牛顿世界观对电磁学发展的影响 23

本系列文章预计会有30个章节，这套文献将系统讲述物理学本身，这里是第四季第23篇

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我发现学习科学最有趣的地方就是顺藤摸瓜，去探索科学发展起点到终点的整个过程。这个过程或跌宕起伏，或目光短浅，但所有的规律都像达尔文所说即：从简单到复杂。更重要我们学到的不仅是知识，而是知识所带的故事，以及人类的文明。

——引言

1700～1900年是一个人类科学认知加速发展的过程，仅在这短短200年里面就发展出很多著名的学科，包括我们所熟悉的化学、生物学以及电动力学等。而这些重大变化，或多或少都具备了牛顿科学体系的一些特征。

在这200多年间出现了大量的科学发展，总的来说，我们的切入点将是试图展现牛顿世界观在这一时期的发展是多么让人欢欣鼓舞，展现几个科学主要学科是如何发展变化，并最终进入广阔的牛顿体系的大伞之下的。从某种意义上说，这些科学领域都“被牛顿化”了。这一时期特别让人振奋，以至于到了大约1900年，似乎大多数有关这个世界的主要问题都已经在牛顿科学体系中得到了解答。

这就像是现代社会的信息爆炸一样，众多知识从牛顿世界观的大伞中涌出，并形成了自己独有的辉煌。

好，今天我们简单谈谈说下牛顿世界观对电磁学的影响。

电和磁

对于电和磁相关现象的研究，至少从古希腊时期就已经开始了，然而，我们对这些现象的理解最为引人注目的进展则是出现在18和19世纪。

在18世纪中期，本杰明·富兰克林（1706—1790）证明了闪电是一种电学现象，同时还证明了电现象和磁现象之间存在一系列有趣的联系。

然后，在18世纪晚期和19世纪早期，研究人员，包括查尔斯·库仑（1736—1806）和迈克尔·法拉第（1791—1867），当然还有其他很多人，让我们对电和磁的认识有了重大进展。

（查尔斯·库仑）

举个例子，库仑发现磁和电的斥力和引力遵循平方反比的规律，也就是说，两个物体之间的电引力/斥力或磁引力/斥力与两个物体之间距离的平方成反比。

而库仑定律平方反比的性质与牛顿万有引力定律力平方反比的性质非常类似。

根据牛顿对引力的描述，两个物体之间重力吸引力的大小与两个物体间距离的平方成反比。因此库仑定律与牛顿世界观的本质精神非常一致。

更概括地说，此时研究电磁现象的方法出现了变化。在人类大多数历史中，至少追溯到古希腊时期，对电磁现象都是进行定性描述。然而，此时这些现象开始被认为是遵循精确的数学规律，从本质上说与牛顿世界观的方法是一致的。

（法拉第）

19世纪上半叶，法拉第发现了电现象和磁现象之间更多的联系。

到目前为止，从实际生活的角度来看，法拉第最有影响力的发现是磁场可以通过感应产生电流。这个原理至今仍然是发电的基本原理，在我们每天使用的电力中，实际上有很大一部分来源于法拉第的发现。

尽管这可能是法拉第对实际生活最有影响力的发现，但是法拉第的另一个观点，也就是“电、磁和光可能是同一潜在源头的不同形态”，则具有深远的理论影响力。

（詹姆斯·克拉克·麦克斯韦）

法拉第的这个观点，很快得到了发展，成了由詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（1831—1879）在19世纪中期提出的电磁理论。

法拉第的发现主要是定性描述，但是麦克斯韦则发现了光、电力和磁力现象背后的基本数学方程式。这些方程式通常被称为“麦克斯韦方程组”，它们将光、电力和磁力现象统一了起来，被广泛认为是这一时期最重要的发现。

以上对有关电力、磁力和光的部分关键研究发展的概述是非常简短且有所选择的。但是，其中大致相同的模式：在这段时期，这些领域都出现了超乎寻常的发展，许多现象过去都曾经被认为是独特的，而且要用定性的方法进行研究，此时却逐渐统一了起来，而且都可以用牛顿科学体系中的基础数学定量方法来进行研究。

总结：

以上，包括前几篇，虽然我们只是具体研究了三个科学领域，但也应该已经足以让我们体会到，在1700～1900年，科学的诸多领域是如何被纳入牛顿科学体系中的。

这一时期长达200年，其间许多不同的科学领域都出现了令人印象深刻的成果和发现。总的来说，到了1900年，多个学科都在快速发展。牛顿科学体系中具有普遍性的方法被证明极富成效。

到了大约1900年，有一种感觉是我们已经几乎完全了解自然，也就是说好像这个世界已经没什么好研究的了。除了几个无足轻重的问题还有待解决。

而这几个问题却是又一次改变整个物理学大厦的难题，也就是英国著名物理学家开尔文勋爵谈到的“小乌云”。下一章节我们仔细谈谈，这些小乌云究竟是什么。

好，今天就到这里。

Masir 2022/2/27 于东莞

祝好运~

参考文献 

理查德.德威特 《世界观》

图片来源于网络

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