胡翌霖 時尚的電學

作者 胡翌霖 (清華大學助理教授)

責編 許嘉芩 劉愈

雖然諸如空氣泵之類的儀器據說能夠演示牛頓力學，但可想而知在演示實驗中，娛樂性的元素更佔主導。

特別是電學和磁學這些在18世紀還尚未數學化的領域，因為更強的娛樂性而風靡一時（圖2）。比如在當時的時尚聚會中，先生和女士們互相用摩擦生電的小球或小棒逗趣，互相電擊，讓對方的頭髮立起來。

圖1 1750左右的版畫，描繪的是當時流行的旋轉球起電機

圖2時尚的先生和女士一定要試一試帶電的吻（1730年）

荷蘭的萊頓大學也是實驗物理學的重鎮，萊頓大學的福爾德（1643-1709）於1674年訪問英格蘭，隨後就建立了「演示物理學」，開始用抽氣機等儀器做課堂演示。隨後的威廉·雅各·范·格雷弗桑德（1688-1742）繼續主張運用實驗來講授自然哲學。

著名的萊頓瓶也是因為萊頓大學而得名，馬森布羅克（Pieter van Musschenbroek 1692－1761）於1745年發明了這種電容器（圖3），很快就風靡全歐洲，大家爭相用萊頓瓶來演示放電現象。最著名的一場表演是法國人電學家諾萊組織的，他在巴黎修道院門前調集了200名修道士，圍成一個大圈，用鐵絲連接起來，讓充滿電的萊頓瓶放電，然後觀眾們就看到幾百個平時正兒八經的修道士一起驚聲尖叫的恢弘場面。法國國王路易十五親自出場觀摩。

圖3 1746年的版畫描繪給萊頓瓶充電

諾萊是一個實驗物理學大家，他編寫的《物理學課程》一書中提到了大約350種演示儀器。

他也有理論，比如下面是他針對旋轉球起電器（圖1）的解釋，這種起電器在1740年代也風靡一時，它甚至能在冰上打出電火花，特別讓人驚嘆。諾萊對摩擦起電現象的解釋是：

「在被激發的如火的物質流從起電物體留出的同時，有別的這樣的流流進去取代離開的東西。物體是受吸引還是受排斥，取決於物體是處在向內的流動比較強還是向外的流動比較強的位置。當這種微妙流動足夠集中時，組成它們的粒子就會迎頭相撞，衝破包圍在粒子周圍的硫磺類物質的封套，解放出其中的活性的似火物質。」諾萊認為他的這一理論是基於直截了當的事實，而不是假說。

當然富蘭克林對電的解釋就要靠譜許多了，他提出了電流、正電和負電的概念。眾所周知，他還證明了天上的雷電和萊頓瓶收集的電是一回事，發明了避雷針，等等。

18世紀，電學的理論研究就是這樣艱難地摸索前進的，直到18世紀末，以庫侖和伏打的研究為代表，電學實驗和理論才顯得卓有成效了。伏打發現不同的金屬相接觸會產生不同的電勢差，並設計了靜電計來測量電勢差的大小。根據這些研究，伏打發明了能持續產生電流的電堆，為之後的動電研究打下了基礎。

而庫侖提出了電荷作用的平方反比律，並用扭秤實驗測定了兩個帶電物體之間的力。但這一時期科學家的實驗方法還很粗糙，例如庫侖的扭秤實驗僅僅提供了三組實驗數據，而且其中一組數據並沒有很好地符合平方反比律。

《過時的智慧——科學通史十五講》

【本文摘自《過時的智慧——科學通史十五講》第十三講流行時尚：啟蒙時代的科學，上海教育出版社，2016年7月出版。】

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