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中外科学家发明家丛书:赫兹_2-第2章

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艰辛劳动深表敬佩;另一方面又感到前人生活的时代充满了很多的未知领域 

和新鲜事物,他们的创造领域很宽,由于他们的努力,世界被人类更多地了 

解和征服了,这同时也使我们后来人失去了英雄用武之地,因此已不可能再 

像前人一样创造辉煌的业绩。这种想法显然是幼稚的单纯的,但却具有普遍 

性,年轻的赫兹就有过这样的想法。他曾在一封信中写道:“有时我真感到 

遗憾,我未能生活在那充满许许多多新鲜事物的时代。其实,就是现在也有 

足够多的未知事物,但我不认为现在可以轻而易举地找到可能改变整个世界 

观体系的任何东西,就像在望远镜和显微镜还是新奇之物的那个时代一样。” 

     对于未知世界的认识,古希腊哲学家芝诺有一个很形象的比喻。他说, 

人的知识好比是一个圆,未知世界就是圆所接触的外部面积;人的知识越丰 

富,圆的面积越大,圆所接触的外部面积也随之增大,即感觉到未知的东西 

也就越多。随着学习的深入,赫兹感到有更多的知识需要学习和掌握。能满 

足他这种求知欲望的最好学府,无疑是位于帝国首都的柏林大学,那里有世 

界著名的数学和实验物理学专家赫尔姆霍茨和基尔霍夫,在他们的指导下他 

可以更好地完成学业。 

     1878年10月,赫兹离开了慕尼黑和菲里浦·冯·约里教授,进入柏林 

大学,成为赫尔姆霍茨的学生。 

                              三、前人的成就 



     进入柏林大学并成为赫尔姆霍茨的学生,对赫兹的一生来说意义重大, 

他从此走上了成为世界著名物理学家的道路。在叙述赫兹的成长和成就之 

前,我们来对前人的科学成就作一个回顾。 

     18世纪后期,法国物理学家库仑曾对电学和磁学做过深入细致的研究, 

发表了大量科学著作,产生了深刻的影响。库仑曾提出一个论断,即电和磁 

是完全不相同的物理实体。这一论断在科学家的思想中根深蒂固,以致于在 

意大利科学家伏打于1800年发明了伏打电池后很长时间,各国的科学家都没 

有想到利用这种恒稳持续的电源去寻找一下电和磁的关系,因为人们从未对 

库仑的论断产生过疑问。 

     当然也有例外,丹麦科学家奥斯特就对库仑的论断心存疑窦。他根据德 

国古典哲学家康德的自然力都有一个共同的根源的哲学原理,始终坚信电和 

磁不是相互独立的,两者之间必定存在着一种关系,只是这种关系人类尚未 

发现。为此,他借助伏打电池长期进行研究与探索,终于在1820年发现电流 

可以将磁针推向与电流垂直的位置。对于这种电流磁效应,奥斯特用“电碰 

撞”来解释,即在电流周围存在着一种环形运动的力,它可以穿透非磁性物 

质,但不能穿过磁体,一旦碰上磁体就会发生撞击,致使磁体的轴体的轴转 

到与电流相垂直的方向。奥斯特的发现在当时引起了极大轰动,法国物理学 

家接受了他的发现,但拒绝了他对此的解释。 

     在奥斯特宣布了他的发现后不几天,法国物理学家安培也做了相同的实 

验,但他认为这种电流磁效应并不是电碰撞的结果。当时法国物理学界正流 


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行超距论理论,即认为一切物理现象都是粒子间的吸引或排斥的力学现象。 

安培通过实验证明,两根载流导体可以相互吸引或排斥。他将电流的这种力 

称为“电动力”,意即由电流产生的动力。他还用实验证明,两个螺线管如 

通有电流,它们将像两根磁棒那样产生相互作用。由此安培认为,磁体之所 

以会相互作用,即相互吸引或排斥,并不是因为它们具有什么磁性粒子,而 

是因为它们当中存在电流,一根磁棒中的电流作用于另一根磁棒中的电流, 

于是便产生了磁棒之间的吸引力或排斥力。安培认为,磁就是电流或运动中 

的电。在这个基础上,安培创立了他的超距电动力学。由于这个学说具有数 

学上的美及其内含的实体高度统一的优点,因此被很多物理学家接受,在欧 

洲大陆极为流行。然而不久,安培的学说也遇到了难题。1822年,安培的同 

事阿拉戈在用磁针振荡法测量大地磁场强度时,发现金属可以阻尼磁针的振 

荡,用现有的电磁学理论他无法解释这种现象。阿拉戈认为这是一个新的发 

现,于是就根据这个现象做了一个铜圆盘实验,以期引起人们的兴趣。他装 

置了一个可以旋转的铜圆盘,盘的正上方悬吊着一根磁针,当圆盘旋转时, 

磁针跟着旋转。对此,安培用他的超距论电动力学作了解释:当圆盘开始旋 

转后,它就分离出正、负两种电粒子,电粒子运动形成电流,这种电流与磁 

针中的分子电流相互作用便形成了磁针转动的动力。安培的理论好像能够说 

明圆盘旋转带动磁针转动的现象,但都无法解释为什么磁针先行转动而圆盘 

也能随之旋转的原因。 

     1831年,英国物理学家法拉第对安培的超距论电动力学提出了第一次批 

判。法拉第没有受各种特设的电和磁的实体的局限,大胆想象,探索电和磁 

的各种可能的关系。当时,许多人认为奥斯特发现的电流磁效应是所有电磁 

关系中的唯一的基本内容,但法拉第却不这样认为。他根据对称性这个普遍 

的自然法则断定,既然奥斯特发现的电流磁效应是客观存在的规律,那必须 

会存在与此相对应的逆效应,即磁感生电流的效应。法拉第认为,阿拉戈的 

实验正是体现了磁感生电流的效应。通过大量实验,法拉第认识到,在电流 

或磁体周围的空间存在着一种力的状态,这种力态一经改变或受到扰动,便 

能使处于这个空间的金属感生出电流。他据此圆满地解释了阿拉戈的实验: 

由于铜圆盘的运动扰动了磁针建立的空间稳定的力态,使它自身感生出电 

流,这种电流与磁针的相互作用便形成了带动磁针运动的力;如果磁针先运 

动,它产生的空间力态不断地变化,也使圆盘产生电流,从而带动圆盘旋转。 

在研究的基础上,法拉第总结出了电磁感应定律,达到了前人未有的认识。 

法拉第在处理电磁感应现象时已初步用到了场的概念;而缺乏对电流周围的 

空间——场的考虑,恰恰是安培理论的一个弱点。1837至1838年,法拉第 

在研究静电感应现象时,初步提出了场的概念。在以后的研究中,他又提出 

了电磁场理论。 

     法拉第电磁感应定律的发现,在信奉安培超距电动力学的欧洲大陆引起 

了极大震动,超距论者不得不对安培的理论作些修改,以便能够解释他们原 

来无法解释的现象。1845年,德国物理学家纽曼将安培分子电流假说推广到 

宏观电流的情况,并在此基础上总结出法拉第电磁感应定律,试图将超距论 

电动力学与法拉第的电磁学统一起来。第二年,德国的另一位物理学家韦伯 

提出一种假说,即认为导线中的电流是由正、负电粒子在两个方向上的运动 

构成的,并在牛顿引力公式基础上建立了韦伯电作用公式。韦伯认为,他的 

电动力学可以推导出安培电动力学推导不出的电磁感应现象,因此比安培的 


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理论具有更广泛的代表性。纽曼和韦伯的理论,被称为德国电动力学体系, 

是对安培理论的发展,因此在欧洲大陆风靡一时。但德国电动力学体系和安 

培的电动力学具有相同的弱点,仍然缺乏场的概念,没有考虑电磁场空间的 

作用。 

     在远离欧洲大陆的法拉第的祖国——英国,超距论电动力学在电磁学中 

渐趋势微,出现了电磁场论的电磁学派,做出这一巨大贡献的是英国伟大的 

数学家和物理学家麦克斯韦。法拉第的重大发现和电磁学理论,深深地吸引 

着麦克斯韦。尤其使他感到惊奇的是,法拉第虽然不是数学家,但他提出的 

电磁学概念含有丰富的数学思想。麦克斯韦决心用数学符号和公式将法拉第 

的场论思想总结出来,得到一种处理电磁场的动力学方法。法拉第的工作, 

成了麦克斯韦研究的出发点。麦克斯�
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