雷达、电视、人造卫星，所有这一切都开始于哥本哈根大学物理实验室的那些演讲，和乔万尼接通电流引起磁针偏转的一瞬间。

图书馆使我得以持恒地研习而增进我的知识，每天我停留在里面一两个钟头，用这个办法相当的补足了我失掉的高深教育。

——《富兰克林自传》