三、从富兰克林到法拉第
在18世纪，人们试图弄清地上的电瓶放电与天上的雷电这两种异质经验现象之间是否服从同样的物理学定律。美国费拉德尔菲亚的本杰明•富兰克林(B. Franklin, 1706-1790)在1752年进行了一个著名的风筝实验，将雷雨云层中的电荷收集到莱顿瓶里，证明这种电荷同起电机所产生的电荷有同样的效应。
在风筝主杆的顶端装上一根很尖的铁丝，约比风筝的木架高出一呎余。在麻绳的下端与手接近之处系上一根丝带，丝带与麻绳连接之处可系一把钥匙。当雷雨要来的时候，把风筝放出，执绳的人必须站在门或窗内，或在什么遮蔽下，免使丝带潮湿；同时须注意不让麻绳碰到门或窗的格子。雷雨一经过风筝的上空，尖的铁丝就可从雷云吸引电火，使风筝和整根麻绳带电，麻绳另一端的纤维都向四周张开，若将手指接近，就会被其吸引。当风筝和麻绳都被雨湿，而能自由传导电火时，你若将手指接近，便会看见大量的电由钥匙流出。从这把钥匙那里可以给小瓶蓄电；由此得来的电火可使酒精燃烧，并用来进行别的有关电的实验；而这些实验平常是靠摩擦小球或小管来做的，这样就完全证明这种电的物质和天空的闪电是一样的。［2］(P.289)
为了解释这种电现象，把天上的电与地上的电统一起来，富兰克林提出电流质说。他设想电流质没有重量，渗透于整个空间和一切物质实体。如果物体内的电流质密度同外面一样，这个物体的电特性呈中性；如果电流质过多，物体带正电；如果电流质过少，物体就带负电。富兰克林还猜想空间中的电流质和光以太是同样的东西。可以说，富兰克林的电流质说增加了与观测型经验问子相符的理论型经验问子的异质经验范围的数目，较以前单独的天空闪电或单独的地下电花的理论获得了较大的经验统一性。
到19世纪，人们更加注意电现象和磁现象所代表的两种异质经验范围之间的内在联系。1820年，德国物理学家奥斯特公布了一项震动物理学界的发现：如果用一根白金丝把伏打电池的两极连起来，并让导线通电，旁边的小磁针就会转动，并在垂直于导线的方向上停下来。如果把伏打电池转动180°，磁针也会随之转动180°。这一发现表明了电流具有磁效应。1831年，英国电学家与化学家迈克尔•法拉第(M. Faraday ，1791-1867)发现，当一个金属线圈中的电流强弱发生变化时，能在一个邻近的线圈中感应出一个瞬时电流。如果将通有恒定电流的线圈(或用一个永久磁铁)在第二个线圈附近移动，也会产生同样的效应。这种电磁感应现象证明一个电流可以产生另一个电流，并把机械运动、磁同电流的产生联系起来。1831年11月24日，法拉第向皇家学会描述了这次实验：
把一根203呎长的铜丝缠在一个大木块上，再把一根长203呎的同样的铜丝缠绕在前一线圈每转的中间，两线间用绝缘线隔开，不让金属有一点接触。一根螺旋线上连接有一个电流计，另一根螺旋线则连接在一套电池组上，这电池组有100对极版，每版四时见方，而且是用双层铜版制造的，充分地充了电。当电路刚接通时，电流计上发生突然的极微小的效应；当电路忽断的时候，也发生同样的微弱效应。但当伏特电流不断地通过一根螺旋线时，电流计上没有什么表现，而在另一螺旋线上也没有类似感应的效应，虽然整个螺旋线的发热以及碳极上的放电，证明电池组的活动力是很大的。
用120对极版的电池组来重做这个实验，也未发现有别的效应，但从这两次实验，我们查明了一个事实：当电路忽通时，电流计指针的微小偏转常循一个方向，而当电路忽断时，同样的微小偏转则循另一方向。
到现在为止，我用磁石所得的结果，使我相信通过一根导线的电池电流，实际上在另一导线上因感应而产生了同样的电流，但它只出现于一瞬间。它更带有普通来顿瓶的电震产生的电浪的性质，而不象从伏特电池组而来的电流；所以它能使一根钢针磁化，而很难影响电流计。
这个预期的结果竟得到了证明。因为用缠绕在玻璃管上的中空的小螺旋线来代替电流计，又在这个螺旋线里安装一根钢针，再如前把感应线圈和电池组连接起来，在电路未断以前将钢针取出，我们发现它已经磁化了。
如先通了电，然后再把一根不曾磁化的钢针安放在小螺旋线内，最后再把电路切断，我们发现钢针的磁化度表面上和以前一样，但是它的两极却与以前相反。［3］(P.308-309)
为了解释当时已知的电磁现象，法拉第发展了一种电磁理论。他认为物质无所不在，这是一种像以太那样的连续介质，是传递自然界的各种力的媒介。他设想弥漫全空间的以太是由力的线或力的管子组成的，这些线或管子将相反的电荷或磁极连结起来。每一条力线相应于一个单位的磁性或一个单位的电荷。许多力线组成一个力管，它联结相反两极或相反电荷，力管在任一点的方向就是磁场或电场在该点的方向。力线从磁极或电荷发出，力管沿力线伸长方向的横截面先是增加，然后缩小。力管横截面的大小是磁场或电场在这个截面上的强度的量度。沿着力管的伸长方向，场强同截面积的乘积是个常数，其大小由组成力管的力线多少决定。力管在伸长的方向上有收缩的趋势，在侧向上有扩张趋势，所以联结异性磁极或电极的力管就有将它们拉在一起的趋势。同性磁极或电极互相排斥是因为它们所发射出来的力管相互排斥，不能联接，这是由力管的侧向扩张趋势所致。对于电磁感应问题，法拉第提出在一个导体中所感应出来的电荷量决定于所通过的磁力线数目，所产生的电动势同切割磁力线的速率成正比。
如果把法拉第的电磁学理论与富兰克林的电流质说相比，并且将电流质说的与观测型经验问子相符的异质经验范围的数量看成1（电），则法拉第的电磁学理论的与观测型经验问子相符的异质经验范围的数量则为2（电与磁）；如果将电流质说的与观测型经验问子相符的异质经验范围的数量看成2（地上的电和天上的电），则法拉第的电磁学理论的与观测型经验问子相符的异质经验范围的数量则为3（地上的电、天上的电和磁）。所以，与富兰克林的电流质说相比，法拉第的电磁学理论总具有更大的经验统一性，也即处于经验统一性协调状态，而电流质说则面临经验统一性冲突。
［参考文献］
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