第392章 科學界的盛宴(電磁學的大突…
此刻,物理大體上處於高中階段,其中的經典力學已到達了歷史巔峯,光學與電學也在蓬勃興起,唯獨電磁學尚在突破瓶頸。不過沒關係,穿越者最擅長的就是耍嘴皮子,然後“領導”那些天賦異稟的科學家們,以正確的方式去點燃或是攀登科技樹;
作爲新興的學科化學,發展水準依然處於初中階段。那是最重要,最具核心的元素週期表既不完善,還存在有不少嚴重的錯誤。此外,人們對化學方程式的理解淺薄,類似懂得了數學中簡單加減法,而不會有稍微難度的乘除法,更別說平方和平方根;
至於生物和醫學方面,歐洲目前處於萌芽狀態,連後世的高小水平都不如,幾乎上屬於一問三不知或是拒絕討論狀況,特別是針對人類起源等這類大是大非的重要問題,通常是交給了神父和教堂來做詮釋。
所以,安德魯院士的成名之作,就是在歐洲科學界最薄弱的生物與醫學方面。
當“安德魯-弗蘭克的三大假設”陸續得到驗證,並最終成爲歐洲學術界公認的“三大學說”之際,科學家們就在安德魯的頭頂,戴上了兩頂無比耀眼的王冠:“近代生物科學的偉大奠基人”、“近代醫學和藥物的最重要的開創者”。
因爲後世的中考中有化學這一門學科,使得安德魯事實上也可以在化學上大有作爲。只是天才化學家拉瓦錫依然活着,導致安德魯除了在最初的時候,稍加“糾正過”拉瓦錫在某些常識性的錯誤後,“剽竊者”就難有用武之地。在另一方面,安德魯同樣感覺化學實驗太過於危險,惜命的穿越者自然是能不碰,就儘量不碰。
穿越者記得在後世有一句話,用來形容數理化天才非常有道理:“在絕對的天賦面前,努力有時真算不上什麼!”
而這,也是安德魯費盡心機,大肆收攏法蘭西的科技小妖們的緣由所在。那些天賦滿滿的傅里葉、安培、馬呂斯、呂薩克與泊松等人,聚集到一個天才實驗班裏,那裏有全法國,乃至全歐洲最優越的生活與學習環境,包括最好的老師(拉瓦錫、庫侖、拉普拉斯、伏特、拉格朗日、蒙日、卡爾諾、安德魯等等),最好的實驗室,最前沿的科技資訊……
對於科學之王數學,尤其是那些推動與創造數學的人,都是萬中無一的“天才中的天才”。所以,安德魯一開始就非常明智的放棄了這一領域,如果不是爲奠定自己在全科學術界的聲望,他也不會費盡心思找一個“四色猜想”來折磨歐洲的數學家。
因此,安德魯的本次年會的突破重點就集中於物理方面。
後世高中課程,將物理分爲五大分支,其中就包括力學、熱力學、電磁學、光學、原子物理等方面。
至於力學就算了,除非安德魯能搗鼓出驚世駭俗的量子力學,或是完善就差臨門一腳的橋樑與建築力學。
就光學而言,安德魯僅僅知道光速是每秒約爲30萬公里,不過他壓根就不會測量,然後就是著名的“光的波粒二象性”,這個可以有,那是能夠不涉及苦澀繁雜的數學公式。至於後世的幾何光學、波動光學和量子光學,穿越者感覺自己聽都沒聽過。
而熱力學與原子物理因爲缺乏縝密精細的實驗工具,不僅說不清楚,各種結果還往往前後矛盾。因爲沒法在上述兩個領域興風作浪,安德魯同樣明智的棄之不用。
總而言之,安德魯針對物理的大突破,除了可以提升名望的“光的波粒二象性”實驗,那就是實用性極強的電磁學方向。
至於這一領域的助手,除了尚在學習中的衆多科技小妖,以及法國本土的庫侖與拉格朗日兩位院士外,安德魯還將手中的橄欖枝投向了遙遠的意大利。
十九世紀以前,人們認爲電與磁是各不相關的自然現象,只知道靜止的電荷和瞬間的放電現象。至於動電(生物電),那是意大利解剖學家伽伐尼於1780年解剖青蛙時偶然發現的。以後,意大利的天才物理學家伏特(伏打)對類似現象進行了大量實驗研究。
亞歷山德羅·朱塞佩·安東尼奧·安納塔西歐·伏特,1745年2月18日出生於意大利科莫一個富有的天主教家庭裏。
伏特的父親有三位擔任聖職的兄弟,有九個兒女,其中五個加入教會。伏特非常崇拜他擔任副主教的兄弟和他最好的朋友、大教堂牧師加託尼。
然而,等到伏特在接受耶穌會教育之後,卻寧願過一種世俗生活,而且他周圍的宗教社會整個說來還是快樂的,熱愛生活的,而且是相當開明的。
伏特在三十二歲時去瑞士遊歷,見到了伏爾泰和一些瑞士物理學家。回來後他被任命爲帕維亞大學物理學教授,這是倫巴第地區最著名的大學。
伏特於1792年去國外作另一次長途遊歷,這次並不限於鄰近的瑞士,而是到了德國、荷蘭、法國和英國。他訪問了一些最著名的同行,例如拉普拉斯和拉瓦錫,有時還和他們共同做實驗。
1794年到1795年間,伏特被推選爲重建中的法國科學院的通訊院士(外籍院士)。不久,他又被選爲倫敦皇家學會的外國會員。
10個月前,伏特在度過自己的50歲生日的時候,就忽然收到了法蘭西執政官兼科學院院士,安德魯-弗蘭克的一份書信。
在信中,安德魯院士除了邀請伏特教授參與索邦大學(巴黎第一大學)的重建工作,並擔當物理學的終身教授外,隨信還附帶有三幹裏弗爾銀幣,足以滿足伏特和他的新婚妻子從帕維亞前往巴黎的所有開銷。
爲了徹底打動這位著名的意大利科學家,安德魯甚至在信尾附錄了一句自己對電流的理解和描述:
“電荷就像水,在電線中流動,會由電壓高的地方向電壓低的地方流動,產生電流,即爲電勢差”。
好吧,這是另一時空中,伏特在三年後公開發布的一篇論文,《論不同金屬材料接觸所激發的電》的內容節選。
在兩個月前,偶爾讀到伽伐尼教授1791年的文章時,就已經促使伏特將自己的研究方向轉到電流與電磁學。不過,那時伽伐尼教授年事已高切體弱多病,無法爲後來者的伏特提供太多的幫助。
此刻在幹裏之外的巴黎,有伏特從事電磁學研究所需的一切,國家決策者的鼎力支持、現成的優秀團隊、一流的大學實驗室,以及充足的科研經費。剛開始的時候,伏特依然還有些猶豫,但在徵求妻子的意見後,伏特夫婦最終踏上了前往巴黎的旅程。
在安德魯的關懷下,伏特的研究工作很快有了重大突破,那是他實驗的內容“超出了當時已知的一切電學知識,因而它們看來是驚人的”—-《伏特回憶錄》。
至於重大突破的結果,就是伏特教授在安德魯院士那有意無意的“點撥”下,比另一時空提前了五年,成功發明了世界上第一個發電器,也就是電池組,亦稱“伏特電堆”。
“伏特電堆”是由多層銅(銀)和鋅疊合而成,其間隔有浸漬水的物質。這是最早的化學電源,爲電學研究提供了穩定的容量較大的電源,成爲電磁學發展的基礎。
簡單來說,伏特把一個金屬鋅環放在一個銅環上,再用一塊浸透鹽水的紙或呢絨環壓上,再放上鋅環,銅環,如此重複下去,10個、20個、30個疊成了一個柱狀,便產生了明顯的電流。需要說明的,這根柱疊得越高,電流就越強。
很快,伏特電池就被運用到有線電報機上,分佈於巴黎市區的各個政-府機關,以及軍隊、警察、監獄等等強力部門。直到數月之後,穩定的鉛酸蓄電池橫空出世,“伏特電堆”才被取而代之。
毫無疑問,伏特電池存在有明顯的缺陷,首先就是缺乏安全性。在製造電流的過程中,會出現極度危險的氫氣。所以,伏特電池組累積的越高,且使用時間的越長,其聚集的可燃氣體就越多,在狹小的空間內極易引發爆炸的危險。
在巴黎政-府某個部門裏,由於氫氣濃度過大,未能及時通風,最後遇明火而爆炸,傷過不少人。
不僅如此,伏特電堆的使用成本較高,而且電流發生不穩定。不久,得到“懂王”傳授功力的伏特院士,提出繼續要改進“伏特電堆”。數月後,他和他的團隊就發明了一種全新的鉛酸蓄電池。
在另一時空,法國科學家格拉維耶於1859年發明的鉛酸蓄電池。這被認爲是第一塊可充電電池,它以鉛板(不久之後改進爲純鉛與鉛的氧化物二氧化鉛)作爲正負級,中間用橡膠隔開,以硫酸爲電解液,成功實現了電能與化學能之間的相互轉化。
相對於簡陋的伏特電池而言,鉛酸蓄電池表現的穩定與成熟,與近現代的車載蓄電池已經差別不大了。更多的,只是材料提升與工藝細節方面的持續改進。
依照安德魯與伏特簽署的一攬子保密協議,鉛酸蓄電池屬於法蘭西的國家機密,未來是10年不得向外界公佈。而且在這一期間,伏特院士也不得離開法國,寄往國外的書信都要接受特殊審查。
爲了補償伏特院士的損失,法蘭西科學院給予了伏特教授升職加薪,爲他們夫婦在巴黎市中心提供了一套舒適公寓。不僅如此,靠近楓丹白露宮,伏特院士還擁有一座私人莊園,這是來自督政-府和安德魯執政官的饋贈。
當鉛酸蓄電池發明之後,相關的完善工作交給了拉瓦錫院士下屬的一個團隊繼續進行。隨後,安德魯又一次親自下場,“指導”這位意大利教授,以及他培養的法國團隊,將他們引入到一個全新的電磁學領域。
與此同時,在安德魯與拉普拉斯院長的協調下,作爲電學奠基人,59歲的庫侖院士,以及同樣年齡的電的定量者,拉格朗日院士,也作爲特別顧問,加入到伏特院士的核心團隊。
在羅浮宮,數學與物理本院的會議室內,安德魯向衆多院士提出了自己在一次偶爾的過程中,得到的一個“重大發現”:當磁場的磁力線發生變化時,在其周圍的導線中就會感應產生電流。
很快的,伏特等人藉助安德魯發現的“電磁感應的原理”,製作了一個簡易的發動機。而這個發電機的主要結構,包括定子、轉子、端蓋及軸承等部件構成。
由軸承及端蓋將發電機的定子,轉子連接組裝起來,使轉子能在定子中旋轉,做切割磁力線的運動,從而產生感應電勢,通過接線端子引出,接在迴路中,便產生了電流。
在後世,定子是由定子鐵芯、線包繞組、機座以及固定這些部分的其他結構件組成;轉子由轉子鐵芯(或磁極、磁扼)繞組、護環、中心環、滑環、風扇及轉軸等部件組成。
當然,伏特團隊的簡易發動機沒有這樣複雜,就像是一個愛好電學的初中生親手製作的,簡易的實驗發電機。
距離大規模的安全實用的發電機,還有相當長的一段距離。別的不說,單單電學與電磁學的相關計量單位,諸如庫侖、安培、伏特、歐姆與韋伯等等,都尚未出現。
與鉛酸蓄電池的發明一樣,安德魯提出的“電磁感應的原理”,以及伏特團隊發明的簡易發電機,都被列爲國家機密。
當然了,安德魯的目的主要是在爲防備海峽對岸的英國人。遵從第一執政官的要求,德馬雷領導的警務部寧可得罪勒貝爾的外交部,在巴黎及其周邊地區開展了新一輪的抓捕“英國間諜”的運動。
但凡被證實爲英國,或是反法同盟效力的間諜,在經歷警務部的好幾番殘酷審訊之後,一律會被送到中央高原的採石場勞作到死。
即便是被那些證實爲遵守法國的法律,得到兩位以上的達官貴人擔保的“英國友人”,也必須每週前往附近的警局,向政治部警察詳細報告其前後兩週的具體行蹤,遇見何人,談論何事,等等。
……
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