【科學史沙龍】誰才是電學中的牛頓？

■庫倫在 1780 年代斷言，電跟磁是兩個完全不同的實體，引領當時歐陸對這兩種現象的主流意見；包括安培跟必歐等等物理學家，都堅定地支持電與磁彼此獨立存在的主張。這樣的認知是如何在短短幾個月內，產生可謂 180 度的大反轉，誰又是引領這股潮流的「電學牛頓」？

講者｜國立師範大學物理系 陳育霖教授
撰文｜高英哲

物理學界對電磁的認知，在 1820 年產生了重大的變化，丹麥物理學家厄斯特 (Hans Christian Ørsted) 經過實驗發現， 載流導線的電流會作用於磁針，使磁針改變方向，因此發表論文，並且到德國跟瑞士等地重做實驗。在瑞士看到實驗的法國物理學家亞拉戈 (Dominique François Jean Arago) ，在法國科學院展示這項實驗，震驚了法國物理學界。

安培眼見為實，立刻在短短一個月內發表了三篇論文，敘述實驗中兩根通電導線像磁鐵一樣，會互相吸引或排斥的現象。必歐 (Jean-Baptiste Biot) 也在同年跟沙伐 (Félix Savart) 共同提出必歐—沙伐定律，描述電流元產生之磁場強度，與電流的大小、方向、距離之間的關係。

法國的物理學界能夠在見到實驗證據的當下，幾乎是立刻就予以接受，回頭修正自己堅信已久的理論，拉普拉斯功不可沒。在拿破崙時代手握大量研究資源的拉普拉斯，透過巴黎理工學院跟法國科學院的體系，訂立了物理研究綱領，於十九世紀初期將法國推向研究物理學的領導地位，更難得的是，他建立起來的思維氣質並不定於一尊，而是非常願意「唯變所適」，勇於擁抱經過實驗證實的新概念。

為電動力學奠定基礎的則是安培。安培對於牛頓能夠將萬有引力的相互作用，簡化為粒子間的吸引力，並提出質量為引力來源的概念十分佩服，他也希望能夠將電磁作用，簡化為電流間的相互作用，並歸納出電流元為吸引力跟排斥力的來源。馬克斯威爾十分恰當地將安培譽為「電學中的牛頓」，並且盛讚安培以電流元之間的力學作用，總結所有電磁學現象的想法。

安培跟必歐對於電磁現象的說法，就我們來看根本就是同一回事，但他們當年倒是有過一番論戰。安培認為一切的磁現象，都可以解構為電動力學現象；必歐不太認同安培的「電流元本位主義」，他認為電磁力本身就是一種基本力，足以敘述載流導線的吸斥現象。由於必歐的論述無法更深入地解釋電磁現象，我們今天比較認同安培的說法，以牛頓力學的觀點來看電磁現象。就如同古典力學的力量單位以牛頓為名，電流的強度單位則以安培為名；安培確實如他所殷切期盼地，以簡潔而美麗的力學概念，為電磁現象提出解釋。