奠定電磁學的理論基礎，他功不可沒！

一石激起千層浪。話說奧斯特發現電流磁效應的消息公布後，各國科學家感到驚奇的同時，紛紛以其實驗為基礎進行研究，想弄清電與磁之間到底有什麼聯繫。

這些科學家裡，包括法國帝國大學的總學監安培。公元1820年9月初的一天中午，他讀完奧斯特關於「電生磁」的論文後，驚得從椅子上站了起來。

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安培之所以震驚，是因為他委實沒有想到，自己多年研究電、磁學，居然方向都錯了！

這事還是從頭說起。

生於法國里昂的安培從小就很聰明，上學時特別喜歡拉丁文和數學。喜歡科學的父親在業餘一方面教安培數學知識，另一方面鼓勵他用拉丁文閱讀歐拉等作家的作品。文理科基礎紮實的安培廣涉群書，對歷史、哲學、物理、化學等都造詣很深。公元1808年，33歲的他被任命為法國帝國大學總學監，主講數學、哲學等課程。

安培畫像(網路圖)

與當時大多數科學家一樣，安培對熱門的電學和磁學非常感興趣。長期的研究中，他對庫侖關於「電、磁之間沒有聯繫」的觀點深信不疑。相當長一段時間，他都沿著庫侖的步伐，對電力、磁力進行量化研究。這就是安培感到震驚的真正原因。

「既然電與磁之間存在必然聯繫，那從本質上解決兩者的關係，再從微觀上進行解釋，非常有必要。」深讀奧斯特的論文後，安培彷彿看到一扇通向新領域的大門。

於是，思維敏捷的他決定快速推開這扇門。

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安培先重複了奧斯特的實驗。他在直導線周圍放幾個小磁針，當直導線通電後，小磁針都有不同程度的轉動。他進一步觀察，發現這些磁針的方向都相同。

「看來，我得先弄清電流與磁力方向到底有什麼聯繫。」安培定下第一個研究目標。

電流對磁針效應的實驗。(網路圖)

他先通過實驗確定直導線通電時磁針的方向，然後改變電流方向，發現小磁針的方向也隨之改變。他試著用右手來表示電流與磁力的方向，居然成功了。經過多次試驗，他得出以下結論：右手握住直導線，伸直大拇指的方向表示電流方向，彎曲四指所指的方向就是磁力方向。

「如果把直導線換成環形導線，磁力方向是否也有規律？」安培把直導線改為U形導線繞成的螺線管（注一）後，繼續用最現成的工具——右手來測試，於是得出以下結論：右手握住通電螺線管，彎曲四指指向電流方向，大拇指所指那端就是螺線管的北極。

一周後，安培向法國科學院提交了一篇關於電流與磁力方向的論文，文中把先前得到的兩個結論放在一起，稱其為「右手螺旋定則」。後來，人們把此定則叫做「安培定則」。

右手螺旋定則示意圖。(來源於網路)

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安培研究了電流與磁力方向的關係後，又著手研究電流對電流的作用。通過實驗，他發現兩條平行的通電導線，當電流方向相同時互相吸引，電流方向相反時則互相排斥。他把這個結論擴展為一篇論文。9月25日，此論文在法國科學院的刊物上發表，安培受到科學界的廣泛關注。

再接再厲，安培把直導線折成各種形狀，然後觀察不同形狀導線的作用力。他發現，這些導線與通電螺線管產生的磁場非常相似。為此，他借鑒科學家牛頓把質量分解成質量元的先例（注二），把電流分成無限多的電流元，並用四個精巧的實驗來探討電流元之間的相互作用。於是，安培把磁的本質簡化為電流，從而創立了著名的「分子電流假說」：在物體的原子、分子內部，存在一種叫分子電流的環形電流；正是分子電流的存在，使每一個物質微粒都成為磁體。「沒有磁化的物體內部，分子電流方向是雜亂無章的，小磁體也是雜亂無章的，因此對外不顯示磁性；磁化的時候，在外磁場的作用下，每個分子電流產生的磁場方向變得相同，對外顯示出磁的作用。」如此推理，電磁現象變得合理。

甲圖是雜亂無章的「分子電流」，乙圖是規則排布的「分子電流」。（網路圖）

兩個多月後的12月4日，安培在法國科學院的會議上作了以電流與磁力規律為主題的理論報告。報告中，他精確闡述了電流與磁力方向、電流相互作用、分子電流等電磁理論；論文最後部分還提出利用電磁來傳遞電報訊號的建議。

會後，法國科學院的專家經過詳細分析，認為安培報告的內容在電磁學方面具有開創性，奠定了電磁學的理論基礎。電磁學大咖麥克斯韋不但把安培譽為「電學中的牛頓」，還認為其工作是「科學上最光輝的成就之一」。

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勝不驕，敗不餒。成功路上順風前行的安培沒有驕傲，而是總結經驗，向更高的目標奮鬥。1822 年，47歲的他總結有關電磁學理論的研究成果，發表了論文《電動力學的觀察彙編》（注三）；1824年，他發明了用來探測和度量電流的電流計，後人也叫它安培計或安培表；1827 年，他出版了《電動力學理論》一書，把電磁學理論推向一個新高度。

電流計(網路圖)

為了紀念這位奠定電磁學理論基礎的科學家，倫敦國際電學大會於1908年公開決定，把「安培」作為國際單位制中表示電流的基本單位，簡稱安，英文符號A。同時規定，把1秒內從硝酸銀溶液中電解出1.11800毫克銀的恆定電流為1安培，又稱國際安培。

奧斯特雖然發現電能夠產生磁，但並沒有研究磁能否產生電；安培雖然奠定了電磁學理論的基礎，但在電磁學的運用方面並沒有過多研究。當兩位大師沉醉於電磁學研究的同時，有一位鐵匠的兒子，不但通過實驗確定磁能生電，並由此引出一系列電磁學發明，而且在電磁學理論方面提出新觀點，為電磁學家們樹起前進的路標。欲知後事，請看法拉第系列之上集《磁生電，「電學之父」十年辛苦不尋常！》。

【備註】

注一：螺線管，指多重卷繞的導線，卷繞內部可以是空心的，或者有一個金屬芯。當有電流通過導線時，螺線管內部會產生均勻磁場。螺線管是物理學中很重要的元件。

注二：質量元，質量的基本單位。力學史上，質量的定義首先由牛頓提出。他認為質量是物質的數量，即質量元的量度。

注三：電動力學，也稱為經典電動力學，經典的電磁動力學理論。其研究電磁場的基本屬性、運動規律以及電磁場和帶電物質的相互作用。迄今人類對自然界認識得最完備、最深入且應用也最為廣泛的是電磁相互作用。

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