(08)真理的足迹-第10章
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这种更复杂的力学理论，大约在250年以后才发现，并成为安培和法拉第的
争论焦点。作为文艺复兴时期的两个磁学学者，诺尔曼和吉尔伯特，幸好没
有想到这种磁学理论。
诺尔曼及其稍后的吉尔伯特都应用力场的发现来解释说明地磁问题。力
场概念已成为现代物理学关于电、电磁和引力的基本概念。
诺尔曼曾说：“我的意见是，如果能用一种方法看见磁力特性的话，它
一定是围绕磁石的一个相当大的球形体，其死点在磁石的中心，这也是这种
特性的中心。”
虽然这种意见具有先见之明，但很不全面。诺尔曼把磁场特性仅归属于
磁石，而对地球却只字未提。吉尔伯特完成了这一步，他在1600年出版的《论
磁》一书中，重申诺尔曼实验，证明磁针指北或倾斜都不能用引力来解释（他
就是这样认为的），但他指出，只是磁石和磁针具有磁场特性还不够，地球
也是一个磁体，也具有磁场，甚至可能是最终磁场。吉尔伯特把磁场特性称
为球形特性或磁力球。他从诺尔曼实验得出进一步结论说：“再则，方向也
不决定于吸引力，而决定于地球整个力的分布”，是一种球形特性使磁针处
于特定的方向。
吉尔伯特用磁石做成地球模型，并利用这种模型表明磁倾角随纬度变化
而变化。这种导航思想比诺尔曼导航思想更正确更先进，因为诺尔曼没有用
地球磁场来说明问题。
下面就是吉尔伯特在磁场概念诞生时所说的原话：“磁体的球形特性就
是磁体的磁力倾泻出磁体，在表面上扩散，隆起成球形。……我们不是说这
种磁力形式或磁力球存在于空气、水或其他非磁性介质中，……磁体通过磁
力球影响其他磁体，甚至像固体磁石一样激发其他磁体的磁性。”
还有两步尚待完成，但在以后的150年中，比较忽略了磁和电的研究。
怎样实现诺尔曼的梦想，让人能看见磁力和磁力球呢？现在任何一个小学生
都知道，只要把一些铁屑撒在受磁体作用的纸上，就会立刻看到在磁体上面
呈现出球形磁力线。这种方法和对磁力线特性的进一步研究应功于法拉第。
诺尔曼和吉尔伯特两人都认为磁场与物质无关。但法拉第却成功地用实
验证明了这样的事实：转动磁铁棒能产生感应电流。这只要磁铁棒转动，而
与其相关的磁场不动。因为电流只有在导体与磁力线作相对运动，即我们现
在说的“切割”磁力线时，才能产生。所以，即使磁铁棒和其周围存在着另
外的磁场，如果二者相对静止，也不会产生感应电流。
同时，法拉第还证明，只是接通或关掉电磁铁，也会产生感应电流。好
像是导线通电时，所产生的磁场就传播出来，而关掉电流时，它就收了回去。
法拉第通过探测电磁体附近导体产生的感应电流，揭示出这种效应。没有电
流，即使有时有电流，在导体中也不会产生感应电流。而每当通电和关电时，
导体中就出现感应电流。这些以及其他一些效应使法拉第，也使其他的人深
信不疑，磁场是实际存在的。可能只是由于人们的感觉能力限制，使人们不
能像感觉土地和水那样直接感觉磁场。
“酒杯”实验充满着实验理论。西奥多里克和亚里斯多德的观察实验，
是直接用观察实验结果来证实自己的研究设想；而诺尔曼实验则依靠更复杂
的逻辑，他用实验结果来驳斥原有的引力假说，同时说明新产生的磁场概念。
在这个实验中，除了实验科学的实证法或归纳法外，还增加了第二第三方面，
即反证法和说明解释法。同时，由于用磁场概念说明的这种效应，还可以用
更成熟的引力理论来解释，这就会提醒人们注意，不要以为每个有效的说明
就一定是对某一现象的原因的正确认识，不然的话，就有犯错误的危险。
植物的液体循环
1677年斯蒂芬·赫尔斯出生在肯特郡别克斯波恩的一个富裕家庭。
1697年他进入剑桥本特学院读书。当时在剑桥能够学到的专业多种多样，他
和他的朋友威廉·斯塔克利一起对自然史和生物学进行了广泛学习，同时对
气体和液体的流体力学也很感兴趣。从有关资料看来，他的科学活动主要是
研究气体和液体的流体力学在生命过程中的作用。
赫尔斯曾担任剑桥本特学院的学院委员，一直到1709年，在那以后他成
为特丁顿的牧师，并以此渡过了他的余生。虽然确认是哈维发现了人和动物
的血液循环，但他不过是对有关假说提供了必要的理论证明。而赫尔斯用马、
狗和青蛙长时间进行了一系列残酷的实验，考察了血管系统各方面的情况，
绘制出血管系统的图表，还考察了各部分血液的特定压力以及流动的流体力
学条件。他的工作明确地解决了哈维遗留的许多重大问题，在当时就引起了
一般公众的注意。托马斯·特文宁在他的一首地方记事诗《船》里就曾写道：
绿色的特丁顿清静明朗，
是从事科学研究的好地方；
优秀牧师赫尔斯在这里，
解剖过狗、马和青蛙，
还用天平称过水汽的重量。
他以探索大自然奥秘为快乐，
也不时为此而烦恼、 徨。
虽然当时已经开始了反对残害运动的动物，但这个运动的主要人物阿列
克山得·波普，赫尔斯的邻居，却成了赫尔斯的亲密朋友。
大约在1724年，赫尔斯开始进行系统研究，勾画出了植物生理学的基本
轮廓。他不仅进行了植物体液循环的研究，而且更重要的是他还研究了植物
和其所处环境之间的交换和影响。他说明了被植物根部吸收的水分是怎样输
送到叶子，又怎样散发掉的。他对植物的生长过程也感兴趣，并说明了植物
各部分是怎样按比例生长的。在赫尔斯还未从事研究工作的前几年，梅奥曾
说明过呼吸、燃烧和空气之间的关系，赫尔斯对这个问题作了进一步研究。
1722年，赫尔斯被选为皇家学会会员，1727年被选为议会议员，成为一
个显赫人物，当了乔治亚殖民区的托管官员，是公共卫生监督委员会的常务
委员，负责检查诸如皇家海军的卫生状况以及施行所谓特别疗法的效果。他
对空气的兴趣导致提倡通风，对空气不流通的狭小空间，如舰上住室、牢房、
医院病房等进行通风，增加新鲜空气，曾是他一时的急务。他发明了各种通
风装置，其中大多数都被采用。他逝世于1761年，这时他仍然是特丁顿的牧
师。
古代植物学主要受到亚里斯多德的学生西奥菲拉底著作的支配和影响。
绝大部分是记述和分类工作。根据植物的一般形状，把它们分为诸如草本植
物、灌木和树木，或者按其药用性质进行分类。这种分类一直沿用到整个中
世纪，事实证明是实际可行的。西奥菲拉底对植物和环境的关系也进行了某
些研究，并按习性进行了分类，但在这方面大为逊色，只能起到寻找特殊草
药的指南作用。就我们所知，在古代并没有进行植物生理学和解剖学方面的
研究。
17世纪中期，显微镜的发展才为现代基础研究工作提供了可能性。罗伯
特·虎克，就是为波义耳当过助手的那个虎克，对植物进行了仔细的显微镜
观察，他首先认识到细胞是生物的最基本单位。内赫米亚·格鲁又把这种研
究工作大大推进了一步，对植物进行了详细解剖，画出了精制的解剖图。
用显微镜观察的最重要发现是发现植物具有网状管路系统，从根部到茎
干、枝叶都有管路相通，其中有些充满液体，有些充满空气。鉴于这种事实，
格鲁开始想到在植物体内可能有类似动物体内的循环系统。随着这一想法产
生了许多问题，经常在他脑海里跳跃闪烁。例如，在植物体内是不是也有一
个像动物体内那样的封闭循环系统呢？是什么力量促使植物液流动的呢？植
物各部分的生命机能和这个循环系统有什么关系呢？而赫尔斯就是为了回答
这些问题而进行了一系列重大实验。
大约在1670年，马尔皮格赫已经说明了植物生命过程的基本理论。他抓
住了两个要点，其一就是说从树根到树叶一定有一个向上的液体运动，把水
分输送到全身。马尔皮格赫认为构成植物体的最基本元素是在树叶中制成
的，因此，他的第二个要点就是在植物体内一定有一个向下的运动，把营养
物质输送到各个需要的地方。他也领会到这一过程会导致营养物质的储备。
由于许多植物是把营养物质储备在根部相连的块茎里，所以营养循环一定是
回到根部，即水分循环的出发处。所有这些都只是一种推想，还需要实验证
明。做出这样的证明也就是赫尔斯的贡献。
这里介绍的主要实验是一系列有关的辅助实验发展的顶点。首先需要弄
清楚，水分从根部输送到叶子，是根部产生的压力输送呢？还是叶子产生的
抽吸作用呢？
赫尔斯说道：“7月27日（1716年），我把一段苹果树枝绑在一根管于
的一端，从另一端装满水，然后把整个树枝浸入容器的水中。”
“开始两小时，管子里的水下降了6英寸 （水充入树枝的输液管路）。
当天晚上又下降了6英寸，……到第三天晨，我把树枝从水中取出，连同管
1
子一起挂在空气中，在12小时之内，它吸收了27 英寸的水分。”于是赫
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尔斯结论说：实验表明树枝有很大的呼吸能力，植物液体循环的原动力是叶
面水分蒸发，而不是根部水分的压力。但是，实验并没有说明这一过程具体
是怎样发生的。
从叶面蒸发的是水吗？把树枝装入密封容器中，收集树枝散发的液体，
可以证明，其绝大部分是水。
好，现在该谈主要实验了，即树液是怎样运动的？是类似动物的血液循
环呢？还是像潮汐一样起落呢？赫尔斯通过两个完美的实验，一下子就解决
了这个问题。循环论者曾假设说，树液是通过树干内部上升，而通过树于外
层下降。
赫尔斯在8月20日（1716年）说道：“在下午1点，我将一段苹果树
枝，用弯铅管固定在管子上，但在这之先，我已把某一处的树皮和上一年轮
的木质按环状切去了3英寸长，然后将管子装满水，管子长22英尺，直径为
1／2英寸。另外，在树枝下部把树皮和上一年轮的木质切去，切成一个12
英寸长的缺口。从这个缺口可以看到水抽吸得很畅通，其速度为1／2英寸／
分。半小时后，我就清楚看到缺口的下部比先前湿了，而上部仍然是干的。”
所以，赫尔斯继续说道：“水分上升一定是通里层木质，因为上一年轮
木质已被环切掉了三寸长，水分已不可能通过它上升；另外，如果树液是通
过上一年轮木质层及其与树皮之间的通道自然下降的话 （有许多人这样认
为），那末切口的上部就应该湿润。但正好相反，湿润的是下部而不是上部。”
这样看来，树液必定是通过树干
