分子電流“分子電流假說(shuō)”提出初期的論爭(zhēng)

按照前面安培對(duì)“分子電流假說(shuō)”的解釋，是難以令人接受的．在這個(gè)問(wèn)題上，安培走在了時(shí)代的前頭．因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，人們還不了解原子的結(jié)構(gòu)，因此不能解釋物質(zhì)內(nèi)部的分子電流是怎樣形成的．直到1911年，盧瑟福（Enrst Rutherford，1871～1937）通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的分析和計(jì)算，提出一切原子都有一個(gè)核，電子象行星一樣繞核旋轉(zhuǎn)”的模型以后，才有了軌道磁矩的概念．1922年斯特恩（OttO Steen1888～1969）和蓋拉赫（W.Grelach）用銀原子成功地做了后來(lái)以他們的名子命名的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)原子中還存在一種不能用軌道磁矩來(lái)說(shuō)明的磁矩．為了解釋這一問(wèn)題，烏倫貝克（George Eugene Uhlenbeck，1900～）和高德斯米特（Samnel Abraham Gondsmit，1902～1978）于1925年提出了關(guān)于電子具有自旋的假設(shè)，成功地解釋了斯特恩──蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果．今天我們知道，正是原子、分子等微觀粒子內(nèi)電子的這些運(yùn)動(dòng)形成了“分子電流”．但是我們不能用同幾十年后的物理發(fā)展水平來(lái)要求安培，否則就過(guò)于苛刻了，

“分子電流假說(shuō)”提出以后，安培雖沒(méi)有作進(jìn)一步的說(shuō)明，但他對(duì)他的這個(gè)信念是非常堅(jiān)定的．他曾啟發(fā)和建議阿拉果用通電螺線管作使其中的鋼針磁化的實(shí)驗(yàn)．在1820年9月25日，阿拉果向法國(guó)科學(xué)院報(bào)告了該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果．實(shí)驗(yàn)的成功又使安培磁的本質(zhì)就是電的思想得到加強(qiáng)．1821年，他在回答荷蘭物理學(xué)家萬(wàn)·貝克（Van Beck）的一封信中堅(jiān)持認(rèn)為這個(gè)假說(shuō)不僅能夠用于磁現(xiàn)象的解釋，而且可以用于化學(xué)化合和化學(xué)親和力的解釋．后者卻成了他的學(xué)說(shuō)不能被立即和普遍接受的一個(gè)重要原因，因?yàn)榻邮苓@一學(xué)說(shuō)就意味著接受關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個(gè)新的理論．加之當(dāng)時(shí)分子電流模型好象罩著一層薄霧，使人們無(wú)法看清楚它．所以“分子電流假說(shuō)”雖然深刻反映了物體磁性的本質(zhì)，卻遭到了當(dāng)時(shí)多數(shù)物理學(xué)家的拒絕．

在對(duì)“分子電流假說(shuō)”提出異議的物理學(xué)家中，最典型的恐怕要數(shù)法拉第了．1822年，他設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在一根玻璃管上纏以絕緣導(dǎo)線，做成螺線管，水平地半浸于水中．然后在水面漂浮一只長(zhǎng)磁針．按照安培的觀點(diǎn)，螺線管的一端相當(dāng)于磁南極，另一端相當(dāng)于磁北極，磁針如果是南極指著螺線管的北極，應(yīng)當(dāng)會(huì)吸向螺線管的北極并停在北極的一端．法拉第指出，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符．他的實(shí)驗(yàn)是磁針的南極繼續(xù)穿過(guò)螺線管，直至接近螺線管的南極．法拉第論證說(shuō)，如果針是單極的，它就會(huì)沿磁感線無(wú)休止地運(yùn)動(dòng)下去．法拉第認(rèn)為，和載流螺線管對(duì)應(yīng)的不是實(shí)心磁體，而應(yīng)是圓筒形磁體．

安培反駁說(shuō)，圓筒形磁體和螺線管并不一樣．按照它的分子電流假說(shuō)，圓筒形磁體中的電流是一小圈一小圈孤，而螺線管中的電流是沿著大圈的．為了證明筒形磁體中的電流是相互抵消的，他當(dāng)眾作了一個(gè)演示：

把絕緣導(dǎo)線繞成許多圈，做成線圈．在線圈內(nèi)部放一個(gè)用薄銅片做成的圓環(huán)，取一磁體置于圓環(huán)近旁，如果銅環(huán)里有宏觀電流，磁棒就會(huì)驅(qū)使銅環(huán)偏轉(zhuǎn)．否則，只可能有分子電流．安培的實(shí)驗(yàn)表明銅環(huán)里只有分子電流．

安培后來(lái)用馬蹄形強(qiáng)磁體重復(fù)了上述實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了銅環(huán)的偏轉(zhuǎn)．但是他把實(shí)驗(yàn)中所感應(yīng)出來(lái)的宏觀電流試圖也解釋為分子電流作用的結(jié)果．安培的這種思想直到1825年給赫謝爾（John Herschel，1793～1871）的信中仍在堅(jiān)持，他在信中說(shuō)：“這些現(xiàn)象是由電流或磁體對(duì)小電流所產(chǎn)生的．”安培雖然沒(méi)有說(shuō)這些小電流就是分子電流，但是這些電流具有分子電流同樣大小的數(shù)量級(jí)．這表明，安培對(duì)分子電流的思想是非常堅(jiān)定的．遺憾的是他把感應(yīng)電流歸于他的分子電流，不單獨(dú)接受感應(yīng)電流．他以為如果承認(rèn)了感應(yīng)電流，則他的分子電流假說(shuō)理論就無(wú)立錐之地了．否則的話，電磁感應(yīng)現(xiàn)象就有可能提前七、八年被安培而不是法拉第發(fā)現(xiàn)了．

在安培“分子電流假說(shuō)”建立的過(guò)程中，還發(fā)生了安培與畢奧之間的學(xué)術(shù)論爭(zhēng)．對(duì)于這場(chǎng)論爭(zhēng)，物理史學(xué)家們各有各的看法，但有一點(diǎn)是一致的，即這場(chǎng)論爭(zhēng)使安培更清楚地看到了把磁簡(jiǎn)化為電流的必要性，也使他的“分子電流假說(shuō)”顯得越發(fā)明朗起來(lái)．

德國(guó)物理學(xué)家塞貝克也曾反對(duì)安培的分子電流假說(shuō)，他認(rèn)為磁是更為本質(zhì)的東西，電流則是磁的作用的結(jié)果．

直到后來(lái)，安培的觀點(diǎn)在19世紀(jì)40年代被紐曼（F.E.Neumann，1798～1895）和韋伯（Wilhelm EduardWeber，1804～1891）接受和推廣，并發(fā)展成為他們的電動(dòng)力學(xué)．

“分子電流假說(shuō)”提出以后，經(jīng)歷了“不太清楚”、“遭到拒絕”到“逐漸明朗”以致成為發(fā)展電動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)幾個(gè)階段，這也告訴我們，科學(xué)的發(fā)現(xiàn)，科學(xué)理論的提出以及人們對(duì)科學(xué)成果的接受，不會(huì)都是一帆風(fēng)順的，但有益的學(xué)術(shù)論爭(zhēng)可以促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展．

縱觀物理學(xué)史書(shū)籍和有關(guān)論文，對(duì)“分子電流”思想和形成過(guò)程，雖然或多或少有所論述，但尚缺乏一條明晰的線索．筆者認(rèn)為，安培“分子電流”思想的形成經(jīng)歷了三次認(rèn)識(shí)飛躍，盡管每次相距時(shí)間都不長(zhǎng)，但可謂一步一個(gè)臺(tái)階，或曰“三部曲”．

和其他科學(xué)家相比，安培具有一個(gè)顯著特點(diǎn)，那就是在科學(xué)上極其敏感，最能接受他人的成果．這一可貴的素質(zhì)決定了是安培而不是別人提出“分子電流假說(shuō)”．

1820年9月初，法國(guó)物理學(xué)家阿拉果（Framcois4rago，1786～1853）從瑞士帶回了丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特（Hans Christian Oersted，1777～1851）發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的消息，立即在法國(guó)科學(xué)界引起了巨大的反響．安培對(duì)此作出了異乎尋常的反應(yīng)，他于第二天就重復(fù)了奧斯特電流對(duì)磁針作用的實(shí)驗(yàn)．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，安培逐步認(rèn)識(shí)到，磁并不是與電分開(kāi)的孤立現(xiàn)象，而是電的許多特性的一個(gè)方面，他試圖從電的角度為已發(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象作出解釋．在一周以后即9月18日他向法國(guó)科學(xué)院提交了第一篇論文，報(bào)告了他重復(fù)奧斯特實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，邁出了他形成分子電流思想的第一步，提出：圓形電流有起到磁鐵作用的可能性．

接著，安培創(chuàng)造性地發(fā)展了實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，研究電流與電流之間的相互作用，這比奧斯特的實(shí)驗(yàn)又大大前進(jìn)了一步9月25日他向法國(guó)科學(xué)院提交了第二篇論文，闡述了他用實(shí)驗(yàn)證明了兩個(gè)平行直導(dǎo)線，當(dāng)電流方向相同時(shí)相互吸引，當(dāng)電流方向相反對(duì)相互排斥的報(bào)告．以后他又用各種曲線形狀的載流導(dǎo)線，研究它們之間的相互作用，并于10月9日提交了第三篇論文，邁出了形成分子電流思想的第二步，提出：磁體中存在一種繞磁軸旋轉(zhuǎn)的宏觀電流．

安培在他的論文中說(shuō)：“現(xiàn)在來(lái)考慮一個(gè)電流和一個(gè)磁體的相互作用，及兩個(gè)磁體的相互作用，我們將會(huì)發(fā)現(xiàn)，這兩種情況將受同樣的定律支配．只要設(shè)在磁體表面上從一極到另一極畫(huà)出的直線上的一點(diǎn)都建立了一種在垂直于磁軸的平面內(nèi)（旋轉(zhuǎn)）的電流．經(jīng)過(guò)對(duì)所有事實(shí)的思考，我們簡(jiǎn)直不能再懷疑這種圍繞磁軸的電流的存在．”

“這樣，不期而遇的結(jié)果產(chǎn)生了，即磁現(xiàn)象唯一地由電來(lái)決定，而且一個(gè)磁體的兩個(gè)極除了它們相對(duì)于構(gòu)成這個(gè)磁體的電流外，沒(méi)有任何差別，磁南極在這些電流的右邊，而磁北極在它們的左邊”．

安培是個(gè)分子論者，他對(duì)他的磁體中存在宏觀電流的假設(shè)是根據(jù)伏打（Alessandro Volta，1745～1827）電堆的原理簡(jiǎn)單地解釋的．他認(rèn)為伏打電池之所以能產(chǎn)生電流，是因?yàn)椴煌饘俳佑|的結(jié)果．類似地，磁體中的鐵分子的接觸也會(huì)產(chǎn)生電流．即把磁體看作是一連串的伏打電堆，它們的電流都環(huán)繞磁體的軸作同心圓運(yùn)動(dòng)．

菲涅耳（Angustin Jean Fresnel，1788～1827）是安培的好朋友，他了解了安培的論文以后，指出安培的這個(gè)假設(shè)不能成立，即磁體不可能存在安培所設(shè)想的宏觀電流，否則，由于宏觀電流的存在將使磁體生熱，但實(shí)際上磁體不可能自行地比周圍的環(huán)境更熱一些．菲涅耳在給安培的一封信中建議，為什么不把假定的宏觀電流改為環(huán)繞著每一個(gè)分子的呢？這樣，如果這些分子可以排成行，這些微觀的電流將會(huì)合成所需要的同心電流．

收到了菲涅耳的信后，安培立即放棄了原來(lái)的假定而采取了菲涅耳的建議，于1821年1月前后，邁出了分子電流思想的第三步：提出了著名的“分子電流假說(shuō)”，從而在經(jīng)典物理的范疇內(nèi)深刻地反映了物體磁性的本質(zhì)．

安培對(duì)他的“分子電流假說(shuō)”的解釋是，物體內(nèi)部每個(gè)分子中的以太和兩種電流質(zhì)的分解，會(huì)產(chǎn)生環(huán)繞分子的圓電流，形成一個(gè)個(gè)小磁體；當(dāng)它們?cè)谕獯艌?chǎng)的作用下呈規(guī)則排列時(shí)，就使物體呈現(xiàn)了宏觀磁性．

由此可見(jiàn)，“分子電流”思想的形成經(jīng)歷了“可能性”、“宏觀電流”和“分子電流”三個(gè)階段，這符合人們由淺入深、由表及里、由現(xiàn)象到本質(zhì)的認(rèn)知過(guò)程．“分子電流假說(shuō)”由安培提出，也是和他所特有的科學(xué)素質(zhì)分不開(kāi)的．回顧安培所生活的年代，特別是在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)以后，許多科學(xué)家都在從事電與磁的聯(lián)系方面的研究，如：英國(guó)的法拉第（MichaelFaraday，1791～1867）法國(guó)的畢奧（Jean BaptisteBiot，1774～1862）和德國(guó)的塞貝克（Thomas JohannSeebeck，1770～1831）等等．他們都絕非等閑之輩，倘若安培不是及時(shí)地重復(fù)和發(fā)展奧斯特的實(shí)驗(yàn)，倘若安培不是立即接受菲涅耳的建議，即倘若安培不具備在科學(xué)上極其敏感，最能接受他人成果的獨(dú)特素質(zhì)，也許“分子電流假說(shuō)”的提出者就要易人了．

實(shí)驗(yàn)表明，任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)中都能夠或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同．根據(jù)物質(zhì)在外磁場(chǎng)中表現(xiàn)出的特性，物質(zhì)可粗略地分為三類：順磁性物質(zhì)，抗磁性物質(zhì)，鐵磁性物質(zhì)．

根據(jù)分子電流假說(shuō)，物質(zhì)在磁場(chǎng)中應(yīng)該表現(xiàn)出大體相似的特性，但此表告訴我們物質(zhì)在外磁場(chǎng)中的特性差別很大．這反映了分子電流假說(shuō)的局限性．實(shí)際上，各種物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)是有差異的，這種物質(zhì)結(jié)構(gòu)的差異性是物質(zhì)磁性差異的原因．

我們把順磁性物質(zhì)和抗磁性物質(zhì)稱為弱磁性物質(zhì)，把鐵磁性物質(zhì)稱為強(qiáng)磁性物質(zhì)．通常所說(shuō)的磁性材料是指強(qiáng)磁性物質(zhì)．

磁性材料按磁化后去磁的難易可分為軟磁性材料和硬磁性材料．磁化后容易去掉磁性的物質(zhì)叫軟磁性材料，不容易去磁的物質(zhì)叫硬磁性材料．一般來(lái)講軟磁性材料剩磁較小，硬磁性材料剩磁較大．磁性材料按化學(xué)成分分，常見(jiàn)的有兩大類：金屬磁性材料和鐵氧體．鐵氧體是以氧化鐵為主要成分的磁性氧化物．

軟磁性材料的剩磁弱，而且容易去磁．適用于需要反復(fù)磁化的場(chǎng)合．可以用來(lái)制造半導(dǎo)體收音機(jī)的天線磁棒、錄音機(jī)的磁頭、電子計(jì)算機(jī)中的記憶元件，以及變壓器、交流發(fā)電機(jī)、電磁鐵和各種高頻元件的鐵芯等．常見(jiàn)的金屬軟磁性材料有軟鐵、硅鋼、鎳鐵合金等，常見(jiàn)的軟磁鐵氧體有錳鋅鐵氧體、鎳鋅鐵氧體等．硬磁性材料的剩磁強(qiáng)，而且不易退磁，適合制成永磁鐵，應(yīng)用在磁電式儀表、揚(yáng)聲器、話筒、永磁電機(jī)等電器設(shè)備中．常見(jiàn)的金屬硬磁性材料有碳鋼、鎢鋼、鋁鎳鈷合金等，常見(jiàn)的硬磁鐵氧體為鋇鐵氧體和鍶鐵氧體．

隨著社會(huì)的進(jìn)步，磁性材料和我們?nèi)粘Ｉ畹年P(guān)系也越來(lái)越緊密．錄音機(jī)上用的磁帶，錄像機(jī)上用的錄像帶，電子計(jì)算機(jī)上用的磁盤，儲(chǔ)蓄用的信用卡等，都含有磁性材料．這些磁性材料稱為磁記錄材料．靠著磁記錄材料，我們可以在磁帶、錄像帶、磁盤上保存大量的信息，并在需要的時(shí)候“讀”出這些信息．磁記錄材料在20世紀(jì)70年代以前采用磁性氧化物，1978年合金磁粉研制成功之后，開(kāi)始采用金屬磁性材料，從而大大提高了磁記錄的性能．人們又在使用金屬薄膜作磁記錄磁性材料．磁記錄技術(shù)又得到了進(jìn)一步的提高．

在電磁理論建立的過(guò)程中，安培（Amdre MarieAmpere，1755～1836）作出了杰出的貢獻(xiàn)，“分子電流假說(shuō)”的提出就是其中之一．

磁鐵和電流都能產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁鐵的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)是否有相同的起源呢？電流是電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，所以電流的磁場(chǎng)應(yīng)該是由于電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的．那么，磁鐵的磁場(chǎng)是否也是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的呢？我們知道，通電螺線管外部的磁場(chǎng)與條形磁鐵的磁場(chǎng)很相似．法國(guó)學(xué)者安培由此受到啟發(fā)，提出了著名的分子電流的假說(shuō)．他認(rèn)為，在原子、分子等物質(zhì)微粒內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流——分子電流，分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)磁極.

安培的假說(shuō)能夠解釋一些磁現(xiàn)象．一根鐵棒，在未被磁化的時(shí)候，內(nèi)部各分子電流的取向是雜亂無(wú)章的，它們的磁場(chǎng)互相抵消，對(duì)外界不顯磁性．當(dāng)鐵棒受到外界磁場(chǎng)的作用時(shí)，各分子電流的取向變得大致相同，鐵棒被磁化，兩端對(duì)外界顯示出較強(qiáng)的磁作用，形成磁極．磁體受到高溫或猛烈的敲擊會(huì)失去磁性．這是因?yàn)樵诩ち业臒徇\(yùn)動(dòng)或機(jī)械振動(dòng)的影響下，分子電流的取向又變得雜亂了.

在安培所處的時(shí)代，人們對(duì)物質(zhì)內(nèi)部為什么會(huì)有分子電流還不清楚．直到20世紀(jì)初，才知道分子電流是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)形成的．安培分子電流的假說(shuō)，揭示了磁鐵磁性的起源，它使我們認(rèn)識(shí)到：磁鐵的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)一樣，都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的．

分子電流又稱“安培電流”。分子或原子中由電子運(yùn)動(dòng)所形成的電流?？捎靡哉f(shuō)明物質(zhì)的磁性。

關(guān)于物質(zhì)磁性本質(zhì)的假說(shuō)。由安培于1821年提出。他觀察到通電螺線管有象磁體一樣的作用，認(rèn)為一切磁現(xiàn)象的根源是電流的存在。磁性物質(zhì)的分子中存在著回路電流，稱為分子電流，分子電流相當(dāng)于基元磁體。物質(zhì)的磁性就決定于物質(zhì)中分子電流對(duì)外界的磁效應(yīng)的總和。分子電流與導(dǎo)線中通過(guò)的宏觀電流是有本質(zhì)區(qū)別的，安培的假說(shuō)把永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)與宏觀電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)統(tǒng)一了起來(lái)。安培的假說(shuō)與現(xiàn)代對(duì)物質(zhì)磁性的理解是相當(dāng)符合的，所以仍被采用。根據(jù)安培假說(shuō)，基元磁體兩個(gè)磁極對(duì)應(yīng)于圓形電流的兩個(gè)面，顯然這兩個(gè)面是不能單獨(dú)存在的，由此很容易解釋磁體的N、S兩極不能單獨(dú)存在的原因。

按照前面安培對(duì)“分子電流假說(shuō)”的解釋，是難以令人接受的．在這個(gè)問(wèn)題上，安培走在了時(shí)代的前頭．因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，人們還不了解原子的結(jié)構(gòu)，因此不能解釋物質(zhì)內(nèi)部的分子電流是怎樣形成的．直到1911年，盧瑟福（Enrst Rutherford，1871～1937）通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的分析和計(jì)算，提出一切原子都有一個(gè)核，電子象行星一樣繞核旋轉(zhuǎn)”的模型以后，才有了軌道磁矩的概念．1922年斯特恩（OttO Steen1888～1969）和蓋拉赫（W.Grelach）用銀原子成功地做了后來(lái)以他們的名子命名的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)原子中還存在一種不能用軌道磁矩來(lái)說(shuō)明的磁矩．為了解釋這一問(wèn)題，烏倫貝克（George Eugene Uhlenbeck，1900～）和高德斯米特（Samnel Abraham Gondsmit，1902～1978）于1925年提出了關(guān)于電子具有自旋的假設(shè)，成功地解釋了斯特恩──蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果．今天我們知道，正是原子、分子等微觀粒子內(nèi)電子的這些運(yùn)動(dòng)形成了“分子電流”．但是我們不能用同幾十年后的物理發(fā)展水平來(lái)要求安培，否則就過(guò)于苛刻了，

“分子電流假說(shuō)”提出以后，安培雖沒(méi)有作進(jìn)一步的說(shuō)明，但他對(duì)他的這個(gè)信念是非常堅(jiān)定的．他曾啟發(fā)和建議阿拉果用通電螺線管作使其中的鋼針磁化的實(shí)驗(yàn)．在1820年9月25日，阿拉果向法國(guó)科學(xué)院報(bào)告了該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果．實(shí)驗(yàn)的成功又使安培磁的本質(zhì)就是電的思想得到加強(qiáng)．1821年，他在回答荷蘭物理學(xué)家萬(wàn)·貝克（Van Beck）的一封信中堅(jiān)持認(rèn)為這個(gè)假說(shuō)不僅能夠用于磁現(xiàn)象的解釋，而且可以用于化學(xué)化合和化學(xué)親和力的解釋．后者卻成了他的學(xué)說(shuō)不能被立即和普遍接受的一個(gè)重要原因，因?yàn)榻邮苓@一學(xué)說(shuō)就意味著接受關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個(gè)新的理論．加之當(dāng)時(shí)分子電流模型好象罩著一層薄霧，使人們無(wú)法看清楚它．所以“分子電流假說(shuō)”雖然深刻反映了物體磁性的本質(zhì)，卻遭到了當(dāng)時(shí)多數(shù)物理學(xué)家的拒絕．

在對(duì)“分子電流假說(shuō)”提出異議的物理學(xué)家中，最典型的恐怕要數(shù)法拉第了．1822年，他設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在一根玻璃管上纏以絕緣導(dǎo)線，做成螺線管，水平地半浸于水中．然后在水面漂浮一只長(zhǎng)磁針．按照安培的觀點(diǎn)，螺線管的一端相當(dāng)于磁南極，另一端相當(dāng)于磁北極，磁針如果是南極指著螺線管的北極，應(yīng)當(dāng)會(huì)吸向螺線管的北極并停在北極的一端．法拉第指出，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符．他的實(shí)驗(yàn)是磁針的南極繼續(xù)穿過(guò)螺線管，直至接近螺線管的南極．法拉第論證說(shuō)，如果針是單極的，它就會(huì)沿磁感線無(wú)休止地運(yùn)動(dòng)下去．法拉第認(rèn)為，和載流螺線管對(duì)應(yīng)的不是實(shí)心磁體，而應(yīng)是圓筒形磁體．

安培反駁說(shuō)，圓筒形磁體和螺線管并不一樣．按照它的分子電流假說(shuō)，圓筒形磁體中的電流是一小圈一小圈孤，而螺線管中的電流是沿著大圈的．為了證明筒形磁體中的電流是相互抵消的，他當(dāng)眾作了一個(gè)演示：

把絕緣導(dǎo)線繞成許多圈，做成線圈．在線圈內(nèi)部放一個(gè)用薄銅片做成的圓環(huán)，取一磁體置于圓環(huán)近旁，如果銅環(huán)里有宏觀電流，磁棒就會(huì)驅(qū)使銅環(huán)偏轉(zhuǎn)．否則，只可能有分子電流．安培的實(shí)驗(yàn)表明銅環(huán)里只有分子電流．

安培后來(lái)用馬蹄形強(qiáng)磁體重復(fù)了上述實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了銅環(huán)的偏轉(zhuǎn)．但是他把實(shí)驗(yàn)中所感應(yīng)出來(lái)的宏觀電流試圖也解釋為分子電流作用的結(jié)果．安培的這種思想直到1825年給赫謝爾（John Herschel，1793～1871）的信中仍在堅(jiān)持，他在信中說(shuō)：“這些現(xiàn)象是由電流或磁體對(duì)小電流所產(chǎn)生的．”安培雖然沒(méi)有說(shuō)這些小電流就是分子電流，但是這些電流具有分子電流同樣大小的數(shù)量級(jí)．這表明，安培對(duì)分子電流的思想是非常堅(jiān)定的．遺憾的是他把感應(yīng)電流歸于他的分子電流，不單獨(dú)接受感應(yīng)電流．他以為如果承認(rèn)了感應(yīng)電流，則他的分子電流假說(shuō)理論就無(wú)立錐之地了．否則的話，電磁感應(yīng)現(xiàn)象就有可能提前七、八年被安培而不是法拉第發(fā)現(xiàn)了．

在安培“分子電流假說(shuō)”建立的過(guò)程中，還發(fā)生了安培與畢奧之間的學(xué)術(shù)論爭(zhēng)．對(duì)于這場(chǎng)論爭(zhēng)，物理史學(xué)家們各有各的看法，但有一點(diǎn)是一致的，即這場(chǎng)論爭(zhēng)使安培更清楚地看到了把磁簡(jiǎn)化為電流的必要性，也使他的“分子電流假說(shuō)”顯得越發(fā)明朗起來(lái)．

德國(guó)物理學(xué)家塞貝克也曾反對(duì)安培的分子電流假說(shuō)，他認(rèn)為磁是更為本質(zhì)的東西，電流則是磁的作用的結(jié)果．

直到后來(lái)，安培的觀點(diǎn)在19世紀(jì)40年代被紐曼（F.E.Neumann，1798～1895）和韋伯（Wilhelm EduardWeber，1804～1891）接受和推廣，并發(fā)展成為他們的電動(dòng)力學(xué)．

“分子電流假說(shuō)”提出以后，經(jīng)歷了“不太清楚”、“遭到拒絕”到“逐漸明朗”以致成為發(fā)展電動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)幾個(gè)階段，這也告訴我們，科學(xué)的發(fā)現(xiàn)，科學(xué)理論的提出以及人們對(duì)科學(xué)成果的接受，不會(huì)都是一帆風(fēng)順的，但有益的學(xué)術(shù)論爭(zhēng)可以促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展．

安培的分子電流假說(shuō)在當(dāng)時(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識(shí)甚少的情況下無(wú)法證實(shí)，它帶有相當(dāng)大的臆測(cè)成分；在今天已經(jīng)了解到物質(zhì)由分子組成，而分子由原子組成，原子中有繞核運(yùn)動(dòng)的電子，從現(xiàn)代的觀點(diǎn)來(lái)看，“分子電流”是由原子內(nèi)各電子繞原子核的軌道運(yùn)動(dòng)、各電子的自旋運(yùn)動(dòng)以及原子核的自旋運(yùn)動(dòng)構(gòu)成的。由此安培的分子電流假說(shuō)有了實(shí)在的內(nèi)容，已成為認(rèn)識(shí)物質(zhì)磁性的重要依據(jù)。

縱觀物理學(xué)史書(shū)籍和有關(guān)論文，對(duì)“分子電流”思想和形成過(guò)程，雖然或多或少有所論述，但尚缺乏一條明晰的線索．筆者認(rèn)為，安培“分子電流”思想的形成經(jīng)歷了三次認(rèn)識(shí)飛躍，盡管每次相距時(shí)間都不長(zhǎng)，但可謂一步一個(gè)臺(tái)階，或曰“三部曲”．

和其他科學(xué)家相比，安培具有一個(gè)顯著特點(diǎn)，那就是在科學(xué)上極其敏感，最能接受他人的成果．這一可貴的素質(zhì)決定了是安培而不是別人提出“分子電流假說(shuō)”．

1820年9月初，法國(guó)物理學(xué)家阿拉果（Framcois4rago，1786～1853）從瑞士帶回了丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特（Hans Christian Oersted，1777～1851）發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的消息，立即在法國(guó)科學(xué)界引起了巨大的反響．安培對(duì)此作出了異乎尋常的反應(yīng)，他于第二天就重復(fù)了奧斯特電流對(duì)磁針作用的實(shí)驗(yàn)．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，安培逐步認(rèn)識(shí)到，磁并不是與電分開(kāi)的孤立現(xiàn)象，而是電的許多特性的一個(gè)方面，他試圖從電的角度為已發(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象作出解釋．在一周以后即9月18日他向法國(guó)科學(xué)院提交了第一篇論文，報(bào)告了他重復(fù)奧斯特實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，邁出了他形成分子電流思想的第一步，提出：圓形電流有起到磁鐵作用的可能性．

接著，安培創(chuàng)造性地發(fā)展了實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，研究電流與電流之間的相互作用，這比奧斯特的實(shí)驗(yàn)又大大前進(jìn)了一步9月25日他向法國(guó)科學(xué)院提交了第二篇論文，闡述了他用實(shí)驗(yàn)證明了兩個(gè)平行直導(dǎo)線，當(dāng)電流方向相同時(shí)相互吸引，當(dāng)電流方向相反對(duì)相互排斥的報(bào)告．以后他又用各種曲線形狀的載流導(dǎo)線，研究它們之間的相互作用，并于10月9日提交了第三篇論文，邁出了形成分子電流思想的第二步，提出：磁體中存在一種繞磁軸旋轉(zhuǎn)的宏觀電流．

安培在他的論文中說(shuō)：“來(lái)考慮一個(gè)電流和一個(gè)磁體的相互作用，及兩個(gè)磁體的相互作用，我們將會(huì)發(fā)現(xiàn)，這兩種情況將受同樣的定律支配．只要設(shè)在磁體表面上從一極到另一極畫(huà)出的直線上的一點(diǎn)都建立了一種在垂直于磁軸的平面內(nèi)（旋轉(zhuǎn)）的電流．經(jīng)過(guò)對(duì)所有事實(shí)的思考，我們簡(jiǎn)直不能再懷疑這種圍繞磁軸的電流的存在．”

“這樣，不期而遇的結(jié)果產(chǎn)生了，即磁現(xiàn)象唯一地由電來(lái)決定，而且一個(gè)磁體的兩個(gè)極除了它們相對(duì)于構(gòu)成這個(gè)磁體的電流外，沒(méi)有任何差別，磁南極在這些電流的右邊，而磁北極在它們的左邊”．

安培是個(gè)分子論者，他對(duì)他的磁體中存在宏觀電流的假設(shè)是根據(jù)伏打（Alessandro Volta，1745～1827）電堆的原理簡(jiǎn)單地解釋的．他認(rèn)為伏打電池之所以能產(chǎn)生電流，是因?yàn)椴煌饘俳佑|的結(jié)果．類似地，磁體中的鐵分子的接觸也會(huì)產(chǎn)生電流．即把磁體看作是一連串的伏打電堆，它們的電流都環(huán)繞磁體的軸作同心圓運(yùn)動(dòng)．

菲涅耳（Angustin Jean Fresnel，1788～1827）是安培的好朋友，他了解了安培的論文以后，指出安培的這個(gè)假設(shè)不能成立，即磁體不可能存在安培所設(shè)想的宏觀電流，否則，由于宏觀電流的存在將使磁體生熱，但實(shí)際上磁體不可能自行地比周圍的環(huán)境更熱一些．菲涅耳在給安培的一封信中建議，為什么不把假定的宏觀電流改為環(huán)繞著每一個(gè)分子的呢？這樣，如果這些分子可以排成行，這些微觀的電流將會(huì)合成所需要的同心電流．

收到了菲涅耳的信后，安培立即放棄了原來(lái)的假定而采取了菲涅耳的建議，于1821年1月前后，邁出了分子電流思想的第三步：提出了著名的“分子電流假說(shuō)”，從而在經(jīng)典物理的范疇內(nèi)深刻地反映了物體磁性的本質(zhì)．

安培對(duì)他的“分子電流假說(shuō)”的解釋是，物體內(nèi)部每個(gè)分子中的以太和兩種電流質(zhì)的分解，會(huì)產(chǎn)生環(huán)繞分子的圓電流，形成一個(gè)個(gè)小磁體；當(dāng)它們?cè)谕獯艌?chǎng)的作用下呈規(guī)則排列時(shí)，就使物體呈現(xiàn)了宏觀磁性．

由此可見(jiàn)，“分子電流”思想的形成經(jīng)歷了“可能性”、“宏觀電流”和“分子電流”三個(gè)階段，這符合人們由淺入深、由表及里、由現(xiàn)象到本質(zhì)的認(rèn)知過(guò)程．“分子電流假說(shuō)”由安培提出，也是和他所特有的科學(xué)素質(zhì)分不開(kāi)的．回顧安培所生活的年代，特別是在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)以后，許多科學(xué)家都在從事電與磁的聯(lián)系方面的研究，如：英國(guó)的法拉第（MichaelFaraday，1791～1867）法國(guó)的畢奧（Jean BaptisteBiot，1774～1862）和德國(guó)的塞貝克（Thomas JohannSeebeck，1770～1831）等等．他們都絕非等閑之輩，倘若安培不是及時(shí)地重復(fù)和發(fā)展奧斯特的實(shí)驗(yàn)，倘若安培不是立即接受菲涅耳的建議，即倘若安培不具備在科學(xué)上極其敏感，最能接受他人成果的獨(dú)特素質(zhì)，也許“分子電流假說(shuō)”的提出者就要易人了．