电的历史:起初人们对电充满了恐惧,荒唐得用

如果我问,在你眼里电是什么,有什么特点?你可能有很多答案,比如电是一种能源,电能产生静电力,电也很危险,等等。这些在今天看来都是常识了,但以前的人们可不是这么想的。

直到十八世纪,因为闪电的强大破坏力,电在很多人眼里还是一种特别神秘、可怕的东西。比如他们会认为,电是上帝对人类的惩罚,是地球毁灭的象征。对当时的很多人来说,别说使用电了,光想想就够害怕的。

普通人是这样,科学家们呢?也好不到哪儿去,很多科学家对电的认识也是迷迷糊糊的。在18世纪中叶,科学巨人牛顿的理论仍然统治着学界,牛顿提出的万有引力定律,解释了物体与物体之间的引力作用。所以当时主流学界也普遍觉得,由电产生的静电力,也应该用万有引力来解释。

可问题就出在这儿,我们都知道,引力是相互吸引的力,但是由电产生的静电力,既可以是吸引力,又可以是排斥力,带有同性电荷的物体相斥,带有异性电荷的物体相吸。所以用万有引力定律来解释静电力就说不通。于是,当时的主流科学家们就钻进了这个死牛角尖儿。

打破了当时思维的禁锢的,是美国科学家本杰明·富兰克林。他提出了一种全新的电学理论,人们对电的认识才算有了真正的进步。一听富兰克林这个名字,你可能就想到了那个著名的风筝实验,他冒着被雷击中的风险,在雨天放风筝,想要把雷引下来。通过这个实验,他证明了闪电和摩擦产生的静电,本质上都是电的一种形式,帮人们进一步认识了电。但其实,富兰克林的最大贡献并不是这个。

他的最大贡献是没有生搬硬套牛顿的万有引力理论,而是通过实验观察和思考,总结出了一套新理论。这套理论提出了“电流体”的概念,认为物质都带有一定数量的电流体。正常状态下,物体带有电流体的数量是特定的,这时候既不会吸引也不会排斥其他物体。但如果物体中的电流体数量变少了,那这个物体就带负电,反之就带正电,带有不同电的物体会相互吸引,带有相同电的物体会相互排斥。

没错,虽然富兰克林的理论还不够成熟,比如他没有意识到电流体的本质就是我们现在说的“电荷”。但他的理论已经有了现代电学理论的雏形,尤其是“同性相斥、异性相吸”的思想,证明他已经看到了电的本质。所以作者认为,是富兰克林帮助人类迈出了认识电的第一步。

你可别小看这一步,其实对于科技进步来说,第一步往往就是最难迈出去的,因为人们普遍有着强大的思维惯性,这种惯性常常会阻碍我们认识新事物。比如一个很有趣的例子是,自行车刚发明出来的时候,有学者就认为自行车对人们有很大的危害,因为自行车能让人们跑到更远的地方,人见识了更多东西之后就容易学坏。现在看来,这个观点非常可笑,但人们认识电的第一步又何尝不是这样?

从一开始的恐惧怀疑,到后来的因循守旧,电的科学史迈出的第一步,其实就是科技发展史典型的艰难的第一步。

富兰克林走出了第一步,但这时候的人们对电的理解还很浅,还远远没有达到会利用电的程度。就好比我们知道一个东西有什么特征,但既不会制造它、也不会用它。就在这时候,有一位科学家一举解决了这两个难题,让人们既会制造电,又会用电,把人们对电的认识又往前推进了一大步。这个人就是英国物理学家迈克尔·法拉第,他制造出了电动机,又制造出了发电机。

1820年,丹麦科学家奥斯特发现了电流的磁效应,也就是说,电流会影响磁场。法拉第意识到,既然电流能影响磁场,那磁场反过来也一定能影响电流。在这个思路的指引下,法拉第把通电导线放到磁场里面,成功地让导线动了起来。根据这个原理,他成功制造出了人类第一台电动机。

其实,人们很早就发明了化学电池,通过化学反应来产生电,但电池的化学反应一旦停止,发电过程也就没法持续了。所以这时候的人们就特别需要一种能持续发电的发电机。你看,在电动机里面,是电让机器动起来了,那么是不是有一种装置,可以反过来,让动起来的机器可以产生电能呢?

法拉第很给力,他在发明电动机之后十年,通过实验证明发电机的原理也是可行的。他发现,磁铁在金属线圈里面移动可以产生电流,然后就根据这个原理,制成了人类第一台发电机。在法拉第的努力下,人类第一次有了持续制造电和使用电的能力,所以可以说,法拉第把人类对电的认识,往前大大地推进了一步,让人类真正拥有了应用电能的理论和技术基础。

到此为止,人们有了对电的基本认识,也有了利用电的技术能力,就可以说完成了对电的认识过程了吗?

其实还差一步,你看,不管是富兰克林还是法拉第,他们在电学方面的工作,其实主要都聚焦在电的外在特征和功能上,而没有去探索电的本质到底是什么。人们对电的认识就还不够透彻。爱因斯坦曾说过,自从牛顿之后,物理学的公理体系发生的最大变化,就是法拉第和麦克斯韦对电磁现象的研究。他口中的麦克斯韦,就是完成电的最终理论的科学家,也是让人类彻底认识电的本质的人。

英国数学家、物理学家詹姆斯·麦克斯韦,在前人工作的基础之上,通过严谨的数学推理,做出了一系列的发现。比如他推断出,电场和磁场会以波的形式以光速在空间中传播,光本质上是一种电磁现象,他还预测出了电磁波的存在,等等。

在麦克斯韦的努力下,电、磁和光被结合到一起,形成了一个大一统的电磁学理论,让人们彻底地弄清楚了电的本质是什么。正是这种对电的本质认识,让人们在未来有了应用电的无限可能。