威廉·吉尔伯特

1600 年，伦敦一位颇有名望的医生出了一本拉丁文书，书名很长：《论磁、磁体与大磁体地球》。他在书里说，罗盘之所以指北，不是因为天上的北极星在拉它，也不是北方有一座磁山，而是整个地球就是一块大磁石。

证据是他亲手磨出来的：把一块天然磁石磨成圆球，叫它 terrella，「小地球」。拿一根小针在球面上从「赤道」挪到「两极」，针的倾斜就跟水手在海上看到的一模一样。

科尔切斯特的司法官之子

威廉·吉尔伯特生在英格兰东南的科尔切斯特，父亲杰罗姆是镇上的司法官，家里几代经商，相当殷实。他的生年过去一直写作 1540 年，二十世纪的研究者找到更可靠的证据，改定为 1544 年。

十四岁上剑桥，读的是圣约翰学院的标准课程：亚里士多德的自然哲学、盖伦的医学、托勒密的天文学。据后来研究他的物理学家蒂利与史学家庞弗里说，他正是在这里接触、然后抛弃了这一套正统。1569 年拿到医学博士，留校做过一年司库，大约 1571 年到伦敦开业。

他的私人文稿一份也没有留下，生平所知不多。他什么时候开始私下研究磁学，也说不准：书里暗示是 1580 年代，庞弗里认为至迟在 1590 年代。

伦敦：医生、水手与仪器匠

伦敦给了剑桥给不了的东西。庞弗里与蒂利写道，这里是航海知识、仪器制作与应用数学的中心，而吉尔伯特一反当时学者的习惯，主动去找领航员和仪器匠，收集他们关于磁石与罗盘的数据。

其中最要紧的是仪器匠罗伯特·诺曼。他 1581 年出版《新吸引力》，报告了一件怪事：磁针悬得足够平衡，被磁石摩擦之后，除了指向南北，还会向地平线以下倾斜一个角度——磁倾角。在伦敦，这个角度大约是七十多度。诺曼不知道别处会是多少，也说不出为什么。

吉尔伯特的本业则一路顺遂。1581 年他成为伦敦医师学会会员，此后多次出任监察官，1587 年起管了十余年的账。宫中的赞助人看重他在海军与热带病方面的经验，他也因此常和德雷克、卡文迪什这样的航海家打交道。1600 年初，他当选医师学会会长，又成了伊丽莎白一世的御医之一。据庞弗里说，《论磁》正是在他声望稳固之后才付印的。

小地球

《论磁》的中心假设，据庞弗里与蒂利推测，吉尔伯特在 1580 年代初就已形成。验证它的办法是今天所说的模型实验。

他用磁石磨出小地球，在上面画出经纬线，再用一根可以自由转动的小针——他叫 versorium，「转针」——贴着球面一点点挪。结果是：

• 在小地球的「赤道」上，针平躺；
• 往「北极」挪，针头越来越往下扎；
• 到了极点，针竖直指向球心。

这正是诺曼在伦敦看到的现象，只不过现在整个规律都摆在桌面上了。吉尔伯特的推论很干脆：地球上的磁针之所以这样，是因为地球本身就是一块同样的磁石。第五卷据此给出了倾角随纬度变化的规则，并设想水手可以在看不见星星的夜里用倾角求纬度。

他的朋友、航海数学家爱德华·赖特在卷首献词里激动地说，就算这本书只写了这一件事，英国、法国、尼德兰和丹麦的船长们在黑夜浓雾里驶进英吉利海峡时，也会认为它值「不小的一笔黄金」。赖特称吉尔伯特是「我在这门磁学上的老师」。据庞弗里说，两人从 1599 年起密切合作，赖特不仅提供了数据和献词，还执笔了书中几章技术性的内容。

琥珀与转针

第二卷第二章讨论一个古老的问题：琥珀摩擦后为什么能吸起草屑？此前人们往往把它与磁石混为一谈。

吉尔伯特做了一根金属转针，这回不必磁化，只要轻轻支在针尖上就行。把摩擦过的琥珀凑近一端，针立刻转过来。这是最早的验电器。有了它，他一样样试下去，发现能这样吸引的远不止琥珀：玻璃、硫磺、封蜡、树脂、水晶和多种宝石都行；金属、大理石、木头则不行。他把前一类叫做 electrica，取自希腊文的「琥珀」——这就是后来英语 electric 与 electricity 的来源，后者要到 1646 年才在托马斯·布朗的书里出现。

他同时把两种吸引分得清清楚楚：磁石只吸铁，隔着火焰照样吸；摩擦过的琥珀什么都吸，但一点火焰、一层湿气就能挡住它。一个是物体本身的属性，一个要摩擦才有。电与磁从此分家——直到两百多年后奥斯特的那根指南针，才又被接回一处。

书里的其他发现

《论磁》对磁静力学的定性描述几乎是完整的。其中几件至今仍是课堂演示：

• 把一块长磁石锯成两段，每段都各有南北两极，断面处的两极互相吸引；
• 铁烧到通红就不再被磁石吸引，磁化过的铁在火里久烧会失去磁性；
• 铁条沿南北方向摆放、趁热锤打，不用碰磁石也会被地磁化；
• 古书上说大蒜涂过的磁石不再吸铁、钻石在旁边也会让磁石失灵，他称之为抄书人以讹传讹的「无稽之谈」。

他也有看错的地方。第四卷认为磁偏角（罗盘偏离正北的角度）是由大陆凸出的地形造成的，且「在任一地点恒定不变」。1635 年，格雷沙姆学院的亨利·格利布兰德比较前后几十年的测量，发现伦敦的偏角一直在变。

转动的地球

《论磁》最后一卷走得更远。吉尔伯特主张地球每天绕轴自转，而推动这一自转的正是地球的磁性，他把它称为地球的「灵魂」。他据此反对托勒密体系里那层每天绕地一周的最外层天球。

庞弗里与蒂利称这是「第一套哥白尼式的物理学」。它很快被淘汰，但留下了一个要紧的想法：磁力隔着空间起作用，天体之间或许也有类似的力。他在死后才出版的《论我们月下世界的新哲学》里把这套宇宙论写得更完整，书里还有一幅望远镜发明之前画的月面图。

伽利略与开普勒

这本书在欧洲大陆传得很快。开普勒 1609 年的《新天文学》借用了吉尔伯特的磁学：太阳转动时放出一种力推动行星，行星本身像磁石一样有两极，时而被推近、时而被推远——他用这个解释轨道为什么是椭圆。

伽利略在 1632 年的《关于两大世界体系的对话》第三天用了二十多页讨论《论磁》。书中辛普里丘问：「你莫非也赞成吉尔伯特的磁学哲学？」萨尔维阿蒂答：是的，而且凡是认真读过这本书、核对过他实验的人都会同意。接着他说：

我极为赞赏、钦佩、也羡慕这位作者。

他的遗憾是吉尔伯特不够数学，没能把实验结果化成更严格的证明。

赞扬是有代价的。据庞弗里说，1633 年审判伽利略时，一位审查官把吉尔伯特称作「乖张好辩的异端」；耶稣会学者随后写了一系列著作，把磁性解释成让地球保持不动的一种亚里士多德式性质，1628 年卡贝奥的《磁的哲学》是其中最出色的一部。另一边，英国的雷恩把吉尔伯特和伽利略并称为「哲学自由的捍卫者」。

英国本土的评价更复杂。弗朗西斯·培根在《新工具》里说，炼金术士从几个炉子实验里编出一套哲学，「我们的同胞吉尔伯特从磁石的观察里也编出了一套」；在别处他说吉尔伯特「自己变成了一块磁石」，把太多东西都归到了磁力头上。诗人德莱顿则写道：「吉尔伯特将永生，直到磁石不再吸引。」

御医之死

1603 年 3 月伊丽莎白去世，詹姆斯一世续聘吉尔伯特为御医。同年 11 月 30 日（按当时英格兰仍用的儒略历；公历为 12 月 10 日）他去世，大概死于当年在伦敦流行的瘟疫，葬在故乡科尔切斯特的圣三一教堂，墙上的大理石纪念碑至今还在。他终身未婚。

他把藏书和仪器遗赠给医师学会，1666 年伦敦大火把学会连同他的故居温菲尔德楼一并烧毁。

同父异母的弟弟（也叫威廉）把他的遗稿整理成一部手稿献给王室图书馆，1651 年在阿姆斯特丹出版。韦斯特福尔认为这其实是两篇原本各自独立的论文；庞弗里则指出，这本书缺少《论磁》那种彻底的经验精神，出版后没有给他的名声添彩。

被加上去的故事

较早的传记里流传着两个故事：他在伦敦的住宅温菲尔德楼是一个早期学会的聚会地；他与伽利略的朋友萨格雷多、威尼斯修士萨尔皮都有通信。

韦斯特福尔在莱斯大学「伽利略计划」的名录里写道，这两件事都查无实据。庞弗里给出的材料要细一些：寄住在那里的书信作家约翰·张伯伦说过温菲尔德楼是个谈论学问的地方，但这与「学会」是两回事；吉尔伯特唯一存世的一封信（1602 年写给巴洛）提到萨尔皮来信盛赞《论磁》，这说明两人至少有过一次书信往来。

二十世纪的画家还画过他在宫中向伊丽莎白女王演示磁石的场面，那是三百年后的想象。

「电学之父」的称号也有它的来历。庞弗里与蒂利写道，吉尔伯特没有区分正负电荷——那要再等一百五十年——但第二卷那一章「仍足以为他赢得『电学之父』的称号」。他们也指出，1900 年前后大力推崇吉尔伯特的吉尔伯特俱乐部「未必毫无私心」：方兴未艾的电力工业，正乐于把一位杰出的英格兰先贤奉为电学的鼻祖。

庞弗里在更早为《十七世纪英国哲学家辞典》写的词条里说得更直接：吉尔伯特造了这个词，却被「错误地」称为「电学之父」。他主张把吉尔伯特放回十七世纪的语境里看——当时的读者把《论磁》当作一套「磁的哲学」，而不是一门关于磁石的实验科学。

遗产

吉尔伯特的磁性地球，是地磁学的起点。他用实验表明磁力可以隔空作用，据庞弗里与蒂利说，这鼓励了开普勒、胡克、雷恩，或许还有牛顿，把引力设想成某种类似磁力的东西。庞弗里在辞典词条里也说，英国人对磁力这种「超出机械」的力的持续兴趣，是牛顿引力理论的来源之一。

厘米-克-秒制里的磁动势单位「吉伯」以他命名。

至于那本书本身，1958 年重印汤普森译本的科学史家德里克·普赖斯说：人们很可能觉得吉尔伯特发明了整个现代科学的做法，而不只是发现了磁学与静电的基本定律——他是第一个有韧性把物理学的一整块，从头到尾靠实验与推理系统做完的人。