自然辩证法
自然辩证法与电磁学发展过程中的学术传统
—————————————————————————————————————摘要：本文通过对电磁学发展过程中的重大发现以及其背后的学术传统的阐述，指出了经验主义在十九世纪电磁学发展中的消极作用，以及辩证唯物主义对电磁学重大发现的积极作用。说明自然辩证法对自然科学的促进以及不断地随着自然科学的发展而发展。
关键字：自然辩证法；电磁学；经验主义；辩证唯物主义—————————————————————————————————————
作为马克思主义哲学重要领域的自然辩证法，体现了马克思主义哲学的世界观、认识论、方法论的统一，构成马克思主义哲学的一个组成部分。自然辩证法也像马克思主义的其他组成部分一样，本身是科学。科学是让人研究的，而不是要让人供奉起来膜拜的。它来源于实践，并且随时受着实践的检验。它不是僵化的教条和空洞的说教，而是实际的行动的指南。它是要使人扩大眼界，活跃思想，而不是要使人墨守成规，固步自封。它是自然科学的前哨和后卫，并且要不断地从自然科学吸取养料，不断地随着自然科学的发展而发展，自然辩证法在自然科学发展中起到了至关重要的作用。
1.电磁学的发展
我国古代和古希腊，人类从生产实践和日常生活中便了解到电和磁的一些现象和知识。十三世纪前后，欧洲学术复兴，通过实验研究自然规律蔚然成风。当时经过一些磁学实验，发现了磁石有两极，并命名为N极和S极，并通过实验证实了异性磁极相吸，同性磁极相斥。一根磁针断为两半时，每一半又各自成为一根独立的小磁针。但这股实验风气，立即遭到欧洲教廷中那些僧侣的反对，被压了下去，电和磁的研究又进入了停顿期。[1]
在德国哲学家康德和谢林关于自然力统一得哲学思想影响下，丹麦的奥斯特坚持从实验中寻找电和磁之间得联系，为此作了十多年不懈得努力，才终于在1820年初发现了电流的磁效应：当导线通过电流时，会使其近旁得磁针向与导线垂直得方向偏转。随后，法国的毕奥和萨戈尔于同一年发表论文，阐述了载流长直导线对磁极的作用力反比于距离的实验发现，这一重大发现后来发展成著名的电磁学定律--毕奥萨戈尔定律。法国数学家拉普拉斯在他们实验结果的基础上，用数学分析方法将其表述成微分和积分的形式，这便是毕奥-萨戈尔-拉普拉斯定律。这一定律给出了由电流产生磁场的定量表述，使电流磁效应的理论基础。几乎与此同时，法国的安培迅即重复了奥斯特的实验并加以发展，设计、进行了一系列精巧的实验，从中总结出：磁针转动的方向与电流方向的关系服从右手螺旋定则、两电流元之间的作用力与其距离的平方成反比的公式（即安培定律）和物质磁性的分子电流假说。安培在深化人类对电流的磁效应的认识方面做出了重大贡献。在安培集中精力研究电流的磁效应时，德国的欧姆致力于对导线中电流规律的探索并于1827年发表了简单而又极为有用的欧姆定律。这个定律是电工学最基本的规律之一。二十年后，德国的基尔霍夫从电荷守恒及能量角度出发，将欧姆定律推广，建立了两个基尔霍夫方程组。以便于求解复杂的电路问题。
1831年，英国的法拉第通过十年的求索历经了多次实验上的失败，终于发现了电磁感应现象。接着他又做了多种实验，广泛而全面的研究了电磁感应现象。1832年，法拉第发现，在相同条件下，不同金属导体中产生的感应电流与导体的导电能力成正比。由
此他意识到感应电流时又与导体性质无关的感应电动势产生的。并相信即使不形成闭合回路（无感应电流），也会有感应电动势。1833年，俄国的楞次发表了他的实验结果，明确给出了确定感应电流方向的法则，即楞次定律。法拉第的伟大发现时电磁学史上的一块丰碑，同年他发明了世界上第一个直流发电机，此后各类电力发电机不断问世，导致了一场新的能源革命，其影响一种延续至今。英国的物理学家麦克斯韦于1854年前后便致力于将法拉第的力线观念写成便于数学处理的形式并正式发表于1865年。经过后人进一步整理便得到了以他的姓氏命名的电磁场方程组即当今电磁场与微波技术的理论基础：麦克斯韦方程组。[3]从这一理论出发他推论：变化的电场激发磁场，变化的磁场激发电场，由近及远形成电磁波；并导出电磁波在真空中传播的速度等于光速。于是他预言了电磁波的存在，并大胆提出光是电磁波的看法。
麦克斯韦的电磁理论提出后，并没有被所有的人立刻接受，直到他的推论和预言被德国的物理学家赫兹的实验所证实。赫兹受到他的老师的亥姆霍兹的激励，从1878年开始用实验方法去证实麦克斯韦理论，虽经多年努力没有找到明确的途径。1886年10月，赫兹在做电路放电实验过程中，偶然发现近旁一个两端间有空隙的开路线圈也发出火花。他敏锐地想到这可能是电磁共振，沿着这一思路，在随后地一年中他做出了一系列实验，研制出发射电磁波地赫兹振子和接收电磁波地探测器，不仅证实了电磁波的存在，而且还用实验测出其速度与光速相同，与光一样具有反射、折射、干涉、偏振等物理特性。赫兹实验性地证实了麦克斯韦理论，并开创了无线电电子技术地新时代。[1]从库仑定律地发现导麦克斯韦理论地建立，经历了80余年，到赫兹实验地证实经历了一个世纪，一座电磁学地宏伟大厦终于巍然屹立在由必然王国通向自由王国地征途之上。
2.电磁学发展过程中的学术传统
电磁知识是麦克斯韦构建电磁波的基础。麦克斯韦之前，人类就已经获得了大量的电磁知识。这些知识大致可以分为两类：一类主要是凭借对自然界直接观察获得，这主要发生在库仑定律发现以前；另一类是凭借一定的哲学观念，通过有目的的实验获得，这主要发生在库仑定律发现以后。[2]
2.1“经验主义”统治了十九世纪的电磁学
如文章第一部分阐述可以知道人类对于电的本质的认识经历了长期的摸索过程，直到十九世纪八十年代，人们对于电的认识还是很片面的，当时流行在大多数电学工作者中的还是十九世纪以前的陈腐观念，突出的表现在对于电的本质是什么以及直流电是如何产生的这样两个电学的基本问题的认识上面，没有上升到理性认识。伏特的接触论在十九世纪初的生产和科学技术情况下曾经迷惑了不少人。欧姆很相信接触论，1826年他发现了欧姆定律，阐明了电路中的电压和电流之间的关系，然而，他却是用接触论的观点推导出来的。后来有的人用实验验证了欧姆定律，当时的经验主义者维德曼和汤姆生等人，坚持这种陈腐的传统观念，“要从思维科学的攻击下挽救旧的传统”，同时又不得不羞羞答答的被迫接受一些已被当时科学实践所完全证实的新的规律，如能量守恒和转换定律，因而在许多问题上陷入自相矛盾状态。他们提出了电流产生的三重理论：第一是以纯粹接触为基础的陈旧的传统理论；第二是以更加抽象的“电的分离力”为基础理论；最后，经过无数的混乱和矛盾，才承认在电池中化学过程是产生电流的来源。[3]
恩格斯无情地揭露了维德曼等人的经验主义的实质：诸如此类的经验论对同时代的思想
成果是如此地怀疑，而对其前辈的思想成果又是如此地盲目信任。甚至用实验确定了的事实，在经验论那里也渐渐和这些事实的相应的传统解释不可分离地联系起来，他们必须求助于各色各样的诡计、种种站不住脚的支吾搪塞，求助于掩盖那些不可调和的矛盾的办法，而后却因而堕入矛盾的迷宫中，无法找到任何出路。[4] 统治十九世纪电学的经验主义虽然是唯物的经验主义，但是由于“它不仅是错误地思维，而且也不能忠实地跟事实走或者只是忠实地叙述事实，结果就变成和实际经验相反的东西。”其结果必然导致唯心主义。[5] 经验主义在现代电学中仍然有很大的影响。十九世纪末到二十世纪初，随着电气技术在生产中的广泛应用和各门学科的发展，在物理学和自然科学中发生翻天覆地的变革。电子的发现、新物质结构理论的出现、相对论和量子力学的建立，猛烈冲击了机械的自然观和形而上学的认识论，人们对电的本质的认识又深入了一层。我们知道近代电学理论的基础是法拉第—麦克斯韦根据前人的实践和他们自己的实践所总结的古典电磁场理论。这个理论是在十九世纪后半叶总结出来的。在自然科学领域内发现了如能量守恒和转换定律，创立了细胞学说和达尔文的进化论，这都有力的冲击了形而上学的自然观，并且打开了缺口。处在这个时代的法拉第和麦克斯韦，不能不受这些哲学观点的影响，加上麦克斯韦出身于豪华的贵族家庭、他们的世界观深深的打下了形而上学的机械唯物论的烙印。在当时的自然科学中，牛顿力学占了统治地位。力学本来就是一门发展最早而且比较成熟的科学，到了十九世纪又兴起了流体力学。当时盛行用旋涡学说来说明物质的本性，机械地把一切运功归结为较简单的流体运动。这对法拉第影响很大。麦克斯韦继承了法拉第的观点，同时也受到另外一些人的影响。当时汤姆生用数学方法概括了对热运动及流体力学的研究，进一步揭示了电磁场的物质性、场与实物以及电磁场的波动性与粒子性的辩证关系。不仅对宏观电磁现象而且对微观电磁现象都有了更深的认识。在这个基础上，“场论”代替了“以太说”，以法拉第—麦克斯韦的古典电磁场理论为基础建立了近代的电磁场理论。它又反过来推动了现代电工技术的应用和电学的研究。和自然科学一样，近代电学理论所揭示的客观电磁规律证实、丰富和发展了辩证唯物主义。[6]
通过上面的粗浅分析，我们可以看到，经验主义是电学发展的严重障碍。随着电磁学的日益发展，电现象的辩证规律越来越为人们所掌握，经验主义就越来越成为科学发展的障碍。如果说培根的唯物的经验主义在反对中世纪的经院哲学中是起过进步作用的，那么在科学发展到今天，在无产阶级革命的时代，这种“单凭经验、蔑视思维”的经验主义就走向了灭亡。必须运用辩证唯物主义的锐利武器去揭露它，批判它。[7]
2.2辩证唯物主义给电磁学的发展指明方向
纵观电学发展的历史、我们看到于在十九世纪形而上学的机械论继续泛滥，经验主义统治了电学的时候，正是伟大导师恩格斯，写了“电”这篇战斗檄文，狠批了以维德曼为代表的电学中的经验主义，淋漓尽致地揭露了经验主义的种种陈腐观念，为电学的发展扫清道路，也为我们树立了在电学领域中开展革命大批判的光辉榜样。恩格斯在《自然辩证法》中所闪烁的光辉思想给电学的发展指明了方向。针对十九世纪电学中的经验主义者在“黑暗中胡乱摸索”恩格斯评述了当时各种假说的有发展前途的线索，预见了电学理论中，有如原子之对于化学的重要意义的电子的存在。二十世纪电学的发展完全证实了恩格斯的预言。1897年发现了电子，随后又发现了质子、中子、介子、光子等波粒子，建立了电子论的物质结构学说。这就进一步揭示了电的本质，促使电学的发展来了一次很大的飞跃。随着二十世纪以来的生产和科学的发展，人们对电磁现象的辩证规律认识得越来越深刻，从而使对于电的本质的认识进入了一个崭新的阶段。电的本质是什么？并不是什么“流体”而是一种物质的运动形态。电运动的物质基础是电子、质子等波粒子。它们是物质的原子的组成部分，任何化学元素的原子都有一个带正电的原子核以及在原子核的周围呈“电子云”状态存在带负电的电
子，它们之间存在着电磁场，把它们联系在一起。在正常的状态下，原子核外围电子所带的负电量和原子核内质子所带的正电量相等，所以整个原子不显电性。如果在外界因素作用下，物质的原子或分子失去或得到了电子，就成了带正电的正离子或带负电的负离子，这些带电的质点在外界电磁场作用下沿一定方向的运动就产生了电流。如金属导体内的电流就是自由电子在电场作用下的有秩序的运动。因此电流并不是两种不同的物体互相接触产生的。电磁规律告诉我们：带电的质点的周围必定有电磁场，而电磁场则可以脱离带电的质点自由存在，如用天线辐射的电磁波和光波。一切带电的物质之间都具有由于带电而引起的相吸和相斥的电磁相互作用，任何的带电物质之间都存在着这种相互作用。自然科学发展的历史表明，存在于我们周围的物质世界，“大世界”(宇宙空间)没有个边，“小世界”(原子以及波粒子内部)也没有个底，然而遍布这些物质所存在的周围空间的不是什么神秘的“以太”，而是客观实在的电磁场(以及引力场、介子场等)这类物质。电磁场的物质性明显的表现在：它是不依赖于人的意识并且为人的意识所反映的客观实在；它具有能为人们所发现的电场和磁场两种形态，而且变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场；它具有波动性，以光速在空间中传播，又具有粒子性，由光子所组成。粒子和场既有区别，又有联系；它所进行的物理过程与实物中所进行的物理过程一样，服从能量守恒和转换定律，质量守恒和转换定律；它和其他物质运动形态紧密联系又互相转换。[8]
麦克斯韦理论地成功使人们清楚地认识到电磁相互作用是媒递作用，由电磁场来完成，它的传递速度是有限地，并非超距作用。电磁场具有能量，是物质地一种形态、电磁波是电磁场地运动，在这过程中电磁场地能量从空间中的一个区域转移到另一区域。超距作用认为传递相互作用地速度为无穷大是不正确地，但是它曾经是人类认识自然规律过程中地一个阶段，并且在历史上起到过不小地作用，在不涉及到相互作用地传播问题时，例如静电学、静磁学以及缓慢变化地电磁场问题，用这种观点处理仍然有效。[8]人类对自然地认识过程是不会终结地，总结出地物理规律总是在一定条件下成立，而任何一种理论都要在进一步地实践中不断完善和发展。马克思瓦地理论也是如此，它在解释特殊介质地电磁性质及光学色散现象时也碰到困难。正是这些困难和新问题地出现，才引起了人们更深入地探索。[9]从1892年起，荷兰地物理学家洛伦兹发表了一系列文章，提出电子论，把物质地电磁性质归结为原子中的电子效应，将麦克斯韦电磁理论应用到微观领域，从而部分地克服了上述困难。
[10]1905年，爱因斯坦建立了狭义相对论，证明了麦克斯韦方程组满足洛伦兹变换，并在任何惯性系中都有相同地形式。可以通过洛伦兹变换得到电场和磁场地相互转换关系，即电磁场区分为电场和磁场完全时相对的，这种区分取决与参考系的选择。爱因斯坦的狭义相对论实现了电场和磁场、电力和磁力的统一，使经典电磁理论达到了完善的地步。[11]遇到新课题正是自然辩证法研究价值之所在。数学大师希尔伯特就曾经说过：“只要一门科学分支能提出大量的问题，它就充满着生命力。”正因为自然辩证法的物质观、时空观等方面面临着现代自然科学研究中出现的若干新问题，它才显示出强大的生命力。随着科学技术的进步，自然科学研究的突破性进展，自然辩证法对提出的新问题会做出令人满意的哲学概括，从而也促进自然辩证法本身向前发展。大量科学史实表明：自然辩证法必须植根于自然科学研究这片沃土。首先，它的每一个哲学概括都来源于自然科学研究的实践，并回到自然科学研究的实践中去经受检验。虽然哲学家的思辨性是重要的，但自然科学的进展是自然辩证法的一个重要生长点，这是不容置疑的。自然辩证法研究者必须经常地从自然科学研究的最新成就中吸收营养，不断丰富和发展它的各种基本原理。实际上，任何哲学，只有当它的每一个细节都能够经受得住自然科学研究的严峻考验，它才是有力量的，辩证唯物主义哲学也不例外。在任何时候，自然辩证法都必须随着科学技术研究的进展更新和丰富自己的内容。所以，自然辩证法就必须随着科学技术革命的新内容来赋予新意义。在科学技术不断发展的时候，科学技术自身也需
要一定的理论指导。在目前的自然辩证法的基本理论中很难适应现在的科学技术发展。所以科学技术本身也要求有一种理论也指导自身的发展。按照这用要求，自然辩证法也需要给自己赋予新的意义。加强与科学技术密切相关度，在给自然辩证法的赋予新意义中，需要学者们走出书斋，投身社会，以时代大潮为学术生长的源头活水。将实践操作倾向逐渐发展为一种共识性。这种共识性实践操作倾向的初步形成。可以从新的科学技术中获取新的自然辩证法的生长点。[12]自然辩证法既是一门学科，更是一项事业；不仅要把自然辩证法作为一门学科去研究。更要把自然辩证法作为一项事业去发展。学科建设是事业发展的基础和前提，事业发展是学科建设的继续和深入，无论是在学科建设中还是在事业发展中都应当赋予其新的意义。
参考文献：
[1] 宋德生，李国栋《电磁学发展史》广西人民出版社 1998
[2] 盛新庆《电磁波述论》科学出版社 2007
[3] 陈重，崔正勤《电磁场理论基础》北京理工大学出版社 2008
[4] 杜澄，李伯聪工程研究-跨学科视野中的工程北京理工大学出版社2004
[5] 李章印跳出科学--自然辩证法研究的新需要Journal of Shandong University of
Science and Technology 2010
[6] 高倩，高永宏恩格斯自然辩证法理论与自然科学 2011
[7] 叶妙元必须批判电学中的经验主义--学习恩格斯《自然辩证法》的体会华中工学
院学报 1975
[8] C.W.F埃弗里特麦克斯韦上海翻译出版公司 1987
[9] 乔灵爱论麦克斯韦对卡文迪什实验室的创建与贡献科学技术与辩证法2006
[10] 程华库仑定律的批判科技信息2001
[11]李艳平，申先甲物理学史教程科学出版社 2008
[12] 陈其荣自然辩证法导论-自然论、科学论和方法论的新综合 1995