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科学发展史告诉我们，许多最基本的定律，虽然形式较为简单，但发现它们所付出的劳动，往往很大。欧姆定律就是典型一例。现在凡是学过算术并有一定电工基础的人，都能将它运用于电路计算。从这方面说，我们不能不感谢姆（G．S．Ohm，1789－1854）在一个半世纪以前所做的工作。然而，在欧姆宣布他的发现后，他却遭到某些黑格尔唯心论者的非难和攻击。经过十几年后，他这一伟大发现才开始得到公认。 欧姆定律的发现 1789年3月16日，欧姆出生于南德意志巴伐利亚的爱尔朗根（Erlangen）。1805年5月，欧姆考入爱尔朗根大学，但只读了三个学期就被父亲送到了瑞士农村。他父亲认为农村的清新空气和纯朴的社会关系，将会更有利于欧姆潜心学习。在这以后6年中，欧姆一边自学，一边担任中学教师和家庭教师，取得了父亲预期的效果。1811年，欧姆再度进入爱尔朗根大学，并于同年10月获得博士学位。毕业后，他在母校担任了一年半的无薪助教，这是他直到1849年以前在大学的唯一的一次任教。欧姆考虑到，在德国等级森严的师资队伍中，无薪助教处于最低层，想要登上这个金字塔的顶端是可望而不及的事。于是，他决定暂时离开大学，以便能够较自由地从事科学研究。1813－1817年间，他在巴姆堡一所中学任教。1819年，他又转到科隆一所经过改革的耶稣学校当教师。那里教育风气之浓，在当时的德国是屈指可数的。他在那里系统地学习和研究了著名科学家拉普拉斯、泊松、傅立叶和菲涅耳的经典著作，从而为自己今后从事科学研究打下了坚实的理论基础。 现在一般人倾向认为，德国的科学领先于法国，但在历史上不都是这种情况。从18世纪末到19世纪初，法国的科学不仅远远超过德国，而且跃居世界之冠。德国在当时还比较落后，这种形势在物理学方面尤为明显。把持当时德国物理学界的是一批老年持重的物理学家，片面强调定性的实验，忽视理论概括的作用，他们对于法国人的数学物理方法甚为不满。孟克（G．W．Muncke，1772－1847）曾经这样说过：“自从牛顿和笛卡儿时代以来，数学的价值已越来越高。我们不能不看到这种价值已充斥了法国的广大领域，而且正在向德国袭来。……如果我们诚心诚意地为着促进科学的发展，并且正确而又全面地考虑目前物理学状态的话，那么我们一时也不能不想到我们更需要的是观察和实验，而不是计算和几何公式”。 当然，德国也在发生变化*1806年拿破仑在耶拿战争中挫败了普俄联军，给了德国以巨大的打击。代表新兴资产阶级利益的改革者在奋起改造社会的同时，提出要以法国科学为榜样，彻底改造德国的科学体制。德国的教育有了罗快的发展，大学引进法国科学经典著作为教本，开办讨论班和研究生班，以培养具有特殊技能的人才。 另外，法国人的武力击碎了德国的世袭贵族特权，以至1807年10月9日发布的普鲁士皇家敕令不得不扩大公民的权利。在这种情况下，不同背景的青年学生和科学家得以在泛德情感的纽带中团结起来，冲破少数人的专擅和束缚。进入以往不能进入的禁区。欧姆正是在这种环境中开始了电路的实验和理论研究，发现了欧姆定律。 1826年，欧姆获准半年假期，到柏林研究电路去了。 欧姆根据库仑（C．A．de Coulomb，1736－1806）在1784年发明的扭力秤，设计出一种丝悬磁针电流计，这种仪器不需要被测量的电流通过仪器本身，只需将磁针置于电流的附近，就能根据磁针偏转角确定电流强度。由于磁针偏转角与电流强度的线性关系，使他能正确地将电流强度作为一个电路参量抽象出来。另外，他又根据塞贝克（T．J．Seebeck，1770－1831）在1822年发现的温差电效应，设计出一台温差电池。温差电池的优点在于，它的电动势与温差电偶两端的温度的差成正比，而且它不会产生伏打电池所固有的电极极化的现象，这就使他能够将电动势抽象出来，作为电路的另一个重要参量。欧姆就是这样在1826年通过实验总结出了欧姆定律：I=E/(R+r) 其中，I表示电流强度，E表示电动势，R为电路电阻，r为电池电阻。 1827年，欧姆从热和电的相似性出发。进行类比，运用傅立叶热分析理论，从理论上推导出欧姆定律，并引入了欧姆定律的微分形式，从而肯定了他在一年前的实验结果。他将这项成果总结在《数学推导的伽伐尼电路》（以下简称《电路》）一书中。欧姆的这部著作，是19世纪德国的第一部数学物理论著。从德国当量物理学状况来看，我们把它当作德国物理学的转折点，不是没有道理的。 承认欧姆定律的艰难过程 定律的发现是困难的，定律被承认则往往更困难。欧姆定律就是这样。 当《电路》发表后，欧姆给普鲁士教育部长苏尔兹赠送了一本，并附上一封信，请求苏尔兹把他安排在大学工作。苏尔兹是黑格尔唯心论哲学的信徒，他对欧姆的工作毫不经意，结果把欧姆安排在柏林一所军校还当作最大的恩典。欧姆希望到一所实验条件较好的大学，以便进一步研究电路，柏林军校自然不是他所向往的地方，不过为了生计，只好惟命是从了。 一个不搞科学研究的人不重视欧姆的发现是不足为奇的。奇怪的是，圣欧姆的责难，首先来自德国物理学界一些有影响的人物。德国物理学家鲍尔（G．F．Pohl，1788－1849）首先发难。他撰文攻击《电路》，他蛊感人地说：“以虔诚眼光看待世界的人不要去读这本书，因为它纯是不可置信的欺骗，它的唯一目的是要亵渎自然的尊严”。鲍尔这种做法违反了科学家的常理，对欧姆定律采取绝对否定的态度，不但欧姆本人不能接受，就连其他一些物理学家，如埃尔曼（P．Ermann，1764－1851）、斯威格（J．S．C．Schwergger，1779－1857）、普法夫（H．Pfaff，1773－1853）和费希内尔（G．T．Fechner，1801－1887）等人，也觉得言之过分。但由于鲍尔在当时的德国物理学界占有一隅之地，因此他对欧姆的攻击引起了一定的后果。欧姆面对鲍尔的无理抨击怒不可遏地要进行还击，《文学杂志》的主编布朗德先生劝他暂时忍气吞声，他告诉欧姆，鲍尔是黑格尔主义者，有很强的势力。这样才避免了一场风波。 1829年3月20日，欧姆给路德维希一世写信以求公断，信中写道：“……我的科学著作是具有广泛影响的，它已经受到公众的注意。我遗憾地说，现在我只遇到唯一的反对者——鲍尔，他的观点是建立在黑格尔原理的基础上的”。 可以看出，欧姆已经感受到来自黑格尔哲学的压力。从历史上看，一位科学家受到某一哲学体系的压抑并不多见，而欧姆所感受到的压力，也并非指来自黑格尔的整个思想体系，而是指这个体系中的唯心论的成分所造成的一些不良影响。国王把欧姆的信交给了巴伐利亚科学院，责令组成一个专门学术委员会来讨论欧姆的著作，辨其真伪，作出估价，判断它在未来科学中的地位。然而，委员会成员的意见不一，他们大多数人缺乏对电学发展的历史分析，自然难以作出裁决。最后，只好征求哲学家谢林的意见。谢林是德国自然哲学的创始人，与国王保持着通信关系，在科学界颇有影响。但谢林拒绝作出评价，这件事后来竟不了了之。欧姆在给斯威格的一封信上说：“《伽伐尼电路》的诞生已给我带来巨大的痛苦，我真抱怨它生不逢时，因为深居朝廷的人，学识浅薄，他们不能理解它的母亲的真实感情”。 欧姆的电路理论诞生于德国理论物理学产生的前夕。如前所说，德国在19世纪初对法国数学物理方法采取排斥的态度，在老年的实验物理学家中间这种风气是盛行的。尽管欧姆定律是建立在实验和理论的基础上的，但由于欧姆使用温差电池和丝悬磁针扭力秤做实验，这还是最新颖的实验方法，这就引起其他物理实验家们的怀疑；更何况欧姆定律的理论部分模仿了法国数学物理学家傅立叶的热分析方法，欧姆同样要求电传导时导线与周围是完全绝缘的。这种将复杂情况进行理想化以抽象出现的本质的做法是物理学理论研究的一种基本方法，而德国一些实验物理学家们则认为这在实际中是不可能的。与此相反，德国年青一代物理学家较能接受欧姆的思想。如费希内尔在30岁时发表的《伽伐尼电学和电化学教科书》第三卷上最先引用了欧姆定律，然而这并未引起德国物理学界的注意。费希内尔在他的教本的序言中写道：“……我已经模仿了欧姆的理论，并用我的实验进一步证明了它，因此，这个理论的最基本的结论已被事实所肯定。我迫切要推广这个理论，使它与更多的现象结合。我敢说，唯有这个理论才是第一次给伽伐尼电路的结构输入了真实的意义”。 在中年物理学家中，斯威格给与欧姆的支持最大。他自始至终给欧姆发表文章提供方便，欧姆的大部分论文发表在他主编的《化学和物理学杂志》（Schweigger'sJournal fur Chemie and Phy-sik）上。1830年4月21日，斯威格写信鼓励欧姆说：“你对《年鉴》的贡献是最成功的，我希望你继续经常地把这样重要的论文发表出来”；“请相信，在乌云和尘埃后面的真理之光最终会透射出来，并含笑驱散它们”。 欧姆定律在很晚的时候才传过英吉利海峡，至少在1831年还没有任何英国人知道这个定律。法拉第（M．Faraday，1791－1867）当时正在研究电磁感应现象。他发现：在相同的感应条件下，导线愈长，感生电流愈小。虽然他已走到欧姆定律的边沿，却不知欧姆定律早已发现。可以设想，如果欧姆定律在这以前已经传进英国的话，必定会大大加速电磁学研究的发展。 最早得知欧姆定律的美国人是富兰克林的孙子巴赫博士（A．D．Bache）。1836－1838年间巴赫在英国学习时，从英国科学家那里了解到欧姆定律；回国后他又传授给亨利（J．C．Henry，1797－1878）。在这以前，亨利已经发现了自感现象，但他却不知道什么是电流强度，什么是电压。他曾把并联的电池组称为“量电池”，把串联的电池组称为“强度电池”。按照他的意思，“量电池”可以提供更多电量，“强度电池”可以提供更大的电力。如果他知道了欧姆定律，他就会发现所谓“量电池”与单个电池没有根本区别，它们的电动势都是一样的，只不过前者的内阻更小而已；同样，“强度电池”与单个电池的区别不在于它们的供电能力的强弱，而在于它们的电动势不同。 黑格尔在1831年去世后，他的唯心主义思想对科学的束缚开始松弛了，欧姆本人也觉得在精神上得到了解放。与此同果，高斯（K．F．Gauss，1777－1855）和韦伯（W．Weber，1804－1891）在哥延根大学树立的科学风气，逐步向德国各地传播开来，这就为接受欧姆定律创造了有利条件。截至1940年，已有不少实验家证明了欧姆定律，并把它运用到自己的研究工作中去。不过，欧姆的声誉首先还是在英国树起的。1841年，伦敦皇家学会（RSL）授与欧姆最高科学奖----科普勒奖章（Copley Medal）；1843年惠斯通（C．Wheatstone）在贝克利亚讲演中详细阐述了欧姆定律，给与欧姆极高的评价。这样就引起了德国政府和科学界对欧姆的关注。埃尔曼和多佛（H．W．Dove，1803－1879）等人竭尽全力地要把欧姆推荐到德国物理学界的最高位置。1845年2月9日，海尔曼（Hermann）写信给巴伐利亚科学院数理学部秘书长，建议选举欧姆为正式院士。经过这些热心的科学家的反复努力，欧姆终于当选为巴伐利亚科学院院士；1849年11月23日，他被调到慕尼黑主持科学院物理学术委员会的工作。并担任慕尼黑大学物理学教授，他的最高愿望总算实现了。1852年10月1日，他又开始担任慕尼黑大学物理学讲座。两年后，他在慕尼黑去世，终年65岁。 为了纪念欧姆在电学上的贡献，1881年在巴黎召开的第一届国际电气工程师会议上，决定以“欧姆”命名电阻的实用单位。从此，欧姆成了举世公认的科学家。 从欧姆的遭遇所想到的 欧姆定律被推迟承认，除上述社会和思想方面的原因外，还有学术权威和传统观念等方面的问题。一个人的成败，一个正确理论能否及时得到承认，在一定的时候，取决于一些学术权威的态度。这些人在科学界大都影响很大，若他们对一个新理论或新发现不能作出准确和公正的评价，则将产生极大的妨碍。鲍尔对欧姆理论的态度很能说明这个问题。尽管欧姆定律最终还是被公认了，但这种形势来得太迟。以致当欧姆进入慕尼黑大学主持物理学讲座时，他已经60岁了。如果欧姆早十年进入了向往的地方，也许他会做出更大的贡献。实际上，自从欧姆定律发现后，欧姆因得不到理想的工作条件而未能做出新的成绩。这种损失不论对于个人还是对于人类，都是无法估量的。 其次，一个新的理论或新发现能否得到及时承认，与它诞生于什么样的国度有很大的关系。试设想，如果欧姆定律产生于英国或法国的话，情况可能会好一些。它或许会促使法拉第更早地发现电磁感应定律，并使它变成数学的形式（法拉第电磁感应定律直到1845年才由德国物理学家诺埃曼总结成数学公式）；或许会使法国物理学家安培（A．M．Ampere，1775－1836）创立的电动力学更赋有色彩。然而，它恰恰诞生于物理学十分落后的德国。当时德国人还热衷于伽伐尼电的性质这样一个古老的问题。由于这个问题，又提出了电的同一性问题。欧姆是用温差电池做实验的，欧姆定律是否适用于其他电（如摩擦电、化学电、电磁感应电等）的情况，尚待证明。直到1833年法拉第实验证明了电的同一性后，局面才好转起来。即便如此，新问题还不时出现。例如，后来有人认为欧姆定律不能适用于电解质电路。1868年，德国物理学家柯尔劳施（F．W．G．Kohlrausch）用交流电的方法克服了电解质溶液使电极极化的现象，证明欧姆定律同样能用于电解质电路，这时德国物理学界才算心悦诚服地接受了欧姆定律。历史表明，一个新定律被公认往往需要付出很大的代价，在科学较为落后的国家，情况就更不例外了。 ------------------ 亦凡公益图书馆扫校 |
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