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講 題【科學史沙龍】誰才是電學中的牛頓?
講 者臺灣大學物理學系助理教授 陳育霖
日 期2016/03/29長 度01:00:00人 氣104 次
摘 要
■庫倫在 1780 年代斷言,電跟磁是兩個完全不同的實體,引領當時歐陸對這兩種現象的主流意見;包括安培跟必歐等等物理學家,都堅定地支持電與磁彼此獨立存在的主張。這樣的認知是如何在短短幾個月內,產生可謂 180 度的大反轉,誰又是引領這股潮流的「電學牛頓」?

物理學界對電磁的認知,在 1820 年產生了重大的變化,丹麥物理學家厄斯特 (Hans Christian Ørsted) 經過實驗發現, 載流導線的電流會作用於磁針,使磁針改變方向,因此發表論文,並且到德國跟瑞士等地重做實驗。在瑞士看到實驗的法國物理學家亞拉戈 (Dominique François Jean Arago) ,在法國科學院展示這項實驗,震驚了法國物理學界。

安培眼見為實,立刻在短短一個月內發表了三篇論文,敘述實驗中兩根通電導線像磁鐵一樣,會互相吸引或排斥的現象。必歐 (Jean-Baptiste Biot) 也在同年跟沙伐 (Félix Savart) 共同提出必歐—沙伐定律,描述電流元產生之磁場強度,與電流的大小、方向、距離之間的關係。

法國的物理學界能夠在見到實驗證據的當下,幾乎是立刻就予以接受,回頭修正自己堅信已久的理論,拉普拉斯功不可沒。在拿破崙時代手握大量研究資源的拉普拉斯,透過巴黎理工學院跟法國科學院的體系,訂立了物理研究綱領,於十九世紀初期將法國推向研究物理學的領導地位,更難得的是,他建立起來的思維氣質並不定於一尊,而是非常願意「唯變所適」,勇於擁抱經過實驗證實的新概念。

為電動力學奠定基礎的則是安培。安培對於牛頓能夠將萬有引力的相互作用,簡化為粒子間的吸引力,並提出質量為引力來源的概念十分佩服,他也希望能夠將電磁作用,簡化為電流間的相互作用,並歸納出電流元為吸引力跟排斥力的來源。馬克斯威爾十分恰當地將安培譽為「電學中的牛頓」,並且盛讚安培以電流元之間的力學作用,總結所有電磁學現象的想法。

安培跟必歐對於電磁現象的說法,就我們來看根本就是同一回事,但他們當年倒是有過一番論戰。安培認為一切的磁現象,都可以解構為電動力學現象;必歐不太認同安培的「電流元本位主義」,他認為電磁力本身就是一種基本力,足以敘述載流導線的吸斥現象。由於必歐的論述無法更深入地解釋電磁現象,我們今天比較認同安培的說法,以牛頓力學的觀點來看電磁現象。就如同古典力學的力量單位以牛頓為名,電流的強度單位則以安培為名;安培確實如他所殷切期盼地,以簡潔而美麗的力學概念,為電磁現象提出解釋。

撰文|高英哲
提 供科學講古–科學史沙龍-科學史沙龍
本講座係由科技部補助舉辦
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