在物理學上,磁與電有著本質上的聯係。我國古人把磁現象與靜電現象聯係在一起,並且統一地歸結為“氣”,是有意義的。後來人們對於靜電吸力的觀察更加深入了,發現了一些特別的情況。比如三國時期,人們已經知道“琥珀不取腐芥”。“琥珀”是一種樹脂化石,絕緣性能很好,經過摩擦後就能吸引輕小物品。這個現象,漢代以來就為人們所熟知。
“腐芥”是指腐爛了的芥籽,必定滿含水分,因而具有黏性,容易粘著別的物體上,難以吸動。另外,腐芥上蒸發出水氣使周圍空氣以及和它接觸的桌麵都潮濕,以致易於導電。當腐芥接近帶電體,因感應而產生的電荷,容易為周圍的潮濕空氣傳走,所以靜電吸力一定很小。
可見“琥珀的不取腐芥”不但是事實,而且是符合電學原理的,也是人們深入觀察研究摩擦起電現象所得到的一個結論。
古人認為,琥珀經過人手的摩擦,容易起電,才是真的琥珀。可見,古人已經知道以是否具有明顯的靜電性質,作為鑒別真假琥珀的標準,這是初步的電學知識的實際應用。
摩擦起電在一定條件下,能夠發生火星,並伴隨輕微的聲響。這種稱為“電致發光”的現象,在古代也時有發現與記錄。
晉代張華《博物誌》記載:“今人梳頭、脫著衣時,有隨梳、解結有光者,也有吒聲。”這裏記載了兩個現象,一個是梳子和頭發摩擦起電,另一個是外衣和不同原料的內衣摩擦起電。
古代的梳子,有漆木、骨質或角質的,它們和頭發摩擦是很容易起電的;絲綢、毛皮之類的衣料,互相摩擦也容易起電。當
天氣幹燥,摩擦強烈時,確實能有火星與聲響。當然這火星與聲響是十分微弱的,古人能覺察到,說明十分仔細、認真。古代觀察到的電磁現象,比較有代表性的除了雷電以外就是地光與極光。
我國古代關於地光的記載,以各地方誌裏為最
多,例如:《成都誌》記載,293年2月4日,成都發生地震之前,“有火光入
地”;《正德實錄》記載,1513年12月30日,四川“有火輪見空中,聲如雷,次日戊戌地震”;《潁上縣誌》記載,1652年3月24日,安徽潁上地震發生時,“紅光遍邑”等。
所有這些文字裏的“火光”、“火輪”、“紅光”等都是古人形容地光的名詞。上述這些記載是如此確切、生動,它們是科學史上極其珍貴的資料。它們的意義在於地光能夠反映岩層的活動,和地震有著密切的內在聯係,尤其是有助於臨震預報。
極光有北極光和南極光。我國地處北半球,故隻能看到北極光。高緯度地區看到極光的機會比較多,但在中低緯度地區偶爾也可以看到,不過亮度要弱得多。
一般認為極光的原因在於:太陽發射出來的無數帶電粒子受到地球磁場的作用,運動方向發生改變,它們沿著地球磁力線降落到南、北磁極附近的高空層,並以高速鑽入大氣層,這些帶電粒子跟大氣中的分子、原子碰撞,致使大氣處於電離並發光,這就是極光。各種原子發出不同的色光,所以極光呈現五彩繽紛的顏色:一般為黃綠色,也有白色、紅色、藍色、灰紫色,或者間而有之。
我國古代關於極光的記載很早。遠在幾千年前傳說的黃帝時期就曾出現過“大電光繞北鬥樞星”。戰國時期的《竹書紀年》記錄了大約發生在公元前950年的一次極光:“周昭王末年,夜清,五色光貫紫微。其年,王南巡不返。”描述了極光的時刻、方位和光色,是我國最早而翔實的極光記載,比西方早了600多年。我國古代關於極光的記載是很豐富的。當時沒有極光的名稱,而是根據各種極光現象的形狀、大小、動靜、變化、顏色等分別加以稱謂。這種分類命名法,最早見於《史記·天官書》,可見至少已有2000多年的曆史了。
極光是研究日地關係的一項重要課題,它跟天體物理學和地球物理學都有密切的關係。古代記載下來的極光史料,可以幫助人們了解過去太陽活動、地磁、電離層等變動的規律,還可以探討古地磁極位置的變遷過程。