盘点对电磁学做出贡献的 5 位神级科学家
盘点对电磁学做出贡献的 5 位神级科学家
电磁学无处不在，从古埃及人对电鲶鱼的观察，到中国人使用磁石指南针导航，再到我们今天使用的各种电子设备，电磁学的历史源远流长。本文将带您回顾五位在电磁学领域做出开创性贡献的科学家，了解他们如何一步步揭示电磁学的奥秘。
尽管人们对各种电现象和磁现象早已了解，但直到 1800 年代初才有人怀疑这两者之间有着千丝万缕的联系（更不用说这些双生力会产生能量波了）。然而，在接下来的一个世纪里，少数杰出的思想家和实验家逐渐揭开了电磁学的神秘面纱。
什么是电磁学？
电磁学涉及带电粒子之间的相互作用。它将电和磁结合成一个理论，并负责各种现象，例如电流和磁场的产生。
我们每天都会在电动机、广播电视广播以及核磁共振机等医疗设备中使用电磁学。简而言之，这就是电荷如何产生磁场以及变化的磁场如何产生电力。以下是物理学家对电磁学领域做出的开创性贡献。
1. 汉斯·克里斯蒂安·奥斯特
在 1820 年的一次演讲中，丹麦物理学家 Ørsted 偶然发现了第一条线索：他发现，当他通过电线通电时，附近的指南针指针会偏离其与磁北的正常对齐方向，直到垂直于磁北。换句话说，他发现电流会产生磁场。
关于 Ørsted 是在寻找这个结果还是无意中发现了它，说法不一。无论如何，这是电和磁之间密切关系的第一个迹象，也是故事中下一个关键人物的主要灵感。
2. 迈克尔·法拉第
在奥斯特的演示之后，他的同时代人开始怀疑这种效应是否会反向发挥作用——也就是说，磁铁是否可以产生电流。考虑到这一点，英国物理学家法拉第尝试了自己的实验。
1831 年 8 月，他将两圈绝缘线缠绕在铁环的相对两侧。一个连接到电池，从而磁化铁，另一个连接到检流计以检测电流。法拉第想看看第一根电线产生的磁场是否会让第二根电线通电。
起初，结果令人费解。令他惊讶的是，每当他打开第一根电线中的电流时，检流计都会在第二根电线中短暂记录到电流，当他关闭第一根电线时，检流计会再次记录到电流，但两者之间什么也没有。他意识到引起电流的不仅仅是磁场的存在，而是磁场的变化。后来，他通过将磁铁移入和移出线圈，得到了相同的结果。
法拉第发现了一种称为电磁感应的过程，同时发明了第一个变压器。事实上，他的工作为我们最珍视的许多现代技术奠定了基础，包括为我们的家庭发电和供电的基础设施。
3. 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦
由于出身贫寒且缺乏正规教育，法拉第始终是一个比数学家更好的实验家。但就在他做出最伟大发现的同一年，为该发现提供严格理论框架的人也诞生了。
1865 年，苏格兰物理学家麦克斯韦发表了一组四个优雅的方程，描述了电和磁之间的关系，最终统一了几代科学家一直难以理解的一系列现象。更重要的是，他们预言了电磁波的存在。
麦克斯韦正确地猜测这些波是可见光的组成部分，后来的研究人员证明了电磁波谱的其余部分也是如此：伽马射线、X 射线、紫外线、红外线、微波和无线电波。
阿尔伯特·爱因斯坦（他本人为推进麦克斯韦理论做出了巨大贡献）将他视为与科学界长期以来的典范艾萨克·牛顿爵士同等的人物。正如他所说：“一个科学时代结束了，另一个科学时代由詹姆斯·克拉克·麦克斯韦开始。”
4. 海因里希·赫兹
麦克斯韦给了世界相信电磁波的理论上的理由，但通过实验证实电磁波存在的却是德国物理学家赫兹。
赫兹对麦克斯韦方程组着迷。他发现它们暗示了整个电磁频率频谱，比人眼可以看到的一小部分更短和更长，他开始捕捉这些频谱波。
他使用感应线圈（与法拉第线圈不同）来产生电磁波，并在两个黄铜球体之间建立火花隙来检测电磁波。火花很暗淡，只持续了几分之一秒，但在黑暗的房间里，赫兹能够用眼睛调节得很好的瞥见它——无线电波的证据，最短的电磁频率。在后来的实验中，他还证明它们的速度与可见光的速度相等。
他的发现促进了无线电广播、电视、卫星通信，甚至渗透到 21 世纪生活的 WiFi 的发展。
5. 阿尔伯特·爱因斯坦
赫兹的实验似乎解决了一个古老的争论：光是由波还是粒子组成的？但正如我们现在所知，他只透露了一半的图片——两者是同时进行的。
世界上有无可争议的证据证明光的波动性。然后，在 1905 年，即爱因斯坦发表狭义相对论的同一年，他在另一篇论文中表明，电磁学也必须被视为一堆离散粒子。
这篇论文（后来为他赢得了诺贝尔奖）解释了光电效应，即光线照射到金属表面会导致该表面发射电子。物理学家无法用经典波动理论解释这种现象，因此爱因斯坦引入了一个新概念：光的量子化。
他意识到，虽然光可以表现为波，但它必须由微小的能量包或光量子组成。今天，这些被称为光子，它们是“波粒二象性”的另一半。一个多世纪后，科学家们仍然认为这是光的真实（尽管令人困惑）本质。