■Richard Williams/文 蕭如珀,、楊信男/譯

■譯自 APS News,，2016 年 6 月,，

■原標題：《1785年6月：庫侖測量電力》

公元前 600 年左右,，希臘哲學家泰勒斯 (Thales) 寫到，當他用毛皮搓揉琥珀玉塊時,，琥珀會吸住小片的稻草以及其他小物體,。當科學家開始研究此現(xiàn)象時,，他們已經(jīng)有了現(xiàn)成的名字，這都要感謝泰勒斯：“electricity”源自琥珀的希臘字“electron”,。在研究此力量時,，有人觀察到帶電荷的物體有時會互相吸引，有時互相排斥,。23 個世紀之后,，富蘭克林把此效應歸因于存在有兩種電流體，一種是正電,，另一種是負電。 

近代對電力的物理說明有許多都來自法國科學家?guī)靵?(C. Coulomb, 1736~1806) 所做的細心的實驗,。庫侖的雙親來自法國南部蒙佩利爾 (Momtpellier) ①附近的富裕人家,，當庫侖父親開始到巴黎上班，他們就舉家遷到那里,。庫侖在梅濟耶爾 (Mezieres) 工程學院獲得學位,，之后在工兵部隊任尉官。 

因為庫侖是位訓練有素的軍隊工程師,，所以他在法國接受了幾個任務,。1764 年，他到馬提尼克(Martinique) 監(jiān)督要塞的建造一直到1772 年,，之后才因健康原因回到法國,。庫侖的身體受到馬提尼克熱帶疾病的傷害，疾病困擾著他后半輩子,。他回法國后,，注意力也跟著轉變，從之前參與許多工程的計劃,，轉而開始研究純物理,。 

庫侖開始對測量小的帶電物體間的電力感興趣，他大幅改進扭秤的精密性,，使它可以可靠地測量這些很小的電力②,。庫侖用銀、銅或絲的細線懸掛一根針,，針的一端是一個充電的小木髓球,，另一端是一個砝碼，兩端平衡讓針可以水平地轉動,。校正過的扭秤用來測量針旋轉一定角度所需的力,。

庫侖將一個帶相同電荷的木髓球靠近針上一端帶電的球，測出兩個帶電球的相斥力量來決定出它們與分開距離之間的函數(shù)關系,。他用這些實驗開始對電力進行定量研究,。庫侖寫到：“兩個帶相同電荷小球的相斥力量和兩小球中心距離的平方成反比,。”② 

當兩個木髓球帶相反電荷時,，上述的實驗做起來并不理想,。假如兩個球靠太近時，它們就會跳近并黏住,，結束實驗,。雖然很困難，但他還是測出了這種情形中力量和分開距離之間的關系,，不過他決定使用完全不同的方法來確認這個結果③,。庫侖在懸掛針的一端掛著一個小盤子，將之充電,，再將相反的電荷放在直徑大約1英尺的銅或鍍上金屬的硬紙板的中空球體的表面,。 

庫侖認為大球體的電性就如同其上的電荷都集中在它的球心點上，讓針在水平面上小弧度振蕩,，振蕩的周期由帶電球體和針上的帶電盤子之間的力量決定,，正如一般簡單鐘擺的周期依重力而定一樣。庫侖接下來測量了和大球體不同距離的振蕩周期,，再使用類似鐘擺的方程式,，將周期和電荷間的力量聯(lián)系起來。

結果得到了庫侖定律③,?！拔覀兊么私Y果所使用的方法和最先的方法完全不同…得到的結論是，叫做‘正電’流體和叫做‘負電’流體之間的引力是和距離的平方成反比,?！睅靵鲞M一步證明，對于帶電荷的金屬物體或其他的導電體,，無論物體的形狀為何,，所有的電荷都停留在物體表面。庫侖定律構成了大部分原子物理的基礎,。電子帶有電荷 e,，原子序數(shù)為 Z 的原子核帶有電荷 Ze，之間的距離為 r,，則兩者間的引力為 F = Ze^2/r^2,。盧瑟福 (E.Rutherford) 利用此方程式研究 α 粒子的散射，說明原子核的直徑比原子的直徑呈數(shù)量級地減少,，換句話說,，原子核實際上是一個質點。之后,，玻爾 (N. Bohr) 使用此結果當做他氫原子線光譜的理論起點,。 

庫侖 ( 右 ) 使用校正過的扭秤 ( 左 ) 測量帶電物體間的作用力圖片來源 : Wikimedia Commons

法國大革命改變了庫侖的職業(yè)生涯,，他在法國科學院的職位隨著科學院的關閉而結束。庫侖對度量衡委員會的貢獻以及供水系統(tǒng)的監(jiān)督在革命期間中止了,，但后來有幾年他還能恢復部分的工作,。1806年8月，一場高燒奪走了他的性命,，然而,，庫侖的名字卻在物理上永垂不朽。現(xiàn)在,，“庫侖”是電荷的單位,，而盧瑟福所觀察到的散射稱為庫侖散射。

 ( 本文轉載自臺灣大學教育發(fā)展中心 “CASE 讀報 ”,，網(wǎng)址 http://case./blog) 

① C. Stewart Gillmor, Coulomb and the Evolution of Physics andEngineering in Eighteenth Century France (Princeton UniversityPress, Princeton, New Jersey, 1971). 

② C. A. Coulomb, Premiere Memoire sur l’electricite et le Magnetisme,Histoire de l’Academie Royale des Sciences, 569-577 (1785).An English translation of this article is available by searching on“Bucciarrelli translation of Coulomb’s first memoir” with eitherGoogle Search or Bing. 

③ C. A. Coulomb, Seconde Memoire sur l’electricite et le Magnetisme,Histoire de l’Academie Royale des Sciences, 578-611(1785). 

④ C. A. Coulomb, Quatrieme Memoire sur l’electricite et leMagnetisme, Histoire de l’Academie Royale des Sciences, 67-77(1785).