今天要聊的这位,可能是你从未听过、但他的发现你却每天都在用的人。他是伊丽莎白女王的御用医生,却偏偏对“看病”没多大兴趣,整天沉迷于摆弄磁铁和琥珀。他写了一本书,这本书被认为是物理学史上第一部系统阐述磁学的科学专著,连伽利略和开普勒都抢着拜读。他被称为“磁学之父”,也是近代电学研究的先驱。
他叫威廉·吉尔伯特。一个生活在16世纪的英国医生,却用一块磁铁,撬开了现代物理学的大门。
今天,我们就用最轻松的方式,来认识一下这位被严重低估的科学大佬。
##一、给女王看病?不,我要去研究磁铁1544年,吉尔伯特出生在英国埃塞克斯郡的一个中产家庭。他老爸是当地的一名法官,家境还算殷实。吉尔伯特从小就是个聪明的孩子,一路读到了剑桥大学,拿到了医学博士学位。
按说,一个剑桥医学博士,这辈子大概率就是安安稳稳当个医生,赚点体面的钱,然后退休养老。但吉尔伯特偏偏不按常理出牌——他确实当了医生,而且当得相当成功,一路做到了伊丽莎白女王的御用医生。给女王看病,那是什么级别的待遇?可以说是当时英国医生的“天花板”了。
但吉尔伯特的心思压根不在看病上。他利用自己御医的身份和便利,搞了一间相当豪华的私人实验室,里面堆满了各种磁铁、琥珀、金属和奇奇怪怪的仪器。他每天给女王看完病,就一头扎进实验室里,对着磁铁和琥珀发呆、做实验。女王对此倒也不介意——反正吉尔伯特医术高明,她的健康有保障就行。至于他下班后搞什么,女王也懒得管。
于是,吉尔伯特就这样成了一个“不务正业”的御医。他的实验室,也成了当时英国最前沿的物理学研究中心。
##二、《磁石论》:一本让伽利略都膜拜的“神书”
1600年,吉尔伯特出版了他毕生最重要的著作——《磁石论》。这本书的全名翻译过来是《论磁石、磁体及大磁石地球——一部新生理学》。书名虽然有点拗口,但这本书的内容,放在当时绝对是石破天惊的。
它是人类历史上第一部系统阐述磁学的科学专著。在这本书里,吉尔伯特记录了他用了整整18年时间做的600多个实验,详细描述了磁石的吸引、排斥、指向性等各种性质。他还提出了一个极其大胆的假说:地球本身就是一个巨大的磁石。
这个想法现在看来理所当然,但在16世纪末,这可是一个相当超前的概念。当时的欧洲人普遍认为,指南针之所以指向北方,是因为北极有一座巨大的磁山,或者是因为北极星在吸引它。吉尔伯特用实验证明:不是这样的。是地球本身的磁场,让指南针指向了南北。
他为此做了一个非常著名的实验:他用天然磁石打磨了一个球体,叫做“小地球”,然后在它表面移动小磁针,观察磁针的指向变化。他发现,磁针在这个小磁球上的行为,和在地球上的行为完全一致。这个实验,完美地证明了他的“地球是大磁石”的理论。
这本书一出版,就在整个欧洲科学界引起了轰动。伽利略读完后赞不绝口,说吉尔伯特是“伟大的实验者”。开普勒也在自己的著作中多次引用吉尔伯特的观点。可以说,吉尔伯特是第一个用严格的实验方法研究磁学的人,他的研究方法——通过实验来验证假说——正是现代科学的精髓。
##三、吉尔伯特的“神预言”:电学之父的名号不是白给的除了磁学,吉尔伯特在电学方面也有着极其重要的贡献。他敏锐地发现,磁和电虽然有些相似的地方,但其实是两种不同的现象。他是历史上第一个将“磁”和“电”区分开来的人。
他研究了很多物质在摩擦之后的带电现象。他发现,琥珀、玻璃、硫磺、宝石等物质在摩擦后可以吸引轻小的物体,而金属则不行。他把这种吸引轻小物体的力称为“电的”(electricus)——这个词来自希腊语“琥珀”(elektron)。后来,这个词就演变成了我们今天的“电”(electricity)。
他还在《磁石论》中记录了一个极其超前的观察:闪电和实验室里的电火花,有着相似的性质。他虽然没有明确提出“闪电就是电”的理论(这个要等到富兰克林),但他已经敏锐地意识到了二者之间的联系。
而且,他还发明了人类历史上第一个电学测量仪器——一种叫做“电盘”的装置,可以用来检测物体是否带电。虽然这个装置非常简陋,但它是人类第一次尝试用仪器来探测电的存在。
吉尔伯特的这些发现,比后来的富兰克林早了将近150年。所以,称他为“电学之父”,一点都不为过。
##四、历史的遗憾:他差一点就改变了世界吉尔伯特的一生,本来可以有更大的成就。他的研究方法和科学精神,已经非常接近现代科学的标准了。他注重实验,反对盲目崇拜权威,坚持用数据说话。他曾经说过一句非常牛的话:“我们不应该从书本上寻找真理,而应该从自然本身寻找真理。”
这句话在400多年前说出来,是非常需要勇气的。当时的人们还沉浸在古希腊亚里士多德的权威之中——认为亚里士多德说的就是真理。但吉尔伯特敢于挑战权威,用自己的实验来验证一切。
可惜的是,吉尔伯特在57岁时就去世了。他去世后,他的实验室和大量手稿被他的继承人一股脑儿卖掉了,散失殆尽。如果他能够多活二十年,如果他的研究成果能够得到完整的保存和传承,电学和磁学的发展史,也许会被大大改写。
但即便如此,他留下的《磁石论》已经足够让他在科学史上占据一席之地。这部著作的影响力持续了数个世纪,直接启发了后来的开普勒、伽利略,甚至间接影响了牛顿对引力的思考。
##五、吉尔伯特的遗产:科学精神的真正起点今天,当我们打开手机导航,看着那个小小的箭头为我们指引方向时,我们想到的可能是GPS卫星,或者手机里的芯片。但很少有人会想到,400多年前,有一个英国医生,用一块磁铁和一个琥珀,为这一切奠定了最基础的理论。
吉尔伯特的伟大之处,不在于他发现了某一条具体的定律——他没有像牛顿那样写出F=ma,也没有像麦克斯韦那样写出方程组。他的伟大在于:他是第一个用现代科学方法研究自然现象的人。他告诉后来者:不要相信权威,去相信你的实验。不要依赖书本,去依赖你的观察。
这种“实验精神”,才是科学真正的核心。从这个意义上说,威廉·吉尔伯特不仅开启了磁学和电学的研究,更开启了一个全新的时代——实验科学的时代。
**今日话题:你之前听说过威廉·吉尔伯特吗?你觉得还有哪些像他一样“被低估”的科学家?欢迎在评论区分享你的看法!**
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