現在,我們通過各種形式的電器,輕易地操控著電力。電對於我們有多重要呢?試想一下,如果停電一周,空調不能用、電腦不能用、手機不能用、電燈不亮、地鐵不走、大量公交車不能開……生活將會陷入停滯。如果停電一個月,社會生產力將會倒退多年。
所以有的人就說,現代文明看似繁榮,但實則異常的脆弱。這是因為我們對很多的技術,都形成了高度的依賴,使得我們人類喪失了直接面對自然的能力。
不過回顧人類對電的認識和應用的歷史,只要這個世界的自然法則不發生改變,或者這個宇宙還是規律可尋的,我們始終有辦法控制電能。
在幾千年人類文明進程中,我們對電的認識,基本上停留在對於閃電的幻想之中。有令人恐懼的執掌閃電的宙斯、有令人敬畏的懲惡揚善的雷公電母,也有「揚彗光兮為旗,秉電策兮為鞭」的大氣魄。
城市燈光與閃電
人類真正開始認識和研究電現象,大概是從17世紀研究靜電現象開始的。到了19世紀下半葉,發生第二次工業革命之後,我們才開始真正利用電能。
什麼是靜電現象呢?
靜電現象是一類現象,是相對於後來出現的電流學而言的,最典型的現象是摩擦起電,我們小時候很可能做過這樣一個實驗:
先將一張紙用剪刀剪成小碎片,然後拿一塊塑料直尺或梳子,在頭髮上往復摩擦幾次,再將直尺靠近小紙屑,就會看到紙片吸附在直尺上。這個時候老師就會告訴我們,這是因為摩擦過的塑料尺帶上了靜電,而靜電具有吸引輕小物體的特性。
靜電現象之摩擦起電
誰最先發現了靜電現象?
在西方,關於靜電現象的記載,最早可以追溯到公元前6世紀古希臘哲學家泰勒斯。公元前2世紀,古希臘歷史學家第歐根尼·拉修爾,在其著作《名哲言行錄》中有這樣一段記載:
「亞里斯多德曾經說過,泰勒斯將靈魂也賦予那些所謂的非活的物體,他以磁石和琥珀作為例子」。
這段話聽起來並不好理解,簡單的說,它描述了這樣一個事實:泰勒斯曾經了解到,琥珀摩擦過後可以去吸引其它輕小物體 ,磁鐵石能夠吸引鐵質物體這兩個現象。並且做出了解釋,這是因為它們具有「靈魂」。
當然你很有可能會說,這樣一個經過多次轉述的論點,可信度並不高,這點我是贊成的。不過在物理學史學界,一般都認可泰勒斯是最早觀察和研究摩擦起電現象的,因為泰勒斯確實具有這樣的前提條件。
泰勒斯像
第一點是當時希臘的貴族夫人們,有佩戴用琥珀製作的項鍊的喜好。這不僅是因為琥珀看起來晶瑩剔透,還因為在希臘有這樣一個美麗的傳說:傳說太陽神的女兒赫麗提斯,因為嫉妒,害死了自己所愛慕的親哥哥。後來赫麗提斯悔恨不已,痛哭4個月後也死去,她的眼淚化為一種叫蜜蠟的琥珀。
「蜜蠟」琥珀項鍊
第二點是泰勒斯有「萬物有靈」的哲學思想,他認為萬事萬物都充滿了靈魂。這裡的靈魂是指一種引起運動的能力,是內在的生命動力,並不是我們現在所說的獨立於物質的意識主體。泰勒斯認為不僅活物有靈魂,非活物也是有生命力的,他用於是琥珀和磁石來說明他的哲學觀點。
中國古人的發現
在泰勒斯之後的一千多年,西方對靜電現象幾乎就沒有任何新的進展,類似的情況也出現在我國。
比如在公元1世紀東漢時期,著名唯物思想家王充《論衡·亂龍篇》中有這樣一段記載:
「雷樽不聞能致雷,土龍安能而動雨?頓牟掇芥 ,磁石引針,皆以其真是,不假他類。他類肖似,不能掇取者,何也?氣性異殊,不能相感動也。」
這段話的意思是,刻有雷紋的酒杯吸引不來雷電,泥塑的龍王也吸引不來雨水,因為它們只是外觀相似,但組成他們的「氣」是不同的。而琥珀(或玳瑁)能夠吸引乾草碎屑,磁石能夠吸引鐵針,是因為他們「氣性」是相同,所以能相互感應。
另外西晉的張華《博物志》中又記載了另一種靜電放電現象:
「今人梳頭、脫著衣時,有隨梳、解結有光者,也有吒聲。」這段話說,梳頭髮時,頭髮被梳子吸引,還有光和聲響。」
我們看到,泰勒斯和王充對靜電現象進行了大致的記錄,然後進行了初步的解釋,但這種解釋距離現代科學方法還有很長的路要走。到了公元1600年,英國醫生吉爾伯特出版了《論磁》一書。在這本書裡,吉爾伯特通過實驗對比,將磁現象和靜電現象做了比較嚴格的區分和系統性研究。
下一節我們就來聊一聊吉爾伯特的傳奇故事,來看看一個醫生是如何走上科學研究的。