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从物理学的发展看宇宙之和谐美2013年07月04日06:54标签:教育原文地址：从物理学的发展看宇宙之和谐美作者：悟理中国古代道家的思维本质，就是世界上所有的事物都具有统一性和相互关系，《老子》曰：“祸兮福之所倚，福兮祸之所伏”。道家的思维传统不追求绝对的一致，而企望在两极之间保持一种协调或互补的关系。有趣的是在物理伟人爱因斯坦的头脑中，自然界中所有存在的事物，也都是处于密切的相互联结和普遍的联系中，它们都服从普适的、固定不变的规律，整个宇宙就是由它们构成的一个和谐有序的总体或系统。爱因斯坦认为，科学家和艺术家都是以“最适当的方式来画出一幅简化的和易于领悟的世界图象”。虽然科学家和艺术家的创作手段和方式不同，但他们都是为了在纷乱中找出秩序，从现象中揭示本质，都是为了认识世界和改造世界，都是为了勾勒出反映自然界和谐与秩序的宏伟蓝图。宇宙的和谐在物理学的发展历程中处处有体现。1．电与磁的和谐1．1电生磁与磁生电静磁现象和静电现象很早就受到人类的重视，对这些现象进行系统研究则始于16世纪，但这些研究始终只是将静电学和静磁学孤立开来进行的，电和磁究竟是否有联系？这个问题悬了几百年，1800年伏打电池的发明提供了产生恒定电流的电源，这使人们有可能从各个方面研究电流的各种效应。1820年4月，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，从此电学与磁学彼此隔绝的状况有了突破，电磁学的新阶段开始了。1822年，法拉第在日记中写下了一个崭新的研究课题：把磁转变成电。从1824年起，法拉第开始用实验的方法探索这一课题。1824年至1828年间，法拉第进行了多次电磁学实验，但磁生电的迹象却始终未出现，然而，失败并没有使他放弃实验，转磁为电的想法一直萦绕在他的心头。因为他坚信自然力是统一的、和谐的，电和磁是彼此有关联的。既然奥斯特实现了电产生磁，那么反过来，磁也一定能产生电。1825年，斯特詹发明了电磁铁，1818～1831年亨利和莫尔等相继对电磁铁作了重大改进，从而获得了更强的磁场，这给法拉第的研究带来了新的希望。在1831年10月17日这一天，磁变成电的理想终于实现了！1．2分子电流假说1820年奥斯特发现电流磁效应的消息由阿拉果带回巴黎，安培作出迅速反应，在短短的一个多月时间内，提出了3篇论文，报告他的实验研究结果：通电螺线管与磁体相似；两个平行长直载流导线之间存在相互作用。进而他用实验证明，在地球磁场中，通电螺线管犹如小磁针样取向。一系列实验结果，提供给他一个重大线索：磁铁的磁性，是由闭合电流产生的。起先，他认为磁体中存在着一个大的环形电流，后来经好友菲涅耳提醒（宏观圆形电流会引起磁体中发热），提出分子电流假说，实现了磁铁的磁场与电流的磁场在本质上的统一，即磁场的本质是电。1．3电磁场理论1864年12月8日，麦克斯韦在英国皇家学会的集会上宣读了题为《电磁场的动力学理论》的重要论文，对以前有关电磁现象和理论进行了系统的概括和总结，提出了联系着电荷、电流和电场、磁场的基本微分方程组。该方程组后来经H．R．赫兹，O．亥维赛和H．A．洛伦兹等人整理和改写，就成了作为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。这理论所宣告的一个直接的推论在科学史上具有重要意义，即预言了电磁波的存在。变化的电场产生磁场，同样变化的磁场也能产生电场，这是多么美的和谐啊！交变的电磁场以光速和横波的形式在空间传播，这就是电磁波；光就是一种可见的电磁波。电、磁、光的统一，被认为是19世纪科学史上最伟大的综合之一。1888年，麦克斯韦的预言被H．赫兹所证实。1．4寻找磁单极子和谐统一是人类的最朴素、最深切的愿望。所以既然电场中有正电荷和负电荷，磁极有北极（N极）和南极（S极），那么是否也象正负电荷一样，也存在单独的“磁荷”──即磁单极子呢？1931年英国物理学家狄拉克从理论上预言：存在只有一个磁极的粒子，即“磁单极子”。1982年，美国物理学家卡布莱设计了一个寻找磁单极子的实验。然而实验没有能够被重复，因此这一假说到现在为止，还没有能在实验上得到最后的证实，但它仍是当代物理学上引人注目的基本理论研究和实验研究的课题之一。2．现代物理学...