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联接成闭合线路时，在其接头处加热，便有电流发生。另外一个更有兴趣的
现象是：电流具有使磁针偏转的力量。1820 年，哥本哈根的奥斯特（Oersted）
发现这一现象。他看见这效应穿过玻璃、金属和其他非磁性的物质而达到磁
针。他还认识到，他或他的翻译者所谓的“电冲突”“形成圆圈”，按照我
们现在的说法就是：在长而直的电流周围有圆形的磁力线。
人们，特别是安培（Andre Marie Ampere，1775—1836 年）立刻认识
到奥斯特的观察结果的重要性，安培指出，不但磁针受了电流周围的力的作
用，电流自己也互相发生作用。他用活动的线圈进行实验，来研究这些力的
定律，并据数学证明：一切观察到的现象都符合以下的假设：每一长度为dl
的电流元，必在其外面的213 一点上产生cdl sinθ/r2 的磁力，式内C 表
电流的强度，r 是电流元与这一点之间的距离，θ是r 与电流方向之间的角
度。这样，由电流所生的力又归结到平方反比的定律，因此就同万有引力及
磁极间、电荷间的力一致了。这又是走向“场物理学”的另一步。
自然，这种电流元不能用实验分离出来，但是按照安培的公式，将所有
电流单元的效应都加合起来，我们就能计算出电流附近的磁场①。
根据安培的公式，我们也能算出磁场内的电流所受的机械力。在空气中
磁极强度m 所造成的磁力为m/r2，所以m＝cdlsinθ。在磁场H 中m 所受的
机械力是Hm，所以在空气中安培的电流元所受的力为Hcdl sinθ。从这个
公式计算实际电路上的机械力，不过是数学问题而已。
远距通信是从眼睛看得见的信号开始的。散布乡间的许多“烽火台”，
是久已废弃的信号岗位的遗迹。它们曾把拿破仑登陆的消息迅速地传达到了
伦敦。电方面的每一个新发现都促使人们提出一些使用电报通信的意见，但
在安培把他研究电磁所得的结果加以应用以前，这些意见都没有什么结果。
在安培的成果发表以后，实际机器的发明与采用，就仅仅是机械师的技巧与
金融界的信任问题了。
1827 年左右，欧姆（Georg Simon Ohm，1781—1854 年）做出很多贡
献，帮助从电的现象中抽绎出几种能够确切规定的量来。他用电流强度与电
动力的观念代替了当时流行的“电量”和“张力”等模棱的观念。电动力一
词相当于静电学中已经使用的“电位”。当张力或压力很高的时候，要将电
从一点运到他点，必需要较多的功，因此电位差或电动力可以定义为将一单
位的电由一点搬到他点时为了反抗这个电力所作的功。
欧姆关于电的研究是以傅立叶关于热传导的研究（1800—1814 年）为根
据的。傅立叶假设热流量与温度的梯度成正比，然后用数学方法建立了热传
导的定律。欧姆用电位代替温度，用电代替热，并且用实验证明这些观念的
有用。他发现：如电流由伏特电池组或塞贝克温差电偶流出，通过一根均匀
的导线，其电位的降落率是一个常数。欧姆定律一般写作：电流c 与电动力
E 成比例，或式内k 是一个常数，可名为传导率，而其倒数1/k 或R，称为电
阻。R 只随导体的性质、温度与大小而异，它与导体的长度成正比，而与其
横剖面的面积成反比。这后一事实表明电流是在导体的全部质量中均匀地通
过。后来发现，在很高远的交流电的情形下，还须加一些修改。
经安培与欧姆的努力之后，电流的问题已经到了新物理学的重要阶段，
因为适当的基本量已经选出，并有了确定的意义，因而给数学上的发展奠定
了坚固的基础。
① 例如一个圆形电路的中心，与每一电流元的距离都相同，又θ在任何处都是直角，因而sinθ＝1，这样
磁力可按下式求出：
光的波动说
十九世纪初年，还有另外一个古老的观念复活起来和确立起来，这便是
光的波动说。我们说过①：光的波动说在十六世纪只有胡克等人模糊主张过，
后来惠更斯才给予它一个比较确定的形式。牛顿根据两个理由加以摈斥。第
一，它不能解释物影，因为牛顿以为如果光是波动的话，光波也如声波那样，
会绕过阻碍之物。第二，冰洲石的双折射现象说明光线在不同的边上有不同
的性质，而在传播方向上颤动的光波不能有这样的差异。托马斯·杨
（ThomasYoung；1773—1829 年）与弗雷内尔（Augustin Jean Fresne1，。。
1788—1827 年）对这个学说赋予近代形式，而克服了这两个困难。不过有一
件事是值得回忆的：牛顿以为薄膜的颜色说明光线里的微粒使以太中产生附
从波。这个学说与现今用来解释电子性质的理论，惊人地相似。杨使一束极
狭窄的白光通过屏上的两个针孔，再把一个屏放在第一个屏后面。当穿过两
个针孔的光线在第二屏上互相重叠时，就有一串颜色鲜亮的光带出现。这些
光带是由于从两个针孔光源而来的同类光波互相干涉而形成的。如果一个光
波到达第二屏所走的路程和另一光波的路程的相差数恰为波长的一半，则这
一光波的峰与另一光波的谷就恰好相遇，结果就产生黑暗。如果两个光波前
进的路程恰恰相等，两者的波峰就恰好相遇，光亮也就加倍。我们实际所看
见的光是由白光除掉一个波长的光所留下的多色光。如果我们不用多色混成
的白光，而用单色光作实验，则所得的将是明暗相间而非彩色的光带。
由所用的仪器的尺寸以及光带的宽度，我们可以计算出各种单色光的波
长。这些波长经证明是非常之短，其数量级为一时的五万分之一，或一毫米
的二千分之一，和牛顿认为易反射和易透射的间歇长度恰相符合。由此可见，
在光线的路径中，一般障碍物的大小比光波的长度大得很多，而且数学上的
研究证明，如果我们假定一个前进的波阵面分解为无数同心圈，都环绕着与
人目最接近的波阵面上的一点，那么，除了挨近那一点的同心圈之外，其余
的同心圈必因干涉而相消，因而我们眼睛所看见的只有沿着直线而来的光。
这样，光差不多只沿直线进行，遇着障碍物而弯曲的现象只限于微小的衍射
效应。
牛顿的第二困难为弗雷内尔所克服。胡克偶尔提到光波的颤动，可能与
光线的方向相正交，弗雷内尔指出这个提示说明一线光在各方向上可能有不
同的性质。如果我们看看一个前进光的波阵面，它的线性颤动非上下的即左
右的。这样的线颤动应产生所谓平面偏振光。如果一块晶体在一位置上只能
让一个方向的颤动通过，第二块同样的晶体沿着晶轴旋转90 度之后，必将通
过第一晶体而来的光完全遮断。这正是光线通过冰晶石的现象。
弗雷内尔利用数学将光的波动说发展到很圆满的境界。虽然还有一些困
难，但大体说来，他的完善的学说与观测到的事实异 221 常符合。他和他以
后的人如格林、麦克卡拉（MacCullagh）柯西（Cauchy）、斯托克斯（Stokes）、
格莱兹布鲁克（Glazebrook）等人经历一个世纪，才把古典的光的波动说确
立起来。
如果光波是与其前进的方向成正交的，则其媒质必须具有使这样的波能
在其中传播的结构。气体与液体都不能具有这种结构。因此，如果光是机械
① 第四章，163 页。
式的波动，则传光的以太必定有与固体类似的性质：即它必定带有刚性。这
就是把以太看做是有弹性的固体的许多学说的开端。怎样才能把光的媒质所
必需的这种性质和行星的运动没有遇到可观的阻力的事实调和起来呢？十九
世纪头七十年的许多聪明物理学家为此绞尽了脑汁。为了解释这种必要的刚
性，后来甚至有人设想以太具有回转仪式的旋转运动。
正如爱因斯坦所指出的①，光的波动说的成功，在牛顿物理学中打开了第
一道缺口，虽然当时没人知道这个事实。牛顿把光看做是在空间中运行的微
粒的学说，和他的别的哲学很相配合，可是这些微粒为什么只以一个不变的
速度运动，很难了解。但等到人们开始把光看做是波动的时候，再要相信一
切实在的东西都是由在绝对空间里运动的微粒所组成的，就已经不可能了。
以太是为了保存机械观点而臆造出来的，只要可以把光看做是在类似刚体的
媒质中传播的机械波动，以太就完成了这个任务，可是，如果假定以太无所
不在，它已经在某种意义上与空间本身合而为一了。但法拉第指出空间也有
电和磁的性质，到麦克斯韦证明光是电磁波时，以太就不必一定是机械的了。
光的波动说揭开了现今所谓场物理学的第一章。由法拉第和麦克斯韦的
工作写成第二章，把光与电磁联系起来。在第三章里，爱因斯坦用几何学来
解释万有引力。也许有一天，万有引力可能和光与电磁波在更大的综合里联
系起来。爱丁顿就一直在作这样的努力。
电磁感应
由静电的感应而生的静电荷以及磁石对于软铁的类似作用，使早期实验
者想到利用伏特电池发出的电流也许可得同样的效果。例如法拉第就用两根
绝缘线按螺旋的形式缠绕在同一根圆木筒上，但是，当他使强电流不断地通
过一根螺旋线时，他在另一螺旋线里的电流计上，没有发现有什么偏转。
他的第一个成功的实验，在电学史上打开了一个新纪元。1831 年11 月
24 日，他向皇家学会这样描写这次实验把一根203 呎长的铜丝缠在一个大木
块上，再把一根长203 呎的同样的铜丝缠绕在前一线圈每转的中间，两线间
用绝缘线隔开，不让金属有一点接触。一根螺旋线上连接有一