【人物】欧姆:每一本物理课本都会提到他的定律

作者/张文亮

来源/科学大师的求学、恋爱与理念

欧姆

校园赤子心

『欧姆』是电阻的单位,

『欧姆定律』是每一本物理课本都会提到的,

但是,

有谁知道欧姆这个人呢? 

他一生受过多少委屈和冷落?  

有谁知道这层层打击他的阻力,反而化成他生命中可爱灿烂的光华?  

『欧姆定律』不过是留在物理上的一束光华,

德国的慕尼黑博物馆珍藏他实验过的器材。 

但是,

这些岂能道尽他生命路途的喜怒哀乐? 

来吧!  

让我们一起谛听欧姆情怀的交响曲。翻开世界的地图,在德国的西南方,有一个小小的城,名叫埃尔兰根(Erlangen)。蓝色的多瑙河就蜿蜒过小城东北方,阿尔卑斯山的雪白峯峦就在小城南方的地平线上,潮湿的山风滋润着山坡下一大片翠绿的森林、草原。

〖玩具的故乡〗 

领羊的牧笛不时地回响在绿毯如茵的埃尔兰根。十七世纪末叶,受法国宗教迫害的影响,有些基督徒,离开自己的家园,逃到这一块与世无争的小草原上,建立了一个与德国完全不同文化和风貌的小城,所以这城又被称为『基督徒的埃尔兰根』(Christian Erlangen)。这些受过苦的异乡人,为了谋生,发展出一种特殊的手艺,就是为孩童制造各种有趣的玩具,而且以精巧著名。如今埃尔兰根仍是德国玩具业的重镇,每次的国际玩具大展,都是在这里举行。真没有想到世界玩具的城堡王国,是源自这一些受苦的居民。为了制造自动化玩具,就在玩具里装置了链条、转轮与锁套,使玩具可以活动,当时埃尔兰根最有名的一家机械锁套、链条制造商,就是欧姆的父亲开的。

〖电学成热门科系〗

欧姆(Georg Simon Ohm)生于一七八九年三月十六日,德国的玩具之城埃尔兰根,他的父亲、祖父、曾祖父都是从事这金属制造的行业,尤其擅长造锁。从欧姆的日记里可以知道,以前要成为一个锁匠是很不容易的,十四岁就要去学习,学了十年才能出师,然后再出去旅行十年,才能回来开店,旅行的期间靠着手艺可以应付各种造锁的需要。 打造好锁是一种精密的手艺,差一点的锁就只能锁住自己。欧姆后来以打锁的精神研究电学,他写道:『我是把一生奉献给精密的人,并且我相信科学上最准确的测量就是在电学。』如今学生们都知道,与『电学』有关的科系,如电机工程系、电子工程系、资讯工程系都是在联考科系排名里的前几名,就业市场也很好。全世界很多念理工的学生,都往『电学』的领域挤,却很少人知道那真正的关键是欧姆讲的这一句话:『科学上最准确的测量就是在电学。』在理工的领域里,愈能定量准确的科系愈优秀。欧姆从小就向父亲学习,除了学习造锁之外,也学习数学、物理。欧姆的父亲利用在外面巡回修锁的时间,自修了这两门科目。欧姆十岁时,母亲病逝,这给欧姆一家带来最沉重的打击。父亲在家里教欧姆数学、物理,不仅传授知识,也排解忧郁。欧姆的父亲担心自己所学有限,还请埃尔兰根大学的数学系教授兰格多夫(Langedorff)博士来家里开课。欧姆后来回忆道:『兰格多夫认为学生不会自然对数学产生兴趣,对数学的兴趣是需要老师殷勤的栽培才会产生。而最好的栽培是老师对学生付出的注意力,因为这会影响学生的求学胃口。数学不是谈情说爱的对象,一下就会使人迸出爱的火花,但是数学是可以结婚的终生对象,起初没有什么味道,但是愈耕耘就会愈有收获。』 父亲没想到这样的教育会使欧姆成为世界著名的物理学家,使欧姆的弟弟马丁(Martin Ohm)日后成为柏林大学首席数学教授,继续把造锁技术传下去的是欧姆的妹妹伊利沙白(Elizabeth Barbara Ohm)。 

〖山中奇才〗

 一八O五年,欧姆进入埃尔兰根大学攻读数学与物理。一八O六年德国与法国交恶。这对埃尔兰根的居民无疑是晴天霹雳:德国人敌视他们,认为他们是法国人的间谍;法国人仇视他们,认为他们是卖国贼。埃尔兰根的产品到处受抵制。
八千人不到的小城,一夕间驻扎三万多名的德军,整个城市几乎成为俘虏营,学校也几乎解散,欧姆的父亲生意完全停顿。欧姆本来要休学了,但是有一位书商瓦涉(Walther)看他读书的样子,知道他将来一定会有不凡的成就,就推荐欧姆到瑞士的戈斯塔忒(Cottstat)教会中学去当数学老师。这所中学的校长,吉韩德(Zehender)牧师后来写信给瓦涉道:『起初,我看到这个十八岁的年轻人又矮又瘦、其貌不扬,心想这人怎能教书,但是不久我发现教书是这年轻人的癖好,而且非常胜任。』 同时间,欧姆却写道:『教书是一副沉重的轭。』他尽量用课余时间自修大学课程

〖最危险的家教班〗  

三年以后欧姆忍不住对数学与物理的喜爱,竟然翻山越岭偷偷进法国,带着兰格多夫教授的推荐信,向法国的一位数学教授请教。这在当时是非常危险的事:法国已经要与德国打仗,一个德国学生爬过瑞士高山,潜入法国,只是为了要念数学,有谁会相信?这位教授却相信他,掩护他住在自己家中,教他数学与法语,一年后他学成,再偷越边境回去。回国后的欧姆,发现情况比他想像的更恶劣,找了两年工作都落空,只好在一所中学兼课。后来穷到一个地步,看到德国陆军在招兵,他就跑去应征。不过德国陆军拒绝他入伍,其后四年,他还是到处兼课。埃尔兰根大学因欧姆发表的数学研究,颁给他博士学位,这对他找工作似乎毫无帮助。一八一七年他出了一本几何学的书,除了几所图书馆购买以外,几乎没有销路,但欧姆还是庄严地把这本书献给影响他一生的父亲。同年他终于找到第一份正式工作,在科隆(Cologne)大学担任数学物理系教授。他在这时开始研究电流,欧姆仔细测量,在一定电压之下不同物质的电流大小。经过十年的实验,他发现许多物质有一个特性:『一定的电压范围之内,电阻是定值。』这是后来非常著名的『欧姆定律』(Ohm Law)。『为什么要研究电流与电阻?』原因是『期望由一个物质的电导特性,接近它永恒的结构。』定律发表出去却石沉大海,没有一点回音。 十七年以后,科学界才发现他的伟大,送给他一个金质奖章。这项迟来的荣誉,使他有权利选择在任何一所著名的大学任教。欧姆已经六十岁了,他的选择是回到埃尔兰根大学,把一生最后的菁华,奉献给家乡的学子

〖没有桌子的教室〗

 欧姆上课的口头禅是:『你们到底懂不懂我的问题?』他从来不问『你们到底知不知道答案?欧姆认为问题比答案更重要,他常在课堂上花很多时间去解释他的问题,而不是答案,他认为问对问题,已经接近答案了。欧姆说:『一个问题要解释到非常清楚,像水晶一样的透明不含糊。』欧姆上课的教室里,没有桌子,只有椅子。他坚持要学生把笔记本放在膝盖上,这样就不会整课堂猛抄笔记,而是随着欧姆慢慢写在黑板上的字一边抄一边想。欧姆上课讲的话不多,想一阵讲一阵,讲的也很慢,但很有内容,这样学生可以一边写,一边想。 欧姆非常强调数学,他说道:『数学是解开大自然奥秘的一把钥匙。』他也强调物理实验,他说:『实验就是见证。』他的实验课,要求学生在还没有实验前,先听他讲解半小时再动手做,而非贸然下手。 欧姆的教学影响了很多学生。有一位学生毕业多年后写道:『欧姆老师的个性与气质,深深影响我的心灵。』另一位学生写道:『老师年轻时虽然遭遇很多困难,但是他的生命活泼,使他到年老,依然认真与幽默。』欧姆一生都在路德会教堂聚会,他的同事说:『欧姆是把大学当作他的修道院,默默地以教育当作向上帝遵守的誓约,他的心灵就像马丁路德(Martin Luther)一样。

〖单纯的教书生涯〗 

除了欧姆定律以外,欧姆还有一些重要的发现,例如他提出『音乐是来自空气中粒子的震动,并以人耳朵中的一个薄膜起共振』,这句话使得不懂音乐的欧姆被称为『电学界的贝多芬』。他发明电阻器,使电路在一定的电压下,用不同的电阻器,就可以控制电流的大小。欧姆一生都没有结婚,生活非常简单,一年四季老穿一件深蓝色的大衣。书教累了就拿出大衣口袋里的鼻烟盒,提神一下又继续教。一八五四年七月六日上午十点,欧姆觉得身体不太舒服,却还是抱病站上讲台。他死在他最喜爱的地方——讲台上。

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