奥斯特的发现：电流的磁效应

电和磁非常类似于孪生兄弟，有许多相似之处。古希腊哲学家泰勒斯曾经把电和磁错当成一回事，认为摩擦琥珀来吸引草屑和磁铁来吸引铁板都是因为“有灵魂”1600年，一位名叫吉尔伯特的英国医生纠正了泰勒斯的错误，并明确指出电和磁是两种不同的现象。但是从那时起，许多人就把电和磁视为不相关的东西。在人们的心目中，磁性就是磁性，电就是电，两者之间没有关系。

到18世纪中叶，德国伟大的哲学家康德提出了一种全新的世界观。康德认为世界上只有两种基本力量，一种是重力，另一种是排斥力。自然界中的其他力，如电、磁、热、光和化学亲和力，是这两种基本力在不同条件下的转化。康德杰出的哲学发表在他1786年出版的《形而上学》一书中。

一年前，法国学者库仑在发现电荷作用定律的同时，用自制的扭秤测量了磁力的大小。测量结果表明，磁力公式与电荷作用公式非常相似。这种巧合包含着某种可能性。不幸的是，库仑没有意识到这一点。电荷可以分离，正电荷和负电荷可以独立存在；然而，磁极是不能分开的。无论一个小节被折叠成多少个小节，每个小节都是一个带有北极和南极的新小节。库仑因此断言电和磁之间没有关系，也不可能在它们之间转换。

康德阐述了一个观点，而库仑提出了一个实验结论。因此，当时绝大多数科学家认为后者更可信，库仑的观点是正确的。电和磁之间有什么联系吗？

科学家说:“不会有。”

哲学家说:“应该有。”

大自然给了我们一些神秘的问号。早在17世纪，人们就发现了一些奇怪的现象。1681年7月，一艘在大西洋航行的商船被闪电击中。结果，船上的三个罗盘都失灵了:其中两个被消磁，另一个指针的南北方向颠倒了。另一次，意大利的一家五金店被闪电击中。后来，人们发现被销毁的盒子里的一些刀叉被熔化或磁化了。这些现象表明，闪电不仅能使钢失去磁性，还能使钢带产生磁性。据说富兰克林在做莱顿罐放电实验时，意外地发现钢针被磁化了。你如何解释这些现象？

奥斯特图像(网络图)

1820年，一位具有哲学头脑的物理学家和化学家解开了这个秘密，并第一个发现了电磁学之间的微妙关系。先锋的名字是奥斯特。

奥斯特于1777年8月出生于丹麦卢森堡。他的父亲是一个制药商，他的家庭很穷。奥斯特在12岁时帮助他的父亲制造药物，所以他爱上了化学。17岁时，他进入哥本哈根大学学习物理、化学和药理学。同时，他开始对哲学感兴趣。22岁时，他获得了哲学博士学位。大学毕业后，奥斯特去了柏林，见到了许多科学家。他于1804年回到丹麦，在哥本哈根大学担任自然哲学教授。

奥斯特信奉康德的自然哲学，认为自然界中的所有力量都是统一的，光、电、磁和化学亲和力在一定条件下可以相互转化。他博士论文的题目是康德哲学和自然科学。在这种哲学的指导下，他一直试图找到电和磁之间的联系。这是一次雄心勃勃、目的明确的探索，但道路是曲折的。他做了许多实验，但未能实现他的愿望。

起初，奥斯特用莱顿瓶进行测试。不管莱顿罐子的电流有多强，都没有发现它有磁性。那为什么闪电能磁化刀子？奥斯特想，这一定是因为莱顿罐子里的电是静电，而闪电是电动的。所以他转而用伏打堆发电来做实验。但它也失败了。值得称道的是，奥斯特的探索目标总是明确的。尽管走了许多弯路，他从未动摇过。

当伏打在1800年发明电堆时，据说一个年轻的化学家做出了一个半真半假的预言。化学家说下一个划时代的发现将在1819年和三分之二或1820年实现。有趣的是，整整20年后，他的预测实现了。

奥斯特从1819年冬天到1820年春天讲授电学和磁学。这几个月对他的生活至关重要。他重新考虑了困扰他多年的问题:如何将电流转换成磁力？他想:如果电流能产生磁效应，也许磁效应是横向的，而且不可能沿着电流的方向前进——因为许多人没有沿着这个方向探索的效果。这是一个大胆而有才华的想法。

奥斯特演示电流的磁效应(网络图)

1820年4月的一天，奥斯特抱着在课堂上尝试的想法，做了一个即兴实验。他把一根非常细的铂丝连接到伏打电池上，电池下面放了一个带玻璃罩的磁针。先前实验中的磁针垂直于金属丝。这次他特意使磁针平行于细铂丝。奥斯特在许多参加讲座的学生面前打开了电源，当他发现磁针确实摆动了！由于他实验中的电流很小，磁针的摆动也不明显，在场的学生并不在意，但奥斯特欣喜若狂。据说他非常高兴，跌倒在平台上。只有奥斯特知道:这是人类第一次有意识地发现电和磁之间的关系！

经过三个月的深入研究，奥斯特终于发现导线周围确实有一个圆形磁场。这正是他一直在寻找的电流的磁效应！

矗立在哥本哈根的奥斯特雕像(网络图)

奥斯特于1920年7月21日在一份杂志上发表了他的实验结果。这篇论文是用拉丁文写的，题目是“电流对磁针影响的实验”。这是一篇划时代的论文，有四页纸，没有数学公式或示意图，但它用简洁明了的文字向世界宣告:人类第一次发现了电和磁之间的转换关系。电和磁，这两条古老的河流在奥斯特交汇！

奥斯特的发现在整个欧洲的物理学界引起了轰动。人们认为两个不相关的现象之间有如此奇妙的关系。这一发现已经成为现代电磁学的一个突破，世界各地的科学家都转向了电磁研究。法拉第后来对奥斯特的发现做出了如此精确的评价:“它突然打开了一个科学领域的大门，过去它是黑暗的，但现在它充满了光明。”