H·C·奧斯特卓著而卻倍受刁難的科研與執教人生

程民治 朱愛國 王向賢

（巢湖學院物理與電子科學系，安徽 巢湖 238000）

H·C·奧斯特卓著而卻倍受刁難的科研與執教人生

程民治 朱愛國 王向賢

（巢湖學院物理與電子科學系，安徽 巢湖 238000）

本文通過對奧斯特的生平、科學貢獻和熱衷于科學教育事業的簡要介紹，揭示了他成功的秘訣在于能夠博采眾長、兼收并蓄，從而使他極富科學哲學頭腦和非常重視實驗。同時也指出了奧斯特發現電流磁效應后所受到的不公正評價。

奧斯特；電流磁效應；科學哲學；教育家

物理學史表明，丹麥人都以擁有奧斯特（H·C·Oersted，1777-1851）這位舉世矚目的偉大科學家和教育家，而倍感光榮、自豪和驕傲。當這顆科學名星隕落后，丹麥當局特意將哥本哈根的一條繁華而美麗的長街和一個漂亮的公園，分別命名為“奧斯特路”和“奧斯特公園”，公園里還聳立著一座巍峨的奧斯特雕像。不僅如此，1908年丹麥“促進自然科學學會”還頒布了“奧斯特獎章”，獎勵那些對物理學作出了重大貢獻的科學家。特別值得一提的是，不僅“奧斯特”于1934年被國際物理學界決定作為磁場強度的單位；而且美國物理教師協會還在1937年頒布了另一種“奧斯特獎章”，獎給作出了卓越成就的物理教師。由此足見，奧斯特在科學知識的創新與傳授上所取得的顯赫業績，非同一般，他已被丹麥和全世界人民所世代銘記。然而，令人遺憾和痛心的是，對奧斯特杰出的科學貢獻，從1821年起，也還存在著各種非議，使他受到了一些不公正的評價，雖然這并不奇怪，也不足以抹殺奧斯特的科學功勞。但筆者認為，此類流傳了兩個世紀之久的謬誤之見，不僅影響我們對一個偉大人物的評價，也誤導我們對物理學發展史的正確認識，必須予以澄清。

1 廣泛涉獵博采眾長的成功之路

1777年8月14日，奧斯特生于丹麥路克賓（Rudkobing）小島的一個貧窮的藥劑師的家庭。由于經濟拮據，父親不得不為兒子四處求師，因此，奧斯特小時曾接受過商人、法官、教師和大學預科生等的早期教育，雖然比較混亂，但也較為系統地學習了算術的四則運算及拉丁文、英語和法語。從11歲起，由于奧斯特幫忙其父配藥，因此從父親那兒，他學到了一些化學的基本知識，由此培養了他對自然科學的興趣。

1794年他考入了哥本哈根大學的免費生，一邊當家庭教師一邊在學校學習醫學和自然科學。在大學階段，奧斯特曾分別以一篇美學論文和另一篇題為《關于安尼奧廷（amniotin）液體的產生和功能》的醫學論文，而先后獲得兩次大學金質獎章。[1]也恰在此時，他對I·康德的批判哲學發生了濃郁的興趣，并在哥本哈根于1798年新創刊的一份研究I·康德哲學的雜志社任編輯。1799年，他還以一篇發表在該刊物上的優秀論文，獲得了哲學博士學位。在這篇題為《論自然科學的形而上學基礎》的論文中，奧斯特較為系統地論述了I·康德的哲學思想對自然科學的指導作用。由于奧斯特是一個深受I·康德關于各種自然力相互轉化的哲學思想影響的人，自然界各種現象相互聯系的觀點早就在他的腦海里形成。他曾說過：“我們的物理學將不再是關于運動、熱、空氣、光、電、磁以及我們所知道的任何其他現象的零散的羅列，而我們將把整個宇宙容納在一個體系中。”[2]

取得博士學位后，奧斯特于1800年在哥本哈根大學受到百般刁難，幾經周折后，才求得一個無薪助教的職位。雖然如此，卻給他帶來了一個極好的機遇。因為對他而言，最幸運的是自從來到該校工作以后，他分別于1801-1803年、1812年和1822年，先后3次獲得了赴德、法、英3國考察的機會。在國外，奧斯特通過求師訪友、實地調研和查閱各種文獻資料等手段，如饑似渴、廣泛涉獵，取之精華、去之糟粕，使他從不同國家的著名學者那里博采了眾家之長。這不僅極大地豐富了他多門學科的自然科學知識，更新了他的教育理念；而且就在這一時期，形成了他成熟、完整和正確的科學哲學觀。這從以下史料中能夠得到有力的佐證：

在奧斯特首次出國考察期間，他曾去德國的耶拿，拜訪了一位年輕的化學家里特爾 （J·W·Ritter），并與他一起作了許多電流方面的實驗，成功地揭示了電、熱、光和化學效應之間的聯系。與此同時，奧斯特還在柏林研究了F·謝林的自然哲學著作，在F·謝林思想的影響下，他堅信所有的自然力都是由同一個原因引起的，但卻拋棄了F·謝林輕視實驗的觀點。這時的“奧斯特已經成了一個徹頭徹尾的動力論者。”[3]而在巴黎，他除了十分欣賞法國高度發展的自然科學外，最感興趣的是法國頗有名氣的綜合工業學校，當他了解到這些學校是如此注重為學生們開設實驗課程時，奧斯特曾感嘆地說：“柏林那種沒有實驗技藝的、枯燥的演講，一點也不引起我的興趣，因為所有的科學進步，畢竟都從實驗開始。”[1]這也大大沖淡了德國自然哲學對他的影響，使他遠離了那種忽視實踐，過分熱衷于純思辨、推理的氛圍。

奧斯特的第二次出國訪問，便對德國的自然哲學采取了更進一步的批評。就在他于1813年撰寫的一本書《關于化學力和電力的同一性的研究》[3]中明確指出：“我堅信……一個偉大的基本的統一滲透了整個自然，但在我們確信這一點時，我們有雙倍的必要把注意力轉向多姿多彩的世界，這個真理在這個多彩的世界里可以得到確證。如果我們不這樣做，統一就會成為一個無聊、空虛的觀點。”足見，此時的奧斯特終于形成了一種促使他日后能夠作出偉大發現的科學哲學觀，即自然力的統一，必須在豐富的自然界里用實驗去證實，而那種僅僅依靠抽象、空虛的思辨和無聊的爭論是無濟于事的。

當奧斯特第三次赴德、法、英三國考察時，他的科學哲學觀就更加旗幟鮮明了。譬如就在1823年的2月23日，他在巴黎寫給家人的信中是這樣說的：“……在這兒我結識的一些熟人，一天比一天更熱情、更親密；與他們交往，使我在科學方面得到了極大的益處。……廣泛從事多區科學研究，而不只精通一門學科……如果在德國，當我看到自然哲學是如何被錯誤地濫用時，我一定會起來反對他；而在法國，我又覺得應當更多地號召人們保護自然哲學，或者更確切地說，我感受到了科學思想的基本差別。”[1]

從上文中我們不難發現，奧斯特后來之所以能在歐洲科學界群英的競爭中，獨占鰲頭，在于他善于從不同國家吸取其精華，博采眾長，兼收并蓄。他成功的關鍵就是：既重視科學哲學的向導作用，又十分強調實驗研究。

然而出人意料之外的是，雖然I·康德批判哲學和F·謝林自然哲學的思想精髓，對奧斯特日后從事教學和科學研究產生了深遠的良好影響，但也因此對他的生前和生后帶來了許多麻煩。其根本原因在于：當時的科學界正在把自然哲學當作落水狗痛打，任何一個科學家只要一談起自然界的統一，都會遭到群起而攻之。奧斯特因此而遇到的第一個麻煩，就是他于1800年申請要求在哥本哈根大學任教時，所遭到的大學當局的拒絕。原因就是他推崇I·康德等人的自然哲學觀點。后經奧斯特的許多朋友的鼎力幫助，大學當局才勉強任命他為如上所述的無薪助教；他所遭受到的第二個麻煩，就是工作后為學生開設實驗課程和自己從事實驗研究所遇到的各種障礙。因為奧斯特從一開始就堅定地將自己的哲學觀點直接地運用于教學與科研實踐中，而不象其他大部分的人終日忙于濫用自然哲學，而不作任何一點實驗研究；奧斯特面臨的第三個麻煩為，即使他后來作出了具有里程碑意義的偉大貢獻，即發現了電流的磁效應，但最終也逃脫不了一些人扭曲事實真相的評價。關于這個問題，筆者在下文中，還將作進一步的論述。

2 發現電流磁效應后有褒又有貶

自從庫侖（C-A·Coulomb）提出電與磁有著本質上的區別以來，很少有人再會去考慮它們之間的內在聯系。但奧斯特在進行電磁研究時，則以I·康德關于“基本力”可以轉化為其他各種具體形式的力的思想，以及F·謝林的自然哲學里有一種基本的、關于兩極對立物和它們統一的觀點指導下，重新反思了如上所述的他于1801年與里特爾共同完成的電化學研究的實驗結果，十分自信地認為，電與磁一定存在著某種方式的內在聯系。正如他在1806年所發表的一篇研究論文中所指出的那樣：“我們現在所有有關電的一切，對磁學都適用。磁的作用也始于極性，而且它在將以波動形式傳遞，如同電那樣。”并承認，“要證明這一點是很困難的”。[4]幾經周折后，到了1819年冬天，奧斯特猜想到，看來在電流方向磁效應是不存在的，必須在相對于電流方向的橫向上去尋找。在完成了這一過去誰也沒有想到過的艱難而關鍵性的跨越之后，于1820年4月一天晚上的學術講座上，奧斯特演示了電流磁效應的實驗。當伽伐尼電池與鉑絲相連時，靠近鉑絲的小磁針擺動了，但現象并不顯眼。緊接著，經過了3個月的深入研究，通過選擇優質的伽伐尼電池和增大導線半徑的方法，奧斯特獲得了顯著的實驗效果，即“電流產生的磁效應應繞電流作圓周運動。”1820年7月21日，他在一篇題為《關于電沖突對磁針影響的實驗》的論文中，[5]公布了自己這一激動人心的偉大發現。在這篇只有4頁紙的劃時代文獻中，奧斯特寫道：“我們把在導體中和周圍空間所發生的這種效應稱為電沖突（conflietus electrici）。……上述事實充分表明，電沖突不是被限制在導體上，而是分布在周圍空間里。由上述事實我們還可以得出結論：電沖突是按環繞導線進行的圓形分布的，否則就無法說明，為什么聯接電源的導線的一段放在磁極下面時，磁極被推向東方，而放在磁極上面時，就被推向西方。只有圓才具有這種性質，在對面的部分里其運動方向相反。”

這篇論證了電與磁可以相互轉化的開創性論文，立即被送到歐洲各國的學會和學者手中，德國和英國迅速將其譯文刊登在當年的學術雜志上。在法國，更是產生了不可估量的巨大反響，并以此為契機，很快導致了安培（A·M·Ampère）和畢奧（J·B·Biot）等人作出許多舉世矚目的重大發現。在英國，則誘發了法拉第（M·Faraday）發現了電磁感應現象。

正當人們在為奧斯特這一彪炳史冊的偉大發現而奔走相告、歡欣鼓舞之時，一些違背事實根據的奇談怪論也接踵而來，甚至時至現代，仍然還有人睜著眼睛說瞎話。這些別有用心的人說什么奧斯特的發現純屬偶然，更有甚者說什么奧斯特的發現根本不是他的功勞，而是由一個看門人或者其他什么人作出的。例如，當年德國《物理年鑒》的編輯吉爾伯特（L·W·Gilbert）在該刊物中毫不掩飾地指出，他根本就不相信來自哥本哈根的報告；他還在奧斯特的譯文中加了一個引言：“上一個冬天，哥本哈根的奧斯特教授在講電磁學課時所偶然碰上的事件，是任何探索活動中都不會有的。 ”又如，美國的帕克（B·Parker）在 1986年出版的《愛因斯坦的夢》一書中寫道：“一天，奧斯特正在教室里演示電流，當他把導線接上電時，碰巧有一個指南針靠在一根導線旁。他注意到，每次接上電源時，指南針就會擺動，這只在磁場產生時，才可能發生。因此，由這一簡單的幸運事件，奧斯特作出了電流產生磁場的演示實驗。”[6]從此，偶然發現的說法綿綿無絕期，乃至時至今日，仍然還沒有完全肅清其影響。

當然，一個驚人的發現要被人們所廣為接受，受一些波折總是在所難免的，物理學其他的發明史實深刻地印證了這一點。但是謊言最終掩蓋不了鐵的事實。因為為了探索電流的磁效應，奧斯特畢竟為此而孜孜不倦地奮斗了14個春秋（1806-1820年）。況且奧斯特的結論，別人隨時可以用實驗輕而易舉地加以重復。還是美國科學史家斯陶福 （R·C·Stauffer） 說得好：“在科學史中，任何設想不論它如何奇妙，只要它導致了重要的實驗發現，就應當引起我們的注意。由此奧斯特從F·謝林的‘美妙而偉大的思想’和從一般自然哲學原理所接受的激勵、以及里特爾的實驗和思考的雙重影響，應該被承認是關于物理學中重要發現的因素。這可以作為例子，說明在科學王國外的智力因素，對科學發展具有潛在力的影響。”[7]

筆者認為，奧斯特關于電流磁效應的偉大發現其重要意義在于：（1）打破了人們長期以來所認定的電與磁之間毫不相干的傳統觀念，開辟了電磁聯系的探索之路；（2）阿拉果（Arago）聲稱：“奧斯特的實驗同力學的基本原理完全矛盾。”[2]這是因為奧斯特所發現的力是一種旋轉力，這種力與當時人們所普遍認為的只具有推拉性質的中心力觀念，是一個極大的沖擊；（3）它揭開了日后人類社會電力技術時代來臨的帷幕，使未來電力、電器設備的制造和應用成為可能。誠如法拉第所言，這個發現“猛然打開了科學中一個黑暗領域的大門”。[2]

此外，奧斯特還于1825年最早提煉出鋁，但純度不高。他的最后一項研究是40年代末期對抗磁體的研究，即他試圖用反極性和反感應效應來解釋物質的抗磁性。雖然在這方面的成就不如法拉第，[8]但奧斯特研究抗磁體的方法仍具有很深的影響。

3 熱衷于科學教育事業碩果累累

信奉動力學的奧斯特，不僅找到了一把能夠打開電與磁關系的迷宮的鑰匙，而且還是一位偉大的教育家。在上文中我們已經提及，1800年，奧斯特被哥本哈根大學任命為沒有工資的助教，每周給醫學系學生講授兩個小時的課程。顯然，這對他而言，并非是一個理想的職業，他當時完全可以憑自己已經取得的藥劑師的資格，去謀一份收入豐厚的職業。但由于他天生就對教育事業情有獨鐘，于是，選擇了前者，放棄了后者。在他看來，前者雖然不會給他帶來金錢，但卻給他帶來幸福、快樂和充實。上任之后，他還自作主張、積極主動地給學生增開了實驗課程。這在當時的丹麥和歐洲的其他許多地方來說，確實是一個史無前例的新舉措，大部分學者對實驗還知之甚微。學校不給實驗室，奧斯特就利用他管理的制藥設備和場地來開設實驗課。同一年，他還進行了自己有生以來第一次物理學研究，不僅制造出一個結構新穎的小蓄電池，而且還發明了一種氣體伏特計。

1804年，正當奧斯特首次出國考察返回后，他婉言謝絕了一位朋友的忠告，即勸他從事可以獲得高薪的應用化學課題的研究，毅然決然地選擇了一個沒有固定收入的工作，即管理屬于國王的一大批化學和物理儀器。到任后，為了維持生計，更是出于推行科普教育之目的，他立即舉辦了一些收費的演講，介紹有關物理和化學方面的知識和當時的最新的進展。由于這些演講深入淺出、通俗易懂、內容豐富，又極具啟發性和號召力，其結果不僅聽眾與日俱增，而且給他們留下了難以忘懷的美好記憶。如其中一位熱心的聽眾，在事隔幾年后還津津有味地回顧說：“他的演講往往由一些尖銳的置疑開始，再把一些相互獨立的對象結合在一起，構成一個整體，因此給我們留下了深刻的印象。……他的演講很有說服力，甚至是一種力量，至少對那些還沒有受到固有成見限制的、對新的不同尋常的事物很敏感的年青人來說，是很難抗拒的。”[9]

由于奧斯特精彩的演講，他于1806年被哥本哈根大學任命為物理學特殊教授，負責考察哲學專業參加考試的學生，并承擔了醫學和藥物學兩個專業學生的物理學與化學的授課任務。雖然報酬很低，但他卻十分樂意。因為他壯志凌云，渴望能在這些學生中發現部分優秀人才，以便日后能在丹麥形成一個物理學派。在教學之余，他還制定了一個改革物理教學的提案，強調實驗科學對一個國家科技的騰飛，有著至關重要的作用。

奧斯特的主要著作涉及面很廣，并且大部分集中反映在教學領域。其中《奧斯特科學論文》牽涉到科學研究；《應該如何編寫物理學教材》和《通過系列實驗來解釋電學原理的簡易方法》是屬于教學方法探討方面的；而《自然科學一般法則》（Ⅰ）則是專門討論力學和聲學的一本優秀的教材，它的教學效果成功率之高，反響之好，以至于該書從1809年在國內首次發行起，一直在丹麥使用了50年之久。

1815年，丹麥國王將他自己收集的實驗儀器贈送哥本哈根大學，并增撥了學校的經費。奧斯特趁此良機，在校內成功地創建了第一個化學研究實驗室。這個實驗室規模雖然不大，設備也較差，但卻擁有一個響亮的名稱：“皇家化學研究室”。

1817年，奧斯特以他高超的專業學術水平、良好的教學效果和所取得的其他出色的工作業績，終于成了哥本哈根大學的物理學教授，并被委任為該大學管理委員會的成員。

1823年，奧斯特赴英國考察時，因受英國科學普及工作的啟發，決心加以效仿。經過一年的緊張籌備，他在丹麥創立了自然科學普及學會。在發起書上，奧斯特意味深長地指出：“有關自然法則的知識，構成了人類整體知識和人類文化的基本部分。雖然我們不太習慣于承認這個事實，但這個事實卻實實在在地存在著。”普及學會竭盡全力鼓勵把自然科學知識引進學校，特別是對那些愿意將物理學作為一門課程開設的學校，學會可以將教材租借或捐贈給他們。果然功夫不負有心人，到了1845年物理學終于被列為丹麥中學常規的課程。

奧斯特非常重視自然科學在實踐中的應用，如上所述，他早在第一次出國訪學時，就十分贊賞法國開設的一些頗有名氣的綜合工業學校。于是，1827年奧斯特向丹麥政府提議建立綜合技術學院。為此，他擬定了一份盡可能詳細的計劃，其中包括：只要在大學現有的基礎上適當地增加一些師資和設備，而毋需大量投資，即可建立一所這樣的學院；綜合技術學院的教師應該享有與大學教授同等的地位等。奧斯特的建議終于被政府所采納，1829年秋天，丹麥綜合技術學院正式掛牌成立，奧斯特被任命為該學院院長和物理教授。在開學典禮上，他慷慨激昂地發表了題為“自然科學應用的文化效應”的精彩演講。

綜合技術學院現已更名為丹麥皇家技術學院，它在歐洲工程技術學院中享有盛名；同時也為振興丹麥的工業和促進經濟的繁榮，作出了卓越的貢獻。無疑，這一切都與奧斯特的遠見卓識和勤懇努力息息相關的。

1851年3月9日，奧斯特在哥本哈根逝世，享年74歲。后人為了紀念他，專門在丹麥皇家技術學院內設有一個奧斯特博物館，館內收藏了奧斯特當年做實驗時所用過的一些儀器，其中包括那只著名的指南針。筆者堅信，謊言或者非議終將會被揭穿，奧斯特發現了電流的磁效應，這是一個不爭的歷史事實。

[1]J·R·Nielson，Am.Phy.Teacher，Jan.1939.

[2]申先甲，張錫鑫等.物理學史簡編[M].濟南：山東教育出版社，1985.

[3]H·C·Oersted，Recherches sur I’identité des forces Chimiques et électriques，Paris.

[4]H·C·Oersted，”Des forces électriques considerees comme des forces chimiques”，J·Ph-ysique，1806.

[5]H·C·Oersted，Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum maqneticam，Cope-nhagen，1820.

[6]Barry Parker，Einstein’s Dream，New York：Plenum Press，1986.

[7]R·C·Stauffer，ISIS，1957.

[8]物理學編輯委員會.中國大百科全書（物理學Ⅰ）[M].北京：中國大百科全書出版社，1987.

[9]楊建鄴，劉劍波.偉大的科學家、教育家 H·C·奧斯特[J].自然辯證法通訊，1996，（18）:6，63-71.

H·C·OERSTED:AN OUTSTANDING BUT AN EXTREMELY DIFFICULT LIFE ON RESEARCH AND TEACHING

CHENG Min-zhi ZHU Ai-guo WANG Xiang-xian
（Physics and electronics Department of ChaoHu College，Anhui Chaohu 238000）

For Oersted，all his life，scientific contribute and enthusiasm for education were introduced.It revealed that he highed on philosophy and payed attention to experiment for his allr-ound ability.Also，he was appraised unrighteously because he discovered current magnetic effect.

H·C·Oersted； Current Magnetic effect； Scientific philosophy； Educationist

K826.11

A

1672－2868（2010）06－0048－05

2010－10－05

巢湖學院教授科研啟動基金資助項目

程民治（1945－），男，安徽績溪人。巢湖學院物理系教授。研究方向：物理學史，理論物理和科學哲學的教學。

責任編輯：宏 彬