电磁现象

对电磁本质的认识，是近代科学产生以后的事情，古人的相关成就则体现在对有关电现象和磁现象的记述与解说上，本篇我们也循此进行描述。

古人对电现象的观察和讨论主要集中于静电和雷电。静电引力现象在我国被发现甚早，成书于西汉时期的《春秋纬·考异邮》就曾说过：“慈石引铁，玳瑁吸■”。玳瑁是一种海生爬行动物的甲壳，是一种绝缘体。■指细小物体。玳瑁吸■，只能指的是经过摩擦的玳瑁能够吸引微小物体，因而这是一种静电现象。

古人虽然发现了“玳瑁吸■”，但他们对这一现象的解释却一点儿也不含电的概念。他们根本想不到这种现象与雷电在本质上相同。王充《论衡·乱龙篇》的阐述颇有代表性，他说：

“顿牟掇芥，磁石引针，皆以其真是，不假他类。他类肖似，不能掇取者，何也？气性异殊，不能相感动也。”

顿牟即玳瑁。王充认为玳瑁能吸引微小物品的原因在于它与被吸引物体具有

相同的“气性”，所以才能互相“感动”。东晋郭璞在其《山海经图赞》中也有类似看法：“慈石吸铁，瑇瑁（玳瑁）取芥，气有潜感，数有冥会。” 这类解说，实际上是一种“想当然”理论，因为只要彼此吸引，就可以说它们气性相同。这对人们理解这类现象实质，没有多大帮助。不过，此类理论可以使人避免步入神学之途，也有其一定的历史价值。

据《三国志》卷五十七，吴国虞翻年幼时曾经听说：“虎魄不取腐芥，磁石不受曲针。”虎魄，即琥珀，是一种树脂化石，绝缘性能良好，经过摩擦，可以吸引轻小物品。但是摩擦后的琥珀不能吸引腐烂的芥子，这是事实，原因就在于“腐芥”因为含水而具有导电性。不过，由于“磁石不受曲针” 一语明显错误，我们还不能肯定“虎魄不取腐芥”一语究竟是古人在观察基础上得出的结论，还是他们想当然的结果。

古人不但发现了“琥珀拾芥”这一现象，而且还将这一现象用于实践，作为鉴别真假琥珀的标准。南北朝时的陶弘景在其所著《名医别录》中说： “琥珀，惟以手心摩热拾芥为真。”越具有明显静电性质的琥珀质量越高，陶弘景的这种鉴别方法是正确的。

静电现象多以摩擦为条件，摩擦起电有时还伴随着火星和轻微的声响，古人对之也有所发现与记载。西晋张华《博物志》云：“今人梳头、脱着衣时，有随梳、解结有光者，也有咤声。”张华所说的，就是人们在梳头、脱衣时因摩擦起电造成的电致发光、发声现象。唐段成式《酉阳杂俎》记叙过另一种电致发光现象：猫“黑者，暗中逆循其毛，即著火星”。这里选择黑猫，在暗处逆向摩擦猫身上的毛，是为了使火星更容易被观察到。使用白猫，虽然也能产生同样的起电效果，但火星不易察觉。类似的摩擦起电现象，后世还有很多记载，表明这是古人经常观察到的一种电现象。

古籍中还记载过另一种静电现象——尖端放电。《汉书·西域传》中有“元始中，⋯⋯矛端生火”的记载。矛端生火，实质即为金属制的矛的尖端在一定条件下的放电现象。因为矛竖立在露天，倘若立矛之处地势突出，而又正巧碰到上空有带电云层，就有可能因放电而产生微弱亮光，从而被人们发现并记录下来。当然，古人只是观察到了这一现象，但并不明白其中的道理，他们的解释是：“矛端生火，此兵气也，利以用兵。”这成了用兵动武

的依据。古籍中类似记载还有一些，我们仅举此一例以见大概。

古人发现得最早的电现象当属雷电。雷电发生时，耀目的亮光及震耳的响声，使得即使处于蒙昧状态的原始人，对之也不会无动于衷。据此，要考察古人何时发现了雷电，是毫无意义之举。我们所关心的，是古人对雷电的成因及其本质的探讨。在中国古代，人们从未建立起现代科学中的电概念，也就不可能用正负电荷行为去解释雷电现象。古人是用阴阳理论去解说雷电的。《淮南子·地形训》多处提到：“阴阳相薄为雷，激扬为电。”意思是说，阴阳二气彼此相迫产生雷，相互急剧作用产生电。东汉王充《论衡·雷虚篇》也用类似的观点来解说：“盛夏之时，太阳用事，阴气乘之。阴阳分争则相校轸，校轸则激射。”历史上此类论述很多，是中国古代传统的雷电成因理论。这一理论从哲学角度来看是很精彩的，因为雷电确实可以认为是在性质上相反相成的矛盾两方面相互作用的结果。但是这一理论要发展成为近代物理学的雷电成因说，还有相当长的路要走。至于民间所谓打雷是雷神发怒之类迷信说法，当然就更不值一提了。

古人在观察雷电对物质作用的过程中，发现过一种奇异现象，古书对之记述甚多，而以沈括《梦溪笔谈》卷二十《神奇》篇的记述最具代表性，该篇记道：

“内侍李舜举家曾为暴雷所震。其堂之西室，雷火自窗间出，赫然出檐。人以为堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然，墙壁窗纸皆黔。有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银扣者，银悉流在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然。人必谓火当先焚草木，然后流金石。今乃金石皆铄，而草木无一毁者，非人情所测也。”

沈括记叙的是当时一次雷击后的奇异现象：金属物体被熔化了，木器却安然

无恙。屋内木架子上放着各种器皿，其中有镶银的漆器，银全部熔化流到地上，漆器竟然未被烧焦。有一把坚硬的宝刀，就刀鞘中熔化为钢水，而刀鞘则保持原样。沈括记叙的这些现象，可以用今天所知的电学原理加以解释：由于雷击属于高压放电，而高压放电可产生高频交变磁场，处于磁场内的导体因受磁场作用而在导体内产生涡旋电流，涡流大到一定程度就会将导体熔化，而非导体却“曾不焦灼”。沈括说这种现象是“非人情所测也”，这自然是由于受当时科学发展水平所限制的缘故。虽然如此，他把这一事实详细记录了下来，为我们理解涡电流现象提供了一个切实的历史实例，其史料价值是十分珍贵的。

对磁现象的认识，在我国也起源很早。在公元前 4 世纪的战国时期，《管

子》书中已经有了磁石的概念。在公元前 3 世纪，《吕氏春秋·精通》已明确提及磁石能吸铁，说：“慈石召铁，或引之也。”而实际上，古人发现磁石吸铁的时间，肯定早于《吕氏春秋》的时代，因为《吕氏春秋》对磁石这一性质只是偶然涉及，并非专门论述。

到了汉代，人们对磁石吸铁的性质有了进一步认识，《淮南子·览冥训》说：“若以慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣。”《说山训》说：“慈石能引铁，及其于铜，则不行也。”这表明，人们已经知道磁石虽能吸铁，但不能吸引其他一些物质。尤其是铜，虽然也是金属，但它不能受磁石吸引。同时代的《淮南万毕术》提到“磁石拒棋”实验，则是对磁排斥现象的涉及。

至于磁石为什么会吸铁，古人也是从元气学说角度作解的，认为它们具有相同的气性。这种解说比较粗糙，因为铁与铁、铜与铜，不能说它们气性

不同，但这同类物之间并不互相吸引。

中国古代磁学知识的另一成就是对磁体指极性的发现。这一发现的具体时间已经不可考了，一般认为，东汉王充《论衡》中提到的司南，就是利用磁体的指极性做成的指南器。这样，至迟在东汉时期，人们就已经认识到了磁体的指极性。实际时间当然要更早。对磁体指极性认识的进一步发展，就导致了指南针的出现。指南针是我国古代四大发明之一，对世界文明起到了重大作用，这是众所周知的。

磁学知识的进一步发展，是发现了地磁偏角的存在。传统上人们认为宋代沈括首先肯定了这一现象，其《梦溪笔谈》卷二十四提到：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”这句话，前半部分讲的是人造磁体的磁化方法，后半部分则是对地磁偏角的涉及。后来，人们又发现，在更早些北宋杨惟德著的《茔原总录》中，也有关于磁偏角的记载。前段时间，又有学者指出，对磁偏角的认识，至迟不晚于唐代黄巢起义时期。当时唐朝宫廷大乱，钦天监有一监官叫杨筠松，流落在民间，他首先提出磁针所指的子午线与臬影所测不一致。这一发现比《梦溪笔谈》要早二百年（王立兴，“方位制度考”，《中国天文学史文集》，第五集，科学出版社，1989 年版）。但由于杨筠松的身世夹杂着许多传说成分，这些传说又多出于堪舆家言，令人难以遽信，故此杨筠松发明磁针发现磁偏角之说，姑且可作为一说备案。

除了地磁偏角以外，北宋曾公亮作《武经总要》，其中提到的指南鱼，是利用地磁场将人工裁成的鱼形薄铁片加以磁化而制成的。值得注意的是，曾公亮特别提出，在磁化过程中，除了使鱼尾对正北方外，还要让其向下倾斜，以便取得最佳效果。我们知道，鱼尾向下倾斜，可以使鱼体更加接近地磁场方向，从而取得更好的磁化效果。这比较奇怪，古人没有地磁场概念，但他们却知道利用地磁倾角，这也许是由于在实践中善于总结经验的缘故吧。

磁屏蔽现象的发现，是中国古代磁学知识的又一成就。清初刘献庭在其

《广阳杂记》中写道：“或问余曰：‘磁石吸铁，何物可以隔之？’犹子阿孺曰：‘惟铁可以隔之耳。’其人去复来曰：‘试之果然。’余曰：‘此何必试，自然之理也。’”刘献庭不主张通过实验加以验证，是不对的，但他把这件事始末记载下来，为后人提供了有关磁屏蔽的知识，则是可贵的。

古人对电磁现象的发现，有一项迄今还有实用价值，那就是对极光的观测与记录。我们知道，太阳不断向外发出高速带电粒子，这些粒子接近地球时，受地磁场作用而折向南北两极，与高层空气分子或原子相碰撞，使之处于激发态而发光，这就是极光。古人不知道这套理论，但他们观察到了极光并将其记录了下来。古书《竹书纪年》就记录了大约公元前 950 年的一次极光：“周昭王末年，夜清，五色光贯紫微。”这一记载涉及到该次极光的时刻、方位和光色，是比较详实的。据统计，在 10 世纪前，我国有年、月、日的极光记录有百余次之多。考虑到极光一般出现于高纬度地区，在中低纬度地区只是偶尔才能见到，这样的数字是不简单的，它表明了古人观察和记载的认真程度。同时期欧洲各国记录总共只有三十余次。我国古代的这些宝贵记录，为研究太阳活动和地磁变化等，提供了十分有价值的历史资料。