作者 高关中（德国汉堡）2025/4/7

中学物理中的电学部分，一定会学到欧姆定律：导体中的电流，跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。用公式表示，就是I=U/R,其中：I表示电流，单位是安培；U表示电压，单位是伏特； R表示电阻，单位是欧姆。这三个电学单位，都来自电学先驱的名字，即法国人安培（1775-1836）、意大利人伏打（1745-1827）和德国人欧姆（1789-1854），以表达对这些著名科学家的纪念。这里就介绍一下伏打（Alessandro Volta）。他来自北意大利，是他发明了电池，改变了电学的面貌。

意大利北部有座大城米兰，从米兰乘火车南下，半个小时就到了美丽的古城帕维亚（Pavia）。帕维亚，北距米兰30多公里，论规模，它只有8万人，比米兰小得多。可是论起历史来，却不遑多让。公元6－8世纪，这里曾是伦巴第王国首都。中世纪时，作为独立城邦，它的繁荣程度不下米兰。但到了14世纪，米兰的声势就凌驾其上了，帕维亚转而发展为一个文化中心。在公元825年成立的法律学校的基础上，1361年正式创办了帕维亚大学，在意大利第二古老，仅晚于博洛尼亚大学。帕大是欧洲的名牌学府之一，号称“意大利的牛津”，尤以法律、理工和医学研究著称于世。

小城以帕维亚大学为中心，2万学子为小城带来了蓬勃朝气。宫殿式校园是开放式的，几乎占了半个城市，古色古香，的确不亚于牛津。最富特色是大学每个庭院，都竖有名教授、名学生的塑像，浮雕以及他们事迹的介绍，不下百十座之多，以激发学生们的自豪感，并为他们提供学习的目标。电学泰斗伏打的塑像就在一个大庭院的中央，从大街进入学校主大门，向左侧转就到。

该校最著名的教授就是伏打。2025-08-04，他生于米兰以北的小城科莫（Como，人口9万），出身贵族家庭。小城偎依在风光秀丽的科莫湖畔，距瑞士边境只有5公里。伏打受到良好的教育，喜欢钻研电学，在家乡任教一段时间，科研声名鹊起，1779年受聘帕维亚大学担任试验物理学教授，干了近40年，直到退休，其间曾任校长。2025-08-04在家乡科莫去世，享年82岁。小城立有伏打的雕像，以致纪念。还设有伏打博物馆（Tempio Voltiano），献给科莫城这位最优秀的儿子。

伏打很早就开始静电研究，曾发明起电盘，又称静电起电机，可以通过摩擦产生静电。他还在1776年发现了沼气，发明了可以研究气体燃烧时容积变化的气体燃化计。今天，沼气主要用来做生活燃料，因此沼气是解决农村燃料问题的重要途径之一。这恐怕是伏打没有想到的。

然而对科学影响更大的是，伏打发明了电池，改变了电学的面貌。这一成就的取得，受到了电生理学研究的先驱伽伐尼（Luigi Galvani，1737-1798）的启发。

伽伐尼出生于意大利北部博洛尼亚一个旧式的富足家庭，父亲是一位金匠。伽伐尼从小接受了正规教育。长大后入读博洛尼亚大学，获得医学博士学位。1775年，他被聘为母校解剖学教授，开展教学与科研工作。

伽伐尼在一次实验时，用手术刀尖接触剥了皮的青蛙腿神经时，发现青蛙腿肌肉出现了轻微的痉挛，像触电一样。他排除了雷电、起电盘等可能引起的干扰后，仍然得到同样的结果。原来青蛙是自带电源呐！于是，伽伐尼创造了“生物电”的理论，认为金属导体激发了原本储存在青蛙腿里的电，从而带动了它的运动。

1791年，伽伐尼将此实验结果写成论文《肌肉运动的电效应》公布于学术界，立即引起了物理学家和生理学家的极大兴趣。

伏打读到伽伐尼的论文时，也感到这位大佬的理论甚是惊为天人，于是便开始重复伽伐尼的实验。现象是重复出来了，可伏打却提出了自己的理论：“蛙腿抽动的电能，不是来自青蛙，而是来自与蛙腿接触的金属”。

为了证实自己的假设，他把两种金属放到自己舌头上，此时会有微麻的感觉，这说明在不同的金属间产生了电。而蛙腿，只是受到了金属电的影响，作用跟个电流计一样。

伏打发表了这一结果，当众打脸伽伐尼。伽伐尼岂能坐以待毙，“既然伏打说不同金属间有电压差，那我用一样的总可以了吧”。他立刻找了两个相同的铁钩子去触碰蛙腿，照样观察到了抽搐。

伏打也不是吃素的，他反驳道：“伽伐尼，你的金属不纯啊，里面杂质太多，肯定有小电流”。

伽伐尼压住心里的火儿，找来了高纯的汞来重复实验，结果也成了。青蛙腿一蹦哒，伽伐尼笑嘻嘻。伏打的打脸被反弹了。

“生物电”和“金属电”，似乎都能解释“青蛙腿跳动”现象，二人你来我往，十分热闹。

从两种金属到同种金属，从杂质金属到高纯金属，从金属到木炭，从木炭到纯青蛙。伏打怼了伽伐尼一路，但伽伐尼每次都把伏打的理论巧妙化解，摁着摩擦。屡败屡战的伏打似乎也偃旗息鼓，渐渐不再发声。

如此一来，伽伐尼的“生物电”理论似乎大获全胜。1798年，伽伐尼去世，活了61岁。伽伐尼故居保存至今，可在博洛尼亚市中心Via Marconi, 25号看到。博洛尼亚的伽伐尼广场以他命名；广场中有一尊大理石纪念雕像，表现了伽伐尼观察他的青蛙实验的场景。雕像面向大学堂（Archiginnasio，音译阿奇吉纳西欧宫）, 后者曾是博洛尼亚大学主楼，如今为图书馆。

然而，故事还没完。

伏打其实并没有泄气，而是在憋另一个大招。他不再跟青蛙们较劲，而换了一种不用杀生的方式来证实自己的“金属电”理论。

伏打找来一块锌板和一块铜板，把它们分开浸泡在浓盐水中（代替原实验用的青蛙腿）。在这个简单的设计里，他居然检测到了电流。这就是“金属电”啊！

伏打在金属电实验时还发现了这样一个序例：铝、锌、锡、镉、锑、铋、汞、铁、铜、银、金、铂、钯。在这个序列中任何一种金属与后面的金属相接触时，总是前面带上负电，后面带正电。这就是如今初中生都非常熟悉的金属活动性顺序表的前身。

2025-08-04，伏打正式对外宣布：电荷就像水，在电线中会由电压高的地方向电压低的地方流动，产生电流，这就是电势差。伏打最终证明了自己的理论。但人们的鼓掌欢呼，在伏打看来无关紧要，因为他最想给展示的那个人——伽伐尼——已经在坟墓里躺了两年。

伏打没有停下脚步，他又试图扩大自己装置的规模。他把一个金属锌环放在一个铜环上，再用一块浸透盐水的纸或呢绒环压上，再放上锌环，铜环，如此重复下去，10个、20个、30个叠成了一个柱状，便产生了明显的电流。柱叠得越高，电流就越强。伏打称之为电堆，实际上这就是人类历史上第一块电池，即后人所称的伏打电池。其电压可达几伏到几十伏，这在今天不算什么，然而，在当时，与摩擦起电和莱顿瓶相比，伏打电堆已经可以为科学实验提供足够的电能了，从而为随后的“电气时代”拉开了帷幕。于是20年后，安培发现安培定律；再过11年，也就是1831年，法拉第发现电磁感应，从此人类进入电气时代。

就电池本身来说，伏打电堆的发明，引起了科学界的电池研发之路。1836年，英国科学家丹聂耳（John Frederic Daniell，又译丹尼尔，1790-1845）对“伏打电堆”进行改进：使用稀硫酸作电解液，制造出能保持稳定电流的锌铜电池。因为这种电池能充电，可以反复使用，所以称它为“蓄电池”。1887年，丹麦发明家和实业家赫勒森(Wilhelm Hellesen，1836-1892)发明了最早的干电池。其电解液为糊状，不会溢漏，便于携带，因此获得了广泛应用。现代社会，电池在人们生活中已无处不在。智能手机、笔记本电脑、很多常用的电动工具，年轻人和孩子们的玩具或者机器人，乃至重要的电动汽车，核心都需要用到电池。此外，在一些专业领域，如心脏起搏器、太空卫星，这些也都需要电池技术。追根寻源，人们不忘伏打的开拓之功。

伏打的发明，当时就很轰动。拿破仑曾在巴黎亲自观看伏打的电学实验，封他为伯爵。我们中学物理课皆学过，把电压和电动势的单位叫做伏特（Volt），即从他的名字Volta，去掉a而成，简称“伏”，就是为了纪念这位杰出的物理学家。

从现代科学的角度看，伽伐尼和伏打的理解都没错。伏打研究的是金属间的电位差，即金属电；而伽伐尼发现的“电”则来自于生物体内的细胞，“生物电”也是存在的，这也解释了青蛙神经连接蛙腿，也能造成蛙腿跳动的现象。伽伐尼的研究，证实了电可以导致生物神经冲动的传导，从而奠定了电生理学的基础。今天常用的脑电图和心电图，就属于电生理记录，广泛用来帮助诊断病情。

伽伐尼和伏打二人惺惺相惜，虽然分歧严重，但仍然彼此尊重。伽伐尼的一个偶然发现，引出伏打电池的发明和电生理学的建立，这在科学史上一直传为佳话。伏打真诚地赞扬说，伽伐尼的工作“在物理学和化学史上，是足以称得上划时代的伟大发现之一。”伏打甚至以伽伐尼的名字发明了“galvanism”（流电）这一术语，以描述化学活动产生的直流电。今天，关于生物学中伽伐尼现象的研究被称“electrophysiology”（电生理学）。

就这样，伏打在伽伐尼启发下发明电池，他成为帕维亚大学的骄傲，至今为师生们作为榜样津津乐道。

顺便说几句。在帕维亚大学的教授中也不乏诺贝尔奖的获得者，如1906年获医学奖的卡米洛·高尔基（Camillo Golgi，1843-1926），主要研究细胞学。更早的安东尼奥·斯卡帕（Antonio Scarpa，1752～1832）在解剖学方面做出了重要的贡献。而文艺复兴时期的吉罗拉莫·卡尔达诺（Girolamo Cardano，1501-1576）更是多方面的学者，他对现代概率论有开创之功。还发明了许多机械装置，包括万向轴，对流体力学也有贡献。