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蜘蛛最伟大的电磁学大师
jinkai719 2011-11-6 01:15
何为电磁? 就是那个网状物,人类费了千万个脑细胞,才搞出来的。回顾傅立叶大师,没有学明白数学,才敢于用正旋代替一切函数,早在一个世纪前,这个理论在数学上就被否定了,那个直线如何用波来替代呢?不符合归纳法啊! 我们整天的讨论来讨论去,傅立叶函数是真的假的呢?大家跟麻雀一样,你说完,我说,争来争取。。。。。 实干的蜘蛛哥,却在用自己的行动告诉人类什么是对的,什么是错的。 。。。。。 我们是人,是真正的高级生物,可是呢?为了鸡毛,忘记了西瓜。。。。。。 可叹,有人还把外国人当神看,神是什么? 我们该不该崇拜国外的那些大师? 大师,是干什么的?其实,是靶子,我们攻击的靶子, 没有争论,只有崇拜,那是什么? 那是迷信! 还是BBC上的老外物理学家说的在理:我提供一个新的理论,干什么呢?只是提供一个别人没有想到的可能性,它可能是错的,但是错的总比没有好! 我一直认为这样的人才是科学家!才是我们应该学习的对象,把理论看死了,其实还不如没有理论, 我遥想千年前的亚圣“ 尽信书,不如无书。 ——《孟子·尽心下》” 上了科学网,我好久不能梦到孟子了,呜呼,罢了,哀哉。。。。 我怎么有想到一句话“钱难挣,屎难吃”
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PIER《电磁学研究进展》SCI发文统计与投稿指南
热度 5 wanyuehua 2011-9-26 08:06
PIER《电磁学研究进展》SCI发文统计与投稿指南
Progress in Electromagnetics Research-PIER 《电磁学研究进展》 美国 ISSN: 1559-8985 , 1989 年创刊,全年 11 卷,网络期刊,美国( E M W PUBLISHING, PO BOX 425517, KENDALL SQUARE, CAMBRIDGE, MA 02142 USA )出版, SCI 、 EI 收录期刊, 入选 Web of Science 的 Science Citation Index Expanded ,目前在 SCI 数据库可以检索到该期刊 的 2005 年第 50 卷到 2011 年的第 118 卷共 1604 篇论文。 SCI 2007 年影响因子 3.320 , SCI 2008 年影响因子 4.735 , SCI 2009 年影响因子 3.763 , 2010 年影响因子 3.745 , 2010 年 5 年期影响因子 2.512 。 2010 年 JCR 电子工程排名第 6 位( 247 种)、 Q1 (一区),应用物理排名第 15 位( 116 种)、 Q1 (一区),电信排名第 2 位( 78 种)、 Q1 (一区)。 说明:影响因子的四分位区间是指将一个学科领域内所有期刊影响因子大小顺序排列后,将所有期刊分成四等份,从而形成四个区间并分别标记为 Q1 , Q2 , Q3 , Q4 。 该刊是 EI 收录期刊, EI 从 2007 年开始收录, EI 共收录了该刊 2007-2011 年 1193 篇论文。 SCI 收录该刊的 1604 篇文章包括学术论文 1601 篇、评论 3 篇等。 1604 篇文章的作者涉及 63 个国家与地区,主要国家与地区分布:中国 550 篇(其中台湾地区 95 篇),美国 216 篇,伊朗 124 篇,印度 84 篇,西班牙 75 篇,意大利 69 篇,马来西亚 65 篇,法国 61 篇,新加坡 58 篇等。 《电磁学研究进展》年发文量 1604 篇文章的作者单位涉及 834 个研究机构, 中国学者在 《电磁学研究进展》( Progress in Electromagnetics Research-PIER ) 发文排名第一, 在该刊发表论文最多的研究机构为西安电子科技大学( XIDIAN UNIV ) 101 篇、浙江大学( ZHEJIANG UNIV ) 79 篇、电子科技大学( UNIV ELECT SCI TECHNOL CHINA ) 73 篇、伊朗科技大学( IRAN UNIV SCI TECHNOL ) 32 篇、麻省理工学院( MIT ) 38 篇、新加坡南洋理工大学( NANYANG TECHNOL UNIV ) 31 篇。 中国学者 在 《电磁学研究进展》年发文量 1604 篇文章共被引用 11086 次(其中 2007 年被引用 1234 次、 2008 年被引用 2905 次、 2009 年被引用 2137 次, 2010 年被引用 2318 次, 2011 年被引用 2141 次),平均引用 6.91 次,年均引用次数 1385.75 , H 指数为 33 (有 33 篇文章每篇最少被引用 33 次以上)。 中国学者在《电磁学研究进展》( Progress in Electromagnetics Research-PIER ) 上发文 455 篇共被引用 3163 次(其中 2007 年被引用 183 次、 2008 年被引用 735 次、 2009 年被引用 663 次、 2010 年被引用 795 次、 2011 年被引用 729 次),平均引用 6.95 次,年均引用次数 451.86 , H 指数为 25 (有 25 篇文章每篇最少被引用 25 次以上)。 美国学者在《电磁学研究进展》( Progress in Electromagnetics Research-PIER ) 上发文 216 篇共被引用 1948 次(其中 2007 年被引用 308 次、 2008 年被引用 483 次、 2009 年被引用 347 次、 2010 年被引用 372 次、 2011 年被引用 304 次),平均引用 9.02 次,年均引用次数 243.50 , H 指数为 22 (有 22 篇文章每篇最少被引用 22 次以上)。 《电磁学研究进展》( Progress in Electromagnetics Research-PIER )投稿指南: 该刊是本网络期刊(不出印刷板),免费提供读者下载阅读,主要刊登有关电磁学的研究论文、评论。该刊对稿件页数限制,超 16 页的每页 75 美金, 3 个同行评审。该刊年发文量 250 篇, 中国作者投稿较多,从 2007 年开始中国学者发文增长较快, 2008 年中国大陆学者发文达到 100 多篇,现年均录用中国大陆学者稿件 80 多篇。 网址: http://www.jpier.org/PIER/ 主编: Editor in Chief: Prof. Weng Cho CHEW Faculty of Engineering , The University of Hong Kong , Pokfulam Road , Hong Kong , Tel: (852) 2859 2800 , Fax: (852) 2546 9142 , email: chew@jpier.org 作者指南: http://www.jpier.org/PIER/authors.php 在线投稿: http://www.jpier.org/PIER/on_line/index.php 该刊在 SCI 数据库被引最多的 5 篇论文: 1. 标题 : A compact microstrip square-ring slot antenna for UWB applications 作者 : Sadat S.; Fardis M.; Geran F.; 等 . 来源出版物 : PROGRESS IN ELECTROMAGNETICS RESEARCH-PIER 卷 : 67 页 : 173-179 DOI: 10.2528/PIER06082901 出版年 : 2007 被引频次 : 76 ( 来自 Web of Science) 2. 标题 : Solution of an integro-differential equation arising in oscillating magnetic fields using He's homotopy perturbation method 作者 : Dehghan M.; Shakeri F. 来源出版物 : PROGRESS IN ELECTROMAGNETICS RESEARCH-PIER 卷 : 78 页 : 361-376 DOI: 10.2528/PIER07090403 出版年 : 2008 被引频次 : 73 ( 来自 Web of Science) 3. 标题 : A study of using metamaterials as antenna substrate to enhance gain 作者 : Wu B. -I.; Wang W.; Pacheco J.; 等 . 来源出版物 : PROGRESS IN ELECTROMAGNETICS RESEARCH-PIER 卷 : 51 页 : 295-328 DOI: 10.2528/PIER04070701 出版年 : 2005 被引频次 : 71 ( 来自 Web of Science) 4. 标题 : A modified microstrip-fed two-step tapered monopole antenna for UWB and WLAN applications 作者 : Zaker R.; Ghobadi Ch.; Nourinia J. 来源出版物 : PROGRESS IN ELECTROMAGNETICS RESEARCH-PIER 卷 : 77 页 : 137-148 DOI: 10.2528/PIER07080701 出版年 : 2007 被引频次 : 63 ( 来自 Web of Science) 5. 标题 : Design of a microstrip square-ring slot antenna filled by an H-shape slot for UWB applications 作者 : Sadat S.; Houshmand M.; Roshandel M. 来源出版物 : PROGRESS IN ELECTROMAGNETICS RESEARCH-PIER 卷 : 70 页 : 191-198 DOI: 10.2528/PIER07012002 出版年 : 2007 被引频次 : 62 ( 来自 Web of Science) 中国学者以通讯作者在该刊发表论文被引最多的 3 篇论文: 1. 标题 : Two novel band-notched UWB slot antennas fed by microstrip line 作者 : Zhang G. -M.; Hong J. -S.; Wang B. -Z. 来源出版物 : PROGRESS IN ELECTROMAGNETICS RESEARCH-PIER 卷 : 78 页 : 209-218 DOI: 10.2528/PIER07091201 出版年 : 2008 被引频次 : 55 ( 来自 Web of Science) Zhang, GM ( 通讯作者 ),Univ Elect Sci Technol China, Inst Appl Phys, Chengdu 610054, Peoples R China 2. 标题 : Design of novel dual-band bandpass filter with microstrip meander-loop resonator and CSRR DGS 作者 : Wu G. -L.; Mu W.; Dai X. -W.; 等 . 来源出版物 : PROGRESS IN ELECTROMAGNETICS RESEARCH-PIER 卷 : 78 页 : 17-24 DOI: 10.2528/PIER07090301 出版年 : 2008 被引频次 : 49 ( 来自 Web of Science) Wu, GL ( 通讯作者 ),Xidian Univ, Natl Key Lab Antennas Microwave Technol, Xian 710071, Peoples R China 3. 标题 : A broadband CPW-fed T-shape slot antenna 作者 : Jiao J.-J.; Zhao G.; Zhang F.-S.; 等 . 来源出版物 : PROGRESS IN ELECTROMAGNETICS RESEARCH-PIER 卷 : 76 页 : 237-242 DOI: 10.2528/PIER07070904 出版年 : 2007 被引频次 : 48 ( 来自 Web of Science) Jiao, JJ ( 通讯作者 ),Xidian Univ, Natl Lab Antennas Microwave Technol, Xian 710071, Peoples R China
个人分类: 中国学者发文较多的期刊|24009 次阅读|5 个评论
一种分子层次的横波状态的发现
热度 1 zhaodeyu 2011-9-17 13:52
  声音大家都知道,它是纵波,是空气分子在传播方向上的疏密振动。可大家知道不知道,其实还存在一种分子的横波状态,它和纵波的不同就在于空气分子在压缩的过程中出现了有序的涡漩。不过这种涡漩并不稳定,它迅速就会走向解体,并释放能量,而这些能量又会引起分子的另一个反方向的涡漩,以此类推,能量就通过这种分子的有序和无序变换在空间中传递。   当然,这种分子的横波状态并不常见,它主要出现抗磁性的物体之中,如金、银、铜、玉、空气分子、水等。什么是磁?其实它就是分子的组织产生的一定方向的能量,这种组织在电磁学中叫磁畴,所谓的抗磁性其实就是分子在反抗周围能量的作用中组织起来,产生一个与外在能量相对抗的分子集合,如果外在能量消失了,它还不消失,就成了永磁性的东西了,如磁铁。不过,在抗磁性物体中,这种能量很快就会消失的,因为这种分子秩序在特定条件下产生的,没有了它存在的条件,它就会离散开来并向外释放能量。需要指出的是,如果这种能量释放到抗磁性物体中,就会出现一种特殊的现象,那就是分子的横波状态,即通过分子的组织与离散向周围释放能量。   很多人都知道水是横波,可绝大多数人并不知道它横波的根本。原来,水分子在水中并不是孤立存在的,而是成团存在的,特别是在含有无机离子的水中,这些无机离子都会根据它们的带电性吸引大量水分子在它周围形成一个暂态的有序结构,不过这种结构是由氢键连接的,它并不稳定,一定有外在能量的作用,水中就会产生大量自由氢质子,它就会迅速破坏这个有序结构使之离散并释放能量,而这些释放的能量又会引起周围水分子的重新组织,以此类推,一种特殊的能量传递方式出现了,那就是通过自由氢质子在水分子链上的快速递进,依赖包络在无机离子周围的有序水层的周期组织与离散传递能量。而水的横波性质就是由水分子的暂态组织表现出来的。生物之所以能够称之为生物,就是因为水中有这么一种特殊的能量传递方式,这使生物表现出了一种与众不同的生命力。   不少人一直惊奇,为什么金银可以作为货币?其实它有着特定的内在价值,这就是保健。原因很简单,当空气分子磨擦它的表面的时候,它就会产生一种特殊的能量,这就是分子的有序和无序变换,这种能量能够被生物的组织液强烈吸收,从而影响生物的新陈代谢。形成这种能量的还有其它抗磁性物体,如空气分子,当它经过曲面物质的时候,也会产生这种能量,特别是在水中,这种能量是天然存在的,因为引力和电磁力都会激发水分子中的一个氢原子从中游离出来,成为一个自由氢质子,这个自由氢质子又会作用于另外一个水分子,并把这个水分子中的氢原子置换出来,以此类推,这种能量的能量形式就出现了。更为值得一提的是,这种能量还有一种类似激光的存在方式,在特定条件下,它可以形成一种高强度、高方向性、高能量的生物波,进而产生一系列令人意想不到的物质现象。至于什么现象,去想想那些至今还不可理解的神秘现象就知道了,如海上神秘失踪事件,人体的某些特殊功能,甚至中国的风水现象。   作为一个科学家,是不能对神秘现象寄予神秘主义的解释的,因为在这个世界,一切物质现象都是遵循着自然规则的,我们无法认识这些现象,是因为我们还没有发现这些规则,如果我们用心去发现了,你就会知道,自然是没有神秘现象的。
个人分类: 自然科学|75 次阅读|2 个评论
[转载]李政道被逃课
热度 2 Fangjinqin 2011-8-11 10:49
李政道被逃课 清华校友网发布日期:2011-07-07   抗日期间,清华与北大、南开大学一道迁至昆明,合并成西南联大。转学西南联大的李政道选修了叶企孙的电磁学课,虽然叶老师讲课深入浅出,幽默有趣,还吸引了不少外系的学生,但李政道却只顾低头看书。   这学生又不缺课,来听课了,却又不认真。叶企孙脾气修养好,从不责骂学生,只是有意或无意地提问李政道,李政道从来都对答如流。一次下课,叶企孙特意来到李政道身边,问李政道在看什么书呢?李政道一时满脸通红,尴尬万分,只好把书给叶老师看,等着老师的责骂。叶企孙翻到封面,此书原来是李政道从图书馆借来的电磁学高级教程。   “你能看懂这本教材吗?”叶企孙和颜悦色地问。   “能,快看完了。”李政道怯怯地回答。   “既然都能看懂这本书,还来听我的课不是浪费时间吗?”叶企孙仿佛在问李政道,也仿佛在问自己。   李政道不知如何回答才好,低头不语,只是愣愣地站着。当时是个师道尊严的时代,怎么能不认真听老师的课呢?何况听课是学生的天职。   还是叶企孙打破了沉默,依然微笑地说:“以后再有我的课,你可以不来听了,我批准你免课。但实验你必须做,绝对不许缺课!”   李政道就再也没听过电磁学课,独个儿在图书馆研读一些专家的著作。叶企孙为了检验教学效果,特意组织了一次考试。李政道一气呵成答完了试卷,并第一个交了试卷,心想不得满分,也应该接近满分。考试成绩出来了,李政道只有 83 分。   他拿着试卷,心想总不止那么少分吧,但也不敢去问老师。然而叶企孙却主动找到李政道,说:“也许你不理解为何只给你 83 分。你的理论成绩几乎得了满分,但实验成绩拖了总分的后腿。如果实验不行,理论分数永远不可能得满分!”   从此,李政道总是通过实验来验证理论,把理论和实践完美地结合起来,这极大增强了他的思维能力,激发了他对物理的兴趣和天才,以至于一些高年级学生遇到不懂的问题都来请教他。    1946 年刚过春节,政府选派数理化三方面的优秀研究生去美国深造,于是叶企孙力排众议推荐了最具天才的李政道。要知道,彼时的李政道还是二年级学生,没满 20 岁。而叶企孙破格推荐如此年少之人赴美,一时引起各方争议,轰动了西南联大,后来也成了西南联大的佳话。   仅仅 11 年之后,时年 31 岁的李政道和师兄杨振宁一道便在美国因发现弱作用中宇称不守恒而获得诺贝尔物理学奖,是华人首次荣获诺贝尔奖。   李政道成为一代国际物理大师,固然有其天资聪颖,在他成长中受到了很多前辈的关怀,但他最难忘的就是在西南联大被逃课的经历,是叶企孙的因材施教和不拘一格,激励着他抛弃了形式主义,不去浪费无谓的精力,聚精会神直逼事物的本质,才有了后来的成就。 (彭龙富) 转自 羊城晚报 2011 年 7 月 1 日
个人分类: 人物素描|2013 次阅读|2 个评论
矢势 VS 场强 哪个更“自然”更“基本”?
热度 2 wangxiong868 2011-5-30 10:27
真是有意思,结合我最近的学习,现在越来越觉得之前意义不明显的矢势,反而是更基本和自然的 不禁让我想起,《红楼梦》第一回太虚幻境里有副对联:“ 假作真时真亦假 ,无为有处有还无”。 事物真是如此的辩证哈哈 在 电磁学 里, 磁矢势 ( magnetic vector potential )通常标记为 。磁矢势的 旋度 是 磁场 ,以方程表示 ; 其中, 是磁场。 直观而言,磁矢势似乎不及磁场来得“自然”、“基本”,而在一般电磁学教科书亦多以磁场来定义磁矢势。以前,很多学者认为磁矢势并没有实际意义,只是人为的 物理量 ,除了方便计算以外,别无其它用途 。但是, 詹姆斯·麦克斯韦 颇不以为然,他认为磁矢势可以诠释为“每单位电荷储存动量”,就好像 电势 被诠释为“每单位电荷储存能量” 。相关论述, 稍后 会有更详尽解释。 磁矢势并不是唯一定义的;其数值是相对的,相对于某设定数值。因此,学者会疑问到底储存了多少动量?不论如何,磁矢势确实具有实际意义。尤其是在 量子力学 里,于1959年, 阿哈诺夫-波姆效应 阐明,假设一个带电粒子移动经过某零电场、零磁场、非零磁矢势场区域,则此带电粒子的 波函数 相位 会有所改变,因而导致可观测到的 干涉 现象 。现在,越来越多学者认为电势和磁矢势比电场和磁场更基本 。不单如此,有学者认为,甚至在 经典电磁学 里,磁矢势也具有明确的意义和直接的测量值 。 磁矢势与 电势 可以共同用来设定 电场 与磁场。许多 电磁学 的方程可以以电场与磁场写出,或者以磁矢势与电势写出。较高深的理论,像量子力学理论,喜好使用的是磁矢势与电势,而不是电场与磁场。因为,在这些学术领域里所使用的 拉格朗日量 或 哈密顿量 ,都是以 磁矢势 与 电势 表达,而不是以电场与磁场表达。
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流体力学 电磁学 有多少相通之处?
热度 2 colbertli 2011-5-19 17:36
我只是个不合格的学生,但是想在这里发表一点点个人的看法。 或许,这些已经有人证明了是错的;也或许,还没有人仔细的考虑过这些…… 至少,有可能是在他知识范围内不行所以就否定、放弃了!或许有一天,有大牛豁然开朗,发现我的帖子有点启发意义! 我不知道为何会产生“引力场”与“电磁场”进行统一的想法,这方面的书籍没有看过,但是我觉得电磁学、流体力学之间或许存在一些相通之处! 在看一本空气动力学书得时候,发现了镜像法, 而对于静电学同样存在,相似的处理、相似的源,同样的场表达式…… 这让我惊叹于世界的奇妙! 点源、涡的流场与电磁学的相似不? 基于此,我就想起了目前很热的“隐身衣”材料,同样可以使得电磁场按照预期的轨迹通过,而不会发生穿越某一区域的现象。 是的,流体中的流线的形状是否可以等价的表示电磁线? 对于流体无法穿越的固体,是否可以作为被“隐身衣”保护的区域? 在电磁学中存在一个新坐标 DBK, 基于此,或许可以建立与流体中的流函数、势函数相似的表达式,不过其物理意义我没有仔细想过…… 这,只是一时的直观猜测! 马上毕业了,未来也不确定…… 以我愚钝的反应估计此生再无暇考虑这些了。 写在这里,权当一种祭奠:我自由、快乐、悲伤、惊奇的研究生生活!
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对待物理学进步的正确态度
热度 4 wliming 2011-5-11 18:26
和黄秀清的争论也不会有结果,他固执地认为,量子力学的波函数缺乏物理实在是错的。我感到,这个问题涉及到一个普遍性的态度:如何对待物理学的进步。 物理学是在实践中逐步建立起来的,是在错误中不断修正而发展的。物理学的每一步都经历了大量的实践检验和逻辑论证。但是, 物理学不是数学,不是严格证明出来的 。这是关键。物理学每前进一步,都或多或少地留下新的未知数。从一粒沙子到天体,牛顿力学取得了巨大的成功,但是,牛顿力学无法解释电磁现象;于是,人类有了电磁学,解释了电磁场和光;但是,电磁学留下了光的粒子性这个大难题;接着,量子力学出现了,解释了光的粒子性,但又留下了波函数这些不可观测量;到了量子场论,又留下了更多的问题,比如希格斯粒子,引力量子化等等。所以,物理学的每前进一步,都不是彻底的,都只是一小步。我们显然不能因为这每一步留下的问题而否定这些进步。 对待这些问题,我们应该具有的正确态度是,寻找这些问题背后隐藏的更深层次的规律,而不是简单地否定它。总是有人喜欢“倒行逆施”(非政治术语,仅取字面意思),企图用低级(非贬义)的物理学解释高级的物理学,比如用牛顿力学解释量子力学,用电磁学解释量子场论,等等。这些行为都不可能有好结果。 特别是,我不久前指出过,科学从来就不是什么“真理”,“真理”也从来不是科学的词汇。这事曾经把北大退休生物学教授崔克明吓了个半死,他找遍各门科学教材,中文的英文的,也没发现“真理”“truth” “gospol”等词汇。 “真理”是胡说八道的哲学创造出来的。黄秀清之所以糊涂,很可能是在“真理”这个问题上中了邪。
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与电磁学大师-Weng Cho Chew face to face
david2000abc 2011-4-23 18:57
昨天Weng Cho Chew 教授应邀到我们学校做学术报告,上午安排跟博士生做个面对面的交流。相信做CEM的人都会知道Weng Cho Chew 教授,以前刚读研的时候就发现怎么经常会读到这个人的文献,并且都是很经典的论文。每次看完论文都会看看他下面的简介,他培养的博士生应该都有不少是Fellow IEEE,或者是一些领域的青年才俊。 他一身深色的西装,领带扎德很整齐,一副眼镜,给人一副很严谨的样子,觉得比照片上看起来瘦一点。一开始很紧张,面对大师,不免有些拘谨,但是随着讨论的深入,就发现他人很和蔼,并且对我们问的工作都很懂包括其中的细节。他喜欢在黑板上给你画图演示,一目了然。整个讨论的过程很愉快。我问了三个问题: 1, 现有理论的不断完善,革命性的创新很难再出现,面对计算机发展的挑战,CEM的哪些未来工作会有意义? 2, 矩量法和有限元,时域有限差分技术在处理MMICs,MEMs,Packake...等问题的优势和弱势? 3, 现有的积分类快速方法:MLFMA,FFT-based method, Matrix compression method,哪个综合优势会好些? 第一个问题的回答:现在CEM理论已经很完备,新的方法提出比较困难。再超高频还有一些工作需要做,用数值方法解决实际电大目标的电磁特性。还有就是应用现在的方法去解决其他领域的问题(比如光辐射方面)。 第二个问题和第三个问题就和大家平时看到的introduction差不多了。 http://baike.baidu.com/view/3766474.htm#sub3766474
个人分类: 科学交流|10532 次阅读|0 个评论
科学网情感——感激与期望
热度 6 jmluo0922 2011-4-14 15:17
科学网——全球华人的科学社区。 在科学网中对于科学问题激烈争辩很少出现,学术的是非的问题常遭冷落。而“说书”、“唱戏”、“耍猴戏”,“比武”、“卖艺”、“斗口气”的博文却十分畅销和热闹。这点虽然令我有点失望,但并不降低我对科学网的感激之情。 去年1月开通博客至今,我在科学网上共发表了29篇博文,内容仅涉及物质结构、时空、观点与方法三个方面,目的只在于交流和宣传自己的学术观点和看法。但从目前情况来看,博文的总访问量没有达到4万,没有一篇被“精选”,只有少数文章在物理圈内被有条件地“推荐”,这点让我有点灰心,但也没有妨碍我对科学网的感激之情。 这是因为正是有了像科学网这样的网站,为广大科研工作提供了发表自己观点的机会,我的观点(不管是正确与否、科学与否、你赞同与否),只要不违背科学网的章程,都能与广大网友见面。我非常感谢科学网在学术问题上的包容。 关于氢原子电磁学问题的个人学术观点,首先在科学网以博文的形式公开的,这是我个人在多次投稿被非技术性原因拒绝之后的无耐之举。一段时间内该博文在科学网上没有什么反响,但令我意想不到的是GOOGLE搜索引擎作出了积极且正面响应,博文中的附件英文手稿,可以通过其网页和学术搜索功能检索,并且给出了专门的条目“Interpretation about quantum”。一篇并未正式发表的手稿能进入google的学术搜索,这让我感到了莫大的鼓励。之后,我满怀信心地在美国SFN上开通博客,与该网的物理学家就有关问题进行了激烈的讨论。目前ASK.com等影响力较强的国际性网站,在涉及Hydrogen atom, Hydrogen atom model, electromagnetic wave theory 等问题时,出现了我的博文的链接或正面的引用。另外,采用goole进行“量子的解释”检索,相关结果有6,000,000多条,我个人关于量子的解释的系列博文占据在结果的前列,这是令我感到安慰和鼓舞的。这点我也要特别感激科学网! 另外,通过科学网我认识了赵国求教授、高山、陈方培教授等真正致力于科学研究和知识普及的学者,间接地认识了桂起权教授、张涛教授等热心科学探索的研究人员和专家,两次参加在武汉举办的专题研讨会,让我受益匪浅,也交流了我的学术论文。科学网也帮助我找到了师兄鲍德海和谢柏松教授。 最后,我要表达我对科学网的一点小期望:在我的心目中,科学网是我们国家科学界的门户网站,希望她变得更加专业一点,少一点民间“庙会”、自由市场的习气、多一点学术的氛围,因为我们在网上的言行和举止通过网络面向全球,它表达了您的个人愿望的同时,也向世人呈现了一个国家、一个民族“最优秀”群体的各方面修养。 好了,希望每一位网友利用科学网平台,充分展示您的个人才华。
个人分类: 杂谈|3803 次阅读|14 个评论
《科学世界》与电磁知识的传播
kexuechuanbo 2011-2-25 22:35
《科学世界》是中国人自办较早的综合性自然科学月刊之一。清光绪二十九年三月初一日 (1903 年 3 月 29 日 ) 创刊于上海。上海科学仪器馆编辑部编辑出版,图书部发行,上海英租界南四川路的中西印书局活版部铅印。 虞和钦在论及物理学时,指出:“世界皆物也,积物以成物,积物物以成世界,故物者,有至大至广之范围,无穷无量之观念,不以形迹拘,不以大小判,有浑圆之地球物,迷漫之大气物,纤细之微菌物,辉曜昼夜之日月物,蔓衍水陆之动植物。是故,盈天地皆物,绕吾人皆物。极之无声无臭之端,达至不闻不见之候,靡不有物者存焉。然则有大至广无限无量之物,即有至大至广无限无量之现象,亦即有至大至广无限无量之原理” 。这个“原理”,“其理何归,厥惟理科”,具体就是理科之一的“物之理”,就是“物理学”。“天下有无物之处乎?曰有,无物之处其名真空,真空无物,故无理。反是则有物,且有物物,物与物处争竞亟矣,而争竞之结果即视乎明物理” 。 其物理学内容侧重于对电磁学的报道。 1903 年 9 期聂云台(其杰 1880 — 1953 )来稿《罗其氏与妙赫氏之无线电信新发明》附图详细报道了罗其氏与妙赫氏继马可尼之后有关无线电信机中黏接器( Coherer )的发明,以及美国人赛尼氏发明的无线电信简易黏接器,以及聂云台的附图《干电瓶制造法》。能注意到如此细小、具体的制造技术,足见这位大实业家青年时代技术发明实践的丰富多彩。涉及电磁学的还有第 6 期有《无线电信发明者马哥尼肖像》《电气大王爱提森传》《电信发明之历史及其发达》《物质不灭之简易实验》等。 王本祥的《电信发明之历史及其发达》从 1828 年 5 月 24 日莫尔斯首次电报传输( What hrth god wroght? )试验谈起,然后表明这一伟大发明是在很多电磁学发明的基础上形成的。由此倒叙,历述 1790 年伽伐尼发明电池、 1828 年韦伯长距离通电试验、 1828 年亨利发明和 1831 年电信机所用的电磁石鸣铃、 1832 年莫尔斯在船中偶然发明的原始电报接收机(附图)、 1837 年地球体通电试验、 1853 年二重电报机的发明、 1874 年爱迪生四重电报机的发明、 1840 年电传笔迹和地图绘画技术的发明、 1846 年电报信息可印刷于纸技术的发明、 1881 年奔驰中汽车用感应电流式移动电话的发明(附图),止于马可尼无线电报的发明。王本祥还给出了 1893 年时全世界的“神经中枢”——电信机,约有 1 021 832 所,仅陆地上的“神经”长度即达 2 989 803 哩,“殆为地球周围之百二十倍” 。 王本祥的《十九世纪以前电气学略史》实为电磁学史。王本祥认为:“电气学者,实验之科学也。今欲究其应用之原理,阐其供给之途径,舍审其发明之基础,考其沿革之历史,又安可得也”,并将其历史追溯至荷马时代“琥珀引针”现象的发现 。其文主要涉及莱顿瓶、伽伐尼电池、同性相斥、异性相吸、 1.2 万尺电线通电试验、传导金属、尖端放电、富兰克林的避电柱、纸鸢引电等。 《科学世界》 1903 年第 11-12 期合刊还载有科学仪器馆新版“英国薄登氏著,衡山聂其杰新译的《无限电信及赫氏电浪》。其“原书论理浅显,释器详明,为英文最佳之本。译者为电学专家,于无限电信法皆经实验,故能发挥精透,词达旨显。其间有不易索解者,复为增图注释,使素不通电学者,皆能循理创法,按图制器,即不难以平常之器料,自制器械,试验其法” 。这其中的聂其杰确有其人,字云台,生于清光绪六年( 1880 ),湖南衡阳人,为清光绪间苏、浙、皖巡抚聂缉槼和曾国藩女曾纪芬之三子。 1893 年考取秀才,此后虽外国人学英语、电气、化学、工程等,并赴美留学。 1908 年任恒新纺织局总经理, 1912 年率先将蒸汽机改为电动机。 1916 年任中华纱厂董事长兼总经理。 1917 年任中华职业教育社总干事,另曾与姚锡舟、王正廷、张謇、孔祥熙等创办多个大型企业,曾任上海总商会会长和全国纱厂联合会副会长。著有《保富法》《荆林聂氏续修族谱》(民国五年铅印本)、《德育古鉴》(民国十八年重刊)、《保富法》(民国三十一年撰成)等。 科学仪器馆还出版有森山《物理学教科书》、酒井《物理学教科书》。杜亚泉在《物理学计算题》一文中还摘录了中村清二所著《物理学教科书》中的一些理论计算内容。其中涉及求质量密度、求相对运动速度、求地心引力、求加速度、求气体压力、求流体速度等 。在《日本中学校物理学科教授要旨及细目》,详细译介了 1902 年日本文部省颁布的物理学教科大纲,开设有: 27 学时力学(包括总论、运动、运动之定理、由重力而起之运动、工程与储蓄力、运动刚体之力); 24 学时物性论(包括总论、分子构造说、固体、液体、浮体之平均、气体); 8 学时音响学(包括声浪、乐音、振动体); 22 学时热学(包括温度、涨大、变态、热量、热与储蓄力、热之传播); 22 学时光学(包括直进、反射、曲折、光学器具、分列、放射); 5 学时磁气学(包括磁石、地球磁气); 13 学时静电气学(包括通性、发电机、聚电器、空中电气); 24 学时动电气学(包括电流、欧姆之定律、电气分解、电磁作用、感应、热作用)等 8 门 145 学时的物理学课程。其大纲要求:“中学校物理学专以通晓自然界之现象,并现象相互关系为主,使生徒思想顺序发达,傍及发生上及生业上必要之知识”;“不可据理论上顺序教授”,“理论上少涉于复杂”,“大抵以实验上得证明而止”,“而其实验又不止单由书籍及黑板上说明等,必宜实地实验,若能使生徒自行之更佳” 。为什么要重实验而轻理论呢?其大纲指出:“考我邦(指日本)古来历史,专重形而上之学问,而于自然科学之感念甚为缺乏,故至今日以科学上智识教授生徒”。为此,要求“宜预备物理学应用之件,如器械药品等,设特别教室,另置一人司之”。然而,也不是完全放弃理论基础的教学,也因为“物理学处处要立体几何之思想并定理,故生徒有未习立体几何者,当随时与以思想,又必宜证明其定理” 。实际上,岂仅仅是日本如此,文化同源的中国于此更为严重,故这一突出物理学为实验科学的大纲对晚清中国的物理学教育,以至整个科学教育都有借鉴意义。
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【水煮物理】(23):化作单位永流传
热度 2 Penrose 2010-12-20 23:11
物理光年玄月蚀日,物理学家小朋友们在 Delta星球玩捉迷藏游戏。爱因斯坦小朋友蒙上眼睛喊道:一、二、三 ,其他物理学家小朋友赶紧各自找个黑洞躲了起来。等他一睁眼,却发现牛顿小朋友正若无其事地看着他。抓到你了,我抓到牛顿了!爱因斯坦憨厚地笑了。狡黠的牛顿却辩解道:不,你抓的不是牛顿,而是帕斯卡!他指向脚下那块一平米见方的木板,因为一个牛顿站在一平方米上就等于一个帕斯卡。爱因斯坦小朋友很无辜,只好悻悻钻进时空飞车去找帕斯卡做他的接替人了。以上故事纯属虚构,如有雷同,皆属波函数坍缩所致。牛顿在故事中诡辩的奥秘在于:牛顿和帕斯卡即是人名,也是物理单位名。牛顿本人当然不能变身为帕斯卡,但一牛顿力和一平方米面积相除就可以得到一帕斯卡压强,这就是用人名做单位的有趣之处。科学史上,有很多用人名命名的公式、定理、单位、材料、天体、生物体和元素名称等等。物理学中也会用人名作为单位以纪念该科学家伟大贡献,这种情况在电磁学领域最为盛行,下面我们就来翻阅一下这些化作物理单位的物理学家们。 库仑( Charlse Coulomb,1736~1806,法国物理学家) 。 库仑对电磁学最大的贡献在于静电力和静磁力的精确测量。他发明了库仑扭秤用于测量静电力,用一根细如头发丝的金属丝线悬吊测量金属球,细丝的扭力矩将和扭转角度成比例关系,通过测量不同电荷在不同距离下相互作用时细丝的扭转角度就可以比较电荷作用力的大小。据此,库仑总结出了静电相互作用定律也即库仑定律:真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比,和它们距离的平方成反比,作用力的方向沿着这两个点电荷的连线 ,同种名电荷相斥,异种电荷相吸(异种电荷相互作用关系是通过电摆实验确定的)。后来,库仑还将静电力公式推广到磁相互作用,描述了两个磁极之间的相互作用形式。库仑定律是经典电磁学的基础,为电磁场理论的建立开拓了道路。库仑在科学上的贡献不仅局限于静电磁学方面,他还在工程力学做出了杰出的工作。库仑出身在一个富庶家庭,毕业于巴黎军事工程学院并在西印度马提尼克皇家工程公司工作了八年,然后到部队服役。在军队里,库仑做了许多关于建筑力学方面的研究,他提出了计算物体应力和应力分布的方法。库仑还对摩擦力进行了研究,提出了有关润滑剂的理论,表述出摩擦定律、滚动定律和滑动定律。为了纪念库仑的伟大贡献,人们将电量的单位称为库仑,符号为C,1库仑=1安培 秒。 伏特( Alessandro Volta,1745~1827,意大利物理学家) 。 伏特出身于一个富有的天主教家庭,从小就过着悠闲舒适的生活,他对诗歌和自然科学同样具有浓厚的兴趣。年青时的伏特就喜欢做一些科学实验,并经常和当时知名的科学家写信交流思想。伏特的第一个重要发明是静电起电盘把一块导电板放在一个树脂圆盘上端,然后用一个绝缘柄与金属板接触,使它接地,再把它举起来,通过摩擦起电就把金属板充电到高电势,这个方法可以用来使莱顿瓶持续不断地充电。他还据此设计了一种相对静电计用于测量电势差。凭借静电盘的发明, 29岁的伏特成为了科莫皇家学校教授,并在1779年起任帕维亚大学物理学教授。随后伏特开始在瑞士等欧洲各国游历,拜访了伏尔泰、拉普拉斯和拉瓦锡等人。1791年伽伐尼实验发现静电会使青蛙的肌肉发生收缩,伏特对此问题进行了深入研究。他发现不同的金属之间相互接触会出现电势差,而金属和液体(电解质)之间接触则没有电势差,于是他把泡在电解质液中的不同金属板堆积获得了较高的电势差,这个电堆能够持续产生很强的电流。这便是人类历史上第一个电池伏特电堆(又称伏打电堆),正是有了电堆提供的持续电源才使得后期的电学研究顺利进行。在电学研究以外,伏特还发现过沼气并制作了沼气灯。虽然出身天主教家庭,但伏特却和一个歌女同居多年而在五十岁左右和另一个女人结了婚。伏特在巴黎时候在拿破仑面前表演了神奇的电堆,拿破仑非常赏识他并赐予他金质奖章,甚至到他要求退休时,拿破仑没有同意反而授予他伯爵称号并赏赐更多的荣誉和金钱。然而,拿破仑的倒台对伏特的生活并没有多大的影响,因为他只关心自己的科学研究而对政治漠然的态度赢得了大家的尊敬。1827年,隐居八年之久的伏特在别墅去世,为纪念他在电学上的成就,人们将电动势的单位取名为伏特,符号为V。 安培( Andr -Marie Amp re , 1775~1836,法国物理学和化学家) 。 安培出生于富商家庭,他父亲深受卢梭教育理论的影响,从小就给他设立了一个私人图书馆,记忆力超群、数学天赋出众的安培也因此得到了非常优秀的教育。从中学教师到大学教授,到帝国大学总监,再到法国科学院院士,安培的学术之路可谓顺风顺水。也正是如此,安培在自然科学方面做出了一系列贡献。1820年,奥斯特发现电流使得磁针偏转,激起了物理学界关于电和磁关系问题研究的热潮。安培在得知奥斯特实验结果后第一时间重复了奥斯特的实验,并更加深入地研究了电流和磁、电流和电流之间的相互作用。他明确指出磁针偏转方向和电流方向关系符合右手定则,两条互不接触的平行载流导线之间存相互作用。安培总结了两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系,后来人们称之为安培定律。安培还发现电流在线圈中流动的时候表现出的磁性并制出了第一个螺线管,在此基础上发明了度量电流的电流计。安培并不满足这些实验研究成果,而是更进一步提出了分子电流假说。他认为磁体的分子周围存在环形的分子电流,使得磁体分子像一个个小磁极,磁极的有序排列使得磁体整体呈现磁性。在当时人们还不认识原子内部结构的情况下,安培的分子电流假说是非常有前瞻性的,也为后来人们对磁性起源的认识提供了一些线索(电子的磁性来自于轨道磁矩和自旋磁矩,材料的磁性主要是电子磁矩的有序排列形成的)。安培除了电学上的伟大成就,他还研究过概率论和积分偏微分方程等高深的数学问题,他几乎和戴维同时发现氯和碘,比阿伏伽德罗晚三年但独立导出了阿伏伽德罗定律,论证过恒温下体积和压强的关系,还试图寻找各类元素分类和排序的规律。安培的逸闻趣事也有不少,有一次安培在塞纳河边他边走路边思考问题,沿途拣鹅卵石并扔出去玩,然而等到了学校却发现兜里的怀表变成了鹅卵石,原来怀表被不幸扔进了塞纳河;又有一次,他在逛街途中想起了一个科学问题,于是拿起随身的粉笔就在街头的一块黑板上演算起来,没想到黑板开始动了并越跑越远,安培却拿着粉笔满大街追起了黑板,直到实在追不上了才停下,原来黑板是一辆马车的车厢后板。1836年安培在法国马赛逝世,享年61岁。为纪念安培在电学上的巨大贡献,人们将电流强度的单位取为安培,符号为A。   奥斯特( Hans Oersted,1777~1851,丹麦物理学家) 。 如果非要在电磁学领域找第一人的话,那就非奥斯特莫属。 1820年,奥斯特发现电流磁效应并发表《论磁针的电流撞击实验》一篇短论文,引发了欧洲物理界对电和磁动力学关系的一系列研究,并因此逐步建立了电磁学。奥斯特深受康德和谢林哲学的影响,为此他深信电和磁之间必然存在某种联系。通过仔细研究库仑的实验结果,奥斯特认识到静电和静磁确实不能相互转化,于是开始思考运动的电荷即电流与磁的关系。一次物理讲演中,奥斯特意外发现导线在通电的瞬间使得旁边的磁针发生了跳动,激动万分的他紧紧抓住这个现象深入研究。通过大量的实验,奥斯特发现闭合回路中电流确实能够使磁针发生偏转,并且偏转方向与电流和磁针的相对位形有关系,同时他也确认电流不能与非磁性物质发生相互作用。除了电磁学以外,奥斯特还对化学亲和力、温差电效应、提炼金属铝、抗磁性等方面进行了研究。他是一名热情洋溢且非常注重实验科研的科学家,也是一位卓越的演说家和科普家,在他的倡议下创建了丹麦第一个物理实验室。奥斯特还和小他28岁的丹麦童话作家安徒生有着亲密的友谊,安徒生经常是奥斯特家的座上宾,每个圣诞节都给他家里装饰圣诞树并写诗在圣诞礼物上。奥斯特曾是安徒生报考哥本哈根大学时的主考官,两人由师生关系演化成了朋友关系。安徒生甚至一度暗恋奥斯特的小女儿,而他的童话《两兄弟》正是以奥斯特他们两兄弟为原型的。奥斯特给安徒生讲述的科学哲学观影响了他的童话,而安徒生的文学气质也感染了奥斯特写诗歌和散文,两人的友谊可谓是自然科学与人文科学碰撞中闪亮的火花。1851年3月9日奥斯特在哥本哈根逝世,享年74岁。1908年,丹麦设立奥斯特奖章以表彰做出重大贡献的物理学家。1937年美国物理教师协会设立奥斯特奖章,用以奖励在物理教学上做出贡献的物理教师。1934年,人们在高斯单位制中采用奥斯特作为磁场强度的单位, 符号为 Oe,以纪念这位伟大的物理学家。 高斯( Johann Carl Gauss,1777~1855,德国数学家、物理学家) 。 数学王子从小就展露出他神奇的数学天赋,尽管贫寒的工匠家庭,但因他聪敏过人的头脑而得到了一些贵族的资助进了学校受教育。高斯先后在 Carolinum学院和哥廷根大学学习,在他20岁以前就有了许多令人惊叹的数学成就。高斯的母亲是个文盲,父亲只是个小工匠,据说三岁的高斯就能帮助父亲纠正一些账目的错误。还有个故事是说在高斯9岁的时候,老师出了一道自然数从1到100的求和题,高斯用极短的时间就给出了正确的结果5050。根据史书记载,实际上那个求和的等差数列要更为复杂,是81297+81495+......+100899(公差198,项数100),这恐怕是中学生都要为此抓耳挠腮半天的题目,而高斯则能够在头脑中进行快速复杂的运算得出正确结论。高斯在数学上的贡献有很多:15岁的高斯独立发现了二项式定理的一般形式和数论上的二次互反律;18岁的高斯发现了质数分布定理和最小二乘法;针对多次测量的数据结果分布,高斯得到一个概率性质分布函数标准正态分布也称高斯分布;19岁的高斯仅用直尺和圆规便做出了规则的正十七边形,超越了阿基米德和牛顿。5年后,高斯又证明了形如Fermat素数边数的正多边形可以由尺规作图完成;他证明了n阶的代数方程必有n个复数解(即代数基本定理或高斯定理),导出了三角形全等定理的概念。在天体物理研究上,为了计算谷神星的轨道,他引进或证明了诸多数学定理,天文学家在他预测的轨道上发现了这颗小行星,从此高斯声名鹊起。1818年至1826年,高斯主导了汉诺威公国的大地测量工作。通过他发明的以最小二乘法为基础的测量平差的方法和求解线性方程组的方法,显著的提高了测量的精度,并因此还发明了日光反射仪,可以将光束反射至大约450公里外的地方。为了用椭圆在球面上的正形投影理论以解决大地测量中出现的问题,高斯发展了曲面和投影的理论,并因此他成为了微分几何的重要始祖人物之一。他还独立地提出了不能证明欧氏几何的平行公设具有物理的必然性,但他的非欧几何理论并未发表。19世纪初的电磁学热潮也吸引了这位数学天才,50多岁的高斯发明的磁强计,现在被称为高斯计。他和比他小27岁的韦伯一起进行电磁学的研究,他们制作了第一个电话电报系统,从理论上画出了第一张地磁场图并给出了地磁南极和地磁北极的位置,在次年被美国科学家实验观测证实。63岁高龄的高斯甚至决定开始学习俄语,并且他迅速掌握了这门外语。高斯喜欢随时做笔记,但他只把成熟的理论付诸发表,在他去世后人们发现了20多部笔记,据说这也只是高斯笔记的一部分而已。1855年2月23日清晨,一代数学巨星高斯陨落。为了纪念高斯在科学上的贡献,人们取磁感应强度单位为高斯,符号为 G 。在电磁学单位制中,形成了一套标准单位制称为高斯制( CGS制),它和国际标准单位制(SI制)的换算关系比较复杂,其中磁感应强度的换算关系是:10000 高斯=1特斯拉,磁场强度换算关系是1000 安培/米=4 奥斯特。 欧姆( Georg Simon Ohm,1787~1854,德国物理学家) 。 欧姆的父亲是一个自学数学物理知识的锁匠,这位父亲教育出了一名著名物理学家乔治.欧姆和一名著名数学家马丁.欧姆。16岁的欧姆便到埃尔兰根大学,然而却因为家庭困难而辍学,一直到他26岁才完成博士学业。欧姆的职业生涯有很长的一段都是中学教师,缺乏实验仪器设备,但这并不磨灭他对科学的热情,为了进行电学实验他经常亲手制作仪器。根据奥斯特发现的电流磁效应和库仑发明的静电扭秤,他制作了一个电流扭秤用以测量电流大小。为了避免伏特电堆的电动势不稳定性,他采用温差电池做电源,测量了不同长度导线在相同电压下的导电电流大小,得出了欧姆定律( 具体故事请参考 (2 1 ):电荷的买路财 )。欧姆定律及其公式的发现,给电学的计算带来了很大的方便。人们为纪念他,将电阻的单位定为欧姆,简称欧,符号为(欧米伽)。 法拉第( Michael Faraday,1791~1867,英国物理学家) 。 铁匠的儿子法拉第靠自学成才,成为了一代科学巨匠,最高任职英国皇家学会会员和英国皇家实验室主任。法拉第发现的电磁感应现象说明不仅电可以产生磁,磁也可以产生电。在库仑的静电和静磁研究之后,有了动电和动磁学研究,这些详尽的实验结果为麦克斯韦建立电磁学大厦的理论提供了必要的基石。有关法拉第的故事,读者可以参考 (22): 学电磁三侠、闯物理江湖 。 人们为了纪念法拉第的科学贡献,取电容单位为法拉第,符号为 F。 亨利( Joseph Henry,1797~1878,美国物理学家) 。 亨利也是个自学成才的物理学家,他仅读过小学和初中,但靠勤奋自学考进了纽约州奥尔巴尼学院,并准备做一名医生。毕业后他留校任教,教的却是自然科学和数学,直到他 50岁左右才结束教师生涯去新成立的斯密森研究所就任秘书和第一任所长,主要研究气象学。然而亨利的大部分科学贡献都是在物理学领域:1829年,亨利改进了威廉 史特京发明的电磁铁,即让组成线圈的导线彼此绝缘,这一改进使得小小的电磁铁可以吸起数百公斤甚至上吨重的铁块,这为将来电磁起重机的发明奠定了基础; 1830年,在法拉第发现电磁感应现象的前一年,亨利实际上就观察到了绕在软铁棒上导线回路中存在电磁感应现象,遗憾的是因为公务和教学的繁忙他当时并没有公布实验结果;1832年,亨利发现通有电流的线圈在断路的时候有电火花产生并发表《在长螺旋线中的电自感》一文,宣布发现了电自感现象;其实亨利早在赫兹实验40年前就在实验中观察到了电磁波传播现象,只是受当时认识局限并没有意识到该发现的重要性;亨利甚至在莫尔斯之前发明了电报,他也发明过电动机的原始模型,然而淡薄名利的他并没有去为此申请专利。尽管如此,亨利仍然不失为公认的著名电学家,为了纪念亨利的贡献,电自感系数和互感系数的国际单位以亨利命名,符号为H。 韦伯( Wilhelm Eduard Weber,1804~1891,德国物理学家) 。 韦伯出生于知识分子家庭,他在哈雷大学主要研究的是声学并撰写了关于簧风琴管的理论。1831年起,韦伯任哥廷根大学教授并和高斯成为挚友,两人在有线电报、地磁场测量等多个方面开展了广泛的合作,且因此发展出了多种灵敏的磁强计和其他磁学仪器,并电磁学的单位制高斯制。韦伯测定了电量的电磁单位和静电单位的比值接近于光速,这是麦克斯韦认为光也是电磁波的重要实验依据。韦伯最重要的物理学贡献在于提出了电作用的基本定律,基于运动电荷之间的基本相互作用力决定了各种电的和磁的作用这个物理思想,他将库仑静电定律、安培电动力定律和法拉第电磁感应力统一在了一个公式中。韦伯还用电流体和电粒子模型试图解释电阻和电导率,这为德鲁特和洛伦兹发展电子论提供了理论基础,而后者则是爱因斯坦狭义相对论的摇篮。为了纪念韦伯对电磁学的贡献,人们取国际单位制中磁通量单位为韦伯,符号为Wb。 赫兹( Heinrich Rudolf Hertz,1857~1894,德国物理学家) 。 赫兹对电磁学的主要贡献在于用实验证实电磁波的存在,从而使得麦克斯韦理论得到大家的认可,完善了电磁学大厦。赫兹在柏林大学师从著名的亥姆霍兹教授,28岁的他就担任卡尔鲁厄大学物理学教授,并在四年后接替克劳修斯任波恩大学物理学教授。1886年 至 1888 年,赫兹 试验验证了无线电 輻 射具有波的所有特性,并发现电磁场方程可以用偏微分方程形式的波动方程来表达,进一步完善了麦克斯韦方程组,得出了更加优美、对称的麦克斯韦方程组现代形式。他发现电磁波与光有相同的速度,同时有反射、折射等现象,而且对电磁波的波长、频率做 了 定量的测定。这些实验结果,引发了关于光的 本质的新一轮大讨论。赫兹还通过研究紫外光对火花放电的影响,发现了光电效应,这一效应直到爱因斯坦才给出理论解释,也因此孕育了量子力学。赫兹也同时发展出电磁波发射、接收的方法,可谓是 无线通讯的始祖。无线电的推广和应用使得十九世纪人们的生活起了翻天覆地的变化,无线电调音调频广播、雷达通讯、卫星电话、调幅调频电视、卫星导航、微波加热、射电天文学等等都是无线电的用武之地。赫兹一家可谓科学家家族,除物理学家海因里希 赫兹以外,他的侄子古斯塔夫 赫兹是诺贝尔奖获得者 , 而古斯塔夫的儿子卡尔 赫兹则发明了超声影像医学(如 B 超等)。 1894年,年仅37岁的赫兹因为败血症英年早逝。为了纪念赫兹的科学贡献,人们取频率的单位为赫兹,1赫兹=1/秒,符号为Hz。 特斯拉( Nikola Tesla,1856~1943,克罗地亚/塞尔维亚物理学家) 。 关于尼古拉.特斯拉的科学贡献,人们认为他人类有史以来继里昂纳多.达芬奇之后的旷世奇才。现代社会已经离不开电的使用,而只要用到电的地方,几乎都离不开当初特斯拉的科学贡献,特斯拉被誉为创造出二十世纪的人。1856年,特斯拉出生于一个普通的塞尔维亚小村庄,他一生可谓是神秘而传奇。特斯拉似乎天生就不是一个好学生,他在格拉兹科技大学修读电子工程,但只在大一上过一学期课,没有毕业;1878年,他离开格拉茨并且与家里断绝了所有的联系,消失之后的特斯拉去了斯洛文尼亚工作,期间患上了精神衰弱;1880年在父亲的劝说下回到布拉格大学就读,然而父亲去世后他立马离开这个也只读了一个学期的学校。特斯拉的思考和记忆能力异乎于常人,他每天只睡眠2个小时,而他的记忆是照相机一般的生动记忆,他能在病痛中通过炫目的闪光和幻觉来想象事物的细节,这便是视觉思维的奇特技巧(恐怕只有达芬奇的特异功能才能与之媲美)。1881年,特斯拉在匈牙利布达佩斯开始了他的发明之路,在那里他发明了扬声器和感应马达。1884年,特斯拉携带一纸推荐信来到了爱迪生公司,正是在这里,特斯拉为爱迪生公司的共发明了24项新设计,其中最著名的就是直流电机的发明。然而,企业家们用特斯拉的发明聚敛了大量财富,当特斯拉向爱迪生提出每周薪水从18美元涨到25美元时却被无情地拒绝了。而爱迪生对交流电的顽固排斥使得特斯拉最终愤怒地离开爱迪生电力照明公司,在公司的最后一个小时,他用挖水渠的方式讽刺了整个公司的势利和无情。1888年,特斯拉获得西屋公司的支持开展了交流电传导的研究,他很快发明了交流发电机并向公众展示交流电的优势。遗憾的是,爱迪生及其追随者们却用电刑和电椅来处决囚犯的形式不断打压特斯拉,并冠以科学异端之名。事实上,交流电在很多情况下还是非常安全的,为此特斯拉还进行了一系列人体交流电实验,这些实验场面看起来都非常恐怖,但人却安然无恙。有意思的是,如今美国还有一种叫做微电流面霜的化妆品,他们声称面霜中的金属颗粒可以在皮肤表面产生微电流,可以刺激肌肤的新陈代谢而防止皮肤角质化。在交流电最终战胜直流电成为输电的首选之后,许多企业家意图独占牟利,但特斯拉却选择放弃交流电专利,条件是让交流电专利永久公开,成为一项永远免费的发明,只是这一举动使得特斯拉长年处于穷困潦倒的境地。不过,特斯拉的贡献并局限于交流电。1889年,特斯拉在美国科罗拉多开展了无线电的一系列实验和发明,他甚至记录到了外太空电波信号并尝试向火星发讯息。特斯拉还发明了特斯拉变压器,交流电摩打,太阳能系统,雷达装置,机器人,死光,测谎仪,提出电磁射频武器概念...这些发明和发现大大超越了时代,有的理论就连现今最先进的科学技术也无法完美解答。晚年的特斯拉还致力于提出各种奇怪的物理理论模型,他尝试推导用电和磁来弯曲时间和空间的可能性;深深着迷于光的波粒二象性,并试图建立电磁波的光之墙让时间、空间、重力和物质被意志所改变;发明了意识摄像机通过机器把人类视网膜看到的图像投影出来;81岁的特斯拉提出了《重力的动态理论》,似乎已经是场论的雏形。特斯拉能流利地说8种语言:克罗地亚语、捷克语、英语、法语、德语、匈牙利语、意大利语、拉丁语。他和作家马克.吐温是好友,两人一起在实验室度过了许多美好时光。1943年,特斯拉在纽约的旅馆因心脏衰竭而去世,享年86岁。特斯拉的身后,是因为放弃诸多发明专利权而导致的累累债务。为了掩盖特斯拉的科学贡献,美国政府甚至偷偷删去了有关他的历史记载,并把他的许多发明和研究成果没收或列为高级机密,一位有史以来最为伟大的科学家之一便这样悄然淡出了公众的视线。是金子总会有发光的时候,科学是不会被人轻易遗忘的,为了纪念特斯拉的科学贡献,人们把国际单位制中的磁感应强度单位取为特斯拉,符号为T。 C 、 V、A、Oe、G、、F、H、Wb、Hz、T一个个符号组成了电磁学的基本单位,而这些物理学家们也因此让后世所有学习物理和使用物理的人们不断想起他们的杰出贡献和趣闻典故,可谓是化作单位永流传。有趣的是,科学家人名除了在单位中可以流传,他们同样可以化作money常流通。本文最后,让我们来认识一些印在钱币后面的科学家头像(钱币上的头像可不是领导人的专利哦!)。最早的科学家是德谟克利特,他被印在了100希腊德拉马克上。面值最小的钱币是牛顿1英镑,其次是爱因斯坦5以色列里拉还有史蒂文森5英镑。大面值的是特斯拉5000000南斯拉夫第纳尔。世界上最大面值的钞票是南斯拉夫的500000000000 ( 五千亿是个天文数字,但是不要惊讶,它只等值于 5 美元,目前收藏价值为 70 元人民币 ) 第纳尔,票面上印着兹马耶他是南斯拉夫的一位诗人。
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【水煮物理】(22):学“电磁三侠”、闯物理江湖
热度 2 Penrose 2010-12-5 13:13
把三个人凑一块儿总会发生一些很神奇的事情,话说三个臭皮匠赛过诸葛亮,又有三人行必有我师等等。洋人里有三个火枪手,中华则有才子李靖、佳人红拂和侠者虬髯客并为风尘三侠,一代传奇,流芳数百年。北侠郭靖有云:侠之大者,为国为民。而物理学作为超越国界的基础自然科学,其中之大侠则泽荫全人类甚至跨越时空乃至影响无穷久远。这里我们要说的电磁三侠即是:实验物理大侠法拉第、应用物理大侠爱迪生和理论物理大侠麦克斯韦,他们的实验、发明和理论深深地影响着人类的生产和生活,直到今天我们仍然怀着无限感恩和无比敬仰的眼光去阅读他们的事迹。 实验物理大侠法拉第( Michael Faraday, 1791 ~ 1867 )。 一个贫苦的英国铁匠孩子,最高学历为小学二年级,凭借自身的勤奋和天才的动手能力和思考能力成为著名的物理学家和化学家,在电磁感应、电磁磁场关系、苯的发现和研究等诸多方面用简单而又精巧的实验揭示了自然伟大的奥秘。他提出的力场概念被物理学广泛接受并推广,至今仍然是物理学中最为基本也是最为重要的概念。 法拉第的童年时代是贫穷凄苦的,他随着父亲搬到伦敦,试图在这个大城市里寻找生活的希望。九岁的法拉第就已经是一个文具店里的学徒,十二岁的法拉第是一个街头的小报童,十四岁的法拉第又成为了书店的图书装订工。童工的生涯并没有让法拉第消沉,相反,他利用书店的资源博览群书,对自然科学产生了浓厚的兴趣,尤其是《大英百科全书》里的电学部分知识深深吸引着他。他甚至自己动手做静电起电机等简单的物理和化学实验,组织年轻人成立一个科学学习小组,互相讨论交流思想。十九岁的他开始市参加哲学学会的活动并频繁听自然哲学讲演。改变法拉第命运的是几次皇家研究所戴维爵士的化学讲演,戴维渊博的知识和精彩的讲演让他倾倒,他甚至把精心记录的笔记整理装订成一本书册名曰《戴维爵士演讲录》,并附上一份自荐信作为圣诞礼物一起寄给了戴维。戴维显然为如此真诚的粉丝而万分感动,恰巧眼睛因化学事故受伤的他正需要一名得力助手,于是 22 岁的法拉第开始给戴维打工。戴维带着法拉第到欧洲的诸个国家考察并结识当时许多著名的科学家,那个时候法拉第的身份是一个仆人。随着眼界的拓展和知识的丰富,法拉第开始大胆的科学实验,并很快取得了许多化学成果,如创立金相分析方法、用 取代反应制备六氯乙烷和四氯乙烯、发现氯气等气体的液化方法等。更为重要的是他对电化学的实验研究,并总结出了法拉第电解定律:电解释放出来的物质总量和通过的电流总量成正比,和那种物质的化学当量成正比。当然最出名的还是他对电磁学的研究。 1821 年法拉第从奥斯特发现的电流使得磁针偏转现象出发,制作了电动机的雏形固定的磁铁让通电的线圈转动起来; 1831 年法拉第发现了电磁感应现象磁铁穿过闭合回路时会产生电流; 1845 年法拉第发现了磁光效应偏振光通过磁场后其偏振作用会发生变化; 1837 年法拉第首次引入力场的概念,他认为电和磁周围都存在场,场的强度和方向可以用力线的方向和密度来表示,处在场中的电荷或者磁将会因此受到相互作用。他用铁屑撒在磁铁周围,非常形象地看到了磁场的分布,而著名的冰桶实验则证明了电荷守恒定律。场概念后来被物理学家发扬光大,成为描述自然界相互作用的基本概念,是近代物理学的基础,这也是法拉第一生当中最为重要的科学贡献。 1825 年法拉第接替戴维任皇家研究所国家实验室主任,他的科学导师戴维曾说他对科学最重大的贡献就是发现了法拉第。 伟大的科学家法拉第又是一个平凡的普通人。他经常做公众科普演讲和组织科学讨论会, 19 年里不间断地坚持青少年通俗科学讲座并把讲稿编成了一本著名的科普读物《蜡烛的故事》。他热心于公众科学事业,为人质朴、谦虚谨慎且不图名利,以至于外人来皇家学院做实验时会误认他是看门的老头。在法拉第的实验记录本里,几乎没有任何数学公式,而有的是他实验过程的一张张图表,直观形象地显示了物理图像。他不愿意为拿高额的报酬,也不愿意接受皇家学会会长的提名,他认为这会因此而影响他的科研工作。他想做的,只是一个普通平凡的公民,可以自由畅游科学的海洋。 1867 年 8 月 25 日法拉第在他书房里安详地去世,他被葬在普通人的公墓里,墓碑上只有他的名字和出生年月。物理学界为了纪念法拉第,选取电容单位命名为法拉第,让后世永远铭记这位平民科学大家。 法拉第的故事告诉我们 : 1 、做好科学研究,出生不是问题,学历也不是问题,贫穷更不是问题,关键是要持久拥有一颗对科学无比执着热爱的心! 2 、优秀的导师很重要,他能把你引领到科学的前沿,但是在此之后更为重要的是你自己的勤奋和努力; 3 、丰富地阅读文献资料是从事科学研究的基础,大胆和创新是科学前进的重要源泉,做一个好的实验物理学家最重要的是对物理图像和物理概念的深刻理解和认识,而不是数学公式推演和习题论证; 4 、科学研究中需要谦虚、谨慎、认真、勤恳,繁复的职务和诱人的高薪只会拖累科学本身; 5 、科学是平民的科学,科学知识不是科学家的专利而是大众的财富,让更多的人懂得科学才是科学真正的成功。 应用物理大侠爱迪生( Thomas Alva Edison, 1847 ~ 1931 )。 提起爱迪生,人们的第一印象应该是发明大王。他一生有近 2000 项发明,其中在专利局正式登记的就达 1300 项,近现代社会用的电器如电灯、留声机、电话、电报、电影等等无不和爱迪生的发明有关联,电磁学的种种物理实验现象和原理在他手上变成了人类服务的不竭财富,极大地推动了人类社会进入电气时代。他创立的爱迪生电力照明公司在后来和汤姆休斯顿公司合并成为了通用电气公司统治了电气领域的长达一个世纪,至今通用电气公司( GE )仍然是全球最大的机械电器制造商和销售商之一。然而这样的一位发明大王兼企业大亨,却仅仅上过三个月小学,原因是曾被老师认为是低能儿而退学。他的知识只来源于母亲的耐心教导和勤奋的自修,靠着他对自然的强烈好奇心、亲自实验的本能、惊人的工作精力和团队组织协调能力,爱迪生一步步点亮了发明大王的智慧光环。 爱迪生小时候最大的特点就是有无穷无尽让人费解的问题,任何人都是他的发问对象,问到你烦的不行也不罢休。正是如此他的小学老师才把他列为低能儿对付他那些愚蠢的问题实在太痛苦了。爱迪生另一个特点就是当他问问题得不到满意的答案时,他就会亲自动手用实验来验证他的想法。比如著名的爱迪生孵小鸡的故事,他认为既然鸡妈妈蹲在鸡蛋上面可以孵出小鸡,那他蹲在上面也可能孵出来。他看到铁匠用火烧红铁块,就想弄明白火究竟是什么,并着手在家里牛棚里开始实验,结果他把牛棚给点着烧掉了。他也曾想探究马蜂窝里的奥秘,然后被马蜂蛰的满脸肿痛。他甚至在自家地下室建设了一个小实验室,为了保护自己的实验品,他还故意贴上毒药的标签。爱迪生少年时代就展示了他的商业才能,十二岁的他利用自己在火车上卖报的钱在底特律开了两家小店,并雇用两个少年帮他看店约定和他们共同分享红利。然而爱迪生与电结上不解之缘则起因于一次见义勇为他勇敢地救下了铁路站站长的儿子,作为报答,站长教了他电报技术并让他成为电报技术员。因为在电报局是上夜班,而上级要求每个小时必须给对岸发一次电报,为了能够偷懒睡觉,爱迪生于是做了一种自动定时发报的机器,后果是他被发现上班时间睡觉而解职然后被迫流浪,在一些电信电报公司之间游荡。后来回家后经朋友推荐重新找到了一份电信技工的工作,在波士顿他有了人生的第一个发明一台会显示 Yes 和 No 的自动表决器,获得了生平第一项专利权。从此,爱迪生开始了他的发明人生路。 1869年爱迪生和朋友联合设立波普 - 爱迪生公司,专门制造和改良一些事务机器,如黄金行情显示器,股票行情显示器,金价印刷机等等。他的第一桶金是转让专利的四万美金,这笔巨大的收入让他在 1876 年成立了自己的制造工厂新泽西梦罗园(门罗公园)工厂,也就是人们常说的爱迪生发明工厂。以爱迪生为首的一群青年科学家开始实现他们的发明之梦。他们的主要发明有: 1 )同步发报机。早期的发报机一次只能传递一个讯息,爱迪生作为一个电报技师把传统发报机改良成了二重发报机,随后又改进成四重发报机,成功实现了同步发报; 2 )改良电话机。人们熟知电话是贝尔发明的,事实上不完全如此,因为爱迪生的电话专利申请仅仅比贝尔晚递交两个小时而失去了专利权。电话之所以能够大规模地使用,关键在于爱迪生在 1877 年发明了能够清晰收发语音的碳粉送话器以及声波分析谐振器,否则人们能听到的只是一片沙沙的噪音。同年爱迪生也申请了三项笔类的发明专利:穿孔笔、气动铁笔和普通铁笔; 3 )留声机。这是爱迪生最为心爱的发明之一。 1877 年底,梦罗园实验室实现了人类有史以来的第一次录音,是一首儿歌。后来经过十几年的不断改进,留声机由滚筒式改成了胶木唱盘式,就是我们熟知的经典唱片机; 4 )复印机。爱迪生发明过石蜡纸,起初只用于一些食品包装,后来他发现用石蜡刻字纸版可以用于油墨印刷。 1876 年,爱迪生开始批量生产他的复印机,广受学校和政府事业单位的欢迎; 5 )电灯。 1878 年爱迪生开始着手解决电照明的问题。他从改革弧光灯(当时巴黎的一种电照明装置)着手,试图改进为白光灯。 为此最重要的就是找到物美价廉的灯丝,这种灯丝要在 2000 o C 下耐住近 1000 小时。起初他用碳化物质如竹棉、石墨等试验,后又改用高熔点的铂铱合金,又尝试了一千多种其他材料,但都失败了。后来他的助手们发现把炽热的灯丝密封在真空环境里可以保持较长的寿命,于是爱迪生又回到碳质灯丝上来。三年里几乎每天都工作十八九个小时,终于在 1880 年找到了可以点亮 1200 小时的碳化竹丝材料。同年爱迪生还研究过直升机,发明磁力筛矿器,并在 1891 年改进成爱迪生选矿机,开始自行经营采矿事业。 1880 年 5 月第一艘用电灯照明的哥伦比亚号轮船试航成功, 12 月爱迪生在纽约成立爱迪生电力照明公司,次年在第五大街设立总部并成立工厂。直到 1908 年,多孔脆弱强度低的碳化竹丝才被强度大的钨丝替代,这类白炽灯一直沿用至今; 6 ) 1882 年,爱迪生发明电流三线分布制,建立了第一家输电公司,不仅为千家万户带来了电的光明也为电力工业化进程奠定了基础。同年他还发现在近真空状态下,电流可以在不相互接触的电线之间通过,称之为爱迪生效应。后人发明真空电子管便是基于此原理,真空管的发明开启了电子信息时代; 7 )电影。 1891 年,爱迪生获得活动电影放映机的专利,并在 5 月向公众展示了活动电影视镜。 1893 年他们建立起了世界上第一座电影摄影棚,次年在纽约有了第一家活动电影放映影院。 1903 年爱迪生的公司制作了第一部故事片《列车抢劫》。 1912 年成功发明了有声电影,影像和声音媒体时代来临; 8 )新型蓄电池。最早的蓄电池是伏打电堆化学蓄电池,爱迪生后来研制了碱性蓄电池。 1902 年第一台蓄电池动力车试验成功, 1909 年成功发明了可提供源动力的蓄电池,同年研制出了传真电报; 9 ) 1915 1918 年第一次世界大战期间,爱迪生还发明过少军事装置,如鱼雷机械装置,喷火器和水底潜望镜等; 10 )爱迪生最受争议的发明是电椅。由于当时认识的局限,爱迪生只信任直流电而强烈批评交流电,认为使用交流电非常危险。而实际上交流电更适合于远距离传输,是更为经济合理的电力。爱迪生和他的支持者们为了打击对手,决定把交流电和死亡联系到一起,他们曾在公众面前表演交流电如何电死各种动物。在 1888 年,纽约州政府同意给死囚实行电刑,并又爱迪生实验室制作了第一把电椅。 1890 年第一个被电刑处决的死囚死的并不顺利,反复的电击把他烧的焦臭无比,让人们对电刑带来恐惧和不安。后来美国才以毒气和注射的方式进行处决死囚。遗憾的是,爱迪生始终顽固地坚持不用交流电,最终他的公司每况愈下。后来摩根把汤姆休斯顿公司和爱迪生照明公司合并成了通用电气公司。 1931 年 10 月 18 日,爱迪生在西奥伦治逝世,享年 84 岁,为了悼念这位伟大的发明家, 10 月 21 日全美熄灭了他发明的电灯。 爱迪生的故事告诉我们 : 1 、不要轻易地判断一个孩子的智慧高低和前途的好坏,哪怕他只上过几个月的小学; 2 、胸中有问题(好奇心)、喜欢问问题(好学心)、善于解决问题(探究心)是作为一个科学家的向前发展的最大潜力; 3 、天才离不开 99% 的勤奋与汗水,但有时更需要的是那 1% 的灵感; 4 、人生短暂,只争朝夕,要利用有限的时间作出无限的事业才能获得最大的成功; 5 、即使是权威也有失误的时候,对待新事物不应只是排斥,而是经过试验考证后尝试去接受甚至改进它,为我所用才能让自己走的更远。 理论物理大侠麦克斯韦( James Clerk Maxwell, 1831 ~ 1879 )。 和前两位大侠风格不同,麦克斯韦是典型的好出身、优质教育加聪颖的头脑。麦克斯韦有个做律师的父亲,他的教育经历是爱丁堡中学和爱丁堡大学以及著名的剑桥大学三一学院那是伟大的牛顿工作过的地方,有着那颗激发智慧的苹果树。麦克斯韦的主要成就是系统完善地阐述了经典电磁理论,庞大而复杂的电磁学现象被他归纳为简洁的四个微积分方程麦克斯韦方程组,这个方程组被认为是物理学最优美的公式;他还创立了统计物理学,提出了许多统计物理概念和理想实验,其中包括传奇的麦克斯韦妖;他在英国建立起了卡文迪许实验室并担任第一任实验室主任,该实验室至今还是世界上著名的科学研究中心之一。 麦克斯韦 1831 年出生于苏格兰爱丁堡,这一年法拉第发现了电磁感应现象,似乎暗示着这他们人生之间存在密切关联。孩童时的麦克斯韦同样是个勤学好问的小家伙,和爱迪生不同的是麦克斯韦父亲及其他长辈会耐心给他解释,虽然很多时候都会被他古怪的问题难倒。老麦克斯韦发现儿子对自然科学很感兴趣,就经常带着他一起去参加他也喜欢的爱丁堡皇家学会科学讲座。麦克斯韦八岁那年母亲因患肺结核不幸去世,父亲就成了他相依为命的唯一亲人。就读爱丁堡中学时,时常因为他奇怪的乡下土音以及父亲做的奇怪衣服而惹老师和同学们嘲笑,麦克斯韦就经常独自一人躲在角落里读歌谣看图画演算数学题。直到一次全校数学和诗歌比赛,两项第一名都由同一个人获得,他就是不起眼的麦克斯韦。从此同学和老师都对他刮目相看,作为优等生麦克斯韦获得了大家的尊敬和仰慕,他的数学天赋也在父亲的认真教导下渐渐崭露头角。 14 岁的麦克斯韦就在《爱丁堡皇家学会学报》上发表了一篇关于二次曲线几何作图的数学论文,他的方法甚至比当年数学大师笛卡尔的方法还要简便一些。麦克斯韦还有一大特长就是诗歌写的好,时常被同学们传抄朗诵。他还喜欢玩陀螺并非常乐意教朋友们玩。诗歌和陀螺成了他毕生的两大爱好。随后麦克斯韦考上了苏格兰最高学府爱丁堡大学,在这里他的数学和物理学知识得到了进一步的丰富。 为进一步深造,麦克斯韦在 1850 年来到了英国最好的学府之一剑桥大学就读。这里,有牛顿也有达尔文的足迹。而麦克斯韦正是在三一学院遇到了伯乐名师数学家霍普金斯,从此引领他走上了数学物理之路。起因于霍普金斯要到图书馆借一本数学专著,却被告知刚被人借走。因为这是一本非常难读懂的数学论著,霍普金斯好奇地找到的借书人麦克斯韦,发现他正在埋头做凌乱不堪的笔记摘抄。于是霍普金斯笑了:年轻人,如果没有秩序,你永远成不了优秀的数学物理学家!从此麦克斯韦投入霍普金斯门下做研究生。这是一个高手如云的门派,霍普金斯先后培养出了物理学家威廉 . 汤姆逊也就是开尔文勋爵和数学家斯托克斯。麦克斯韦在霍普金斯的教导下养成了严格细致的学习习惯,并在师兄斯托克斯的带领下迅速掌握了当时先进的数学方法,成为霍普金斯的又一令他自豪的高徒。 23 岁的麦克斯韦在师兄斯托克斯的主持下参加了数学学位考试,考题是关于曲面积分和线积分一个当年斯托克斯刚刚发现的定理(这个定理也是麦克斯韦方程组的数学基础之一),麦克斯韦获得了优等第二,并在这一年开始对电磁学产生了浓厚的兴趣。在阅读法拉第的《电学实验研究》和跟师兄威廉 . 汤姆逊的物理讨论后,麦克斯韦开始试图用数学的语言来描述法拉第的实验结果。 24 岁时麦克斯韦发表了第一篇关于电磁学的论文《论法拉第的力线》,他用一个矢量微分方程成功描述了法拉第关于场力线的学说。 1856 年麦克斯韦父亲病逝,他此前为了照顾父亲而选择了离家较近的阿伯丁工作,在那里做了四年的物理学讲座,期间他经常给法拉第写信探讨电磁学的奥秘。 28 岁那年,麦克斯韦全家搬到了伦敦,他开始在伦敦皇家学院任教。在这里,他特地拜访了比他大 40 岁的法拉第,两人进行了非常愉快而热烈的会谈,理论和实验的碰撞激发了灵感和智慧的火花。法拉第的鼓励让麦克斯韦树立起了更大的信心,麦克斯韦试图建立一个以太模型对法拉第力线的概念进一步探讨。麦克斯韦通过研究发现,电场变化下的电介质中确实存在位移电流,其速度几乎等于光速,并发表了第二篇电磁学论文《论物理学的力线》。这篇划时代的论文基于法拉第的力线观点,从理论上引申和发展了电的传播特性。此后麦克斯韦意识到位移电流的物理含义在于变化的磁场可以产生电场,而变化的电场也可以产生磁场,这正是对电磁感应现象的理论解释!据此,麦克斯韦推到出了两个微积分方程式,后人总结为麦克斯韦方程组。位移电流的概念实际就是电磁波的预言, 1865 年麦克斯韦在第三篇电磁学论文《电磁场动力学》中用数学方法完美论证了电磁波的存在,并根据电磁波传播速度为光速而大胆猜测光也是一种电磁波,这一推测大大推进了人们对光的本质的认识。 1873 年麦克斯韦完成了《电磁学通论》一书,经典电磁学的研究从库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人丰富的实验成果和简单理论模型终于走向了大厦落成的一天。只是遗憾的是麦克斯韦超越时代的观点并不被广泛接受,尽管观念非常新奇而令人激动,但它的数学和物理内涵却是高深难懂的。直到 1888 年赫兹用实验验 证了电磁波的存在,而且和光一样具有反射、折射、干涉、衍射、偏振等性质,测定出的频率和波长直接确定了其传播速度等于光速,即证明光也是一种电磁波。之后,人们才意识到麦克斯韦的工作是继牛顿力学之后最伟大的数学物理成就。麦克斯韦把人生最后数年岁月的心血倾注到了英国卡文迪许实验室的建设上,他参与设计建造实验室,负责整理卡文迪许的手稿资料,并担任了第一任实验室主任。卡文迪许实验室后期的几位实验室主任都是物理学界的泰斗,他们是瑞利(发现光的散射模型)、约瑟夫 . 汤姆逊(发现电子)和卢瑟福(发现原子内部结构)。 1879 年 11 月 5 日,麦克斯韦因患癌症去世,年仅 49 岁。麦克斯韦的研究揭示了电、磁、光三者的本质联系,是物理学史上最为重要的进展之一。 除了电磁学的伟大贡献之外,在统计力学方面麦克斯韦也作出了非常重要的贡献,他是气体动理论的创始人之一。 1859 年他提出麦克斯韦速度分布律, 1866 年他给出了气体分子按速度分布函数的推导方法并引入驰豫时间的概念,发展了气体输运理论。为了批驳热寂论(宇宙将因熵趋于无穷大而陷入死亡般的冷寂),麦克斯韦还提出一个无影无形的妖精麦克斯韦妖的概念。即在两个充满一样平衡无序气体的相邻箱子中间有个小妖精,他具有极高的智能,能够追踪气体分子的运动并判断其速率大小。通过控制箱子之间隔断的门,麦克斯韦妖可以让速率高的分子跑到一边,而速率低的分子跑到另一边。这样小妖精就在不消耗功的前提下使得两个箱子的分子平均动能就不一样了,有序的分子动能分布也就产生了温差。这看上去打破了热力学第二定律,实际上这是一个耗散结构的雏形。妖精虽然没有做功,但是他获得了关于分子运动能量的信息,如果把信息也看成是一种能量的话,那么整个过程还是能量守恒的。最近,日本物理学家佐野等人用可以顺时针或逆时针旋转的纳米级聚苯乙烯粒子实现了麦克斯韦妖理想实验。他们把纳米粒子放入缓冲溶液中并加上变化的电场,使它越来越难逆时针旋转,即制造出了旋转楼梯顺时针的掉落要比逆时针的攀登更容易。他们观测粒子的移动,并在它随机逆时针旋转时调整电场让它不再顺时针旋转回去,这样粒子就在电场的诱导下不断爬楼梯,而整个过程无须注入更多的能量,维持粒子持续逆时针旋转的能量来源于它提供的信息,这就是麦克斯韦妖的现实版。如果能在未来将这项技术用于驱动纳米机器或者分子马达,那么人类的生产和生活必然发生翻天覆地的变化。 麦克斯韦的故事告诉我们 : 1 、良好的家庭出身和良好的教育固然有非常大的帮助,但自身享受学习的乐趣并不畏惧世俗的眼光才是成功的秘诀; 2 、伯乐识得千里马,名师常可出高徒,加入高端门派会直接抬升你的起点,如果你有足够的能力的话; 3 、物理学理论离不开实验基础,但好的理论不应仅仅是解释已有实验现象,还要预言新的实验现象; 4 、是金子,无论何时何地都能发光,要对自己的理论有信心; 5 、发论文贵不在多,而在于精,成为经典的论文定会被永世传颂; 6 、某些科学家虽然不再把精力放在科研上了,但他在其他如建设实验室、培养人才等方面的贡献也能影响久远; 7 、科学是可以大胆假设的,适当的理想实验和设想可以突破认识的樊篱,也可能就是未来的现实; 8 、表达自然之美可以很简单,简单的背后是无限深刻的内涵,世界永远充满无尽的奇妙。 实验、理论和应用可谓是物理学传统的三大门派,法拉第、爱迪生和麦克斯韦无疑是当年最出色的门派掌门人。完整的物理学,离不开精细准确的实验、系统完备的理论和聪明灵巧的应用。实验给出物理现象和事实,理论给出现象的解释和概念的延伸,而应用则是把物理融入现实的生活。如果缺少实验结果,那任何理论都是空中楼阁,应用更是无从谈起;如果缺少了理论解释和模型,那实验结果将无法清除认识,应用也是盲人摸象;如果缺少了应用推广,那实验和理论都只是部分科学家的空谈,科研的投入除了满足好奇心之外别无它用,生产力也将停滞不前。让我们认真学习电磁三侠吧,仔细思考在今天的物理天下如何行走江湖!   【参考资料】 百度百科词条: 迈克尔法拉第 ; 托马斯阿尔瓦爱迪生 ; 詹姆斯克拉克麦克斯韦 ;
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揭开量子的面纱
热度 1 jmluo0922 2010-7-12 19:09
量子,一个令人困惑不解、令其缔造者懊悔的物理假设,神奇而神秘。 量子概念即普朗克假设(Plancks hypothesis),源于我们对来自于原子的光的认识,来自于德国物理学家M. Planck对黑体辐射规律的解释,并已成为现代物理量子理论的重要基础。中性原子由具有等量电荷的原子核和电子组成,卢瑟福模型即电子在原子核外的运动模型是目前我们认识原子结构的基础和出发点,来自原子的光由原子结构变化所引起,因此取决于电子和原子核运动的变化。 量子、粒子的波粒二象性及其几率波解释是量子理论和量子力学的核心概念,对于原子结构这样的微观问题的基本认识是,组成原子的电子和原子核的运动是具有波粒二象性的,并由几率波描述。光是由电子在不同态之间的跃迁而产生。对于最简单的原子,氢原子由一个电子和一个质子组成,二者的运动如果是随几的,那么,我们如何来选择描述由两个随几运动带电粒子组成的氢原子的坐标系呢?又如何来确定它们之间的相互作用(势)呢?很显然对于哥本哈根学说是致命的难题, 波粒二象性学说不可能给出原子确定的图像,用这个物理概念来解释原子的结构是存在严重问题的。因此,基于波粒二象性概念的物理理论和解释必须重新考虑。 我们的物理学家应该本着对科学负责的态度,对于这个观点持审慎态度。 经典电磁波理论和麦克斯韦方程,对于宏观带电体和电流导致的电磁学现象的解释几乎是达到了完美的程度,是由于该理论来自于实验观察和总结,同时对电磁波的预言获得了实验成功的验证。 然而,我们在赞美这一理论的完美的同时,对于氢原子的电磁现象的解释,研究运动带电粒子的辐射时,却无情的抛弃了麦克斯韦位移电流(感应场)的理论精髓,脱离电磁学基本概念和规律、运动电荷的相互作用,以及能量转换和守恒定律等大自然基本规则,一意孤行,断章取义地创造出了运动电荷的加速场理论,并将 原子湮灭即经典理论的困难的后果武断地强加给经典理论。 这就是目前被广泛接受并被写入教课书中的观点, 我个人认为,目前物理学关于物质结构(原子和分子层次)的理论和量子化现象的认识是值得反思的,不仅是由于20世纪初众多著名的物理学家的反对,特别是普朗克对物质波及其解释的强烈抵制,更主要的原因是由于笔者通过氢原子两体电荷轨道运动的电磁现象的分析,得出了完全不同的结果。证明了氢原子中电子和质子轨道运动的力学和电磁学稳定性,通过轨道共振解释了原子线光谱,获得了氢原子的定态薜定谔方程;并认为电子和原子核的轨道运动是原子结构的基本特征, 轨道共振是导致量子化现象的直接和根本原因 。 光的吸收和辐射就是带电粒子轨道共振跃迁的结果 。 外传: 我个人关于氢原子电磁结构的学术观点于2006年完成初稿并向物理学各级主流期刊投稿(包括物理学综合性的、理论性的和基础性的专业期刊),之后又不断完善后再搞,结果是不断地被拒,原因基本上属于非技术性,建议是投更专业的期刊,对此我倍感难于忍受,但也十分理解期刊决定,通常不进一步申诉。去年10月发生了一次例外,当时稿件投到了一家国外的物理名刊,主编助理给我发来了审稿编辑的决定,其中带了一些轻蔑性的用词,对此我提出了申诉,一方面详细论述了我的观点,另一方面对他们对来稿的态度提出了强烈抗议,并要求主编裁决,结果是肋理来信表示了歉意,并承认对投稿未认识考虑,同时将我的稿件和申诉邮件转给了主编(非常著名的量子物理学家),过了一段时间助理又一次来信说主编只能给no-answers answer,最后的结果是原审稿编辑不改变他的决定,没有主编和编辑部的意见。对此我只能表达我不得不接受该编辑缺乏认真考虑的决定,同时象皇帝的新衣中的小孩的心理感受。 此后在夫人的鼓励和建议下,论文的观点以博文的形式在美国的科学论坛SFN和中国科学网上公开,希望广大博友发表意见。结果是SFN的讨论比较充分,涉及了许多问题(包括了电子的干涉现象的解释),使得我的观点得到了进一步完善,最后哥本哈根学派无力反驳我的观点,似乎占据了上风。在此情况我向Galilean Electrodynamics《伽利略电动力学》杂志发了投稿信,编辑看了SFN上的讨论后,认为论文研究工作是一个好工作,应该发表,经过两个月的审稿和语言修改已定稿,即将发表。这样的结果使我得到了一点安慰,以此博文告知网友,并谢谢大家对我的支持。
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再发一个试讲用的PPT——静电场与高斯定理
flzhang 2010-2-26 11:07
先做完,以备有学校要求试讲大学物理。 主要内容 1 背景 2 静电力与静电场 3 电场通量 高斯定理 4 高斯定理的应用举例 GaussLaw_flzhang_nankai_cim
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挑战电磁学基本原理
liuxiaod 2010-1-2 07:43
在电磁场理论中,我们知道可以分别做电场多极展开和磁场多极展开,上学的时候,教授明确告诉我们,这两种多极展开在数学上是严格证明的,不再存在其他的多极展开。对于这样的理论,我只有相信,没有其他选择,我估计大部分物理系学生都不会自己去重新证明一遍。 我对教授的说法有疑问,但是自己的水平太低,找不到反驳的依据。我很想知道大家的看法,我列出下面几种意见,请大家选择(为了不影响别人的选择意见,选择的答案可以用悄悄话发给我)。 A) 电磁多极展开在数学上是严格正确的,不可能存在其他展开,这样的疑问是违反逻辑的,荒唐的。 B) 可能有其他理论,但是是等价的,所以没有必要更换。 C) 可能存在额外的展开形式,与已有的电磁展开独立,但是目前不知道。 D) 的确存在额外的展开形式,与已有的电磁展开独立,(请用悄悄话告诉我文献出处)。 谢谢大家!
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电磁学、电动力学,及其发展
可变系时空多线矢主人 2009-5-28 09:22
电磁学、电动力学,及其发展 人们最初认为电与磁是两种不同的物质,分别、类比地研讨它们的特性,形成电磁学。 但是,从大量实验的逐渐积累中、才认识到它们都是带电粒子运动表现的两种特性。 进而,这些符合客观事实和客观规律的重要结果,并总结为马克斯威尔方程组等电动力学方程及其解,而能确切反映电磁场,电磁波的一切特性。 而只有在 《相对论》基础上, 当将 4 维时空的电磁势矢量,以及运用其梯度、散度、旋量等概念, 才能严格地推导、证明 ,演绎矢算地推导出这些方程,对它们给出了更全面、更深刻、更美化的统一描述。 这也证实了《相对论》的正确性和重要性。 但是,总结得到这些方程的实验,都只是在地球这个近似惯性牵引 运动系上进行的, 因而仅适用于惯性的牵引 运动系。 而由 《相对论》还知道:对于 非惯性牵引运动系,还存在引起时空弯曲的特性,通常平直时空的闵可夫斯基矢量及其矢算已不适用。通常由曲线坐标,并推测相应度规张量特性所得到的爱因斯坦场方程,也仅能唯一地适用于引力问题,且不能演绎地证明。 只有建立了能反映相应时空弯曲特性的,时空可变系多线矢,及其矢算,才能演绎矢算地导出包括非惯性牵引 运动系 电动力学的各方程。 进而还能形成能统一表达、研讨价还价种自然力的统一场论。 由此形成的相对论的发展,就能全面用于研讨包括实物粒子、 声子、 光 子、 电磁场,等等各种物质形态,各种速度 ( 包括光速 ) 的,的运动规律。
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“如果科学起源于中国……”——析李约瑟假设
热度 1 lvnaiji 2009-5-3 10:32
除了通常所知的李约瑟悖论外,李约瑟还有这样一个假设:如果科学起源于中国的话,那么一开始就不是力学,可能是电磁学。 思路一:量纲。 在科学史上,按现在的标准,称得上是科学的最早的学科是几何学和力学。几何学的量纲是 L ,长度,还有弧度,运动学加上时间 T ,力学再加上质量 m ,阿基米德时代可能是重量。接着电磁学、化学,还要加 I 电流强度和 n ,参加反应的物质的量,等等。生物学的量纲多到数不清。于是,随着研究的对象由简单到复杂,相应学科,知识体系的量纲就越来越多。研究人的人学有多少个量纲?西方的科学从什么地方开始,首先几何学。这不是没有道理的,从最简单的东西开始。譬如丈量土地,不需要其它的量纲,只涉及到长度、角度。科学从最简单地方的开始,这就是古希腊的科学为什么只有力学、几何学、天文学的原因。看看天文学本身发展的过程,天文学从哪里开始?从星体的相对位置开始,也就是几何学天文学,然后到了牛顿时代,才有了力,它什么会运动?可以称为力学天文学。到了 19 世纪,天体的能量从何而来,也就是天体的产能机制,等等。量纲逐步增加。从量纲的角度,科学可能从电磁学开始吗?固然,中国有雷公雷婆,那是神话;中国发明了指南针,那是技术。 思路二:然而,真的如此吗? 上述思路存在的问题是什么呢?就是根据现有科学的发展,来推这种可能性,这种思路的本身就受到了已有东西的限制。如果科学先从电磁学开始的话,它一定就换一种思路,避开量纲。为什么一定得从量纲开始讨论问题?这值得探讨。文化的量纲呢?文化需要量纲吗?量纲由简到繁的思路,是一条过于简单、线性和机械的思路。如果沿着这样的思路和发展路径,文化是如此复杂多变,可能此刻我们还等候在量纲铺就的阶梯的某处,等候科学的量纲之车快快来到,更可能的是,我们将永远没有文化。文化可能根本没法用量纲来堆砌。由科学到文化不是一条逻辑的渐进的可以推理的路,在这条路上充满了分岔、河流和山峰。 量纲,所标志的是编码知识。编码知识未必都有量纲,但有量纲的一定是编码知识。科学,至少其中的大部分是编码知识,文化能像科学一样编码?能还原为一连串的量纲吗?科学未必是唯一的标准,或者说,只是给出了一半的标准,另一半呢?文化!实际上,科学在西方的发展沉浸于特定的文化之中,正是在这样的文化中才会有由简到繁的路径。量纲之路并不超然出世。
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赫兹实验证明位移电流存在
liuxiaod 2009-4-3 21:49
  自从 1879 年柏林科学院悬奖以后,赫兹一直在思考采用什么样可行 的方法证明位移电流的存在。问题难就难在长期来就形成了的一种凝固 不变的思想,即认为电流只限于导体中电粒子的运动,充其量只能是自 由电荷在真空或空气中的流动。这种思想束缚的严重性从现在的一些学 生的言谈中仍可找到一斑,因为有些学生学过麦克斯韦方程组后虽然能 从理论上接受位移电流的观点,但他们却认为这仅仅是麦克斯韦理论的 一个数学模型而已。位移电流既然是一种电流,那么除了它产生的场所 与传导电流不同外,它应具有传导电流的一切特点,如能产生热效应、 电动力学效应和电流的磁效应等等。其中以磁效应作为检验位移电流存 在的标准最为可行。1879 年科学院奖悬文中业已指出这一点,这是由于 亥姆霍兹联想到美国物理学家罗兰(H.A.Rowland,1848~1901)的一个实验而得出的结论。这个实验就是罗兰在 1876 年做的十分著名的运动 电荷磁效应实验。他将一粒子电荷镶在一个绝缘圆盘的边上,让盘快速 旋转,结果使附近的一根磁针扰动了。亥姆霍兹由此得到了启发:从相 对运动的观点来看,运动的电荷就好像介质中的位移电流,既然运动电 荷能产生磁效应,位移电流也应当能够产生磁效应。方向既已指明,剩 下的问题就是寻找具体的方法来观察位移电流的磁效应了。路子虽然很 多,未必条条可行。例如,我们可以设想用一迅变电场或磁场使一块介 质交变极化,同时观察这块介质是否产生出作用于磁针的力。这种方法 诚然经济,但过于直接而难以实现,因为磁针在迅变位移电流作用下是 无动于衷的,正如一种极速的交流电不能使磁针运动那样。赫兹自然不 会采取这种方法。   1885 年,赫兹到卡尔斯鲁高等工业学校担任实验物理学教授,有幸 发现该校实验室里有种名为黎斯(Riess)线管的振荡线圈。这种线圈具 有初级和次级,若给初级绕组输入一脉动电流,在次级线圈两端的狭缝 中间便会产生电火花。赫兹断定这是初级线圈中电流振荡感应的结果。 他又发现,如果调整初级与次级的相对位置,火花会有明显的变化,而 且当次级线圈在某些位置上时,根本不会产生电火花。敏捷的赫兹立即 想到,既然初级线圈中的振荡电流能激起次级线圈的电火花,那么它应 当具有使介质产生位移电流的能力,根据麦克斯韦的理论,这种位移电 流也应是迅变或振荡的,它反过来又影响次级线圈,使它产生的电火花 发生明显的强弱变化。赫兹抓住了这个思路,认为解决柏林科学院的问 题的时机到了。他说在变化的条件下我偶然发现了次级火花现象,?? 起初,我以为电扰动可能是紊乱的和无规律的,但是当我发现次级导体 中存在一个中性点时,??我就信心百倍地相信柏林科学院的问题能够 解决了。 1886 年赫兹设计了一种直线型开放振荡器来代替黎斯线圈中的初级线圈。做法是:将一根短而直的导线截为两段,截口处形成火花隙, 两个外端各焊上一个金属球或一块金属板,以增加振子的电容。虽然这 种振子的频率需要用现代的理论来计算,特别在赫兹的时代还没有分布 电容和分布电感的概念,但是赫兹还是根据开耳芬的振荡周期公式对振 子的频率作了粗略的估计。赫兹计算后发现,该振荡器的频率极高,足 以使次级线圈产生电火花并使附近的介质极化。1886 年 12 月他给亥姆 霍兹的一封信上说道:我已成功地、毫无差错地显示一个直线电流的 感应作用。我冒昧地希望用这种方法将会解决与这个现象有关的一两个 问题。 1887 年,赫兹在直线型振荡器的基础上设计了一台感应平衡器(induction=balance),它由一个直线型开口振子和一个圆圈形带火花 隙的感应检验器组成。实验时给振子输入脉动电流,使之起振,同时调 整检验器的位置,直至它的火花隙不产生火花时为止(这个位置即为赫 兹所说的中性点位置)。如果这时将一块金属挪近感应平衡器, 由于金属中感应出变化的电流(即涡流电流),从而产生一个附加电磁 场作用于感应器,使它重新发射出电火花。这种感生电流又发射出一种 附加电磁波,致使感应器的平衡状态被破坏,因而产生出电火花。 同时,感应平衡器中的直线振荡器的振荡不仅能使金属产生迅变的感生电流,也应当能使附近的介质块产生极速的交替极化,从而导致迅 变的位移电流。如果麦克斯韦的理论预言正确的话,这种位移电流非但 能够产生,而且必定要反过来影响感应平衡器的平衡状态。赫兹先 后将制成厚板的沥青、人造沥青、纸、干木、砂石、硫磺、石蜡、以及 用橡皮槽盛好的 45 公升汽油挪近感应平衡器,预料中的现象果然发 生了。   赫兹就是这样证明了麦克斯韦关于位移电流的预言,获得了柏林科 学院 1879 年悬奖。赫兹这次实验构成了他的电磁波实验的第一步。他的 这项实验成果载于他所写的《论绝缘体中电扰动产生的电磁效应》。 (摘自《科学发现集》)
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1879 年柏林科学院悬奖
liuxiaod 2009-4-3 21:45
如果说从 17 世纪末到 18 世纪初欧洲大陆盛行着笛卡尔的涡旋理论而英国人信奉着牛顿学派的超力学的话,那么到了 18 世纪末情况就完全 颠倒过来了。法国大文豪伏尔泰曾经生动描绘过涡旋论与超距论的这种 对峙状态,他说:你在巴黎看见由充满着稀薄物质的涡旋构成的宇宙; 而这些东西在伦敦却荡然无存,我们什么也看不到,在你周围只有引起 海潮的月亮的引力。自从 1785 年库仑定律创立后,法国人抛弃了涡旋 理论,至及 1820~1827 年,安培就在超距论基础上创立了电动力学,成 为超距论电磁学派的一代宗师;相反,英国人却把超距论从电磁学中驱 逐了出去,出现了麦克斯韦电磁场论的电磁学派。   法拉第在批判安培超距电动力学基础上发现电磁感应定律后,在超 距论者中引起了震惊,他们不得不作些修改,以便能够解释他们原来不 能解释的现象。1845 年,德国物理学家诺埃曼将安培分子电流假说推广 到宏观电流情况,给产生磁作用和电磁作用的电流定义了一个位置函数矢量势 A,他在此基础上总结出 法拉第电磁感应定律。这样一来,似乎超距论电动力学与法拉第的电磁学 统一了。但其实不然,诺埃曼的理论仍然处处体现安培电动力学的特点, 他的矢量势必须由闭合电流产生,他所求的感生电动势也是针对闭合导 体而言的。如果回路中有一电容,他就无能为力了。显然,诺埃曼的电 动力学仍然缺乏场或介质的概念。由于他着眼点是产生作用的电流和被 作用的电流,他就无法处理在两个电流之间的动力学空间,因而也无法 预言在这个空间中最活跃、最本质的现象电磁波。   1846 年,德国另一位著名物理学家韦伯提出一种假说,认为导线中 的电流是由正、负电粒子的两个方向运动构成的,并在牛顿引力公式基 础上建立了韦伯电作用公式。韦伯认为他的公式将库仑的静电力(第一项)、安培的电动力(第二项)和法 拉第的电磁感应力(第三项)全部统一起来了。按其言,他的电动力学 可以推导出安培电动力学推导不出的现象电磁感应现象,因此比安 培的理论具有更广泛的代表性。不幸的是,他跟诺埃曼一样,没有考虑 电磁场空间或介质的作用,这种力仍然属于沿直线传播的中心力,且其 传播是不需时间的。韦伯公式中虽然有一个 c,但它在韦伯思想中不是 电力传递的速度,而仅仅是电量的静电单位对电磁单位的比值而已。   除了安培、诺埃曼和韦伯的超距论电动力学外,还有一种准超距论 电动力学。这两类电动力学的共同点是,只承认中心力的作用,而不考 虑场的作用;不同的是,准超距电动力学承认电力的传递是需要时间的。1858 年德国的黎曼(G.F.B.Riemann,1826~1866),以及 1867 年丹麦的洛仑茨(L.Lorenz,1829~1891)所提出的推迟势理论属于准超距论电 动力。   综上所述,19 世纪中叶的电磁学处于百花齐放的时代,还没形成统 一的理论。亥姆霍兹(H.vonHelmholtz,1821~1894)把这个时期的电磁 学领域称为无路的荒原。   从 1870 年开始,亥姆霍兹着手统一诺埃曼、韦伯和麦克斯韦的理 论。但他很快就发现,韦伯的电作用定律与能量守恒定律相矛盾,因为 在韦伯的电荷系统中,势能不仅与相对距离有关,而且与相对速度有关。 韦伯坚持认为,他的理论在微观条件下与能量原理相符合。论战达到了 白炽化程度,严重损害了个人感情,以致在 1881 年的巴黎第一届国际电 气工程师会议上,亥姆霍兹极力反对用韦伯命名电工学实用单位。 这场论争破坏了大陆电学家们对韦伯的信任,相反使他们逐步熟悉了麦 克斯韦。   亥姆霍兹又认识到,如果麦克斯韦电磁场理论正确的话,诺埃曼的 电动力学可以作为麦克斯韦理论的一个特殊情况,即是说把闭合电路的 振荡当作有电容器的电路的振荡的一个特例。这样就得证明麦克斯韦的 位移电流的存在。于是,他是 1879 年以用实验建立电磁力和绝缘体介 质极化的关系为题,设置了柏林科学院奖。这个命题建立在如下三条 假设的基础上:(1)如果位移电流存在,必定会产生磁效应;(2)变化的 磁力必定会使绝缘体介质产生位移电流;(3)在空气和真空中,上述两个 假设同样成立。亥姆霍兹后来考虑到第三条假设的证明太难,就把它删 掉了。这次悬奖便成了赫兹的电磁波实验的先导。不过他当时认为困难 太多,没有接受亥姆霍兹交给他的攻关任务,以致白白耽搁了数年的时 间。仅有发明家还是不够的 科学技术史上曾有过许多偶然的发现,有些产生过重要作用,而有些却未给人们留下深刻的印象。究其原因,成功者在于有较好的思想基础和科学背景。这类偶然发现则可以认为是科学思想发展的必然结 果或历史必然的不可缺少的先导。例如,奥斯特在 1820 年偶然地发 现电流的磁效应是他长期怀抱着自然力统一的思想的成果,结果必然地 导致了电磁学的诞生。又如,19 世纪中下叶在电的原子论处于萌芽阶段 时发现的阴极射线现象,导致了电子的发现。但是,有些偶然发现由于 发现者缺乏必要的思想准备或者发现者不能从理论的高度预言它们的未 来、甚至不能确认它们在当时科学技术中的地位,那么它们就很快被人 们遗忘,只好等待另一些人从新的高度再次将它们发掘出来。赫兹以前 的一些发明家偶然触到电磁波的事实便是最好的说明。   1871 年 E.汤姆孙(E.Thomson)就曾发现,当一个具有初、次级的线 圈通有脉动电流时,他可以用一把小刀在附近铁桌的边角、水管、甚至 三十英尺外的蒸气机上引出电火花来。后来,他又把这个振荡线圈放在 一个房间里,用一个由一对碳极做成的接收器,在隔壁的房间、地 下室里、甚至在那座六层楼房的顶楼,都能发现接收器的间隙中有 电火花产生。这是一个十分强大的电磁波产生的效应,然而 E.汤姆孙却不能由此形成电磁波的概念。   1875 年爱迪生也发现过类似现象。他曾观察到继电器工作时衔铁之 间会产生电火花。当时新闻界报道他的发现时说:爱迪生发现了至今还 埋藏在人类无知深渊里的新原理。其实大谬不然,这个原理早在 1861 年就为麦克斯韦所提出,只不过爱迪生和那些新闻专家们一无所知罢 了。等到赫兹在 1888 年实验证明电磁波存在消息公布后,爱迪生悔之莫 及了。诚如他后来披露的那样:使我感到迷离的是,为什么我没有想 到利用这些成果。   现在被列为无线电先驱之一的美国发明家多尔贝尔(A.E.Dolbear) 早在 1882 年就实验过无线电话,并获美国专利(第 350299 号和 355149 号)。本来,他完全有权声称发现了电磁波并去申请柏林科学院 1879 年的悬奖。可是他毕竟是位发明家,发明家不去关心科学界的发现而科 学理论家不去理会技术的发明的这种科学与技术脱节现象似不少见。因 此,多尔贝尔的发现在历史上又被列为一种早产的知识,实为憾事! 再让我们看看一位英国人休斯(D.E.Hughes)在 1879 年做过的 一个实验。他将电池通过一个自动开关接于振荡线圈上,当开关有节奏 地打开和关闭时,线圈产生了间歇振荡,引起接在次级线圈上的麦克风 咔喳作响。休斯把麦克风拿到 500 码外的地方都还能听到这种声音, 当他站在墙边时,这种声音会更大。这就是当时还不理解的电磁波反射 现象。剑桥大学的教授、麦克斯韦的老师斯托克斯(G.G.Stokes)看 完他的表演后无动于衷;只是冷冰冰地说了这样一句话:它完全可用 已有的理论加以解释。话虽没说错,但这对还没有任何电磁波概念的 休斯来说却像一瓢冷水。休斯得此一言,心情不言而喻,遂决意不再发表他的实验报告。   上述事例说明,电磁波的发现不可能属于技术方面的发现,在这方 面仅有发明家是不行的。麦克斯韦的位移电流、运动的电磁场及电磁波 同光波的同一性等项概念,在当时对许多物理学家来说尚且是一些十分 深奥的问题,这些发明家更是无法将麦克斯韦的理论用来解释他们的这 些意外发现了。因此,对电磁波的实验证明就历史地落在深刻理解麦克 斯韦理论的赫兹身上了。 (摘自《科学发现集》)
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