本次阅读分享的是自然辩证法物理学中关于电的部分。

接下来从这四个方面分享,关于电的早期认识来自原文,而由于历史局限性,早期的假说被证明是荒谬的,没有真正认识到电的本质,因此我会向电磁学引申。

关于电学的背景。。。

在这样的背景下,关于电产生了三种认识,

基于这种陈旧的经验(正电和负电、电的分离力、 接触说),维德曼试图用理性主义调和,提出三重理论。《电》洋洋洒洒40余面一一指出魏德曼的逻辑谬误

对于电的第二种认识认为电是…

分子间由某种物质在运动电观念。4位科学家一致同意法拉第的假说

在恩格斯自然辩证法撰写的时候,仍然对于电是什么不甚理解,在后来的电磁学发展中。从奥斯特开始将电与兹关联在一起。直到麦克斯韦电磁场理论电提出,汤姆生用数学方法概括了对热运动及流体力学的研究,进一步揭示了电磁场的波动性与粒子性的辩证关系。场论代替了以太说。

如今,电现象的辩证规律越来越为人们所掌握,甚至成为了人的常识。

电磁学的发展

https://www.sohu.com/a/218663851_479097

库仑定律(1786):法国物理学家库仑通过研究毛发和金属丝的扭转弹性而发明了扭秤,用这种扭秤测量了电荷之间的作用力,并且从牛顿的万有引力规律得到启发,用类比的方法得到了**【电荷相互作用力与距离的平反成反比】的规律**

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电流的磁效应(1820):奥斯特在给学生讲课时,意外地发现了电流的小磁针偏转的现象,【当导线通电流时,小磁针产生了偏转】

毕奥-萨戈尔-拉普拉斯定律:载流长直导线对磁极的作用力反比于距离,拉普拉斯在他们实验结果的基础上,用数学分析方法将其表述成微分和积分的形式。电流产生磁场的定量表述,使电流磁效应的理论基础

安培定律:安培迅即重复了奥斯特的实验并加以发展,设计、进行了一系列精巧的实验,从中总结出:磁针转动的方向与电流方向的关系服从右手螺旋定则、两电流元之间的作用力与其距离的平方成反比的公式。安培分子电流假说:物体内部的每个微粒都有一个环形电流,它们实际上就相当于一个小磁针,当这些小磁针的磁性排列一致时,就体现出宏观磁性

欧姆定律(1827):对导线中电流规律的探索,【同一电路中,导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比】

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基尔霍夫方程组:从电荷守恒及能量角度出发,将欧姆定律推广,求解复杂的电路问题

电磁感应现象(1831):法拉第通过十年的求索历经了多次实验上的失败,不同金属导体中产生的感应电流与导体的导电能力成正比

楞次定律(1833):感应电流方向的法则,发明了世界上第一个直流发电机

麦克斯韦方程组(1865):致力于将法拉第的力线观念写成便于数学处理的形式,当今电磁场与微波技术的理论基础,从这一理论出发他推论:变化的电场激发磁场,变化的磁场激发电场,由近及远形成电磁波;并导出电磁波在真空中传播的速度等于光速。于是他预言了电磁波的存在,并大胆提出光是电磁波的看法

赫兹实验性地证实了麦克斯韦理论(1886):做电路放电实验过程中,偶然发现近旁一个两端间有空隙的开路线圈也发出火花。他敏锐地想到这可能是电磁共振,沿着这一思路,在随后地一年中他做出了一系列实验,研制出发射电磁波地赫兹振子和接收电磁波地探测器,不仅证实了电磁波的存在,而且还用实验测出其速度与光速相同,与光一样具有反射、折射、干涉、偏振等物理特性

爱因斯坦建立了狭义相对论(1905):证明了麦克斯韦方程组满足洛伦兹变换,并在任何惯性系中都有相同地形式。可以通过洛伦兹变换得到电场和磁场地相互转换关系,即电磁场区分为电场和磁场完全时相对的,这种区分取决与参考系的选择。爱因斯坦的狭义相对论实现了电场和磁场、电力和磁力的统一,使经典电磁理论达到了完善的地步。

电磁本质认识的发展

https://zhuanlan.zhihu.com/p/341365769

背景

化学中,特别是由于道尔顿发现了原子 量,已经取得的成果都有序可循并有了相对的可靠性,已经能够系统 地、差不多是有计划地向还没有被征服的领域进攻

只有一堆由陈旧的、不可靠的、既没有彻底 证实也没有彻底推翻的实验拼凑成的杂乱的东西,只有许多孤立的学者 在黑暗中毫无把握地摸索,从事彼此毫无联系的研究和实验

错误地思维,而且也不能忠实地跟踪事实,甚至不能忠实地报告 事实,结果就变成和实际经验相反的东西

没有重量的特殊物质/独特的物质流体

  • 传统观念:
    1. 一种是正的,一种是负的,这两者在正常的状态下相互中 和,直到它们被所谓“电的分离力”分开为止 (接触说)
    2. 电流中运动的是正点 or 负电
  • 费希纳和韦伯:他们认为,在闭合电路中,每一次都有一对相等的正电电流和 负电电流,以相反的方向在有重量的物体分子间的通道中并行流动着
  • 诺伊曼:在电流中运动的只是两种电中的一种,例如正电,而另一种, 例如负电,则和物体的质量固结在一起

运动的一种特殊形式

电只是 物体的一种状态、一种“力”,或者如我们今天所说的,是运动的一种特 殊形式

  • 关于电火花的解释:(黑格尔,法拉第) 电火花是一种瞬间离开一切物质的“力”的转瞬即逝的 现象形态

法拉第本人的东西: “电火花就是放电,或者说,是许多电介质粒子因其中少数占有极 小极有限空间的粒子的特殊作用而发生的极化感应状态减弱的现象
发生放电现象的这少许粒子,不仅被互相推开,而且短暂间 处于一种特殊的、十分活跃的状态;就是说,它们周围 的所有的力都相继投向它们,从而它们就进入一种强度也许和原子发生 化学结合时的强度相当的状态;然后它们又以我们现在还不知道的某种 方式把这种力放出来,就像上述原子放出自己的力一样,整个过程至此 结束
黑格尔:电是“物体固有的愤怒、固有的暴 怒”,是“任何物体受到刺激时都会表现出来的”“愤怒的自我”

  • 焦耳、法夫尔和拉乌尔的实验:热是一种分子运动以来,紧接着的一步就是也用新的方法来 研究电,并尝试测定电的机械当量

以太说

电是渗透整个空间因而也渗透一切物体的弹性介质的一种运 动,这种介质的分散的粒子是按照与距离平方成反比的定律互相排斥 的,换句话说,电是以太粒子的一种运动,物体的分子则参与这种运动

处在这个时代的法拉第和麦克斯韦,加上麦克斯韦出身于豪华的贵族家庭、他们的世界观深深的打下了形而上学的机械唯物论的烙印。在当时的自然科学中,牛顿力学占了统治地位。力学本来就是一门发展最早而且比较成熟的科学,到了十九世纪又兴起了流体力学。当时盛行用旋涡学说来说明物质的本性,机械地把一切运功归结为较简单的流体运动。这对法拉第影响很大。麦克斯韦继承了法拉第的观点,同时也受到另外一些人的影响。

决定性成就:电会改变光的运动,物体的电容率等于它 的光折射率的平方。玻耳兹曼研究了各种非导体的介电常数,发现硫 磺、树脂和石蜡的介电常数的平方根分别等于其光的折射率

弊病:

  • 以两种电流体的观念为基础的
  • 仍然信口谈论“在物体中流动的电 的质量”,“电在每一个分子中的分离”
  • 由学科过渡状态不可避免造成的

电磁现象的本质

物理学中的一些形态和现象都能够被解释为一种物质的运动形态:

热:分子的无规则运动的剧烈程度

电:电流并不是什么“流体”,而是带电质点的外界电磁场作用下的定向运动

电运动的物质基础是电子、质子等波粒子。它们是物质的原子的组成部分,任何化学元素的原子都有一个带正电的原子核以及在原子核的周围呈“电子云”状态存在带负电的电子,它们之间存在着电磁场,把它们联系在一起。
正常的状态下,原子核外围电子所带的负电量和原子核内质子所带的正电量相等,所以整个原子不显电性。如果在外界因素作用下,物质的原子或分子失去或得到了电子,就成了带正电的正离子或带负电的负离子,这些带电的质点在外界电磁场作用下沿一定方向的运动就产生了电流。

光:一定波长的电磁波,是“电磁场”的运动(过程中电磁场的能量从空间中的一个区域转移到另一区域)

光和暗肯定是自然界中最显明、最尖锐的对立。但是辐射热的运动形式和我们称之为光的那种运动形式,在一切本质的 方面都是等同的,存在着暗的光线,而尽人皆知的光暗对立,作为绝对的对立,就从自然科学中消失了。
阳射线按其波长而具有不同的作用;波长最 大的射线传送热,波长中等的传送光,波长最小的传送化学作用
光,什么是非光,这取决于眼睛的构造

场:存在于我们周围的物质世界,“大世界”(宇宙空间)没有个边,“小世界”(原子以及波粒子内部)也没有个底,然而遍布这些物质所存在的周围空间的不是什么神秘的“以太”,而是客观实在的电磁场(以及引力场、介子场等)这类物质

物质性:它是不依赖于人的意识并且为人的意识所反映的客观实在;它具有能为人们所发现的电场和磁场两种形态,而且变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场;
波动性:以光速在空间中传播,又具有粒子性,由光子所组成。粒子和场既有区别,又有联系;它所进行的物理过程与实物中所进行的物理过程一样,服从能量守恒和转换定律,质量守恒和转换定律;它和其他物质运动形态紧密联系又互相转换。

人类对自然地认识过程是不会终结地,总结出地物理规律总是在一定条件下成立,而任何一种理论都要在进一步地实践中不断完善和发展。马克思理论也是如此,它在解释特殊介质地电磁性质及光学色散现象时也碰到困难。正是这些困难和新问题地出现,才引起了人们更深入地探索。

自然科学与自然辩证法之间关系:

  1. 自然辩证法必须植根于自然科学研究这片沃土。它的每一个哲学概括都来源于自然科学研究的实践,并回到自然科学研究的实践中去经受检验。任何时候,自然辩证法都必须随着科学技术研究的进展更新和丰富自己的内容。
  2. 在科学技术不断发展的时候,科学技术自身也需要一定的理论指导。所以科学技术本身也要求有一种理论也指导自身的发展。