现在,我们通过各种形式的电器,轻易地操控着电力。电对于我们有多重要呢?试想一下,如果停电一周,空调不能用、电脑不能用、手机不能用、电灯不亮、地铁不走、大量公交车不能开……生活将会陷入停滞。如果停电一个月,社会生产力将会倒退多年。
所以有的人就说,现代文明看似繁荣,但实则异常的脆弱。这是因为我们对很多的技术,都形成了高度的依赖,使得我们人类丧失了直接面对自然的能力。
不过回顾人类对电的认识和应用的历史,只要这个世界的自然法则不发生改变,或者这个宇宙还是规律可寻的,我们始终有办法控制电能。
在几千年人类文明进程中,我们对电的认识,基本上停留在对于闪电的幻想之中。有令人恐惧的执掌闪电的宙斯、有令人敬畏的惩恶扬善的雷公电母,也有“扬彗光兮为旗,秉电策兮为鞭”的大气魄。
城市灯光与闪电
人类真正开始认识和研究电现象,大概是从17世纪研究静电现象开始的。到了19世纪下半叶,发生第二次工业革命之后,我们才开始真正利用电能。
什么是静电现象呢?
静电现象是一类现象,是相对于后来出现的电流学而言的,最典型的现象是摩擦起电,我们小时候很可能做过这样一个实验:
先将一张纸用剪刀剪成小碎片,然后拿一块塑料直尺或梳子,在头发上往复摩擦几次,再将直尺靠近小纸屑,就会看到纸片吸附在直尺上。这个时候老师就会告诉我们,这是因为摩擦过的塑料尺带上了静电,而静电具有吸引轻小物体的特性。
静电现象之摩擦起电
谁最先发现了静电现象?
在西方,关于静电现象的记载,最早可以追溯到公元前6世纪古希腊哲学家泰勒斯。公元前2世纪,古希腊历史学家第欧根尼·拉修尔,在其著作《名哲言行录》中有这样一段记载:
“亚里士多德曾经说过,泰勒斯将灵魂也赋予那些所谓的非活的物体,他以磁石和琥珀作为例子”。
这段话听起来并不好理解,简单的说,它描述了这样一个事实:泰勒斯曾经了解到,琥珀摩擦过后可以去吸引其它轻小物体 ,磁铁石能够吸引铁质物体这两个现象。并且做出了解释,这是因为它们具有“灵魂”。
当然你很有可能会说,这样一个经过多次转述的论点,可信度并不高,这点我是赞成的。不过在物理学史学界,一般都认可泰勒斯是最早观察和研究摩擦起电现象的,因为泰勒斯确实具有这样的前提条件。
泰勒斯像
第一点是当时希腊的贵族夫人们,有佩戴用琥珀制作的项链的喜好。这不仅是因为琥珀看起来晶莹剔透,还因为在希腊有这样一个美丽的传说:传说太阳神的女儿赫丽提斯,因为嫉妒,害死了自己所爱慕的亲哥哥。后来赫丽提斯悔恨不已,痛哭4个月后也死去,她的眼泪化为一种叫蜜蜡的琥珀。
“蜜蜡”琥珀项链
第二点是泰勒斯有“万物有灵”的哲学思想,他认为万事万物都充满了灵魂。这里的灵魂是指一种引起运动的能力,是内在的生命动力,并不是我们现在所说的独立于物质的意识主体。泰勒斯认为不仅活物有灵魂,非活物也是有生命力的,他用于是琥珀和磁石来说明他的哲学观点。
中国古人的发现
在泰勒斯之后的一千多年,西方对静电现象几乎就没有任何新的进展,类似的情况也出现在我国。
比如在公元1世纪东汉时期,著名唯物思想家王充《论衡·乱龙篇》中有这样一段记载:
“雷樽不闻能致雷,土龙安能而动雨?顿牟掇芥 ,磁石引针,皆以其真是,不假他类。他类肖似,不能掇取者,何也?气性异殊,不能相感动也。”
这段话的意思是,刻有雷纹的酒杯吸引不来雷电,泥塑的龙王也吸引不来雨水,因为它们只是外观相似,但组成他们的“气”是不同的。而琥珀(或玳瑁)能够吸引干草碎屑,磁石能够吸引铁针,是因为他们“气性”是相同,所以能相互感应。
另外西晋的张华《博物志》中又记载了另一种静电放电现象:
“今人梳头、脱着衣时,有随梳、解结有光者,也有咤声。”这段话说,梳头发时,头发被梳子吸引,还有光和声响。”
我们看到,泰勒斯和王充对静电现象进行了大致的记录,然后进行了初步的解释,但这种解释距离现代科学方法还有很长的路要走。到了公元1600年,英国医生吉尔伯特出版了《论磁》一书。在这本书里,吉尔伯特通过实验对比,将磁现象和静电现象做了比较严格的区分和系统性研究。
下一节我们就来聊一聊吉尔伯特的传奇故事,来看看一个医生是如何走上科学研究的。