盡管琥珀早就作為珠寶和工藝品材料進入了人類的生活。但是,很少有人知道,琥珀竟然是人類開啟對電的研究的最直接的媒介物。這就是我們要講的關於琥珀的又一個故事。
1.1.2 琥珀神奇的吸引力
公元前600年的夏天,在意大利古代名城米利都繁榮的伊奧尼亞港,一艘遠洋多桅大帆船正在卸載從埃及運回的一批糧食。購回這批糧食的主人泰勒斯也和往常一樣隨船回到港口。他像這樣乘船到海外做生意已經有好些年了。利用這種機會,他周遊了一些東方國家,學習了古巴比倫觀測日食、月食和測算海上船隻距離的知識,了解到腓尼基人英赫·希敦斯基探討萬物組成的原始思想,知道了埃及土地丈量的方法和規則等。他還到美索不達米亞平原,在那裏學習了數學和天文學知識。這些閱曆豐富了他的思想,也培養了他敏銳的觀察力。每次回到故土,他都會赤足在海邊的沙灘上散步。這天和往常一樣,他一邊踩著細軟的沙子,一邊望著慢慢從退去的潮水中顯露出的沙灘,希望能看到從遠方漂浮過來的漂流瓶之類的意外之物。他並不確定自己希望什麼,隻是多少有些厭倦商人的生活。
忽然,沙灘上一個反射著強烈陽光的東西引起了他的注意,他趕緊走過去,發現那隻不過是一塊鵝卵石,但是通體呈棕黃色而又透亮,與一般的石塊有些不同。他拾了起來,才發現這塊透明的石塊很輕,原來是一塊琥珀。
波羅的海地區是盛產琥珀的地方,因此,歐洲人也將琥珀稱為“北方之金”,認為是可以帶來財運的寶石。泰勒斯想,這塊琥珀不知是怎樣漂到這裏的,能被他遇到,也是一種機緣吧。
他正打算用衣襟擦幹淨石塊上的水跡,就聽到商船上有人在叫他,原來卸船工作已經完成,水手開始打掃艙麵甲板。於是他向商船走過去,仍然時不時用自己的衣服擦拭著這塊琥珀。這時,一陣海風吹來,不僅帶著海洋的腥味,而且裹夾著從甲板上揚起的灰塵和細小的穀草。泰勒斯下意識地抬手遮擋眼睛,卻意外地發現,吹來的一些灰塵和穀草被吸附在了琥珀的表麵。就像黏在沾有水的潮濕物體表麵一樣。而他分明是剛才已經擦幹了這塊琥珀的。顯然,黏住這些灰塵草屑,不是因為琥珀表麵有水。
細心的泰勒斯用衣襟擦掉黏在琥珀表麵的灰屑,發現並不是那麼容易能夠完全擦幹淨的。這個意外的發現讓他著迷。他來到船上,讓水手將草屑拿過來,當他再在自己衣服上用力擦揩琥珀後,不等琥珀碰到草屑,就見細小的草屑飛向琥珀並附在了琥珀的表麵。
“啊,太神奇了!”圍在旁邊的水手們都發出了驚奇的叫聲。
泰勒斯反複地做了幾次這樣的試驗後,陷入了沉思。在他的思想中,水是萬物的本源,濕的東西具有黏性,也是水的一種特性。現在他是在擦幹了琥珀以後才觀察到能黏附草屑的,以他那個時代的學識,無法解釋這一現象。他回家後又反複做了這個實驗,證明用絲綢等摩擦琥珀能吸引細小的物質黏附到琥珀表麵。他詳細記載了琥珀具有的這種奇特的現象。
很可惜,那個時代的人們不可能認識到,這種現象是物質在更精細的微觀結構上的某種同一性的一種表露。這種奇怪的現象此後也迷惑了柏拉圖和亞裏士多德等著名的古希臘哲學家,他們都讀過泰勒斯的著作。亞裏士多德還在其著作中介紹了泰勒斯的哲學思想和對各種事物的觀察,其中也包括這個關於琥珀性質的描述。泰勒斯本人的著作現已經失傳。
琥珀在希臘文中是[Electron],由於可以摩擦產生靜電而得名,故琥珀亦曾被譯為[電石](據《美國傳統辭典》electric條的字源注解,電子一詞from Latin:electrum[amber]、New Latin:electricus[deriving from amber, as by rubbing],其中的amber就是現在的英文琥珀)。
泰勒斯是西方公認的最早觀察到琥珀靜電效應的人。在我國的古籍中,也很早就記載了不少琥珀的靜電效應。後漢的王充在《論衡》一書中記載,“頓牟介,磁石引針”,“頓牟”就是指的琥珀。晉代的王嘉在《拾遺記·卷七》曾記載一雙琥珀製的鳥放在安靜的室內,自己會鳴叫和飛翔。說琥珀製成的鳥能飛翔恐怕是誇大其詞,但能夠鳴叫則應是琥珀靜電摩擦產生的聲音效果。
在古希臘人的傳說中,琥珀是由女神赫麗提斯的眼淚變成的。我國古代先民則認為,琥珀是猛虎死後的魂魄變化而來。總之,琥珀在古人眼中帶有某種神秘的色彩,似乎隱藏著某種秘密。
泰勒斯發現和記載的琥珀摩擦以後可以吸引輕微細小物體的現象,其實是一種靜電現象。隻不過當時的人類還沒有認識到靜電,也絕對想不到雷雨天的閃電同樣是由於摩擦引起的放電,會藏身於這塊奇特的石頭當中。直到2000多年以後,才又有人從琥珀身上發現了電子的蹤跡,從而掀開了微觀世界的一角。
1.1.3 琥珀與靜電
很多事情的破解注定是需要時間的,特別是需要漫長的曆史過程。自從在泰勒斯那裏顯示過自己的特性以後,沉寂了上千年的附在琥珀中的電子幽靈遊蕩到了16世紀的歐洲。
經曆了文藝複興的歐洲,生產力有了顯著的發展,社會對科學技術的需求空前高漲,從而使科學研究活動進入了一個高速發展的時期。因此,當人們再次將物質本源的問題提出來的時候,可以用來觀察和試驗的手段比起泰勒斯那個時代要高明得多,人們的認識能力也有了極大的提高。在這個曆史舞台上,琥珀終於又成為一場重要演出的道具。
這次的主角是一位有名的醫生威廉·吉爾伯特(William Gilbert)。威廉·吉爾伯特,1540年5月24日生於英國科爾切斯特,1569年獲得劍橋大學醫學博士學位。吉爾伯特早年研究化學,1580年前後開始對磁學和電學發生興趣,1600年出版了《磁石論》。這是物理學史上第一部係統闡述磁學的科學專著。因為他的醫術和名聲,英國王室於1601年聘用他擔任禦醫。1603年在倫敦逝世。