陈刚导师研讨课——电磁学中的科学家故事

如果有人宣称，一块黑乎乎的磁铁和光有联系，放在几百年前，他可能会在众人的哄笑中颜面尽失，但在这两百多年中陆续搭建起来的电磁学大厦，让这一看似荒诞的联系成为了现实。电磁学是如何发展起来的？发生过哪些跌宕起伏的故事？科学家们又是如何一步步站在更高的巨人肩膀上的？陈刚老师借着这些疑惑，为我们展开了电磁学的发展历史和其中的人物画卷。

电磁学由从一种看不见摸不着的物质——电荷。自然界造物时似乎害怕孤独，什么都要成双成对。库伦最早发现电荷时也不例外，有两种性质完全相反的电荷，被冠名正、负，两种电荷互斥。

事物皆有其源，电荷由何而来？密立根发现秘密藏在电子里，他孜孜不倦在悬浮的油滴中寻找答案，历史上著名的密里根油滴实验中，他确定了电荷的最小单位。

讲到这里，陈刚老师揭了揭密里根的“短”：作为一个科研从业者，他在做实验时没能完整的保留数据，而是挑出一些“好”数据去进行验证，虽然最后得出了伟大的发现，但这种行为在科学界是糟糕的榜样。科研需要严谨，即使是有问题的数据，也应该保留，留下完整的实验过程留给后行者做参考。或许这些糟糕的数据是甲之砒霜，但谁能否定他不会是乙之蜜糖？

通过这个例子，老师循循善诱，让大家引以为戒，培养出正确的科研习惯。

随后陈刚老师又继续讲到电磁学的发展。

欧姆又在大量的实验后总结除了欧姆定律，这是一种实验定律， 虽然不够严谨，但对电学的发展起到重大地推动作用。

在这一时期，用于描述电场和磁场的数学工具也在不断完善，天才高斯、斯托克斯、拉普拉斯、泊松等等，推导了高斯定理、斯托克斯定理、拉普拉斯方程、泊松方程等，为电磁学后续的发展提供了有力的数学工具。

到现在为止，电与磁仍是分离电关系。而第一次将他们联想起来电天才叫做奥斯特。作为一位教授，他不仅仅教电学，还对磁学还有了解。电和磁可能有联系的念头紧紧缠绕着他，他决心在课堂上做实验，将通电线圈放在磁针旁边，在经历了一些失败后发现平行放置时小磁针竟然发生了转动！一项改变人类历史的发现就在这样“跌跌撞撞”中产生了！

但老师告诫我们，每一个看似巧合的发现都离不开个人的积累，如果奥斯特没有电学和磁学的知识储备，他断然不会费心费力去做这样的实验的。

除了这个产生磁场的实验，还需要明确电流和磁场的数学关系，而安培定则填补了这一空白。安培是贵族出身，从小就热爱科学，他的父亲没有他上私立学校，而是专门给他请了一位教师教科学。因为从小培养的兴趣，安培极其痴迷科学。有一段佳话，他曾经走在路上突然出现灵感，随手在旁边的东西上写了起来，在演算时这块“黑板”动了起来，往前飞速移动，他只好边追边写，原来那是一块马车背后的屏风！

这样的科学热爱者想不取得成就都难，安培发现了电流产生磁场的规律，称为安培定则。虽然从现在的眼光来看，安培定则不够完备，有一项位移电流未被囊括其中，但在当时的历史条件下，这依然是伟大的发现。

从此，电和磁终于联系起来了。既然电能生磁，当然会有人想到它的反面——磁如何生电呢？

PPT转向下一页，又一个重要人物，法拉第登场了。

和那个年代的很多科学家不同，法拉第家境贫寒，人生充满了励志。他们家在伦敦附近，他很小就去打工，去了一个装订书的铺子，开始利用空闲时间阅读各种书籍，大大开拓了眼界。而当时英国为了宣扬自己的科学发现，经常做一些公众科普。有一次化学家戴维做科普时，法拉第坐第一排，还记了厚厚的笔记，结束时给戴维看，给对方留下了深刻的印象。戴维后来有一次做一个危险实验时炸瞎了助手的眼睛，需要新的助手，他第一个想到的就是法拉第。而法拉第也跟着戴维开始了自己的科学之路。

陈刚老师感慨道，法拉第是他最喜欢的科学家之一，他告诉我们，只要坚持做自己喜欢的，觉得对的东西，像张益唐、法拉第，无论富贵贫贱，都能实现伟大的成就。

陈刚老师又回忆起了自己高考时，那年高考泄题，用了备用试卷，95届，题目都出错了，最后去了化学系。但大学学了一年后，觉得化学并不符合自己的兴趣，转去了物理系，如今一直坚持在自己喜欢的领域。

法拉第因为跟着化学家戴维做了很多实验，也对电学了解，开创了电化学。因为自身资质愚钝，数学功底差，法拉第会把问题转化为特别简单的方式理解，想方设法图像化，最后发现了电磁感应，还发明了磁力线。因为电磁感应，现代电子信息行业的根本——电，也能从发电机中源源不断产生。

陈刚老师还补充道，为了让大众接触科学，他还开创了法拉第论坛，这个论坛到现在（195届）依然存在。在欧美，大家在科学上的争论很激烈，指出他人的错误毫不留情，在论坛上的气氛就能看出来，但在中国大家讲人情，不愿意揭露别人的纰漏，对科学的发展极其不利。

最后，重大的发现往往需要一个整理者，历史等来了电磁学的集大成者——麦克斯韦。

麦克斯韦本身就是天才，从小就很聪明。在他之前，电磁学都还很零碎，有各种定理和定律，却没有一个统一的数学表达，而学霸的特质之一就是擅长总结，麦克斯韦把库伦、高斯、安培等定理集中到一起后发现了其中的规律，他是电磁学的归纳总结者，证明了电和磁是同一个东西，而且预测了电磁波的存在。预测出的电磁波的速度和光相同，但他几乎不敢做出这个假设，他不敢发表自己的看法，担心自己做出错误的判断。这也引起了大家深刻的思考。

最后，研讨会在大家的掌声中结束了，但物理学的探索，新现象、新理论的发现和提出者却还在不断延续、涌现。