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第4章 給女王演示實(shí)驗(yàn)——磁學(xué)奠基人吉爾伯特

威廉·吉爾伯特(William Gilbert,1544~1603,英國(guó)醫(yī)學(xué)家、物理學(xué)家和自然哲學(xué)家,近代磁學(xué)和電學(xué)的先驅(qū)者。著有《論磁體》一書,被后人譽(yù)為“磁學(xué)之父”),1544年5月24日出生于英國(guó)科爾切斯特城。他父親是首席法官和市議會(huì)的議員。家庭條件的優(yōu)越,使他的學(xué)習(xí)生活比較順利。

吉爾伯特在故鄉(xiāng)城市讀完了中學(xué)后,1558年5月進(jìn)人劍橋圣約翰學(xué)院學(xué)習(xí),1561、1564和1569年先后獲得文學(xué)學(xué)士、碩士和醫(yī)學(xué)博士學(xué)位,1573年定居倫敦行醫(yī)。同年,他被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員,并擔(dān)任了許多要職。1598年,被接納為劍橋科學(xué)協(xié)會(huì)的學(xué)員。不久,他動(dòng)身去歐洲大陸旅行,在歐洲成為物理學(xué)博士。1600年當(dāng)選為劍橋科學(xué)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。由于他醫(yī)學(xué)成就卓著,名傳四海,1601年,他被任命為女王伊麗莎白一世的私人醫(yī)生。

無(wú)論是在旅途中,還是在英國(guó)本土,吉爾伯特始終致力于醫(yī)學(xué)實(shí)踐,取得了巨大的成就,并贏得了較高的聲望。吉爾伯特除醫(yī)學(xué)實(shí)踐之外,還積極地進(jìn)行自然科學(xué)研究。在電學(xué)與磁學(xué)現(xiàn)象的研究上取得了巨大的成就。他發(fā)現(xiàn)并仔細(xì)地描述了用天然磁石(磁鐵礦石)摩擦鐵棒,使鐵棒磁化的方法。他又發(fā)現(xiàn)被磁化的金屬絲處在向地球磁極方向偏轉(zhuǎn)的位置上,如果鐵在磁化前經(jīng)過(guò)鍛造,這個(gè)效果就更強(qiáng)了。

他是一個(gè)出色的鐵匠,而且還掌握了不少其他手工藝。這些條件使他得以在嶄新的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上來(lái)研究磁力現(xiàn)象。例如,他發(fā)現(xiàn)鐵在被燒得通紅的情況下,其磁性就消失了。

馬里古特是13世紀(jì)的物理學(xué)家,他曾對(duì)磁石進(jìn)行過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)。后來(lái)諾曼在1581年出版的《新奇的吸引力》一書中也記敘了他的大量有關(guān)磁現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)。諾曼曾發(fā)明過(guò)羅盤,發(fā)現(xiàn)過(guò)磁傾角,實(shí)驗(yàn)測(cè)定過(guò)磁力不具有重量,還得出過(guò)磁力只是一種定向力而不是運(yùn)動(dòng)力的結(jié)論。

他研究過(guò)地球磁場(chǎng)。為了進(jìn)行這項(xiàng)研究,他使用了特殊的、自制的指南針,并得出了結(jié)論,認(rèn)為地球本身就是一個(gè)大磁體,其磁極就在地極附近。

吉爾伯特善于繼承和發(fā)展前人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)工作,經(jīng)過(guò)自己實(shí)驗(yàn)得到大量磁力現(xiàn)象,建立了重要的理論體系。他按照馬里古特的方法,制成球狀磁石,并在其上劃出子午線,同時(shí)證明了表面不規(guī)則的磁石其磁子午線也是不規(guī)則的。他還證明了諾曼發(fā)現(xiàn)的磁傾角的存在。

應(yīng)該指出的是,吉爾伯特認(rèn)為最強(qiáng)的磁體是罕見的、珍貴的天然磁鐵,這一點(diǎn)是他在磁學(xué)研究中的寶貴貢獻(xiàn)。他從事過(guò)各種電效應(yīng)的研究,并發(fā)現(xiàn)不僅是琥珀,而且還有許多其他東西都可以摩擦生電。吉爾伯特在廣泛的實(shí)驗(yàn)工作和理論研究的基礎(chǔ)上,結(jié)出了豐碩的成果——《論磁性,磁體和巨大地磁體》。該著作共6卷,于1600年出版。分別講述了磁的歷史和5種磁運(yùn)動(dòng),即天然磁石的吸引力與琥珀的吸引力的區(qū)別;磁針的指極性;地磁場(chǎng)的變化(地磁偏角);地磁傾角;磁致轉(zhuǎn)動(dòng)及其與地球和天體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。它為電磁學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ),因而吉爾伯特被后人譽(yù)為“磁學(xué)之父”。

吉爾伯特的研究工作引起了女王伊麗莎白的注意。女王是英國(guó)新教的首腦,自然不容有人對(duì)上帝不敬。于是,女王決定親臨吉爾伯特家觀看他的實(shí)驗(yàn)。吉爾伯特在實(shí)驗(yàn)室里一一向女王展示了他的實(shí)驗(yàn)。

“這就是磁體和琥珀,”吉爾伯特對(duì)女王說(shuō),“它們之所以享有盛名和光榮,是因?yàn)樵S多學(xué)者提到過(guò)它們的名字。借助于它們,有些哲學(xué)家解釋了各種秘密。好學(xué)不倦的神學(xué)家們?cè)诮忉屓祟惛星槔锏淖诮堂孛軙r(shí),同樣也常常依賴于磁體和琥珀。”

伊麗莎白女王是個(gè)非常篤信上帝的人,不高興吉爾伯特過(guò)于大膽地涉及這個(gè)題目。因此,當(dāng)吉爾伯特提到神學(xué)家時(shí),她的臉色頓時(shí)發(fā)生了變化。

可是吉爾伯特并沒(méi)有看到這一情景,繼續(xù)說(shuō)道——

“而以伽林為首的醫(yī)生們,就曾用磁體來(lái)解釋過(guò)瀉藥的作用。但是,他們并不了解磁力現(xiàn)象的原因和所觀察到的琥珀現(xiàn)象有根本的區(qū)別,而把這兩種現(xiàn)象稱之為引力。他們雖然將這些現(xiàn)象作了比較,但他們卻始終迷惑不解。這就使他們進(jìn)而犯錯(cuò)誤。”

吉爾伯特拿起一塊琥珀,接著說(shuō)下去:“琥珀在希臘語(yǔ)里是‘埃列克特倫’,經(jīng)過(guò)毛皮的擦拭,它就開始吸引細(xì)小的草枝和干果皮。我發(fā)現(xiàn)不僅琥珀有這種特性,許多寶石、硫磺、玻璃、甚至火漆也都具有這種特性。”

吉爾伯特拿起一根玻璃棒,將它擦了幾下,于是干草枝和果皮都順從地從桌子上蹦到了玻璃棒上。

當(dāng)時(shí),吉爾伯特通過(guò)實(shí)驗(yàn)駁斥了許多迷信的說(shuō)法,動(dòng)搖了神權(quán)的統(tǒng)治,女王很不滿意。可是,由于他醫(yī)學(xué)水平很高,鑒于他的威望,女王也只好對(duì)他的創(chuàng)舉默然不語(yǔ)。

吉爾伯特終生獨(dú)身,但是他與科學(xué)卻結(jié)成終生伴侶。他除了研究醫(yī)學(xué)、化學(xué)和磁學(xué)以外,還研究了天文學(xué),并置身于第一批以新的、革命的觀點(diǎn)宣傳地球和天體運(yùn)動(dòng)的英國(guó)科學(xué)家之列。

他在宇宙結(jié)構(gòu)的問(wèn)題上,詳盡闡述了其大膽的見解,他不接受伊麗莎白女王的觀點(diǎn),是英國(guó)教會(huì)認(rèn)為第一個(gè)不接受伊麗莎白女王觀點(diǎn)的“異端分子”。他認(rèn)為,星球與地球之間的距離在不斷的變化中。假如在吉爾伯特時(shí)代的2000年以前,畢達(dá)哥拉斯虛構(gòu)的天球最終被證明是不存在的話,那么首先推測(cè)出什么力量使行星保持它們?cè)谲壍郎系氖羌獱柌亍KJ(rèn)為使行星保持在其軌道上的力量是一種磁性引力。

1603年3月,伊麗莎白王一世死后,吉爾伯特又成為詹姆士一世的私人醫(yī)生,可是為時(shí)不久,9個(gè)月后,即1603年12月10日,這位學(xué)者在科爾切斯特城感染鼠疫,后暴卒于倫敦。

吉爾伯特在臨終之時(shí),將自己的私人圖書館、地球儀、儀器和礦石標(biāo)本全部饋贈(zèng)給皇家醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)的一所醫(yī)科大學(xué)。遺憾的是后來(lái)一場(chǎng)大火中,這些遺產(chǎn)全被燒毀。

1651年,吉爾伯特的兄弟將他的手稿編輯出版,成為吉爾伯特的另一部著作《我們地上世界的新哲學(xué)》。該書分為兩部分,第一部分提出“土”是構(gòu)成世界的唯一元素,否認(rèn)“土”、“水”、“氣”、“火”四元素說(shuō),并認(rèn)為“土”有磁性,無(wú)磁性的固體是“土”的退化形式,流體是“土”的流出物;第二部分討論了彗星、銀河、云、風(fēng)、虹等問(wèn)題。

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