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分子电流“分子电流假说”提出初期的论争

2022/07/16225 作者:佚名
导读:按照前面安培对“分子电流假说”的解释,是难以令人接受的.在这个问题上,安培走在了时代的前头.因为在当时,人们还不了解原子的结构,因此不能解释物质内部的分子电流是怎样形成的.直到1911年,卢瑟福(Enrst Rutherford,1871~1937)通过α粒子散射实验的分析和计算,提出一切原子都有一个核,电子象行星一样绕核旋转”的模型以后,才有了轨道磁矩的概念.1922年斯特恩(OttO Stee

按照前面安培对“分子电流假说”的解释,是难以令人接受的.在这个问题上,安培走在了时代的前头.因为在当时,人们还不了解原子的结构,因此不能解释物质内部的分子电流是怎样形成的.直到1911年,卢瑟福(Enrst Rutherford,1871~1937)通过α粒子散射实验的分析和计算,提出一切原子都有一个核,电子象行星一样绕核旋转”的模型以后,才有了轨道磁矩的概念.1922年斯特恩(OttO Steen1888~1969)和盖拉赫(W.Grelach)用银原子成功地做了后来以他们的名子命名的实验,发现原子中还存在一种不能用轨道磁矩来说明的磁矩.为了解释这一问题,乌伦贝克(George Eugene Uhlenbeck,1900~)和高德斯米特(Samnel Abraham Gondsmit,1902~1978)于1925年提出了关于电子具有自旋的假设,成功地解释了斯特恩──盖拉赫实验的结果.今天我们知道,正是原子、分子等微观粒子内电子的这些运动形成了“分子电流”.但是我们不能用同几十年后的物理发展水平来要求安培,否则就过于苛刻了,

“分子电流假说”提出以后,安培虽没有作进一步的说明,但他对他的这个信念是非常坚定的.他曾启发和建议阿拉果用通电螺线管作使其中的钢针磁化的实验.在1820年9月25日,阿拉果向法国科学院报告了该实验的结果.实验的成功又使安培磁的本质就是电的思想得到加强.1821年,他在回答荷兰物理学家万·贝克(Van Beck)的一封信中坚持认为这个假说不仅能够用于磁现象的解释,而且可以用于化学化合和化学亲和力的解释.后者却成了他的学说不能被立即和普遍接受的一个重要原因,因为接受这一学说就意味着接受关于物质结构的一个新的理论.加之当时分子电流模型好象罩着一层薄雾,使人们无法看清楚它.所以“分子电流假说”虽然深刻反映了物体磁性的本质,却遭到了当时多数物理学家的拒绝.

在对“分子电流假说”提出异议的物理学家中,最典型的恐怕要数法拉第了.1822年,他设计了一个实验:在一根玻璃管上缠以绝缘导线,做成螺线管,水平地半浸于水中.然后在水面漂浮一只长磁针.按照安培的观点,螺线管的一端相当于磁南极,另一端相当于磁北极,磁针如果是南极指着螺线管的北极,应当会吸向螺线管的北极并停在北极的一端.法拉第指出,这与实验结果不符.他的实验是磁针的南极继续穿过螺线管,直至接近螺线管的南极.法拉第论证说,如果针是单极的,它就会沿磁感线无休止地运动下去.法拉第认为,和载流螺线管对应的不是实心磁体,而应是圆筒形磁体.

安培反驳说,圆筒形磁体和螺线管并不一样.按照它的分子电流假说,圆筒形磁体中的电流是一小圈一小圈孤,而螺线管中的电流是沿着大圈的.为了证明筒形磁体中的电流是相互抵消的,他当众作了一个演示:

把绝缘导线绕成许多圈,做成线圈.在线圈内部放一个用薄铜片做成的圆环,取一磁体置于圆环近旁,如果铜环里有宏观电流,磁棒就会驱使铜环偏转.否则,只可能有分子电流.安培的实验表明铜环里只有分子电流.

安培后来用马蹄形强磁体重复了上述实验,发现了铜环的偏转.但是他把实验中所感应出来的宏观电流试图也解释为分子电流作用的结果.安培的这种思想直到1825年给赫谢尔(John Herschel,1793~1871)的信中仍在坚持,他在信中说:“这些现象是由电流或磁体对小电流所产生的.”安培虽然没有说这些小电流就是分子电流,但是这些电流具有分子电流同样大小的数量级.这表明,安培对分子电流的思想是非常坚定的.遗憾的是他把感应电流归于他的分子电流,不单独接受感应电流.他以为如果承认了感应电流,则他的分子电流假说理论就无立锥之地了.否则的话,电磁感应现象就有可能提前七、八年被安培而不是法拉第发现了.

在安培“分子电流假说”建立的过程中,还发生了安培与毕奥之间的学术论争.对于这场论争,物理史学家们各有各的看法,但有一点是一致的,即这场论争使安培更清楚地看到了把磁简化为电流的必要性,也使他的“分子电流假说”显得越发明朗起来.

德国物理学家塞贝克也曾反对安培的分子电流假说,他认为磁是更为本质的东西,电流则是磁的作用的结果.

直到后来,安培的观点在19世纪40年代被纽曼(F.E.Neumann,1798~1895)和韦伯(Wilhelm EduardWeber,1804~1891)接受和推广,并发展成为他们的电动力学.

“分子电流假说”提出以后,经历了“不太清楚”、“遭到拒绝”到“逐渐明朗”以致成为发展电动力学的基础几个阶段,这也告诉我们,科学的发现,科学理论的提出以及人们对科学成果的接受,不会都是一帆风顺的,但有益的学术论争可以促进科学的发展.

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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