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影响电磁学的3个男人

  • 林一平

富兰克林,1706~1790。林一平绘

无线电波是一种电场和磁场的波动,可由频率很高的交流电通过天线辐射产生;换言之,它是电磁波的一种表现形式。

富兰克林 (Benjamin Franklin;1706~1790)

提到电,就必须谈富兰克林。他是电的发现者,于1752年以一卷铁丝及绢布糊成的风筝,在大雷雨中做实验,发现闪电是空中正负电子撞击的结果,并发明了避雷针。

其实富兰克林最初只是好奇,想知道空中的闪光是否是电流。更早于1747年,富兰克林就开始玩起静电玻璃管(Electricity Tube),发现许多电学的现象,由此打开广阔的研究领域。富兰克林鼓吹人们必须努力工作、必须节省,曾说「留意小钱的支出,小漏水能让一艘船沈没」(Beware of little expenses, a small leak will sink a great ship.)。富兰克林在欧美极受尊崇,有「现代文明之父」、「美国的完人」等称誉。

奥斯特 (Christian Oersted;1777~1851)

谈起电磁学的研究,应先介绍丹麦科学家奥斯特。他无意中发现了通电的导线会使一旁的磁针产生偏转。以往「电」与「磁」一直被当作两个不相干的现象,因此研究一直没有大的进展。1820年7月21日,奥斯特以拉丁文发表论文《关于磁针上电流碰撞的实验》,宣布「电流的磁效应」这个重大发现,不仅为电和磁之间建立了联系,开拓了电磁学的探索道路,造成了后来电报、电话等应用的实现。他因此被称为「电磁学之父」,而磁感应强度(Magnetic Induction)也以他的姓氏为单位。「电流的磁效应」影响了英国科学家法拉第的研究。法拉第评价奥斯特的发现如下:「它猛然打开了一扇科学领域的大门,那里过去是一片漆黑,如今充满光明。」

安培 (Andre-Marie Ampere;1775~1836)

继奥斯特之后对电磁学做出贡献的人物是安培。安培在13岁时写了一篇论文《求圆锥形曲线长度的研究》,获得里昂科学会刊登。他去旁听里昂学院达伯伦(Abbe Daburon)教授的数学课程,教授给他的评语是:「数学的困难,无法阻挡他前进的脚步。」安培小时候上学,总会停在塞纳河的桥上玩著小石子,做数学游戏。有一次看表,发现玩过头,急忙将石头丢入河中,跑进学校。到校后才发现手上抓著石头,表已丢入塞纳河。

安培的第一任妻子病逝,第二任太太离婚,之后放纵情欲。身为大学教授,却常常偷跑到声色场所。1811年,他与一位有夫之妇同居。隔年又和孩子的家庭女教师发生不伦关系。他难以自拔,痛苦自白:「我内心的欲望,是我的意志难以驾驭的……我的行为,实在邪恶。」1814年,安培自杀一次,没有成功。1817年,安培无意间读到《效法基督》(De imitatione Christi)一书。之后大彻大悟,将注意力转移,研究奥斯特的电磁现象,以脱离情欲。

1820年安培发表《直线电导线间的电动力》,提出:「当这两条导在线的电流方向相同则导线互相吸引;反之,当电流方向相反时,导线互相排斥。其吸引力或排斥力与导线之间距离的平方成反比。」这就是「安培定律」(Ampere's Law)。安培的大彻大悟,造成电磁学的重大贡献,造福人类!

奥斯特,1777~1851。林一平绘
安培,1775~1836。林一平绘

现为交通大学资工系终身讲座教授暨华邦电子讲座,曾任科技部次长,为ACM Fellow、IEEE Fellow、AAAS Fellow及IET Fellow。研究兴趣为物联网、行动计算及系统模拟,发展出一套物联网系统IoTtalk,广泛应用于智能农业、智能教育、智能校园等领域/场域。兴趣多元,喜好艺术、绘画、写作,遨游于科技与人文间自得其乐,著有<闪文集>、<大桥骤雨>。