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【疯狂物理学家】库仑:电磁学领域的开创者,由“定性”走向“定量”

 襄子的箱子 2022-01-25
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这是【疯狂的智人】第 048 篇文章
疯狂的物理学家】第 007 篇文章

讲库仑之前,先来讲一段我高中时期的一段奇思妙想。

 
记得高中上库仑那一节课,我发现库伦公式和万有引力公式极其相似,万有引力与两物体之间的质量成正比,与两物体之间距离的平方成反比。而库仑力也很类似,与两电荷之间的电荷量成正比,与两电荷之间距离的平方成反比。
 
唯一的区别就是,万有引力总是相吸的,而库仑力除了相吸,还相斥。
 
万有引力属于宏观世界,库仑力属于微观世界,这两个世界是如此地相似,以至于如果把地球当成一个细胞,或许生活在地球上的每一个生物都是一个病菌。而整个宇宙,可能就是另一个巨大生物的躯体。
 
这样一想,再联系到小时候看过的未解之谜,说有地球人莫名失踪,被外星人带去做实验了。或许那些外星人就是宇宙这个生物体的免疫系统,而被带去做实验的地球人,则被当成了机体外来入侵物种。
 
我会不会有一天也被外星人带走呢?或许,我就是这个宇宙的癌细胞。
 
想着想着,下课铃声响了,将我从幻想世界拉回到了现实世界,我才醒悟过来,比起担心被外星人抓走,不如担心今天的物理作业该怎么做吧,毕竟一节课都在走神,除了库仑,我啥都没听进去。
 
回到家之后翻了翻书,发现有关库仑力的题目都只是基础,翻翻书就能找到。后来老师告诉我们,库仑力在高考中不会涉及太难的题目,在考纲中属于了解即可的程度。
 

难道,是库仑不配吗?他只配给法拉第提鞋吗?
 
非也非也,是因为我们高中所学的那点可怜的知识,根本配不上库仑力出场,有法拉第折磨我们这帮废柴就已经够够的了。
 
为什么会这样呢?
 
因为变化,有关变化的变化。我们回到库仑定理的公式就会发现,库仑力与两个电荷之间距离的平方成反比。这也就是说,如果两个电荷都是正电荷,则他们是相斥的,会远离,但它们的位置变化一点点,相应的,库仑力所表现出来的斥力就会变小。只要两电荷之间的相对位置在发生变化,那么库仑力也会相应变化,这就给解题带来了麻烦。当然,如果运用微积分,其实也可以解,但我们高中数学,无论是理科还是文科,都不学微积分,所以,这可能也是我们的幸运吧。
 
那有朋友可能有疑问了,那万有引力不也是这样吗?
 
的确,严格意义来讲,万有引力也会随着两物体之间距离的变化而变化,但万有引力实在是太小了,因此这些变动可以忽略不计,万有引力可以被当成一个恒力,而库仑力就不行了。
 

好,讲完了这段幻想旅程,我们回到库仑身上。实际上,关于库仑的史料很少,他的一生几乎是一片空白。这其中最主要的原因是他活在法国大革命时期,虽然他最终逃脱了被砍头的命运,但他本身在那个时期就是革命者眼中的目标,首先他家庭不错,父亲有钱,而且,自己也是一个知识分子,读过书,再者也曾在旧社会的法国军队中服过役。正因为此,库仑的生平信息就几乎被抹成了一片空白。
 
查利·奥古斯丁·库仑于1736年6月14日出生于法国,在法国读过书,后来也参军了,在西印度群岛服役几年后,回到了巴黎,当了一名工程师。库仑家很有钱,基本上属于吃喝不愁的那类人。在当工程师的时候,他同时从事科学研究。
 

当时法国正在考虑在布列塔尼挖一条运河,库仑便被海军部长派去探测河床。回来后,他的报告上写,实际情况并不利于挖运河。如此,他得罪了当时一些有权有势的人,这帮人找了一个借口将库仑拘留了。
 

后来,布列塔尼政府自己也发现了问题,同意库仑的结论,他这才有惊无险,重获了自由。
 
之前卡文迪许用扭秤实验测量了万有引力常数,库仑也照猫画虎,不过他的实验要比卡文迪许的要方便许多,毕竟电荷之间的力要比万有引力大多了,因此实验装置不需要细微的刻度。
 

最终,库仑测出了库仑常数,约为9.0×10^9N·m²/C²。
 
1785年,库仑提出了著名的库仑定律,就此,静电学开启了新纪元。库仑无疑是这一领域的开创者,也是一名承前启后的人物。正如拉瓦锡在化学中的地位一样,库仑在静电学上,将这门学科从定性带入了定量。
 
只有当一门学科可以定量的时候,它才能算作科学。今天很多中国传统理论依然停留在定性的阶段,比如人体内的阴气、湿气、寒气等等,都属于定性,而无法定量。当然,我这里也不想引发争论,并不是说这样不好,而是如果我们只停留在定性阶段,实际上我们离真相还有很长的一段路。
 
就包括作为个人也是如此,很多投资者之所以屡屡失败,或屡屡被骗,就是因为脑海中只有“性”的概念,而没有“量”的概念。他们只知道这项目能赚钱,就感觉像是万事大吉了。实际上,这是一种非常危险的想法,只有当我们深刻了解能赚多少,利润是多少,以及背后自己所要承担的风险是多少,只有这样量化了,那么人的决策才会有一定的把握。
 
今天这篇文章,希望你除了记住我刚开始讲的那段奇妙的旅程外,能记住“定性”与“定量”之间的区别,将“量化”的概念装进头脑中,那么我相信,库仑也会很欣慰的。
 
1789年,这一年的库仑53岁,他的7卷巨著《电气与磁性》公开出版。这是库仑多年研究的成果,他将牛顿力学引入电学与磁学,并丰富了电学与磁学的计量方法,为电磁学今后的发展奠定了稳固的基础。
 
不过也在同一时期,法国大革命来袭。或许是库仑的聪明才智让他意识到了危险,他在出版了自己的巨著后就辞职了,从此过上了隐居生活。或许,正是这一行为才让他保住了性命,否则是极有可能随着拉瓦锡一起人头落地的。
 
直到拿破仑时期,这位老科学家才算安全了,再度出来活跃了。但在这之后的库仑,似乎在多年的隐居生活中自废了武功,他再也没有什么建树了。考虑到他当时的年龄,实际上也属于正常,要知道,数学和物理学是非常吃年龄的两门学科。
 
1806年,库仑于巴黎病逝,享年70岁。
 
由于史料的缺失,似乎库仑是一个非常低调的人,从工作中我们也可以看出来,他是一个非常认真且严谨的人。
 
不知写完这篇文章,我是否会被外星人带走,反正不管怎样,先给我点个赞吧。

疯狂物理学家

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