关于中国古代的磁学,李约瑟有过高度评价:“倘若当时的社会条件有利于近代科学的发展,中国人有可能在磁学和电学的研究方面捷足先登,直接进入场物理学而无需经过‘台球’物理学阶段。”
李约瑟是在发现古代中国人对磁性知识的认识和应用方面都领先其他民族的事实之上得出上面结论的。但也有学者指出,
这样看来,中国古代人对电磁现象的认识距离场论思想还有相当的距离,李约瑟的推测似乎难以站住脚。然而,深入的研究表明,虽然李约瑟没有发现,但确实存在支持他的大胆推测的古代中国历史文献。
郑复光的地脉说
我国清代学者郑复光长英国著名物理学家法拉第11岁。为解释地磁现象尤其地磁偏角现象,他在其著作《费隐与知录》中提出了“罗针偏东由于地脉”的地脉说。
郑复光的思想非常重要,他的地脉说有以下几大突破:
1、明确赋予了地脉以确切的力学作用:“针为地脉牵掣”,地脉能够对磁针施予力的作用。
2、在地脉说中,地脉是可以超越地面而在地球附近空间存在的。
3、将地脉抽象为无数曲线组成的曲线族:地脉“根两极”而“止有地心一线其处最直,渐及地面不无稍曲。”将2、3两点联系起来看,地脉就是根于地球两极而在地球的体内、体外都存在的封闭的曲线族,而这些曲线又能对磁针施以力的作用。虽然言简意赅,但地脉具备了物理场的基本属性:像电场能对置于其中的实验电荷施以力的作用一样,看不见摸不到的地脉能给磁针以作用力。显然郑复光的地脉概念与法拉第的力线概念十分相似:是地球(大磁体)周围存在的能对磁针给予力的作用而使之指南(或偏向)的曲线。二者相比较,郑复光的思想还有独特的优势:因为地脉源于中医经络说,因此它自然地在磁体内部也具有;而法拉第更强调磁力线是磁体附近空间的一种物质形态。因此从空间分布角度看,郑复光的地脉说兼具法拉第力线思想的优点而又更为合理。
法拉第的磁力线概念
在西方,人们对法拉第的力线概念给予高度评价。如J・J・汤姆孙就曾说过:“在法拉第的许多贡献中,最伟大的一个就是力线的概念。”
法拉第最早于1831年11月24日在向皇家学会宣读他发现电磁感应的论文中,开始使用“磁力线”这个概念:“它们能用铁屑描绘出来,或者对于它们来说,一根小磁针构成一条切线。”
至于力线与场的关系,正如后来麦克斯韦所说:“我想他(法拉第)或许会说,空间的场中是充满了力线的……作用在每一物体上的机械作用力和电作用力则取决于连接在物体上的力线。”
需要指出的是,虽然可以肯定郑复光的地脉与法拉第的磁力线具有同样或至少类似的物理内涵,但郑复光依据他的地脉说解释地磁偏角现象还是笼统而不成功的,因为在他的地脉说基础上解释这一现象还需要一个基本的必备知识―――地理的两极与地磁的两极并不完全重合,当时郑复光并不知道这一点。
郑复光与法拉第的场论思想孰早孰晚
郑复光的地脉概念与法拉第的磁力线概念揭示了相同的物理内涵,而后者是场概念的先导,那么两人谁更早具有了场的思想呢?郑复光出生于1780年,法拉第出生于1791年;法拉第最早于1831年即使用了磁力线的概念,但郑复光的《费隐与知录》1842年才得以刊行。我们很难知道郑复光是否于1831年以前即产生了地脉说思想,因此场思想的“优先权”问题似乎难以裁决。然而从科学思想史的角度,我们还是可以给出一个推断。
有一点十分清楚,那就是从本质上讲古典原子论与经典场论是不相容的:原子论从一诞生起只承认一个离散化的量子世界,而经典场论的最大特征是认同连续性。1837年以前法拉第一直是一个牛顿和道尔顿原子论的忠实拥护者,自1837年起,他陷入病痛之中,直至1844年很少工作。此间,他反复反思原子论,1844年明确对此表示反对。阎康年指出:“他在1845年11月7日的日记中,首次提出‘磁场’一词。这个过程表明,法拉第抛弃传统的原子论,在观念和实验上为场概念的形成创造了条件。”然而在东方,郑复光的地脉说是建立在元气、脉络学说之上的,而中国元气论中的元气本身就是充虚贯实、绝对连续的,因此郑复光面前没有难以逾越的离散性本体论鸿沟。从这个意义上看,郑复光的地脉说一开始就满足连续性的场的特点,也更早接近了场论的思想。
如果谨慎起见,认为还不能十分肯定这一推断,那么至少有一点可以肯定,那就是郑复光没有受过法拉第思想的影响。因为在郑复光所处的时代,清朝政府长期闭关锁国,西方科学的传入中断了100多年。
在郑复光的著作中可以看出他对中国的元气说还是十分钟情的,但在解释地磁力的作用时,他没有简单借用元气论笼统解释,而是悟出了看不见摸不到的一根根能“牵掣”铁针的地脉的存在,十分难得。这既需要对中国古代的元气论、经络说等有深刻的把握,还要借助高度的抽象思维与创新。郑复光地脉说与法拉第的力线、电场和磁场思想貌异而神合,所以说他是中国第一个具有近代物理场论思想的人并不为过。
(作者系浙江临海台州学院物理系副教授)