格奥尔格·西蒙·欧姆

格奥尔格·西蒙·欧姆:那位测量出电阻的学校教师

1828年3月,在出版了那本最终让他的名字出现在全世界每一张电路图上的书几个月后,格奥尔格·西蒙·欧姆(Georg Simon Ohm)辞去了他在科隆耶稣会中学(Jesuit Gymnasium)的教职。原因并非丑闻或疾病,而是那里没有人注意到他的贡献。《以数学方法研究的电流电路》(Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet)于前一年出版,用客气的说法,它受到了“冷遇”。欧姆曾希望这本书能让他脱离中学教学岗位,结果他却在接下来五年里都没有获得合适的职位。

锁匠的教学大纲

他于1789年3月16日出生在勃兰登堡-拜罗伊特藩侯领地的埃尔朗根。他的父亲约翰·沃尔夫冈·欧姆(Johann Wolfgang Ohm)是一位受过极高程度自我教育的锁匠,他的母亲玛丽亚·伊丽莎白·贝克(Maria Elizabeth Beck)是一位裁缝的女儿。这对夫妇的七个孩子中只有三个活到了成年——格奥尔格·西蒙、他的姐姐伊丽莎白·芭芭拉以及成为数学家的弟弟马丁。他的母亲在格奥尔格十岁时去世。

对他而言重要的教育是在家里完成的。约翰·沃尔夫冈亲自教导两个儿子数学、物理、化学和哲学。格奥尔格从十一岁起就读于埃尔朗根文理中学(Erlangen Gymnasium),据所有记录显示,他在那里几乎一无所获:死记硬背、极少的科学教育,其体系明显比他父亲在车间里采用的还要糟糕。这是一个值得记住的细节,因为欧姆的整个科学生活都是由一位学会了如何自学的男人所引导的。

三个学期与一次辞退

他于1805年进入埃尔朗根大学(University of Erlangen),并很快发现了学生生活的社交一面。他的父亲对此很不满,在三个学期后强迫他退学。1806年9月,他在瑞士尼道附近的戈特施塔特获得了一份数学教职;1809年3月,他搬到纳沙泰尔担任了两年的私人教师。在他离开之前,埃尔朗根教授卡尔·克里斯蒂安·冯·朗斯多夫(Karl Christian von Langsdorf)给了他一条塑造了后来一切的建议:不要寻找课程大纲,而是自己去阅读欧拉、拉普拉斯和拉克鲁瓦的著作。欧姆确实照做了,并于1811年4月回到埃尔朗根,于当年10月获得了博士学位。

流浪教师

博士学位几乎没给他带来什么。他在埃尔朗根短暂地讲授过数学,但因为薪水无法维持生计而离开。从1813年1月起,他在班贝格教授数学和物理,先是在一所贫困学校,从1816年起又在一所过度拥挤的学校。用某篇传记的话说,他被学生压得喘不过气来,辛勤的工作很少得到认可,并认命自己可能永远不会结婚——这正是他转向研究的部分原因,既为了证明自己,也为了争取更好的工作。欧姆定律最初就是一份求职申请。

免费测试
你的是多少?

二十道题、八分钟计时,以及与所有参与者对比得出的百分位。无需注册。

开始智商测试 →

科隆实验室

他的运气在1817年9月转好,当时他加入了科隆的耶稣会中学,那里拥有设备齐全的物理实验室。他钻研了拉格朗日、勒让德、拉普拉斯、毕奥、泊松、傅里叶和菲涅耳的著作。当他得知厄斯特(Ørsted)在1820年发现电流会使指南针偏转的消息时,他既拥有了仪器,也掌握了数学工具来研究它。

他的第一篇论文发表于1825年,研究了电磁力如何随着导线长度增加而减弱。1826年的两篇后续论文提供了数学处理方法,在这里欧姆做出了他决定性的智力尝试:他借鉴傅里叶关于热流通过固体的分析,对电通过导体的流动进行了建模。在傅里叶的研究中,热量从高温区流向低温区,其速率由材料的导热性决定。欧姆提出,电的行为方式相同——存在驱动差、阻碍介质和比例流量。

电流电路

完整的理论于1827年以《以数学方法研究的电流电路》(Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet)为名出版。其核心成果现在教给每个学童:导体中的电流与施加在其两端的电位差成正比,而电阻则是比例常数。在欧姆之前,电的强度是一个模糊的性质;在他之后,它成为了一个带有方程的物理量。

这本书失败了。部分原因是欧姆本人——性格内向、人脉较差且没有大学教席。部分原因在于方法:在当时的德国物理学界,对物理问题进行高度数学化的处理并不流行,那时投机性、哲学性的风格更占主导地位。部分原因则是个人因素,受到包括格奥尔格·弗里德里希·波尔(Georg Friedrich Pohl)和约翰内斯·舒尔茨(Johannes Schultz)在内的敌对有影响力人物的影响。欧姆于1828年3月在科隆辞职并等待机会。

听觉研究与最终获得的教席

认可首先来自国外。英国皇家学会(Royal Society)于1841年授予他科普利奖章,并于1842年选他为外籍会员;巴伐利亚科学院于1845年将他选为正式会员;柏林和都灵将其吸收为通讯会员。当时他已在纽伦堡理工学校任职(始于1833年)。1849年,他成为巴伐利亚科学院物理陈列室的馆长及慕尼黑的讲师,直到1852年——他去世前两年——他才在那里获得了物理学教授席位。

他后期的工作转向了声音。1843年,他提出了生理声学原理:耳朵将音乐音调感知为一组构成的纯谐波分量。这个被称为欧姆声学定律(Ohm's acoustic law)的想法是一个真正的贡献,但后来研究证实它并不完全正确。物理学家奥古斯特·塞贝克(August Seebeck)揭露了欧姆在解释组合音时存在的不合理假设,欧姆承认了这一点。《分子物理学文集》(Beiträge zur Molecular-Physik)于1849年出版。

为什么格奥尔格被称为天才

所展现出的特定能力是类比迁移——认识到一个领域内已解决的问题在结构上与另一个领域内未解决的问题相同。傅里叶已经解决了热传导问题。欧姆的洞察力在于,导线中的电也是同样的数学实体:一种由差异驱动并受到介质性质阻碍的流动。做出这种识别要求他同时保持两种东西,而他的同时代人大多将它们分开——测量细导线中微弱电流的精细实验工作,以及他按照朗斯多夫建议从欧拉和拉普拉斯那里自学的欧洲大陆分析数学。1820年代的德国物理学界并没有这样做。这正是这本书出版后反应冷淡的原因。

反面案例也值得重视。欧姆定律并不是牛顿定律那样的自然定律;它是一种适用于大量有用材料的经验规律,对许多其他材料则失效,且欧姆自己的公式基于后来被取代的电的流体模型。他在组合音问题上错了,不得不公开承认。按照任何普通标准衡量,他的职业生涯是一段漫长的平庸教书生涯,中间被科隆实验室的两年卓有成效的研究打断。幸存下来的不是他的全部工作,而是一个单一的关系——尽管这恰好是后来整个电气工程建立的基础,在那个尺度上正确一次并非小事。

遗产

欧姆于1854年7月6日在慕尼黑去世,葬于老南部公墓(Alter Südfriedhof)。他的名字成为了一个单位:欧姆,符号Ω,是国际单位制中的电阻测量单位。有一个合理的论点是,没有其他物理学家的名字像他这样,被那么多除了他的名字以外对他一无所知的人频繁提及。这位自学成才的锁匠之子,最终成为了地球上衡量每一个导体的标准。

与伟人比较

Benjamin Franklin vs Nikola TeslaCarl Sagan vs Werner HeisenbergAlan Turing vs Charles DarwinIsaac Newton vs Michael Faraday
查看排行 →所有对比 →

神童

Momiji NishiyaMomiji NishiyaFirst Olympic women's street champion, winning gold at age 13Emily BearEmily BearPlayed the White House at six, won a Grammy at twenty, scored a…Summer McintoshOlympic finalist at 14, world-record holder and triple Olympic…Laurent SimonsGraduated University at 11 — Belgian Prodigy with Electrical…
神童 →

玩一玩,明天再来

每日天才挑战 · Brain teaser
In a race, you overtake the person in 2nd place. What place are you in now?
点选你的答案 ↓
你是哪位天才? 免费智商测试