第一回 吉尔伯特虽御医，磁学之父更传奇
伙计，你相信吗？正式开启人类磁学大门的人既不是物理学家，也不是化学家，而是医生，而且是当时顶级的医生，当时唯一超级大国英国女王伊丽莎白一世的御医。真的，不是开玩笑，因为在1600年，即布鲁诺被宗教裁判所活活烧死那年，也就是莎士比亚在伦敦创作世界名著《哈姆雷特》那年，这位御医完成了另一部世界名著《磁论》，从而在科学意义上标志着欧洲文艺复兴正式开始。君若不信，请打开《磁论》一书，看看它在400多年前基于实验观察所描述的电磁结论，看看这些结论是否依旧活力四射。
《磁论》指出：地球本身就是一个大磁体，地球内部有个大铁心，地球上的磁针会始终指向南北；球形磁体都有极性和磁轴，还有磁经线，即在同一条经线上，磁针的指向不变；在任何两个球形磁体表面，在经、纬度相同的地方，磁针的指向基本上相同，因此，从磁性角度看，球形磁铁都很像地球；被烧热后，磁铁的磁性会消失；若用铁片遮住磁石，其磁性将减弱；当一块磁铁被切断后，每一段都会保持其磁性和极性；磁石之间既可能相互吸引，也可能相互排斥，这种吸引或排斥的强度与均匀磁石的质量成正比，这也许是人类首次提出独立于“重量”的“质量”概念吧。怎么样，这些结论够摩登吧！实际上，在《磁论》出版约200年后，德国数学家高斯终于从数学上对《磁论》中介绍的极性进行了严格论证，从而建立了较为完整的地磁理论。
伙计，别急于赞叹，因为我们还没说完呢。《磁论》进一步指出，琥珀、玛瑙、硫黄、明矾、火漆、玻璃棒、金刚石和蓝宝石等物质在被摩擦后都会吸引纸屑等轻小物体，且这种现象与磁并不是一回事。为此，《磁论》专门创造了一个新名词“电”来表示摩擦后能吸引纸屑等的那个东西。哈哈，原来“电”（实际上是指“静电”）竟藏在《磁论》一书中呢。关于静电的吸引力，《磁论》巧妙地用实验表明：离带电体越近，吸引力就越大，而且该吸引力沿直线作用；带电体被加热或置于潮湿处时，吸引力将消失。此外，与刚被烧死的布鲁诺类似，《磁论》的作者也坚信地球在运动，在围绕一个轴线不断地自转。此外，他还猜测“月球也可能是一个磁体，也会自转”，“太阳也会自转”。如今看来，《磁论》中的这些猜测基本上正确，但当初它给出的解释并不严谨，因为它误认为让星体自转的外力是“磁力”。
书说至此，可能有读者会好奇：《磁论》的作者咋有如此神通，他到底是谁，他又是如何写成这本书的呢？欲知详情，请读下文。
明朝嘉靖二十三年，即葡萄牙船员在赴日贸易途中偶然发现我国台湾岛的那年，准确地说是1544年5月24日，在英国埃塞克斯郡的科尔切斯特镇的一个大法官家里，诞生了本回主角威廉·吉尔伯特（William Gilbert）。
吉尔伯特是如何成长起来的呢？不知道！他的工作情况怎样呢？不知道！他的生平事迹又如何呢？抱歉，仍然不知道！找遍所有历史资料，有关吉尔伯特的情况，只能凑出一份很短的表格型简历。他在25岁时获得剑桥大学圣约翰学院的医学博士学位，而此前他先后在这里获得了文学学士和文学硕士学位。若看专业的话，他本该与物理无缘，最多可能研究一些化学问题，毕竟西医与化学天生就有亲缘关系。博士毕业后，他首先环游了欧洲大陆，然后于28岁那年在伦敦开办了一家私人医疗机构，很快就因医术高明而成了当地的名医。后来，他被任命为英国伦敦皇家内科医学院院长。总之，吉尔伯特的本职工作应该非常出色。
大约从36岁起，吉尔伯特迷上了磁学、电学和天文学。后来，经过整整20年的钻研，他终于在56岁时出版了史上首部系统阐述磁学的专著《磁论》。作为一名大夫，吉尔伯特为啥会研究与自己的学科完全无关的磁学呢？虽不知具体原因，但当时的历史大环境还是相当清晰的。从吉尔伯特出生到去世，他的祖国都在与西班牙争当海上霸主。因此，航海用的磁针罗盘就成了上至皇室、下至普通百姓关注的焦点，许多人自然也就把研究磁铁当成了个人爱好。磁性的奇妙现象确实也很吸引人，容易让人上瘾。相关磁学研究成果在当时容易受到官方重视。几乎就在吉尔伯特去世的那年，西班牙“无敌舰队”的神话终于破灭，随后英国迅速崛起成为超级大国。
57岁时，吉尔伯特被英国女王伊丽莎白一世任命为自己的御医，还被加封为爵士。但非常遗憾的是，仅仅两年后，女王就于1603年3月24日死于伦敦。女王去世后，她的继承人詹姆士一世继续聘任吉尔伯特为自己的御医，但再次非常遗憾的是，仅仅8个多月后，吉尔伯特就于1603年12月10日因鼠疫在伦敦逝世，享年59岁。
也许有的读者会质疑：吉尔伯特作为人类历史上如此重要的科学家，仅仅过了400多年，他的许多生平信息咋就没了呢？经认真分析后，我们发现主要原因可能有三：其一，吉尔伯特终身未婚，没有直系后代来刻意保留和传诵他的相关事迹；其二，在吉尔伯特生活的时代，文艺复兴刚刚开始，科学的价值还未充分展现，科学家自然也就未受到足够的重视，更没有人对科学家的生平感兴趣，况且那时英国还不是文艺复兴的中心；其三，也许更重要的原因是，不知何故，吉尔伯特在撰写自己的代表作《磁论》时竟沿用了当时正被迅速边缘化的古老传统，只采用拉丁文来出版《磁论》，而不是同时出版其英文版。于是，他的磁学成就及许多先进思想在他的祖国几乎被埋没了整整300年，他的生平信息自然也就烟消云散。直到1900年，在电子的发现者汤姆生的积极倡议下，《磁论》才被翻译成了英文。换句话说，吉尔伯特之所以还能有简短的生平流传至今，主要归功于他曾当过两年御医。
所幸吉尔伯特在磁学方面的主要成果在《磁论》一书中得到完整保存，今天吉尔伯特仍被科学界尊为“磁学之父”，在电磁学中以他的名字命名了磁动势的单位“吉伯”（类似于电学中电动势的单位“伏特”），以此纪念他对电磁学的开创性贡献。更重要的是，当《磁论》传到那时的文艺复兴中心意大利后，立即引起轩然大波，甚至成了文艺复兴中现代科学革命的主要导火索。如今再回过头来，究其原因，至少有以下两点。
第一，《磁论》的科研方法独树一帜，让当时的科学家耳目一新，甚至惊呼科研竟然可以这样来做！原来此前的科研方法主要是思辨和推理，形象地说，就是“君子动口不动手”，其中最典型的例子便是欧几里得几何学。而《磁论》另辟蹊径，开始让在细心观察基础上的具体实验结果说话，让实践成为检验真理的标准，所有与具体实验相矛盾的“科学结论”都将被无情地否定，所有经得起重复检验的结论才会被接受。因此，吉尔伯特也被认为是实验科学研究的开创者之一。为了证明“球形磁体与地球类似，确实存在磁力线、磁极和磁经线等”，吉尔伯特真的用磁石做了多个大型圆球，接着就像风水先生那样，端着磁针在磁球表面进行地毯式搜索，并在每一点用笔将磁针的指向画成球面上的小箭头。结果，见证奇迹的时刻到了。这些箭头竟然清清楚楚地组成了一条条经线，分别指向磁球的两极！无论磁球的大小如何或最初位置如何摆放，上述实验结果都经得起反复检验。
第二，《磁论》一书在意大利受到了至少两个有识之士的赏识，他们分别是比吉尔伯特年轻24岁、现在被公认为“现代观测天文学之父”“现代物理学之父”和“现代科学之父”的伟大科学家伽利略，以及比吉尔伯特年轻31岁、发现行星运动三大定律的伟大数学家、天文学家和物理学家开普勒。据说，伽利略在读罢《磁论》后拍案而起，连称伟大，甚至说《磁论》一书“伟大到令人妒忌的程度”。后来的事实也表明，无论是伽利略还是开普勒，他们的几乎所有科研成就无不深深地打上了吉尔伯特的烙印，各种具体的科学实验在他们的科研生涯中扮演了不可替代的角色。伽利略不但学到了吉尔伯特的实验精髓，更对其实验方法进行了系统整理，创立了一套沿用至今、现代科学家不可或缺的数学与实验相结合的研究方法。这种方法分为以下三个步骤。
第一步，提取出从现象中获得的直观认识，用最简单的数学形式表示出来，以建立量的概念。
第二步，用数学方法，由此导出另一个易于用实验证实的数量关系。
第三步，通过实验证实这种数量关系。
若仔细分析，我们将不难发现伽利略的几乎所有科学成果都是严格按照上述三个步骤来完成的。如今几乎所有科学家的所有科研成就也都在某种程度上有意或无意遵循了这种思路。所以，伙计，你若今后想成为科学家，请务必随时注意运用伽利略基于吉尔伯特的思路而完善的上述三个步骤。虽然伽利略始终相信“你无法教会别人任何东西，你只能帮助别人发现一些东西”，但是本回的主角吉尔伯特最能帮你发现的东西可能就是正确而先进的科研方法。
当然，必须指出，经过吉尔伯特和伽利略之后300多年的飞速发展，如今的科学研究内容和方法早已不同以往了，各位千万不要生搬硬套上述三个步骤。比如，现代科学对自然和社会的研究越来越广泛和深入，研究中的直观程度越来越低，抽象程度越来越高，因此逻辑思维方法就必须得到高度发展。学科的进一步分化和综合产生了若干新兴学科和边缘学科，增强了科研的整体性和综合性，因此系统思维的科研方法也不可缺少。现代科学还将发现一系列原有科学体系不能解释的新事物，出现一些佯谬，甚至破坏科学体系原有的原则和逻辑，引发科学体系的根本性变化，比如从牛顿体系到爱因斯坦体系的飞跃。因此，在科学研究中不能死守过时的世界观，要敢于否定和自我否定。现代科学研究的复杂性和综合性也在日益增加，研究手段日益复杂而精密，研究活动日益成为集体的综合性事业，因此需要在不同方面、不同层次上进行充分的配合和协调，这又为科研方法提出了新挑战。
总之，如今虽已不存在放之四海而皆准的现代科学研究方法，但在科研中随时留意一些关键点还是大有裨益的。比如，要刻意处理好观察和实验的关系、事实和因果的关系、归纳和演绎的关系、类推和概括的关系、假说和理论的关系、确定性和不确定性的关系、猜想和验证的关系、系统和结构的关系、结构和功能的关系、系统和要素的关系、理论和实践的关系等。如此才能在现代科学研究中取得更好的效益，预祝各位科研成功！