02.26 千年来人类一直搞不清楚什么是"磁"?

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“同性相斥,异性相吸”,是世间的基本法则。

嗯,我说的是磁。

磁场是广泛存在的,地球,恒星(如太阳),星系(如银河系),行星、卫星,以及星际空间和星系际空间,都存在着磁场。

古往今来,对世界文明有杰出贡献的许多发明都或多或少涉及到磁。地球磁场对导航方面非常重要,没有地磁,也绝不会有人类伟大的大航海时代。

据说希腊哲学家泰勒斯是最早认识磁性的,不过他认为摩擦琥珀吸引草屑和磁石吸引铁片,都是因为“有灵魂”。

而中国对磁的最早研究出现在公元前4世纪编写的《鬼谷子》一书中,这可能是鬼谷子穿越而来的又一个佐证。

我们很早就知道用磁场来做指南针,最早的指南针是司南,我们引以自豪的四大发明之一啊,无人不知。


千年来人类一直搞不清楚什么是


但是很久以来,人类一直搞不清楚什么是"磁"?

1820年,一位名叫奥斯特的开路先锋,“猛然打开了一个科学领域的大门,那里过去是一片漆黑的,如今充满了光明。”人类历史上,他第一次发现了电流的磁效应。


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整个科学界都为之震惊,整个欧洲都在重复和发展奥斯特的实验。

安培回归科学后,也对此深深着迷,他开始在奥斯特的肩膀上研究电流,仅仅花了两周时间,他就提出了安培右手定则:将右手的大拇指指向电流I方向,再将四根手指握紧电线,则弯曲的方向将决定磁场B的方向。


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每一个完成义务教育的人都学过这个右手法则,你从小竖起大拇指向安培致敬的时候,同时指示了电流方向。

接下来他连续进行了几个著名的关于电流相互作用的精巧实验,导出两个电流元之间的相互作用力公式。

1822年,他革命性地提出:平行长直导线之间存在相互影响,电流方向相同则相互吸引,若相反就相互排斥。

安培创造了「电流」这个名词,提出了电流惯例上的符号I(来自法语意为电流强度),又将正电流动的方向定为电流的方向。

几年后,他解开了千年的谜团,提出了一个惊世骇俗的定律:『磁场是电子运动所产生的』。这就是极为著名的『安培定律』。

这是一个将磁场大小与产生磁场大小的电流联系起来的方程式。这个等式,需要大学水平的数学。如果用差分形式,磁场(B)与电流密度(J)的关系是这样的:


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只要有磁作用的地方,就要有安培定律,它是磁学的基本定律,决定了磁场的性质,并奠定了电磁理论的基础。

英雄识英雄,麦克斯韦知道安培工作的价值:“安培为建立电流间的作用定律而进行的实验研究在科学上是最光辉的成就,整个理论和实验似乎是从‘电学中的牛顿’的头脑中跳跃出来的,曾在那里得到全盘思考和全副武装,它们是完善的无懈可击的。它们总结在一个公式中,所有电磁现象都可以从这个公式推导出来,这个公式将永远是电动力学的基本公式。”

对当时的物理学家包括爱因斯坦而言,麦克斯韦是神一样的存在。他用四个方程式就包罗万有整个电磁场理论。


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德国物理学家波尔兹曼赞之为“出自上帝之手”!

江湖传说:任何一个人能把这几个公式全看懂,一定会感到背后有凉风——如果没有上帝,怎么解释如此完美的方程?

这四个方程式的最后一个就是安培定律加上时间变量后的扩展,又被称为安培-麦克斯韦定律。

浪子安培回归科学短短几年时间,就为科学做出了巨大贡献,他被称为电动力学之父。


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