|
1832年法拉第宣布他发现了电磁感应之后，安培声称，实际上他在1822年就已经发现了一个电流能够感应出另一个电流。这确实是事实。但是这一事实他没有及时发表。1822年的仲夏，安培在日内瓦重做了他在1821年7月做过的实验。他的助手是他老朋友的儿子德莱里弗（Auguste de la Rive）。实验装置如图1所示。
图1 安培1821年的实验装置
图1中，DEB是一个固定在支架上的线圈，它是由很多匝绝缘导线绕成的；F和B是线圈的引线，用来与伏打电堆相连；HIG是一个由很薄的铜条弯成的铜环，并利用一根穿过线圈的细线把铜环悬挂于小钩下，且使铜环正好同心地悬挂在线圈里面。1821年的实验是将线圈与电池接通，再把一根磁棒移向铜环，如图1所示。在实验中他们没有观察到磁效应。而1822年的实验与1821年的实验相比，唯一不同之处是用一个马蹄形强磁铁代替了磁棒，如图2所示。关于1822年的实验究竟是怎样进行的，无论从安培的描述还是从德莱里弗的描述看，都不是很清楚。
图2 1822年安培用马蹄形磁铁做实验
但是安培确实说过：“在电流通过螺旋线圈以前，铜环和磁体之间没有相互作用。”这意味着在电流接通之前，磁体已经放在铜环附近了。在实验中，他们两人都已清楚地观察到由于感应引起的吸引和排斥，使铜环发生偏转，但是都没有指出铜环中电流的瞬时性。
实际上，安培和德莱里弗是无意中制成了一个过阻尼冲击电流计，所以铜环的偏转是很明显的，而且能持续一段时间。但他们两人都不清楚这实验现象可以用来说明什么。德莱里弗仅仅报告说：“这个重要的实验表明：有些物质，虽然不能像铁、钢那样被电流永久地磁化，但是当它们受到这种影响时，至少能被暂时地磁化。”
这里，德莱里弗并没有明确指出一个电流感应出另一个电流。在这一方面安培就比德莱里弗讲得清楚。他说：“这个实验无疑地证明了感应能够产生电流，除非我们怀疑产生电流的铜环中混杂有少量的铁。”
但是，他们两人都没有意识到这个实验的极大的重要性。实际上，安培在他的报告中竟作出了如此令人惊讶的结论：“这个感应能够产生电流的事实，尽管它本身是很有趣的，但它却与电动力作用的普遍理论没有关系。”这一报告结论为我们了解安培对自己的实验发现所持的认识和态度提供了一个依据。
图3 安培对磁性的解释
当时，法拉第及其他研究者们正热切期望和努力探索着电磁感应效应，安培本应该对他的发现大加宣传，但是安培却没有这样做。那么，安培为什么没有利用这一发现以获得他显然渴望得到的不朽声誉呢？在这一点上，各家众说纷坛。罗斯（Ross）把原因归结为德莱里弗的年轻和缺乏经验，以致于在描述这个实验时没有强调感应电流；而安培则是由于疏忽，没有将他的发现探究到底。布伦德尔（Blondel）则简单地认为安培没有考虑1822年的实验结果，因为他坚持的是分子电流的学说。霍夫曼（Hofmann）则解释为：安培发现感应现象，被他同时作出的关于同一导线上的电流元之间相互排斥的“发现”所掩盖，使得安培忽视了感应现象。
其实，布伦德尔的陈述基本上是正确的，但令人难以理解，因为他没有指出隐藏在安培行动背后的原因。
1821年9月，法拉第发现通电导线能绕磁铁旋转。不久，他又创制了著名的电磁旋转器，并发表了批评安培理论的论文。对于新的发现和法拉第的批评，安培不能无动于衷，因为两者似乎都触动了他的新学说的基础。此时，分子电流说对安培已变得极为重要，因此他决不能放弃它。这就导致了他对自己的电磁感应的发现极度轻视。实际上，当德莱里弗宣读安培对该实验的叙述时，安培就在日内瓦，当时他是完全能够作出修正，然而他没有这样做。而对德莱里弗发表在《化学年鉴》上的文章他曾作过一些更改，但却没有修改对感应的叙述。这些事实为我们考察安培当时如何理解和对待感应实验提供了重要的线索。
在当时，安培为了保护他的分子电流理论，很想把同轴电流说否定掉。所以他把实验中由感应所产生的同轴电流也试图解释为分子电流。罗斯曾引用证据说明安培确实否定了同轴电流说。安培的这一指导思想，直到1825年10月给赫谢尔(John Herschel)的信中，也仍旧可以看出来。在该信中，安培仍把他的实验解释为：在铜环中感应出了环绕着分子的电流。其中有一段话很关键，转引如下：
“我愿意跟您聊聊您和巴巴奇（Babbage）先生所做的那个漂亮实验，是关于阿拉哥发现磁体和金属盘有一个沿着垂直轴振荡或转动时会产生的那种作用。
这些现象之所以会产生，是由于电流或磁体对小电流的作用所产生的。对于第一种情况，这一小电流是由酸的接触引起的，对于第二种情况，则是由磁体的感应所产生。这是根据我1822年在日内瓦所做的实验得到的结果，当时已由德莱里弗发表。我常常遗憾的是，没有时间写这个问题”。
在这段话的前面一节中，安塔还描述了一个电流怎样“产生一个非常小的闭合平面电流”，而这个小电流具有这样的行为，使得这种电流的组合能够代替一个永久磁体。这里，安培虽然没有说这些电流就是分子电流，但是这些电流具有分子电流同样大小的数量级，这一点是很清楚的。这表明，此时的安培，显然仍持有与1821年同样的思想。1822年的实验为他证明的只是电流是被感应出来了，但它们并不是与铜环同轴的电流。因此，安培并不想去确定电流方向，他对此是完全不在意的。
图4 安培对空心磁铁和螺线管的解释
安培未能发现电磁感应的原因是安培把他的分子电流理论看得太重要了，而电磁感应只是他最后才希望发现的事情。如果他承认他已经在实验中产生的同轴电流，那就会把他珍贵的理论置于无立足之地。因此，他做了他不得不做的事。他把他原来用以在同轴电流和分子电流之间作出选择的（1821年完成的）实验变成了一项毫无意义的练习。他1822年的实验结论表明：无论他观察到什么，他都会坚持把它解释成分子电流，或者至少是分子大小的电流存在的证据。他完完全全成了自己理论的囚徒。
1822年夏，安培的实验完成不久，法拉第便得知了。他在写给德莱里弗父亲盖斯帕·德莱里弗（Gaspard de La Rive) 的信中说：“我认为你提到的安培的实验是非常重要的，尤其是在一个仅仅和伏打电流邻近而没有与之接通的铜片中能够产生磁……”这说明法拉第已经从中得出：产生感应电流所需要的，仅仅是一根载流导线与另一相邻导体。由于这一实验很容易重复，可以相信法拉第从德莱里弗那儿听说后马上就会进行试验。他曾在1925年11月尝试过这个实验，但是探测不到效果，他在19世纪20年代的日记比较粗略，所以这个实验的记录可能没有保存下来。有趣的是，在他的第一集《电学实验研究》中做的是另一类实验。他没有使用铜箔环，而是用了一个铜盘。正像门道泽（E．Mendoza）所指出的，是由于圆盘的转动惯量太大，所以没有观察到安培所看到的效应。
法拉第怎么会出这样的差错呢？这似乎与德莱里弗对该实验的描述含糊不清有关。德莱里弗讲的是“une lame de cuivre”（法文），译成英文就是“a sheet of copper”，意即铜片。尽管安培自己的叙述在法拉第逝世前没有发表过，然而安培的朋友德门夫仑（Demonferrand）出版过一本介绍安培观点的书，安培把它作为对他理论的极好总结，并寄给了法拉第。在该书中说到“un cercle de cuivre”（法文），即“copper circle”（铜圆圈）。卡明(James Cumming）把该书译为英文时，重复了这一名词。两书中都有一个示意图，转引如图5所示。德门夫仑的图看上去有点象一根导线被弯成一个圆环，尽管它也很容易与圆盘混淆；而卡明的图看上去就是一个圆盘，怪不得法拉第被引入了迷途。
图5 文献中误把铜环（左）当成铜盘（右）
如果安培把他的理论暂时放一下，而将他1822年在日内瓦做的实验全部准确地公布出来，那么，法拉第肯定会重复这个实验，而且凭着他的实验天资，会马上从中探索出用电流产生感应电流的必要条件，原电流和感应电流的方向，以及其他所有的与他在1831年独立作出的电磁感应发现中得出的结果相似的结论。这样，电磁感应有可能会提早几年得到发现，而安培也就会得到“最早发现者”的荣誉，用不着在1832年恳求分享这一荣誉了。这里人们也许可以吸取重要的教训。
|
