王洛印 白 欣

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)科技史與發(fā)展戰(zhàn)略研究中心 哈爾濱 150080;2.首都師范大學(xué)物理系 北京 100048)

0 引言

法拉第(M.Faraday，1791～1867)是著名的物理學(xué)家，做出過(guò)許多重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，是經(jīng)典電磁學(xué)理論的奠基者。自19世紀(jì)后期以來(lái)，其傳奇的一生和獨(dú)特的科學(xué)思想引起國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的持續(xù)關(guān)注和研究，以至于“法拉第的傳記甚至比牛頓(I.Newton，1643～1727)和愛(ài)因斯坦(A.Einstein，1879～1955)的傳記都要多”［1］，這些研究從不同側(cè)面對(duì)法拉第的科學(xué)貢獻(xiàn)及思想進(jìn)行了探討，為后人研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。不過(guò)，其中大多數(shù)研究一般集中于描述法拉第一些比較重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)方面，例如電磁旋轉(zhuǎn)、電磁感應(yīng)等。而對(duì)于一些似乎顯得并不太重要的科學(xué)研究關(guān)注較少，［2］這造成法拉第研究的不連貫，不利于探討其科學(xué)思想形成發(fā)展的連續(xù)變化過(guò)程。法拉第對(duì)電的同一性的研究就是其中一個(gè)較為典型的案例。［3］

法拉第關(guān)于電的同一性的研究與其之前的系列實(shí)驗(yàn)研究相比，無(wú)論在研究方式還是結(jié)果上，都存在一定的差異:

它不是通過(guò)一系列精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，從一個(gè)新發(fā)現(xiàn)過(guò)渡到另一個(gè)新發(fā)現(xiàn)。相反，它專注于兩個(gè)目的:通過(guò)評(píng)判別人的實(shí)驗(yàn)，它試圖清除阻礙電的同一性獲得承認(rèn)的各種表面障礙;通過(guò)利用自己以及他人所做的其他實(shí)驗(yàn)，它希望證明電是同一的。［4］

這種研究方式導(dǎo)致法拉第關(guān)于電的同一性研究在原創(chuàng)性方面與之前的研究不可同日而語(yǔ)。此外，該階段他所設(shè)計(jì)的一些實(shí)驗(yàn)參考了前人的同類實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新性不足。不僅如此，法拉第所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)論也比較勉強(qiáng)，存在方法論、認(rèn)識(shí)論上的缺陷，最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不能完全證明五種電都可以產(chǎn)生六種電效應(yīng)，這導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)論的說(shuō)服力不夠。這些皆導(dǎo)致研究者認(rèn)為法拉第關(guān)于電的同一性的研究并不突出，從而對(duì)其關(guān)注和分析較少，在此基礎(chǔ)上形成普遍雷同的結(jié)論，這對(duì)分析法拉第一生真實(shí)科學(xué)思想的發(fā)展變化過(guò)程造成斷點(diǎn)和困難。

目前，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者僅有的關(guān)于法拉第該階段的描述和研究，大多是基于法拉第公開(kāi)發(fā)表的論文進(jìn)行的。［5］該論文后來(lái)編排為《電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究》①《電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究》三卷，由29輯論文以及其他一些論文組成，法拉第發(fā)表的絕大多數(shù)論文都收錄其中，由1-3243編號(hào)的文字段落3243段和一些未曾標(biāo)號(hào)的論文組成。三卷分別于1839、1844和1855年出版。第三輯，分為兩部分:“不同來(lái)源的各種電的同一性”和“普通電和伏打電的測(cè)量關(guān)系”。論文是原始研究記錄的再加工，經(jīng)過(guò)對(duì)原始實(shí)驗(yàn)記錄的重新整理和編排，文字表述和內(nèi)容呈現(xiàn)雖更為清晰和成熟，然而難免去除掉一些珍貴的原始思考和記錄。依據(jù)類似的二手文獻(xiàn)進(jìn)行研究分析，結(jié)論容易造成偏差。此外，法拉第論文第一部分并沒(méi)有多少重要的新發(fā)現(xiàn)，而比較有價(jià)值的內(nèi)容卻在第二部分，但就其標(biāo)題來(lái)看，卻和電的同一性似乎沒(méi)有聯(lián)系，這造成一些研究忽視了論文第二部分，僅通過(guò)第一部分來(lái)討論。法拉第將論文分為兩部分，模糊了其真實(shí)的研究和思想發(fā)展過(guò)程，不利于研究者分析法拉第的思想發(fā)展變化情況。

法拉第一生中幾乎所有科學(xué)研究的詳細(xì)過(guò)程都記載在其長(zhǎng)達(dá)42年的實(shí)驗(yàn)日記——《法拉第日記》(Faraday's Diary)②全稱是《法拉第日記——各種實(shí)驗(yàn)研究的哲學(xué)筆記》(Faraday's Diary，Being the Various Philosophical Notes of Experimental Investigation)。中。2008年，日記再版發(fā)行，內(nèi)容雖無(wú)更新，但還是在學(xué)界中引起較大反響。結(jié)合一些有關(guān)法拉第檔案、書信等原始文獻(xiàn)的新發(fā)現(xiàn)，有學(xué)者對(duì)法拉第進(jìn)行了再研究并取得一些新認(rèn)識(shí)，其中一些顛覆了以前的普遍觀點(diǎn)。例如有學(xué)者認(rèn)為其1856年關(guān)于膠體的研究是近代納米科學(xué)的開(kāi)始。［6］類似相關(guān)研究顯示，關(guān)于法拉第的研究遠(yuǎn)未過(guò)時(shí)，仍有寬廣的可探究空間，法拉第關(guān)于電的同一性的研究也是如此。日記中關(guān)于該系列研究的記錄與論文描述不同，內(nèi)容是彼此交叉、互相滲透的。并且雖然其集中研究該問(wèn)題的時(shí)段是1832年8月至12月，但如果仔細(xì)閱讀日記中的相關(guān)內(nèi)容，可以發(fā)現(xiàn)法拉第有關(guān)該問(wèn)題的考慮其實(shí)貫穿1832年前后。這為研究者揭示其研究緣起，理清其科學(xué)思想的發(fā)展脈絡(luò)，評(píng)價(jià)研究的價(jià)值及意義，提供了寶貴的原始信息。有鑒于此，我們有必要在參閱其他相關(guān)研究資料的基礎(chǔ)上，充分發(fā)掘《法拉第日記》中的第一手資料，對(duì)法拉第研究電的同一性的詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)考察和全面分析，盡可能地還原事實(shí)真相，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其科學(xué)思想進(jìn)行分析和探討。

1 研究電的同一性之緣起

1.1 電的同一性研究狀況

18世紀(jì)末至19世紀(jì)初，伴隨著各種新電源的發(fā)現(xiàn)，關(guān)于各種電的研究成為科學(xué)界的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。至1832年法拉第集中研究電的同一性之前，摩擦電、動(dòng)物電、伏打電、溫差電和磁感應(yīng)電等五種不同來(lái)源的電已廣為科學(xué)界所熟知。各種研究和學(xué)說(shuō)不斷提出，關(guān)于各種電的本質(zhì)是否是同一的這一問(wèn)題，也逐漸成為科學(xué)界一個(gè)具有重大爭(zhēng)議的課題。

科學(xué)界自18世紀(jì)70年代起，就開(kāi)始了關(guān)于各種電的同一性的研究。法拉第在研究這一問(wèn)題時(shí)，廣泛查閱了前人的研究資料，其中包括卡文迪許(H.Cavendish，1731～1810)、戴維(H.Davy，1778 ～1829)、安培(A.M.Ampère，1775 ～1836)、沃拉斯頓(W.H.Wollaston，1766～1828)等15位科學(xué)家的研究，時(shí)間一直追溯至1773年，這些在《法拉第日記》中有詳細(xì)記錄［7］。前人的研究有的證明一些電的本質(zhì)是同一的，一些則對(duì)此持懷疑態(tài)度，這主要表現(xiàn)在各種電的存在形式所體現(xiàn)的一些表面差異。例如，1829年，戴維在其關(guān)于電鰻研究的一篇論文中，描述了各種電的差異:

普通電(摩擦電)①如無(wú)特別指明，本文中括號(hào)中說(shuō)明均為本文作者加注。是非導(dǎo)體激發(fā)的，而且很容易被導(dǎo)體或不完全導(dǎo)體帶走。伏打電是完全導(dǎo)體和不完全導(dǎo)體的結(jié)合所激發(fā)的，而且只能通過(guò)完全導(dǎo)體或最佳不完全導(dǎo)體傳輸。磁如果是電的一種形式，則只屬于完全導(dǎo)體，而且磁的其他形式屬于一類特殊的導(dǎo)體②指的是鐵、鈷、鎳這一類鐵磁性導(dǎo)體。。動(dòng)物電只能附著在組成動(dòng)物活體器官的不完全導(dǎo)體上。［8］

諸如此類的爭(zhēng)論不絕于耳。1831年電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)將電的同一性問(wèn)題推上了爭(zhēng)論的又一高度。1832年，戴維之弟化學(xué)家約翰·戴維(J.Davy，1790～1868)甚至提出了電的組合理論。他認(rèn)為各種電不是由單純的一種力所形成，而是與陽(yáng)光類似，由力的組合而成。各種力可有多種組合，從而形成人們所熟知的各種電形式。(［8］，77頁(yè))可以看出，按照該理論，各種電的本質(zhì)是不同的。

1.2 法拉第研究電的同一性的緣起

關(guān)于電的同一性研究的種種爭(zhēng)論和形形色色的各種假說(shuō)，如果不加以廓清和解決，電學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展將會(huì)面臨重重困難。正如法拉第在其論文中所說(shuō):

我有幸呈現(xiàn)給皇家學(xué)會(huì)的電學(xué)研究，促使我不得不面對(duì)這樣一個(gè)問(wèn)題，就是對(duì)于以不同方式激發(fā)的各種電的同一性或差別性，不應(yīng)再存在任何疑問(wèn)，這對(duì)我進(jìn)行進(jìn)一步的研究至關(guān)重要。(［8］，76頁(yè))

許多研究者憑借這段話來(lái)說(shuō)明法拉第開(kāi)始電的同一性研究的原因。例如英國(guó)學(xué)者馬丁(T.Martin)認(rèn)為:

在1831年，說(shuō)明他所得到的感應(yīng)效應(yīng)確實(shí)是電流是一件十分重要的事情，事實(shí)上也就是要證明，所謂的‘磁電’和其他來(lái)自于伏打電池或摩擦起電機(jī)的電是同一事物。很多人仍對(duì)普通電、伏打電以及所已認(rèn)識(shí)的其他形式的電的同一性持懷疑態(tài)度。于是，在1832年的秋天，法拉第開(kāi)始了系統(tǒng)的調(diào)查研究，試圖證明各種不同形式的電都將會(huì)產(chǎn)生同樣的化學(xué)效應(yīng)、磁效應(yīng)以及其他效應(yīng)。(［3］，95～96頁(yè))

絕大多數(shù)學(xué)者也基本持有類似的觀點(diǎn)。比如法拉第的同事廷德?tīng)?J.Tyndall，1820～1893)就認(rèn)為法拉第之所以開(kāi)始電的同一性的研究，是急于證明他所發(fā)現(xiàn)的磁感應(yīng)電和其他形式的電的本質(zhì)是一樣的，如果電的同一性得到證明，將會(huì)為其以后的研究掃清道路。［9］

上述觀點(diǎn)初看上去確實(shí)有些道理，因?yàn)榉ɡ谠谄湔撐闹幸驳拇_給出了確鑿的證據(jù)。但如果我們依據(jù)《法拉第日記》而不是其論文來(lái)做判斷的話，就會(huì)發(fā)現(xiàn)此觀點(diǎn)令人懷疑，是表面化的描述而不能揭示法拉第研究的根本原因。明顯的兩個(gè)疑點(diǎn)就是:1831年8月29日，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，隨后幾個(gè)月進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，這段研究基本上至1832年3月26日完全結(jié)束。［10］在3月26日前后，法拉第已進(jìn)行過(guò)一些研究，試圖證明磁電也可以產(chǎn)生其他電形式可以產(chǎn)生的各種效應(yīng)。比如，2月8日，他證明磁電可以產(chǎn)生電火花效應(yīng)［11］;3月8日，不能證明磁電可以產(chǎn)生電解效應(yīng)但可以產(chǎn)生生理效應(yīng)(［11］，424頁(yè));6月11日，試圖利用磁電產(chǎn)生電解效應(yīng)，結(jié)果失敗(［11］，429～430頁(yè))。法拉第這些零星的研究，重點(diǎn)在于磁電，對(duì)于其他形式的電基本沒(méi)有涉及。這些零散的、不成體系的實(shí)驗(yàn)研究說(shuō)明法拉第在研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象期間及之后一段時(shí)間里，雖然可能關(guān)注電的同一性問(wèn)題，但并沒(méi)有急于研究并加以證明電的同一性的強(qiáng)烈愿望。

與之形成鮮明對(duì)比的是，1832年8月25日至12月24日，法拉第對(duì)各種電的同一性問(wèn)題進(jìn)行了集中重點(diǎn)研究。這些研究構(gòu)成《法拉第日記》第二卷的起始部分，實(shí)驗(yàn)記錄也被重新編號(hào)(1-221)。而且該系列的研究不是從研究磁電開(kāi)始，而是從摩擦電開(kāi)始。這充分說(shuō)明該系列研究與之前的零散研究相比，無(wú)論在內(nèi)容還是形式上都完全不同。這巨大的差異充分表明，法拉第關(guān)于電的同一性的研究并非其電磁感應(yīng)現(xiàn)象研究的自然延伸，僅憑論文中法拉第的表面陳述來(lái)說(shuō)明研究緣起，所得到的結(jié)論可能并不充分，我們須探尋這些差異背后的原因，才能說(shuō)明法拉第為什么開(kāi)始電的同一性的研究，以及他研究的真實(shí)狀況和思想變化情況。

如果對(duì)《法拉第日記》中的相關(guān)內(nèi)容加以認(rèn)真解讀和仔細(xì)分析，并通讀《法拉第日記》的前兩卷，可以發(fā)現(xiàn)一條若隱若現(xiàn)的線索體現(xiàn)并貫穿電的同一性的研究，這條線索就是法拉第關(guān)于靜電和電流作用機(jī)理的思索與研究。

早在1825年11月28日，法拉第就認(rèn)為如果靜電可以在附近的導(dǎo)體上感應(yīng)出穩(wěn)恒的靜電，電流(流動(dòng)的電)也應(yīng)該在附近的導(dǎo)體中感應(yīng)出穩(wěn)恒電流。為此他作了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)求證，結(jié)果失敗了，失敗的原因在于法拉第不清楚靜電和電流的不同作用機(jī)理。1831年2月至7月關(guān)于聲學(xué)振動(dòng)圖像的研究是發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象之路上的關(guān)鍵一步。法拉第將聲學(xué)振動(dòng)微粒類比于導(dǎo)體中處于感應(yīng)狀態(tài)下的導(dǎo)體粒子，將聲學(xué)振動(dòng)圖像的瞬間改變類比于感應(yīng)電流的產(chǎn)生，認(rèn)識(shí)到感應(yīng)電流的產(chǎn)生是導(dǎo)體粒子的特定態(tài)改變所致，從而預(yù)見(jiàn)到感應(yīng)電流的瞬時(shí)性。在此基礎(chǔ)上法拉第提出了粒子的“電緊張態(tài)”理論。認(rèn)為電感應(yīng)下的導(dǎo)體粒子處于一種特定的狀態(tài)，該狀態(tài)的改變就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。(［10］，21～28頁(yè))起初，法拉第認(rèn)為電緊張態(tài)下的物體同帶靜電的物體一樣，會(huì)顯示出實(shí)驗(yàn)可驗(yàn)證的引力或斥力效應(yīng)。(［8］，56頁(yè))由此可見(jiàn)，此時(shí)，他認(rèn)為借助于“電緊張態(tài)”理論可以解釋靜電作用。即認(rèn)為靜電是一種物體的特定態(tài)，特定態(tài)的改變產(chǎn)生了電流。至此，法拉第似乎已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了靜電和電流的不同作用機(jī)理。但法拉第在利用電緊張態(tài)理論解釋電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，限于當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件，驗(yàn)證不到粒子該狀態(tài)的存在，他不得不將這個(gè)理論暫時(shí)擱置，而改用力線理論來(lái)對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行解釋(［10］，28～32頁(yè))。利用電緊張態(tài)理論來(lái)解釋靜電和電流作用機(jī)理的考慮也就此擱置下來(lái)。

法拉第也考慮利用力線理論來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。在1832年3月12日藏于皇家學(xué)會(huì)的密信中，法拉第設(shè)想磁作用、靜電作用、聲音振動(dòng)以及電磁感應(yīng)現(xiàn)象統(tǒng)統(tǒng)可以用振動(dòng)理論進(jìn)行說(shuō)明，傳播需要時(shí)間。(［10］，31頁(yè))1832年3月26日，法拉第做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，試圖在力線理論指導(dǎo)下對(duì)靜電和電流的作用機(jī)理進(jìn)行研究。

圖1 實(shí)驗(yàn)示意圖(［11］，425頁(yè))

398.已經(jīng)證明當(dāng)有電通過(guò)時(shí)，在與其垂直的方向上產(chǎn)生磁性。所以如果電靜止，而金屬針在相反的方向上移動(dòng)，針也應(yīng)變?yōu)橐粋€(gè)磁體，因?yàn)檫@時(shí)電和金屬是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的，這看上去是唯一的一個(gè)條件。

399.(圖1上半部分所示)制作一個(gè)精巧的磁針，非常輕。取其他小針，使它們從一個(gè)導(dǎo)體末端附近經(jīng)過(guò)。針和它的運(yùn)動(dòng)路徑互相垂直。該導(dǎo)體屬于一個(gè)摩擦起電機(jī)，并已充電。利用這種方式不能得到磁體。

400.(圖1下半部分所示)保持一個(gè)金屬球與導(dǎo)體相對(duì)，然后小針在二者之間通過(guò)，但它沒(méi)有任何獲得磁性的跡象。

401.當(dāng)有電火花通過(guò)導(dǎo)體和球時(shí)，針在附近，電火花不能使小針產(chǎn)生明顯的磁性，所以很明顯，不能僅僅通過(guò)小針的運(yùn)動(dòng)，就可以產(chǎn)生效應(yīng)。(［11］，425 頁(yè))

該實(shí)驗(yàn)的失敗在于法拉第試圖用力線理論對(duì)各種電作用進(jìn)行解釋。他認(rèn)為兩個(gè)帶有相反靜電的兩個(gè)物體之間有電力線，而通有電流的導(dǎo)體也存在電力線:“兩個(gè)帶相反的電的導(dǎo)體之間的力線或力的方向可以類比于‘磁曲線’，而稱之為‘電曲線’，難道它們不也存在于通有電流的導(dǎo)體中嗎?”(［11］，425頁(yè))既然都存在電力線，當(dāng)金屬針和電力線在垂直方向上相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，也即導(dǎo)體切割電力線時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生磁性。但實(shí)驗(yàn)的失敗說(shuō)明利用現(xiàn)有的力線理論也不能對(duì)靜電和電流的不同作用機(jī)理進(jìn)行說(shuō)明，或者說(shuō)靜電力線和電流力線還存在差異，需要進(jìn)一步研究和求證。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)很好地說(shuō)明了對(duì)靜電和電流不同作用機(jī)理的解釋，已成為困擾法拉第已久、不得不面對(duì)而亟需解決的一個(gè)重要問(wèn)題。在發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象后，法拉第一直在思考靜電和電流的不同機(jī)理，并試圖用兩種理論進(jìn)行說(shuō)明解釋。一方面，借助于“電緊張態(tài)”理論可以很好地來(lái)說(shuō)明靜電作用機(jī)理。譬如在1831年11月，法拉第就利用該理論解釋電化分解現(xiàn)象，說(shuō)明靜電電緊張態(tài)的解除產(chǎn)生電流。(［8］，22頁(yè))而且處于電緊張態(tài)下的靜電物體之間的作用可以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。但是電緊張態(tài)在解釋電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，卻不能實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這說(shuō)明“電緊張態(tài)”理論存在瑕疵或者不適用于解釋電磁感應(yīng)現(xiàn)象。另一方面，用現(xiàn)有的力線理論可以解釋電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并且得到了實(shí)驗(yàn)證實(shí)，但在解釋靜電和電流的不同作用機(jī)理方面，卻捉襟見(jiàn)肘，需要進(jìn)一步研究和補(bǔ)充完善。

要解決這個(gè)問(wèn)題，在法拉第的理論框架內(nèi)，只有在利用現(xiàn)有力線理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展理論，說(shuō)明靜電力線和電流力線的差異，闡清力線的形成和運(yùn)動(dòng)變化機(jī)制，而這必然涉及介質(zhì)粒子的微觀層面，需要利用到電緊張態(tài)理論，將其與力線理論調(diào)和融通，這是法拉第力線理論進(jìn)一步發(fā)展必然要面對(duì)的一個(gè)問(wèn)題。

1832年2月至8月，法拉第一直在思考解決這個(gè)兩難問(wèn)題。在2月至6月期間，他雖然偶爾進(jìn)行一些磁電的同一性方面的研究，但零散而不成體系。而1832年8月之后以摩擦電的同一性研究而開(kāi)始的系列實(shí)驗(yàn)研究，不僅實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了摩擦電的同一性問(wèn)題，而且完全闡清了靜電和電流的不同作用機(jī)理，將電緊張態(tài)理論和力線理論進(jìn)行了恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整融合，進(jìn)一步發(fā)展了力線理論。

上述種種的跡象表明，法拉第開(kāi)始電的同一性的研究，絕不是偶然的，它是法拉第在經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的深思熟慮后，已在思維上初步融合了電緊張態(tài)理論和力線理論，找到了解決靜電和電流不同作用機(jī)理的突破口，然后開(kāi)始的一場(chǎng)關(guān)于靜電和電流本質(zhì)的實(shí)踐檢驗(yàn)研究活動(dòng)。對(duì)于這些，我們?cè)谙挛膶?huì)看得更加清楚。

2 靜電的同一性

在公開(kāi)發(fā)表的論文中，法拉第如此定義靜電(ordinary electricity):

我所理解的靜電是指從摩擦起電機(jī)、空氣，或通過(guò)壓力、晶體的分裂以及其他眾多方式得到的電。它的典型特征是高強(qiáng)度，以及在相當(dāng)大距離而不僅是可覺(jué)察距離上的引力和斥力作用。(［8］，82頁(yè))

而在日記中，法拉第所認(rèn)為的靜電是指普通電(common electricity)，即從摩擦起電機(jī)得到的摩擦電，通篇沒(méi)有別的指代。這小小的差異說(shuō)明，法拉第在研究靜電過(guò)程中，并沒(méi)有著眼于強(qiáng)調(diào)各種電的同一性，而是從最普通的靜電開(kāi)始，重點(diǎn)著眼于靜電性狀的研究，這反映了他對(duì)靜電作用機(jī)理長(zhǎng)時(shí)間的一貫思考，而非當(dāng)時(shí)科學(xué)界有關(guān)電的同一性的各種爭(zhēng)執(zhí)引起的一時(shí)心血來(lái)潮。

在論文中，法拉第將各種電的效應(yīng)分為兩類:一類是電處于張力狀態(tài)(靜電狀態(tài))下產(chǎn)生的效應(yīng)，即一定距離下的引力和斥力效應(yīng);另一類是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(電流狀態(tài))下產(chǎn)生的效應(yīng)，即熱效應(yīng)、磁效應(yīng)、電解效應(yīng)、生理效應(yīng)和電火花效應(yīng)(［8］，78頁(yè))。法拉第明確說(shuō)明，做出這樣的分類是出于簡(jiǎn)便考慮，而并非是出于自然哲學(xué)上的考慮。這反映出在寫作論文時(shí)，法拉第已經(jīng)認(rèn)識(shí)到無(wú)論是靜電還是電流，都是各種電的存在形式。各種電都可以由靜電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鳡顟B(tài)，或者相反。這實(shí)際上已經(jīng)表明了法拉第在研究之初，就堅(jiān)信各種電不存在本質(zhì)差別的自然哲學(xué)態(tài)度。

伏打電作為一種典型的電流，與磁電、熱電類似，可以兩種狀態(tài)存在，并且六種效應(yīng)的產(chǎn)生已被當(dāng)時(shí)的科學(xué)界所證實(shí)。普通電作為一種典型的靜電，與動(dòng)物電相似，處于張力狀態(tài)下所展示的引力和斥力效應(yīng)也已廣為人知，而摩擦電放電(流動(dòng)狀態(tài)下)時(shí)所產(chǎn)生的熱效應(yīng)、生理效應(yīng)和電火花效應(yīng)也為人所證實(shí)或很容易證明，沒(méi)有進(jìn)一步研究的必要，最需要證明的是摩擦電放電時(shí)要產(chǎn)生磁效應(yīng)和電解效應(yīng)。

由于磁效應(yīng)和電解效應(yīng)是電流所顯示的效應(yīng)，要證明就需要改變摩擦電的通常存在形態(tài)，由靜電狀態(tài)改變?yōu)殡娏鳡顟B(tài)。而按照電緊張態(tài)理論，靜電是一種張力狀態(tài)，這種狀態(tài)的釋放就是靜電放電，產(chǎn)生電流，這是靜電和電流的作用機(jī)理。法拉第在開(kāi)始研究前，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了這一點(diǎn)，這在上文中已有說(shuō)明。在此基礎(chǔ)上，法拉第所需要做的就是人工控制靜電緊張態(tài)的釋放，使之轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍问?，從而產(chǎn)生出磁效應(yīng)和電解效應(yīng)。在日記中，法拉第的研究也正是按照這種方式，從驗(yàn)證摩擦電的磁效應(yīng)開(kāi)始。

證明摩擦電磁效應(yīng)的最好方式是讓摩擦電通過(guò)連有電流計(jì)的電路放電，如果電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則說(shuō)明摩擦電可以產(chǎn)生磁效應(yīng)。1832年8月27日，法拉第利用實(shí)驗(yàn)證明了這一點(diǎn)。

他首先對(duì)當(dāng)時(shí)通用的電流計(jì)做了一些防護(hù)措施，比如用錫箔覆蓋電流計(jì)等(［7］，1～2頁(yè))，這樣做的目的是防止電流計(jì)受到靜電感應(yīng)效應(yīng)的影響。接著，讓摩擦電通過(guò)一條放電線路放電，導(dǎo)致電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)。在日記中，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是這樣描述的:

11.現(xiàn)在做讓電池中的電①法拉第這里所說(shuō)的電池中的電，是指將摩擦起電機(jī)所產(chǎn)生的摩擦電儲(chǔ)存于萊頓瓶中，從而為實(shí)驗(yàn)所用的靜電。通過(guò)水的實(shí)驗(yàn)。一根約4英尺長(zhǎng)的粗線，完全浸濕，一端與電流計(jì)的A端相連。電流計(jì)內(nèi)所含的導(dǎo)線約36英尺長(zhǎng)。粗線的另一端與放電器(discharger)相連。電流計(jì)的B端與放電序列相連②將導(dǎo)線與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的煤氣管、水管等金屬管道以及地面相連，組成一段釋放靜電性能良好的放電序列。對(duì)此，《法拉第日記》卷2第1～2頁(yè)有相關(guān)描述。。然后，將一個(gè)由15個(gè)萊頓瓶組成的電池連接到線路中。瓶子的外側(cè)與放電序列相連，效果就像和電流計(jì)的B端連接一樣。瓶子的內(nèi)壁與摩擦起電機(jī)連接。將一個(gè)亨利靜電計(jì)(Henly's Electrometer)放在總導(dǎo)體(general conductor)③指萊頓瓶金屬桿上方的金屬球。上。起動(dòng)摩擦起電機(jī)，電池充電，直至靜電計(jì)的金屬指針傾斜固定于約40度或35度為止。然后，讓放電器與總導(dǎo)體接觸，于是，放電就通過(guò)粗線中的水，從A到B方向通過(guò)電流計(jì)。

12.在這些條件下，指針偏轉(zhuǎn)。而當(dāng)擺動(dòng)的電流計(jì)指針每次回歸到第一次脈沖的偏轉(zhuǎn)方向時(shí)，則繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦起電機(jī)，以使電池放電，偏轉(zhuǎn)角度就很快升至40度或更高。(［7］，4頁(yè))

在實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)榉ɡ谒玫氖菦_擊式電流計(jì)，需要一定的反應(yīng)時(shí)間，磁效應(yīng)才能在電流計(jì)中顯示出來(lái)。利用粗線中的水對(duì)放電的延遲作用以及長(zhǎng)度很長(zhǎng)的放電序列，保證了靜電的放電可以持續(xù)一段時(shí)間而不致太迅速，這就使得靜電放電產(chǎn)生了與穩(wěn)定電流大致相同的效果。法拉第在隨后的多個(gè)類似實(shí)驗(yàn)中，改變實(shí)驗(yàn)的各種條件，比如改變放電方向，發(fā)現(xiàn)電流計(jì)的指示方向也隨之改變;如果改變絲線的長(zhǎng)度和粗細(xì)，電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)幅度還是大致相同(［7］，5～6頁(yè))如果用金屬導(dǎo)線代替絲線，或靜電通過(guò)真空以及距離很近的尖端放電。指針依然發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

由此法拉第得出結(jié)論:

因此，無(wú)論是通過(guò)水、導(dǎo)線、真空以及聚集的點(diǎn)傳遞的電流，都能夠使指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所需的唯一條件就是要有一定的作用時(shí)間。但是不完全導(dǎo)體，例如水、鹽水、酸等等都是非常好的，因?yàn)樗鼈兌加心芰梢园央姵氐姆烹娹D(zhuǎn)變?yōu)橐环N微弱的電火花或持續(xù)的電流。(［7］，8頁(yè))

這多個(gè)實(shí)驗(yàn)毫無(wú)例外地證明了靜電的磁效應(yīng)，并說(shuō)明靜電緊張態(tài)的釋放可以產(chǎn)生流動(dòng)的電，產(chǎn)生與持續(xù)電流相同的效果。

緊接著靜電磁效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，在8月31日，法拉第又用實(shí)驗(yàn)證明了靜電的化學(xué)分解效應(yīng)。他首先重復(fù)了沃拉斯頓1801年的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，使摩擦電放電通過(guò)放電序列，用兩根細(xì)銀絲做電極以電解硫酸銅溶液，實(shí)驗(yàn)很成功(［7］，8頁(yè))。但法拉第對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)不滿意，因?yàn)榉磻?yīng)作用很微弱，只有極少量銅析出，而溶液中卻沒(méi)有出現(xiàn)沒(méi)有任何跡象的銀。(［7］，9頁(yè))于是在9月1日，法拉第又設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，利用該實(shí)驗(yàn)，摩擦電放電產(chǎn)生了比較明顯的化學(xué)分解效應(yīng):

46.用另一種方式做普通電化學(xué)作用的實(shí)驗(yàn)，得到很好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

47.(圖2左邊小圖所示)像這樣，將兩小段鉑絲在近90度方向彎折兩次，使得當(dāng)整個(gè)鉑絲豎直放置于三個(gè)支點(diǎn)a、b、c之上時(shí)，cd段大致垂直向上。(圖2右邊大圖所示)將一塊玻璃片或玻璃板放在桌上，上面放置一條錫箔，然后將一根約8英寸長(zhǎng)的濕線，一端放在錫箔上，另一端與摩擦起電機(jī)連接。接著，將一段已經(jīng)彎折過(guò)的鉑絲如圖示放置，使b、c兩個(gè)支點(diǎn)放在這條錫箔的另一端上，而a點(diǎn)則放在第二片玻璃板上。第二段鉑絲的a點(diǎn)放在第一段鉑絲的a點(diǎn)附近，其他部分則利用錫箔或其他方式與放電序列相連。這樣，可以保證在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，只要這兩個(gè)a點(diǎn)不接通，就可以使整個(gè)線路隨時(shí)斷開(kāi)。利用這種方式，可以隨時(shí)使接觸面積盡可能的小，下面很快會(huì)看到。

48.一份由半份純鹽酸和半份水組成的混合溶液，加入硫酸靛藍(lán)(sulphate of indigo)使其成深藍(lán)色。然后用其在較大的玻璃板上劃一條濕帶，使兩個(gè)a、a末端間距約1/2英寸，并用濕帶將二者連為一體。轉(zhuǎn)動(dòng)起電機(jī)，與起電機(jī)即正極這邊連接的a端，立刻顯示脫色效應(yīng)。轉(zhuǎn)動(dòng)二三十圈后，溶液中被漂白的部分面積已經(jīng)很大，而且脫色劇烈，以至于即使撤去導(dǎo)線，攪動(dòng)全部溶液，產(chǎn)生的氯氣也足以漂白所有部分。(［7］，9～10頁(yè))

圖2 電解實(shí)驗(yàn)裝置示意圖(［7］，9頁(yè))

這個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)已完全可以說(shuō)明靜電放電時(shí)產(chǎn)生的電解效應(yīng)。但法拉第并不滿足，在接下來(lái)的多個(gè)實(shí)驗(yàn)中，他又實(shí)驗(yàn)了不同的檢驗(yàn)方式，例如用氫碘酸鉀和淀粉的混合溶液、蘇打溶液和姜黃試紙等做檢驗(yàn)試劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證明普通電產(chǎn)生了化學(xué)分解效應(yīng)。法拉第還在一些實(shí)驗(yàn)中試著用金屬導(dǎo)線代替濕線，或者改變電流的方向、強(qiáng)度等，這些改變對(duì)普通電存在電解效應(yīng)的結(jié)論都沒(méi)產(chǎn)生任何影響。所有這些實(shí)驗(yàn)都毫無(wú)例外地證實(shí)了普通電的化學(xué)分解效應(yīng)。(［7］，10～12頁(yè))

應(yīng)該說(shuō)，至此為止，電的同一性已大致得到了證明，如果以這個(gè)主題作一篇論文的話，主題的架構(gòu)已搭建完畢，剩下的就是一些修修補(bǔ)補(bǔ)的完善工作，比如繼續(xù)查找前人研究文獻(xiàn)資料，完善前人做過(guò)的一些有缺陷的實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為確定和清晰;對(duì)一些有爭(zhēng)議的實(shí)驗(yàn)和結(jié)論，重新論證和解讀;將自己的研究和前人研究進(jìn)行條理化的說(shuō)明和合理編排，以增強(qiáng)論文說(shuō)服力，等等。事實(shí)上，法拉第《電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究》第三輯論文的第一部分就是這么做的。從論文來(lái)看，電的同一性研究工作似已完成。但在其日記中，法拉第的上述研究?jī)H僅是個(gè)開(kāi)始。因?yàn)閺母旧蟻?lái)說(shuō)，上述研究并沒(méi)有說(shuō)明靜電和電流的運(yùn)行機(jī)理。即使在研究之前，法拉第已對(duì)其力線理論和電緊張理論在思維上進(jìn)行了初步融合和理論完善，找到了解決問(wèn)題的突破口，但這個(gè)根本問(wèn)題的解決還是需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和研究求證。而且，從已進(jìn)行的研究來(lái)看，它提出了兩個(gè)直接的問(wèn)題亟需進(jìn)一步研究。第一個(gè)問(wèn)題是:既然各種電的本質(zhì)是相同的，也就是靜電和電流的本質(zhì)是相同的，那么作為二者典型代表的摩擦電和伏打電，在量上應(yīng)該可以比較，相同數(shù)量的摩擦電和伏打電產(chǎn)生的效應(yīng)也應(yīng)該相同。另一個(gè)是:既然各種電的同一性得到了證明，而各種電無(wú)外乎靜電和電流兩種存在形式，那么靜電和電流的轉(zhuǎn)化機(jī)制是什么，二者運(yùn)行機(jī)理有何差異?從這兩個(gè)問(wèn)題出發(fā)，法拉第在初步證明了電的同一性之后，并不沒(méi)有停步，而是保持了他一貫的研究風(fēng)格，繼續(xù)其關(guān)于靜電和電流機(jī)理的研究，終于導(dǎo)致了重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和力線理論的進(jìn)一步發(fā)展完善。

3 電解第一定律的初步提出

在研究靜電磁效應(yīng)的過(guò)程中，法拉第通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，改變靜電放電的強(qiáng)度和放電時(shí)間，而不改變總電量，產(chǎn)生的磁效應(yīng)大致相同。沿著這個(gè)線索調(diào)查下去，通過(guò)逐步地實(shí)驗(yàn)研究，法拉第最終初步提出了電解第一定律。

1832年8月27日，法拉第通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將相同數(shù)量的靜電用不同的放電方式通過(guò)電流計(jì)，指針的偏轉(zhuǎn)效果大致相同:

20.現(xiàn)在用一根濕的粗繩代替絲線，二者長(zhǎng)度基本一樣，產(chǎn)生的效應(yīng)很好且基本一樣。

21.縮短繩子，但依然用相等數(shù)量的電池放電，(指針)偏轉(zhuǎn)大約相同的幅度。

22.用四倍粗的短繩子代替這根長(zhǎng)繩子，效應(yīng)沒(méi)有明顯不同。(［7］，5頁(yè))

隨著研究持續(xù)深入，實(shí)驗(yàn)逐步從定性走向定量研究。9月14日的一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，法拉第開(kāi)宗明義地指出:“做緊張態(tài)效應(yīng)①法拉第已認(rèn)識(shí)到靜電處于緊張態(tài)，因此這里所說(shuō)的“緊張態(tài)效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)”是指靜電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。的實(shí)驗(yàn)，全部數(shù)量(的緊張態(tài))對(duì)磁針產(chǎn)生的效應(yīng)是相同的，如下?！彪S后法拉第描述了實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)過(guò)程:

我們的電池由15個(gè)相同規(guī)格的大萊頓瓶組成……，7個(gè)先放置一旁，其余8個(gè)連在一起。然后準(zhǔn)備好起電機(jī)②特指該系列實(shí)驗(yàn)一貫所用的大起電機(jī)，日記第一頁(yè)第一段有說(shuō)明。，將其與電池及電流計(jì)相連，以使放電可以以上述方式(11、20、21)①《法拉第日記》Ⅱ中標(biāo)號(hào)為11、20、21的段落，本文上文中有引用。通過(guò)電流計(jì)和濕繩;濕繩約10英寸長(zhǎng)，很粗，是四倍粗的那根繩子。

123.轉(zhuǎn)動(dòng)起電機(jī)，轉(zhuǎn)至38圈時(shí)，電池充滿，39圈時(shí)，電池則自動(dòng)放電。于是給電池只充30圈的電，然后通過(guò)繩子和電流計(jì)放電。指針偏轉(zhuǎn)，至左側(cè)2.5刻度后，擺向右側(cè)3刻度處?？潭仁緮?shù)由放置在下面的一個(gè)不規(guī)則的、大度數(shù)的刻度盤指出。雖然如此，刻度也足以確定擺動(dòng)的幅度。

124.然后將其余7個(gè)瓶子也連接上，給這15個(gè)充上起電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)30圈的電。亨利靜電計(jì)現(xiàn)在張開(kāi)角度不如原來(lái)的一半，但將這些電通過(guò)繩子和電流計(jì)放電時(shí)，指針同樣擺動(dòng)至左側(cè)2.5刻度處，然后擺回到右側(cè)3刻度處，恰好和先前一樣。

125.重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，依然得到完全相同的結(jié)果。

126.因此，看上去如果同等數(shù)量的電通過(guò)儀器，無(wú)論其強(qiáng)度如何，偏轉(zhuǎn)力是相同的。(［7］，22～23頁(yè))

在法拉第時(shí)代，所用的電流計(jì)為沖擊式電流計(jì)，需要一定的反應(yīng)時(shí)間，且指示不是很精確，靜電放電時(shí)間又很短，所以實(shí)驗(yàn)的結(jié)果大致相同。在該實(shí)驗(yàn)中，僅證明了相同數(shù)量的靜電可以產(chǎn)生相等的偏轉(zhuǎn)力。那么，可不可以利用這種方式比較靜電和電流的偏轉(zhuǎn)力呢?因?yàn)殪o電和電流的本質(zhì)是同一的，原理上，相等數(shù)量的靜電和電流也會(huì)產(chǎn)生相等的偏轉(zhuǎn)力。于是，法拉第設(shè)計(jì)了一個(gè)精巧的伏打電池，將電流和摩擦電產(chǎn)生的效應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真比較研究:

129.現(xiàn)在從一個(gè)拉線板的同一個(gè)孔中拉出一些鉑線和鋅線，直徑約1/18英寸，將它們固定到一塊木板上，末端突出木板，互相平行，且相距5/16英寸。將末端浸入到酸中，構(gòu)成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的伏打電池裝置。鉑線和鋅線的另一端分別與電流計(jì)的兩端連接，連接處用干凈的銅線捆扎，以保證接觸良好。

130.將一滴硫酸滴入4盎司水中，混合好，放在鉑線和鋅線下方。升高液面，直至導(dǎo)線的末端沒(méi)入液面下5/8英寸，然后立刻拿走溶液，電流計(jì)的指針向右手方向擺動(dòng)，超出3刻度。所以這兩根導(dǎo)線在這樣微弱的酸液內(nèi)，在片刻時(shí)間產(chǎn)生的電量與摩擦起電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)30圈后儲(chǔ)存于電池的電量相當(dāng)。(［7］，23頁(yè))

9月15日，經(jīng)過(guò)時(shí)間測(cè)算，法拉第發(fā)現(xiàn)在同等實(shí)驗(yàn)條件下，電流計(jì)指針從左側(cè)擺至最右側(cè)或從右側(cè)擺至最左側(cè)，所花費(fèi)的時(shí)間接近于其懷表跳動(dòng)17次所需要的時(shí)間。而導(dǎo)線沒(méi)入液面下的時(shí)間，即電池的工作時(shí)間，約為整個(gè)擺動(dòng)時(shí)間的一半，即約懷表跳動(dòng)8次的時(shí)間。由此法拉第得出結(jié)論:

因此作為一個(gè)近似結(jié)果，兩根導(dǎo)線，一根為鉑線，一根為鋅線，每根直徑為1/18英寸，分別浸入到由一滴濃硫酸和4盎司水構(gòu)成的酸液中，沒(méi)入液面下5/8英寸，且相距5/16英寸，在我的懷表跳動(dòng)8次的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電量，與運(yùn)行良好的大起電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)30圈所產(chǎn)生的電量一樣多。(［7］，25～26頁(yè))

法拉第還特別強(qiáng)調(diào)，得到的結(jié)果并不是在導(dǎo)線第一次浸入酸液的情況下得到的，而是在多次浸入后，標(biāo)準(zhǔn)電池產(chǎn)生的電流已經(jīng)穩(wěn)恒的情況下得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。他發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電池穩(wěn)定放電時(shí)，電流計(jì)的指針?lè)€(wěn)定在右側(cè)第3刻度，這說(shuō)明:“穩(wěn)定地偏轉(zhuǎn)于右手第3刻度，表示這種穩(wěn)恒的電流在(懷表跳)8次的時(shí)間里所提供的電量和昨天的起電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)30圈儲(chǔ)存于電池中的電量相等?！?［7］，26頁(yè))

看到上述內(nèi)容，相信絕大多數(shù)人都會(huì)對(duì)法拉第的研究方式和結(jié)論迷惑不已。因?yàn)樵陂_(kāi)始電的同一性研究之前，法拉第已經(jīng)通過(guò)對(duì)地磁電感應(yīng)現(xiàn)象的研究，發(fā)現(xiàn)了電力、電流和電阻三者之間的關(guān)系，揭示了歐姆定律的內(nèi)容［12］。并且由上一段文字我們知道，法拉第完全清楚，電流計(jì)測(cè)量的是電流強(qiáng)度，即電流的通過(guò)率，而非電量。在實(shí)驗(yàn)中，很明顯靜電放電和電池放電的時(shí)間并不相同，在電量一定情況下，電流強(qiáng)度必然不同，電流計(jì)的偏轉(zhuǎn)怎么會(huì)相同呢?不僅現(xiàn)在的讀者不明白，即使一些對(duì)法拉第有相當(dāng)研究的著名學(xué)者讀到這里也感到無(wú)法理解。比如著名科學(xué)史家威廉斯就認(rèn)為:法拉第在電學(xué)的眾多新現(xiàn)象和新理論中，思維陷入了混亂狀態(tài)，他不能再考慮理論的細(xì)節(jié)，所以犯下了這個(gè)錯(cuò)誤。但是盡管有這個(gè)明顯的矛盾和錯(cuò)誤，法拉第還是通過(guò)這個(gè)錯(cuò)誤幸運(yùn)地達(dá)到了他的目的，即得到了相同的電量產(chǎn)生相同的效應(yīng)這個(gè)結(jié)論。(［4］，220頁(yè))

威廉斯將法拉第這次的成功歸于幸運(yùn)，這樣的例子其實(shí)在科學(xué)史上也不乏先例。但如果我們仔細(xì)分析法拉第的日記和論文，卻發(fā)現(xiàn)法拉第的成功卻并非全然幸運(yùn)的結(jié)果，這里面有法拉第自己獨(dú)特的思維方式，從這一方向看來(lái)，這樣的實(shí)驗(yàn)方式和結(jié)論也是合理的:

在構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)電池時(shí)，法拉第明確表明:“在一定酸液中的浸入時(shí)間，遠(yuǎn)少于指針在一個(gè)方向上的擺動(dòng)時(shí)間，因此電池裝置和靜電放電應(yīng)該產(chǎn)生相同的偏轉(zhuǎn)。”(［8］，105頁(yè))這表明在法拉第看來(lái)，只要保證標(biāo)準(zhǔn)電池產(chǎn)生電流的時(shí)間足夠短，遠(yuǎn)少于指針擺動(dòng)的時(shí)間，全部電流的能量就完全轉(zhuǎn)化為了指針的運(yùn)動(dòng)能量，這和靜電短時(shí)間放電的作用相仿。由此可以看出，法拉第所依據(jù)的其實(shí)是原始的能量轉(zhuǎn)化和守恒理論，即他一貫堅(jiān)持的自然力的轉(zhuǎn)化和統(tǒng)一思想，在這種情況下，電流計(jì)測(cè)量的是電流的積累效應(yīng)，而非穩(wěn)定電流的瞬時(shí)效應(yīng)。

接下來(lái)，可以計(jì)算一下法拉第所設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)電池的運(yùn)行時(shí)間。他的懷表1分鐘跳動(dòng)150次(［7］，26頁(yè))。那么電池的兩極浸入液面下的時(shí)間為8÷150×60=3.2秒，這遠(yuǎn)小于電流計(jì)指針從一側(cè)轉(zhuǎn)向另一側(cè)所需的6.4秒。而對(duì)于靜電的放電時(shí)間，法拉第也做過(guò)估計(jì)。用粗繩阻礙放電時(shí)，放電時(shí)間很短;用細(xì)繩，時(shí)間稍長(zhǎng);而用細(xì)線時(shí)，放電時(shí)間約為2至3秒。(［8］，104頁(yè))這也遠(yuǎn)低于指針的偏轉(zhuǎn)時(shí)間，加之法拉第所用的是沖擊式電流計(jì)，對(duì)于較短時(shí)間內(nèi)的放電，在電量差別不太懸殊的情況下，反應(yīng)大致相同。這幾種因素綜合起來(lái)，保證了法拉第的實(shí)驗(yàn)結(jié)論既存在相當(dāng)?shù)暮侠沓煞?，也是?dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境所決定的，因此，將其成功完全歸于幸運(yùn)是不合適的。

同一天，法拉第又做了多個(gè)與此類似的實(shí)驗(yàn)，都得到了相同的結(jié)果:“效應(yīng)依然相同，雖然電流的時(shí)間和強(qiáng)度差異很大，但總量是一樣的。”(［7］，27頁(yè))隨后，法拉第又測(cè)量了相等電量的摩擦電和伏打電的電解效應(yīng)，讓二者流經(jīng)直徑為1/12英寸的導(dǎo)線，導(dǎo)線的末端與浸有氫碘酸鉀溶液的四層濾紙的兩側(cè)接觸。電解后，電解出的碘會(huì)在濾紙上顯示出棕色的圓形痕跡。(［7］，27頁(yè))比較相等電量的摩擦電和伏打電，發(fā)現(xiàn):“它(摩擦電)產(chǎn)生的碘斑點(diǎn)與伏打電池產(chǎn)生的色跡可以確定為大致一樣。在(濾紙)的其他多個(gè)地方實(shí)驗(yàn)，對(duì)比效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)完全一樣?！?［7］，28 頁(yè))

如果說(shuō)法拉第用電流計(jì)檢測(cè)相等電量的磁效應(yīng)，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果還有幸運(yùn)成分在里面的話，那么他用電的化學(xué)分解效應(yīng)來(lái)說(shuō)明各種電的同一性，即相同電量的靜電和電流產(chǎn)生一樣的電解效應(yīng)，所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果則是確鑿無(wú)疑的。一方面，這些實(shí)驗(yàn)不僅進(jìn)一步從量上證明了摩擦電和伏打電的同一性:“因此可以看出，無(wú)論是磁偏轉(zhuǎn)效應(yīng)還是化學(xué)效應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)電池在懷表跳8次的時(shí)間內(nèi)，都等于摩擦起電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)30圈產(chǎn)生的電的效應(yīng)，所以普通電和伏打電在所有方面都是相同的。”(［7］，28頁(yè))另一方面，通過(guò)這些研究，法拉第得出了另一個(gè)重要的結(jié)論:“由此也可以得出，化學(xué)力和磁力一樣，與通過(guò)的電的數(shù)量成正比關(guān)系，這個(gè)結(jié)論不僅適用于電化分解，并且很有可能適用于其他一切方面?！边@段論述事實(shí)上已經(jīng)揭示出電解第一定律的內(nèi)容。并已經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)大致證實(shí)，二者成確定的正比關(guān)系而不是別的關(guān)系［13］，從而證實(shí)了之前未曾驗(yàn)證的假設(shè):“當(dāng)電化分解發(fā)生時(shí)，有充分理由相信，分解的物質(zhì)量不是與(電流)強(qiáng)度成比例，而是與通過(guò)的電量成比例。”(［8］，92頁(yè))

法拉第電解第一定律的初步提出是其關(guān)于靜電和電流機(jī)理考察的一個(gè)重要成果，也是其電的同一性研究的重要收獲。之所以說(shuō)是初步提出，因?yàn)閺姆ɡ谒M(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究可以看出，雖然所得出的結(jié)論是正確的，但結(jié)論的取得并非是完全精確計(jì)量實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，缺少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有力支撐而含有一些定性的成分在里面。這個(gè)問(wèn)題的解決需要法拉第的進(jìn)一步研究，對(duì)此將撰文另述。

4 電流與電解機(jī)理的研究和力線理論的進(jìn)一步完善

早在1831年11月，法拉第就嘗試用“電緊張態(tài)”理論解釋電化分解過(guò)程:

它(電緊張態(tài))對(duì)于伏打電分解以及物質(zhì)元素向兩極移動(dòng)的影響都是確定無(wú)疑的。處于電緊張態(tài)時(shí)，如果物質(zhì)不可電解，物質(zhì)的同類微粒就會(huì)沿電流方向產(chǎn)生有序的和受迫的電排列，這種緊張釋放時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反向電流;但是如果物質(zhì)是可電解的，這種力的狀態(tài)就足以保證元素微粒離開(kāi)他們的同伴，被迫同相鄰的與其同伴類似的微粒結(jié)合，這樣受迫的電排列得以消除和釋放，從而微粒處于一種自然的狀態(tài)，效果上與不受感應(yīng)類似。但是由于電池電流是持續(xù)的，電緊張態(tài)可以立刻恢復(fù)，又會(huì)產(chǎn)生粒子的受迫排列，然后粒子再次移動(dòng)和結(jié)合，放電消除緊張態(tài)，如此類推。從而維持物質(zhì)微粒向兩個(gè)相反方向不停地移動(dòng)，移動(dòng)方向與電流方向是一致的。(［7］，22頁(yè))

在此段論述中，可以看出，法拉第認(rèn)為電力的傳遞不是超距作用的引力和斥力作用，而是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，這也是法拉第關(guān)于電流的基本理論。而按照電緊張態(tài)理論，靜電是一種穩(wěn)定的緊張狀態(tài)，這種緊張態(tài)的釋放就產(chǎn)生電流。由此可見(jiàn)，在研究電的同一性之前，事實(shí)上法拉第已經(jīng)有了解釋靜電和電流機(jī)理的指導(dǎo)理論，只不過(guò)，這只是存于紙面的一種設(shè)想，沒(méi)有任何實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。如上文所述，在電緊張態(tài)理論和力線理論解釋靜電和電流機(jī)理的兩難局面中，法拉第必須進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究，以解決這個(gè)難題。

隨著摩擦電化學(xué)分解效應(yīng)研究的不斷進(jìn)行，法拉第逐漸發(fā)現(xiàn)電化分解產(chǎn)生的現(xiàn)象和他的預(yù)測(cè)是一致的。1832年9月6日，法拉第通過(guò)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了他1831年11月對(duì)電化分解過(guò)程做出的推測(cè)性解釋:(如圖3［99］所示)在玻璃板上放置一條用硫酸鈉溶液浸濕過(guò)的姜黃試紙，紙的一段連接起電機(jī)，另一端隔兩英寸與一條濕線構(gòu)成的放電線相對(duì)，放電線的另一端懸掛在空氣中。起電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)四五十周后，發(fā)現(xiàn)試紙的靠近放電端的兩個(gè)角因?yàn)橛袎A析出而變?yōu)樯钭厣?，而且靠近放電端的那個(gè)角顏色更深一些。接著(如圖3［100］所示)，用石蕊試紙代替姜黃試紙，一段連接放電線，另一端與起電機(jī)引出的一根導(dǎo)線相對(duì)，起電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)幾周后，正電由空氣進(jìn)入試紙的一端，這一端的兩個(gè)角因?yàn)橛兴岬纳啥兗t了。(［7］，17頁(yè))

圖3 靜電放電電解的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖(［7］，17頁(yè))

由這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)法拉第得出結(jié)論:

103.因此看上去不是正極對(duì)堿的排斥力和對(duì)酸的吸引力等等，而是只要有電流通過(guò)，無(wú)論是通過(guò)金屬電極還是不通過(guò)，元素微粒都會(huì)自動(dòng)排列。堿伴隨電流向一個(gè)方向盡可能遠(yuǎn)地運(yùn)動(dòng)，而酸向另一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。金屬電極只是分解物質(zhì)的終點(diǎn)罷了。

104.分解效應(yīng)看上去更依賴于化學(xué)親和力在一個(gè)方向加強(qiáng)，另一個(gè)方向減弱(而導(dǎo)致的微粒移動(dòng))，而不是兩個(gè)電極之間直接的引力和斥力所致等等。(［7］，18頁(yè))這個(gè)結(jié)論說(shuō)明原來(lái)被很多人認(rèn)為是超距作用力的中心的電路兩端的電極，跟電路的其他部分并沒(méi)有什么區(qū)別，只要有電流通過(guò)、而電解質(zhì)不能通過(guò)的地方，比如在電解液斷開(kāi)、而可以通過(guò)空氣放電的地方，就會(huì)有電解物質(zhì)析出。電極在這種情況下不再像其他學(xué)者認(rèn)為的是力的中心，通過(guò)超距作用的引力和斥力撕開(kāi)溶液中的電解質(zhì)微粒，從而只能在兩極上析出，而只是作為電力的多個(gè)進(jìn)入點(diǎn)和離出點(diǎn)的一個(gè)而已。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，所謂的電極，和電流通過(guò)、而電解質(zhì)斷開(kāi)的地方?jīng)]有任何分別。電力可以使組成分子的微粒之間的親和力在一個(gè)方向加強(qiáng)，另一個(gè)方向減弱，從而導(dǎo)致微粒分開(kāi)并立刻和附近的另一個(gè)微粒結(jié)合，通過(guò)持續(xù)電流電力導(dǎo)致的這種微粒之間的不斷結(jié)合、不斷分開(kāi)的連鎖傳遞，形成電力的傳遞，一種微粒向“正極”一側(cè)移動(dòng)，另一種向“負(fù)極”一側(cè)移動(dòng)，最后在電解質(zhì)的斷裂處析出。在12月15日的實(shí)驗(yàn)中，法拉第用另一個(gè)非常明顯的實(shí)驗(yàn)再次說(shuō)明了這一點(diǎn):

182.(圖4所示)兩節(jié)電池充電，如圖所示放在箱子上。然后將電解裝置連接好。如圖，利用依次連續(xù)的四個(gè)裝置。一根導(dǎo)線從正極引出，至第一個(gè)裝置，從第一個(gè)再至第二個(gè)，然后至第三個(gè)，這里擴(kuò)展為一塊板，再?gòu)倪@里連接到第四個(gè)裝置，是鉑質(zhì)小容器。Ⅰ和Ⅱ中裝有硫酸鈉溶液;Ⅲ中裝有氯化硫酸納溶液，被甘藍(lán)液染成藍(lán)色;在Ⅳ中鉑質(zhì)容器和鉑板之間的b處，放有在硫酸鈉溶液中浸過(guò)的石蕊試紙和姜黃試紙，兩張紙疊在一起。當(dāng)負(fù)極和放電序列連接，而b處用插入地中2英寸深的導(dǎo)線接地時(shí)，所有的裝置中都發(fā)生分解現(xiàn)象，有氣體生成并有酸和堿析出。

183.當(dāng)b處和放電序列連接，而負(fù)極用插入地中兩英寸深的導(dǎo)線接地時(shí)，結(jié)果一樣。(［7］，32頁(yè))

圖4 連鎖電解裝置示意圖(［7］，32頁(yè))

這個(gè)實(shí)驗(yàn)與9月6日的實(shí)驗(yàn)事實(shí)上沒(méi)有本質(zhì)差別，只不過(guò)是法拉第利用連鎖電解的方式，進(jìn)一步形象地說(shuō)明了電解在整個(gè)電流漸進(jìn)路程上，處處都在發(fā)生，在電解質(zhì)連續(xù)的地方，酸堿結(jié)合和分裂時(shí)刻在進(jìn)行著，因此不會(huì)有酸堿析出;而在電流通過(guò)、但電解質(zhì)不連續(xù)的地方，最明顯的是金屬導(dǎo)線的斷點(diǎn)處，分裂的酸和堿不再結(jié)合，所以呈游離態(tài)而析出。這個(gè)電解過(guò)程實(shí)質(zhì)上也是電流的形成和流通過(guò)程，是電解過(guò)程中電流的運(yùn)行機(jī)理所在。

由此可以認(rèn)為，法拉第已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了靜電和電流的機(jī)理，即靜電是一種穩(wěn)定的緊張狀態(tài)的排列，而電流則是這種緊張狀態(tài)的釋放。靜電高緊張態(tài)的釋放只能形成短暫的電流，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)恒電流的形成必須這種緊張狀態(tài)的不斷形成和釋放，即電流由無(wú)數(shù)個(gè)連鎖的緊張和釋放組成。因此，雖然靜電的張力狀態(tài)(電壓)看上去很強(qiáng)，電流的電量卻應(yīng)遠(yuǎn)大于靜電的電量。法拉第后來(lái)的研究也證明了這一點(diǎn)。在隨后的實(shí)驗(yàn)研究中，法拉第用更為清楚的語(yǔ)言闡明了靜電和電流的不同:“我所說(shuō)的電流是指漸進(jìn)的東西，無(wú)論這東西是電的流體、振動(dòng)或者通常意義上漸進(jìn)的力;我理解的排列是指粒子、流體或力的自身安排狀態(tài)，而不是漸進(jìn)性的?！?［7］，21頁(yè))可見(jiàn)，電流是一種動(dòng)態(tài)的存在，而靜電則是一種靜態(tài)的存在，是一種排列，這種排列的釋放就是靜電放電而形成的短暫電流。雖然法拉第在此階段的研究中很少提及理論層面的東西，但從上述研究來(lái)看，他思維的脈絡(luò)卻清晰可尋。無(wú)論是探尋靜電和電流的機(jī)理，還是對(duì)電化分解機(jī)理的解釋，其理論的根源都可以追溯至法拉第的電緊張態(tài)理論和力線理論。［14］

5 同一性研究的補(bǔ)充完善

法拉第關(guān)于靜電和電流機(jī)理的研究以及對(duì)電化分解機(jī)理的調(diào)查至1832年9月18日已基本完成。此后至10月26日，日記中沒(méi)有任何記錄，說(shuō)明此段時(shí)間內(nèi)法拉第沒(méi)有進(jìn)行研究工作。10月26日至12月24日的研究情況在日記中只有短短的9頁(yè)記錄，相比于前面28頁(yè)的記錄，基本沒(méi)有什么新的內(nèi)容，主要是對(duì)前一階段的研究工作進(jìn)行一些補(bǔ)充和完善，而其中主要的是對(duì)各種電產(chǎn)生五種效應(yīng)的情況進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)查研究工作，補(bǔ)充已有研究的不足或用更為明確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明各種電的同一性。

例如，磁電產(chǎn)生電解效應(yīng)已被法國(guó)的皮克西(A.H.Pixii，1808～1835)用實(shí)驗(yàn)證實(shí)，法拉第自己也堅(jiān)信磁電可以產(chǎn)生電解效應(yīng)。但在11月1日的一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，法拉第還是對(duì)磁感應(yīng)電產(chǎn)生各種效應(yīng)的情況進(jìn)行了進(jìn)一步研究。他發(fā)現(xiàn)利用自己的裝置依然不能產(chǎn)生電化分解效應(yīng)，認(rèn)為其原因是磁電的強(qiáng)度太弱，不過(guò)在這種強(qiáng)度下，依然可以產(chǎn)生生理效應(yīng)和電火花效應(yīng)。(［7］，31頁(yè))

伏打電的六種效應(yīng)都已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，但法拉第通過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，還有一種更好的實(shí)驗(yàn)方式來(lái)證明伏打電的引力和斥力效應(yīng):

191.(圖5所示)兩節(jié)電池，每節(jié)由10對(duì)4平方英寸的沃拉斯頓極板組成。分別充電，絕緣并連接成一節(jié)電池。兩根鉑線分別焊接到兩根銅線的末端，然后固定到一根玻璃棒上，使其末端非常接近但不接觸。將玻璃棒安置好，一根銅線a接到電池的正極，另一根導(dǎo)線b放在一塊金屬(鉑)板c上。一段彎曲的鉑線，跟47所用的(本文標(biāo)號(hào)47的實(shí)驗(yàn))類似，將其與在標(biāo)準(zhǔn)氫碘酸鉀溶液中浸過(guò)的試紙連接，該段鉑線由一個(gè)鉑質(zhì)抹刀(platina spatula)支起并置于其上，該抹刀用一根銅線與電池負(fù)極連接。整個(gè)線路完全絕緣，這樣，如果回路中兩根鉑線的末端不隔斷，氫碘酸鉀的分解就會(huì)發(fā)生。(現(xiàn)在)10分鐘或一刻鐘內(nèi)沒(méi)有分解發(fā)生，由此可以斷定沒(méi)有接觸。

192.但是當(dāng)用酒精燈加熱鉑線末端間隙的空氣時(shí)，一分鐘之內(nèi)，出現(xiàn)了很明顯的分解現(xiàn)象——顯示有電通過(guò)熱空氣。

193.利用一根吹管(blow pipe)將末端盡可能的加熱時(shí)，立刻就有氫碘酸鉀分解。

194.讓一切都冷卻下來(lái)，效應(yīng)消失，伏打電像普通電一樣，即使僅有20對(duì)極板，也能通過(guò)點(diǎn)燃的空氣放電。(［7］，33～34頁(yè))

利用這個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)，不僅說(shuō)明伏打電的電解效應(yīng)，也說(shuō)明了伏打電不放電時(shí)存在的緊張狀態(tài)，即靜電通常狀態(tài)下所顯示的明顯的引力和斥力效應(yīng)。伏打電的引力和斥力效應(yīng)雖然較小，但當(dāng)加熱空氣使放電容易產(chǎn)生時(shí)，這較小的張力也足以使伏打電放電。

通過(guò)類似的一些不成系統(tǒng)的碎片式研究，最后，在論文而不是在日記中，法拉第將五種不同來(lái)源的電的六種效應(yīng)的產(chǎn)生情況進(jìn)行了總結(jié)，列出一張表格(表1)，將各種電的六種效應(yīng)的產(chǎn)生與否情況清楚地表示了出來(lái):

圖5 通過(guò)熱空氣放電實(shí)驗(yàn)裝置示意圖(［7］，33 頁(yè))

表1 不同來(lái)源的各種電的實(shí)驗(yàn)效應(yīng)情況表(［8］，102頁(yè))

雖然表中列出了8種效應(yīng)，但“磁偏轉(zhuǎn)”和“制造磁體”表明的都是電的磁效應(yīng)，“吸引與排斥”和“通過(guò)熱空氣放電”表明的都是電張力狀態(tài)下的引力和斥力效應(yīng)，所以該表所描述的實(shí)質(zhì)就是五種電的六種效應(yīng)。表中的“×”表示該種效應(yīng)至論文發(fā)表時(shí)，即1833年1月時(shí)已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)證實(shí)?！?”表示該種效應(yīng)至1838年12月已被證實(shí)，這在論文集的注釋中講述的很清楚，例如約翰·戴維已經(jīng)觀察到電鰻電流的熱效應(yīng)。表中的空白表示至1838年12月還未被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的效應(yīng)，但法拉第堅(jiān)信，既然五種電都已被證實(shí)可以通過(guò)冷空氣放電而產(chǎn)生電火花，在同樣強(qiáng)度下，肯定會(huì)產(chǎn)生表中空白處所標(biāo)示的各種效應(yīng)。(［8］，102頁(yè))最終法拉第得出結(jié)論:“我認(rèn)為從這些收集到的事實(shí)必然引出的總結(jié)論是:電無(wú)論其來(lái)源如何，在本質(zhì)上都是同一的。所列舉的五種電現(xiàn)象上的不同并非本質(zhì)上的不同，只是程度上的差異。在這方面因數(shù)量和強(qiáng)度的變化而成比例變化，而數(shù)量和強(qiáng)度幾乎對(duì)任何一種電都可隨意改變，改變程度就像它們彼此間所顯示的差異那樣大?！?［8］，102頁(yè))

至此，法拉第關(guān)于電的同一性研究終于完成。綜合上文所有內(nèi)容來(lái)看，法拉第命名為“電的同一性研究”可以分為兩個(gè)部分，在1832年9月18日之前，法拉第通過(guò)大量的研究，成功解決了靜電和電流的運(yùn)行機(jī)制問(wèn)題，這是其名為“電的同一性研究”的最主要部分;其后法拉第所進(jìn)行的零散研究，只是該階段研究的次要部分，但卻成為“電的同一性研究”的主要命名依據(jù)。

在9月8日的日記中，法拉第列出了詳細(xì)的有關(guān)電的同一性研究的重要參考書目，其在日記中出現(xiàn)的時(shí)間和位置，綜合法拉第這一階段的全部研究來(lái)看，似并不偶然?？梢院侠硗茰y(cè):在9月18日前，法拉第已經(jīng)完全解決了一直關(guān)心的靜電和電流機(jī)理問(wèn)題。而在1832年前后，關(guān)于電的本質(zhì)是否同一的爭(zhēng)論構(gòu)成了學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)問(wèn)題，恰巧該問(wèn)題也是法拉第自電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)以來(lái)有所關(guān)心的問(wèn)題，他由此將二者聯(lián)系起來(lái)，發(fā)現(xiàn)完全可以依靠自己對(duì)靜電和電流的研究來(lái)順帶解決這個(gè)問(wèn)題。接著他廣泛查閱各種研究資料，將自己的研究與他人的研究聯(lián)系起來(lái)，查漏補(bǔ)缺，從而比較滿意地、隨帶性地研究了這個(gè)學(xué)術(shù)界熱議的問(wèn)題。因此，法拉第所謂的“電的同一性的研究”只是其關(guān)于靜電和電流機(jī)理考察研究的一個(gè)順勢(shì)而為的行為。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)《法拉第日記》及其他資料進(jìn)行研究和分析，我們對(duì)法拉第研究各種電的同一性的緣起及其實(shí)質(zhì)有了更為清楚的認(rèn)識(shí)。縱觀法拉第該階段的研究，可以得到如下認(rèn)識(shí):

(1)法拉第該階段的研究實(shí)質(zhì)是對(duì)靜電和電流機(jī)理進(jìn)行探究的實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程和其電學(xué)理論的進(jìn)一步發(fā)展。法拉第長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)靜電和電流機(jī)理的一貫思考和實(shí)驗(yàn)研究是開(kāi)始“電的同一性研究”的根本原因。法拉第之所以將這一階段的研究稱為“電的同一性研究”，應(yīng)在于法拉第研究綱領(lǐng)和指導(dǎo)思想的離經(jīng)叛道及特立獨(dú)行性。在藏于皇家學(xué)會(huì)的密信中，法拉第考慮將振動(dòng)理論應(yīng)用于解釋電磁作用和光現(xiàn)象，清楚地表示了電作用和磁作用的漸進(jìn)性，這是對(duì)當(dāng)時(shí)居于統(tǒng)治地位的超距作用的質(zhì)疑和否定，具有革命性的意義。而在電的同一性研究中，法拉第公開(kāi)宣稱無(wú)論電是一種流體、振動(dòng)或者通常意義上漸進(jìn)的力，都不影響電流的漸進(jìn)性結(jié)論。這種表述實(shí)際上隱藏了法拉第早已有之的電作用是一種力的振動(dòng)而并非一種實(shí)體的思想。法拉第該階段的研究活動(dòng)反映了其獨(dú)特的研究和思考方式，以及一種革命性理論在創(chuàng)建階段所必然面對(duì)的艱難處境和壓力。

(2)自然力的統(tǒng)一和轉(zhuǎn)化思想是指導(dǎo)法拉第研究的一個(gè)重要思想。它不僅在電解第一定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，而且在該思想的指引下，法拉第認(rèn)為各種電的同一性是一個(gè)不言自明的、自然力統(tǒng)一和轉(zhuǎn)化的一個(gè)特例，就像法拉第自己所說(shuō)的:“我相信絕大多數(shù)哲學(xué)家都認(rèn)為這些電是一樣的?！?［8］，76頁(yè))依照法拉第的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰吐斆鞑胖牵耆梢宰C明上文表中“+”處和空白處所標(biāo)示的各種效應(yīng)，但他并沒(méi)有去證明，這充分說(shuō)明了該思想對(duì)他產(chǎn)生的重要影響。當(dāng)然，從另一方面來(lái)說(shuō)，各種電的同一性的證明又從反面加強(qiáng)了法拉第自然力的統(tǒng)一和轉(zhuǎn)化信念，使之在其后的科學(xué)研究中進(jìn)一步發(fā)展并強(qiáng)化了這種思想。

(3)法拉第通過(guò)電磁感應(yīng)現(xiàn)象研究所形成的電緊張態(tài)理論和力線理論經(jīng)過(guò)這一階段的研究發(fā)展，而逐步融合為一體，這是法拉第力線思想發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵一步。電緊張態(tài)和力線理論的源頭可以追溯至法拉第1821研究電磁旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象期間形成的物質(zhì)特定態(tài)思想和圓周力思想，［15］此后經(jīng)過(guò)1831年聲音振動(dòng)圖像研究和電磁感應(yīng)現(xiàn)象研究階段的思索和完善，產(chǎn)生了電緊張態(tài)理論和力線理論。接著經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的思考，法拉第找到了困擾已久的解決靜電和電流問(wèn)題的突破口。通過(guò)研究電化分解的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)電解在整個(gè)電流過(guò)程中都在發(fā)生，電解不是金屬電極的超距引力所致，而是一個(gè)連鎖傳遞的漸進(jìn)過(guò)程，電解過(guò)程即是電流的形成和流通過(guò)程。在此基礎(chǔ)上，法拉第揭示了靜電和電流的差別，靜電是一種電排列，類似于物體整體的電緊張態(tài)，而電流是電排列的釋放過(guò)程。在電解現(xiàn)象中，電流是電排列的不斷形成和釋放的連鎖漸進(jìn)過(guò)程，這就將電緊張態(tài)理論融合入了力線理論，使兩種理論得以和諧共存，從而初步說(shuō)明了力線的運(yùn)動(dòng)和變化機(jī)制，揭示了力線運(yùn)行的漸進(jìn)性，用確鑿的實(shí)驗(yàn)事實(shí)否定了正統(tǒng)的超距作用理論，促進(jìn)了力線思想的進(jìn)一步發(fā)展。這條線索貫穿法拉第其后直至1838年所有電學(xué)研究的始終并最終導(dǎo)致力線思想的成熟。

(4)法拉第在研究靜電的同一性過(guò)程中，開(kāi)始電化分解機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究，而不是為了調(diào)查電化分解機(jī)理而開(kāi)始電的同一性研究［16］。通過(guò)定量比較靜電和電流的磁效應(yīng)及電化分解效應(yīng)，初步揭示了電解第一定律的內(nèi)容，為后續(xù)電解第一和第二定律的正式提出打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并由此開(kāi)始了其卓越的電化學(xué)研究，從此種意義上來(lái)說(shuō)，法拉第開(kāi)創(chuàng)了電化學(xué)這門新科學(xué)。同時(shí)，法拉第電解現(xiàn)象的研究也為其力線理論的進(jìn)一步發(fā)展提供了強(qiáng)大的推動(dòng)力以及實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)。［17］

(5)縱觀法拉第關(guān)于電的同一性研究，在證明各種不同來(lái)源的電的同一性方面，其研究存在認(rèn)識(shí)論和方法論上的缺陷。不僅法拉第沒(méi)有通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)五種電都可以產(chǎn)生六種效應(yīng)，使得結(jié)論的說(shuō)服力打了折扣;而且即使五種電都可以產(chǎn)生六種效應(yīng)，也不能得出電的本質(zhì)就是同一的這一結(jié)論。他所認(rèn)為的六種效應(yīng)僅僅是他的認(rèn)識(shí)，是在一些簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)上得出的歸納性認(rèn)識(shí)，不具有強(qiáng)大的概括和綜合證明作用，這種科學(xué)研究中歸納法的缺陷導(dǎo)致結(jié)論存在瑕疵。而且對(duì)于電的存在形式是否僅有五種，當(dāng)時(shí)的科學(xué)界無(wú)法給出確定的回答，在此基礎(chǔ)上證明電的本質(zhì)是同一的，所得結(jié)論的說(shuō)服力令人懷疑。此外，正如上文中所指出的，法拉第長(zhǎng)期持有的自然力的統(tǒng)一和轉(zhuǎn)化思想以及親身經(jīng)歷各種實(shí)驗(yàn)研究所導(dǎo)致的認(rèn)識(shí)，使他認(rèn)為各種電的同一性是個(gè)不言自明的真理，這客觀上造就了他關(guān)于證明電的同一性的愿望并非多么強(qiáng)烈，在這方面付出的努力與其他重要的研究相比也小得多。結(jié)論上的缺陷和思想上的不重視，導(dǎo)致研究者以為法拉第冠名為“電的同一性”的該階段研究，沒(méi)有多大價(jià)值而很少加以研究，從而成為科學(xué)史上討論較少的一個(gè)案例。

1 Agassi J.Faraday as a Natural Philosopher［M］.Chicago＆ London:The University of Chicago Press，1971.preface ix.

2 Jones H B.The Life and Letters of Faraday［M］.2Vols.2thed.London:Longmans，1870.

3 Martin T.Faraday［M］.London:The Camelot Press Ltd，1934.96.

4 Williams L P.Michael Faraday［M］.New York:Basic Books，1965.213.

5 Hirshfeld A.The Electrical life of Michael Faraday［M］.New York:Walker＆ Company.2006.132.

6 Frank A J L.Michael Faraday:A very Short Introduction［M］.Oxford:Oxford University Press，2010.1.

7 Faraday M.Thomas Martin Ed.Faraday's Diary［M］.Vol.2.London:G.Bell and Sons，Ltd.1932.19 ～20.

8 Faraday M.Experimental Researches in Electricity［M］.Vol.1.London:R.and J.E.Taylor，1839.76.

9 Tyndall J.Faraday as a Discover［M］.5th ed.London:Longmans，Green，And Co，1894.49 ～50.

10 王洛印，胡化凱.電磁感應(yīng)定律的建立及法拉第思想的轉(zhuǎn)變［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2009，11(3):19～33.

11 Faraday M.Thomas Martin Ed.Faraday's Diary［M］.Vol.1.London:G.Bell and Sons，Ltd.1932.428.

12 王洛印，胡化凱.法拉第對(duì)地磁電感應(yīng)現(xiàn)象的研究［J］.廣西民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，16(2):7～16.

13 宋德生，李國(guó)棟.電磁學(xué)發(fā)展史［M］.南寧:廣西人民出版社，1987.218.

14 王洛印，胡化凱，孫洪慶.法拉第力線思想的形成過(guò)程［J］.自然科學(xué)史研究，2009，28(2):162～163.

15 王洛印，胡化凱.法拉第對(duì)電磁旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象的研究［J］.自然科學(xué)史研究，2008，27(4):418～428.

16 Berkson W.Fields of Force，the Development of a World View form Faraday to Einstein［M］.London:Routledge and Kegan Paul，1974.77.

17 Tricker R A R.The contributions of Faraday and Maxwell to Electrical Science［M］.Oxford etc:Pergamon Press Ltd，1966.76.