与光学在十八世纪的缓慢发展形成对比的，是电学在这个时期的快速发展。十七世纪时，望远镜和显微镜的发明激发人们对光学问题进行很多研究人，但是在这以后不久就很少有什么新的推动力了。与此相反，电学却变得时髦起来，特别是在公元1745年发现了电震以及紧接着又弄清楚闪电就是放电之后。人们对电震所能起的活力作用作了过高的医学估价，有的人甚至认为电就是自然界的宇宙活力。例如，我们当还记得拉马克就把电和热看作是驱使生物进化的力量。美以美教派的创始人约翰？韦斯利（John Wesley，公元1703－1791）宣称“电是宇宙之灵魂”。德国的自然哲学家们也几乎持有这个观点，因为他们对电所显示出来的两极对立现象非常振奋。
电学的近代研究同磁学研究一样，可以说是都是从十六世纪科尔彻斯特的威廉？吉尔伯特的工作开始的。古希腊人已经知道琥珀显示电的性质，吉尔伯特则证明琥珀并不是唯一的这种物质，他发现玻璃、火漆、硫磺、宝石经过磨擦后，也能吸引纸屑和稻草。他指出电和磁是不同性质的力；磁力只对天然磁石和铁起作用，并使它们对着特定的方向；电力则能作用于许多种材料，并且没有一定的方向。在十七世纪，发明抽气机的奥托？冯？格里凯制造了一部可以产生大量电荷的起电机。他安装了一个能连续转动的硫磺球，用手或布片磨擦硫磺球来产生电荷。另一件重要的电学仪器是收集电荷的莱顿瓶，它和电震现象都是莱顿大学的皮得？范？马森布罗克（Pieter van Musschenbroek，公元1692－1761）在公元1745年发现的。马森布罗克将电荷从起电机中用金属线引出来，通到水瓶里，企图将电荷保留在瓶里而不消失。他一手握瓶，另一只手触到金属导线，当他这样做时他感觉到“手臂和身体产生一种无法形容的恐怖感觉，总之我以为我命休矣”。
美国费拉德尔菲亚的本杰明？富兰克林（Benjamin Franklin，公元1706－1790）利用这些仪器进行了一系列研究，证明闪电是一各电力性质。在公元1749年，他指出闪电和电火花两者事实上都是瞬时的，并且产生相似的光和声；它们都能使物体着火，都能熔解金属；它们都能流过导体，特别是金属，并且都集中在物体的尖端；它们都能破坏磁性，或使磁体的极性倒转过来，又都能杀死生物体。他在公元1752年进行了那个著名的风筝实验，将雷雨云层中的电荷收集到莱顿瓶里，并且证明了这种电荷同起电机所产生的电荷在效应上是一样的。为了解释他所知道的电现象，富兰克林设想有一种没有重量的电流质，渗透整个空间和一切物质实体之中，如果物体内部的电流质密度同外部的一样，这个物体的电特性就是中性的。如果电流质过多，物体就带正电；如果电流质少了，物体就带负电。富兰克林认为光是充溢整个空间的以太的振动，与支持波动说的其他科学家，如在他以前的利昂纳德？欧勒，和在他以后的托马斯？杨一样，也认为空间中的电流质说不定和光以太是相同的东西。
圣彼得堡科学院的弗兰茨？埃皮努斯（Franz Aepinus，公元1724－1802）在公元1759年指出富兰克理论中的一个弱点，即如果在空气电容器的两极之间有电流质的话，那末它就会自动放电。埃皮努斯宁愿将电的吸引力看作是一种超距作用，就象万有引力一样。另一种反对意见认为，电荷好象集中在物体的表面，而不是如富兰克林的理论所设想的渗透整个物体。卡尔特修道院的一位领养老金的斯蒂芬？格雷（Stephen Gray，卒于公元1736年）在公元1729年证明了同样大小的两个橡木方块，一个实心，一个空心，在用同样的办法充电时所显示的电学效应是一样的。这就表明电荷全部集中在木块的表面。约瑟夫？普利斯特列在公元1767年做了一个类似的实验，证明空心的带电体对于空腔内部的电荷没有作用力，在这以前牛顿已经证明，如果引力是随着到引力中心的距离平方而减弱的话，中空的球状体对于空腔内部的物体就没有引力作用。根据这样的类比，普利斯特列得出电的作用力也遵守平方反比律的结论。在公元1750年，剑桥大学的约翰？米歇尔（John Michell，公元1724－1793）就已发现，同性磁极之间的斥力遵守平方反比律。他把一块磁铁用线悬挂起来，再用另一块磁铁推拒它，从线的扭转程度来测定斥力的大小。法国的工程师库伦（Coulomb，公元1738－1806）重新发现了米歇尔的扭秤，并在公元1785年到公元1789年间用它证明电和磁的吸引力和排斥力都遵守平方反比律。至少对于法国物理学家来说，这些发现似乎已经证明电力和磁力，都是与万有引力同类的力，都能通过空虚空间进行超距作用，又都遵守平方反比律。
德国的自然哲学家则是从另一个角度对电与磁发生兴趣，即对极化现象感到兴趣，因为这个例子好象完全证明了他们所假定的两个对立极之间的辩证张力或者使杂乱变为有序的力。因为在他们的哲学中，推动自然界发展的力量只有一种，那就是世界精神，他们认为光、电、磁、化学力都是相互联系的，都是同一事物的不同侧面。谢林的门徒之一，哥本哈根大学的物理学教授汉斯？克利斯提安？奥斯忒（Hans Christian Oersted，公元1777－1851）在公元1807年宣称他正在研究电和磁的关系。富兰克林在公元1751年已证明用莱顿瓶中的电荷可以使铁针磁化或退磁。但是莱顿瓶只能供给瞬时的电流，在公元1799年伏打电池发明后才为连续电流提供了电源，正是用了这种电源，奥斯忒才得以在公元1820年这种电流的磁效应。他证明一根通电的导线会绕着磁极旋转，反之，一个磁铁有绕一根固定的通电导线旋转的趋势。奥斯忒用他的学派所特有的术语写道：“我们将在导体中和其周围空间中所发生的这种效应称之为电冲突。看来所有非磁性体都能为这种电冲突透过，但磁性体则抗拒它通过，因此它们就能在冲突力量的推动下运动。……从上述事实，我们还可以推出这种冲突呈现为圆形的，否则就不可能发生这样的情形：将闭合导线的一段放在磁极下面时，磁极被推向东方，而放在磁极上面时，就被推向西方。其原因是，只有圆才具有这样的性质，其相反部分的运动方向相反。”
奥斯忒的发现引起人们很大的兴趣，因为当时知道的主要的力都是直线推拉性质，例如引力、电和磁的吸引和排斥，而奥斯忒现在却发现了一种旋转力。这个现象使法国牛顿学派的物理学家特别迷惑不解，因为他们最坚决地认为一切作用都是推力和拉力的超距作用的结果，并且都服从平方反比律。可是法国多种工艺学院的安培于公元1820年末证明，通有电流的圆形线圈象普通磁铁一样，有推拉的吸引和排斥作用。根据这一发现，安培在公元1825年提出一种假说，认为磁化的微粒中存在着很小的无阻抗的圆形电流，由此而产生磁性。
德国学派的另一个成员托马斯？塞贝克（Thomas Seebeck，公元1770－1831）曾协助歌德做过科学研究，他致力于寻找热和电的关系。在公元1822年他发现，如果加热两种不同金属的接点时，就会产生电势，如果电路是闭合的，就会有电流流过。塞贝克的这个热电源与当时的伏打电池不同，热电源产生的电势很稳定。另一位德国人，后来是慕尼黑大学的物理学教授格奥尔格？欧姆（Georg Ohm，公元1787－1854）在公元1826－1827年间用这种电源研究电路中的电势、电流和电阻之间的关系。欧姆是在傅立叶于公元1822年所发表的关于热流过导热体的研究工作的影响下从事这项工作的。欧姆将电势比为温度，将电流的总量比为一定量的热，希望能对电的流动作出类似的分析。
将电效应同其他现象联系起来的最重要的研究是迈克尔？法拉第作出的。他是戴维在伦敦的皇家学会的助手和继承人。法拉第开始是继续戴维的化学研究，但后来就越来越多地进入到物理学的领域。公元1826年他在研究丁烯和丙烯时发现了同分异构体的事实。在公元1833年他确定了相同的电量可以分解相同当量的化学物质。这第二个发现表明，如果化学物质是由原子构成，那末电池也应当具有微粒的特性。可是法拉第对于这个前提和结论都否定了，他宁愿采取这样的看法：“物质到处存在，没有不被物质占有的中空地带。”
法拉第的物理研究还有更重要的意义。人们早就知道，磁铁能使邻近的铁块感应带磁，也知道电荷能在邻近的物体中感应出另一种电荷。法拉第认为电流也应当具有这种效应。他从公元1822年左右起开始寻找这种效应，他先写下在自然现象之间的一系列可能联系，然后进行侦察，有的确实被他找到了。在公元1831年他发现电磁感应现象，证明一个电流可以产生另一个电流，这个现象把机械运动、磁同电流的产生普遍地联系在一起。他发现当一个金属线圈中的电流强弱发生变化时，能在一个邻近的线圈中感应出一个瞬时电流。如果将通有恒定电流的线圈（或者同样用一个永久磁铁也行）在第二个线圈附近移动，也会产生同样的效应。正如奥斯忒发现了电动机的基本原理一样，法拉第也发现了发电机的基本原理。
为了解释当时所已知的电磁现象，法拉第发展了一种具有他个人特点的世界图象。前面已经讲过，他反对物质的原子说，因而也否认力可以通过空虚空间而起超距作用的观念。法拉第认为物质是无所不在的，是一种象以太那样的连续介质，这种介质也就是传递自然界的各种力的媒介。按照法拉第的设想，弥漫全空间的以太是由力的线或力的管子组成的，这些线或管子将相反的电荷或磁极连结起来。在磁场中用小罗盘，或在一张纸上洒上铁屑，就可看到联结相反两极的线，因此组成磁场的线可以标志出来。对法拉第来说，这些力线和力管具有实在的物理意义。每一条力线相应于一个单位的磁性或一个单位的电荷。许多力线组成一个力管，它联结相反两极或相反电荷，力管在任一点的方向就是磁场或电场在该点的方向。力线从它们的源泉──磁极或电荷──发出，力管沿力线伸长方向的横截面先是增加，然后缩小。力管横截面的大小是磁场或电场在这个截面上的强度的量度。沿着力管的伸长方向，场强同截面积的乘积是个常数，其大小是由组成力管的力线多少所决定。法拉第假设力管在伸长的方向有收缩的趋势，而在侧向有扩张的趋势，因此联结异性磁极或电极的力管就 有将它们拉在一起的趋势。同性磁极或电极的互相排斥是因为它们所发射出来的力管不能联接，而是相互排斥，这是它们的侧向扩张趋势所致。法拉第还对电磁的吸力和斥力遵从平方反比律提出了一种解释，认为这是因为磁力线和电力线发出后，在几何上随距离平方稀疏起来。在电磁感应的问题上，法拉第提出在一个导体中所感应出来的电荷量决定于所通过的磁力线数目，所产生的电动势则同切割磁力线的速率成正比。
在发现电磁感应后，法拉第又对物体如何影响电力场进行了研究。在公元1837年，他发现用两块由绝缘材料隔开的导体板组成的电容器，同一个维持恒定电势的电源联接起来，就能取得一定的电量，而电量的大小则视所用的特定绝缘材料而定。当两块板由真空隔开时，电容器获得的电荷量要比用绝缘材料隔开时小。法拉第把电容器在这两种情况下所获得的电荷量的比称为绝缘材料的电容率。为了解释这项发现，法拉第设想绝缘体中的电力线要比真空中的电力线稠密，其稠密程度同绝缘材料的电容率成正比，因此电容板就在电力线的尽头容纳较多的电荷。在公元1845年，法拉第发现物体和磁力场之间也存在类似的相互作用。他发现许多被称为抗磁的物质，在做成条状时，在磁场中的取向就倾向于同磁场交叉，并与磁力线成直角。这种取向不同于铁条和另几种被称为顺磁性物质，后者顺着磁场方向，和磁力线平行。为了解释这些效应，法拉第假定磁力线在抗磁物质中变稀，在铁与其他顺磁性物质中变密。
法拉第是在研究光、磁、电之间的关系时，偶然发现抗磁现象的。他把一块玻璃放在一个强电磁铁的两极之间，看到玻璃取向与磁场正交。在用一束偏掁光顺着磁力线透过玻璃时，他发现光的偏振面有了改变。这种磁与光的相互作用使他在公元1846年伸出一个假说，认为光可能是沿力线方向的波动。法拉第问道：“在某种学说中用来解释辐射和发射现象的振动，是否有可能在力线中发生呢？因为力线连接微粒，所以也就将物质连在一起。如果接受这种见解，那末另一种见解所假定的作为这些振动发生的介质即以太，就不再需要了。”
法拉第提出的问题是向光的电磁学说迈出的第一步。光的电磁说是克拉克？麦克斯韦（Clerk Maxwell，公元1831－1879）在公元1862年提出的。推动这一学说的发展的是一系列对静电和电流关系的研究，特别是对电流速度的估计。伦敦的物理学教授查理？惠斯通（Charles Wheatstone，公元1802－1875）在公元1834年用一个旋转镜研究了长电路两端之间的火花以测量电流的速度。他估计的结果是电的速度相当于光速的一倍半。法国的斐索在公元1850年得出电流的速度在铁线中是光速的三分之一，在铜线中是光速的三分之二。最后，海德尔贝格的基尔霍夫在公元1857年证明，静电和电流是以一个常数相联系，这个常数的量纲是速度。他将两个静电荷的吸引力与他们放电时所产生的磁力相比较，证实了这个常数同光速的数值相同。
克拉克？麦克斯韦先是伦敦大学的自然哲学教授，后来到剑桥大学任教。他努力想将法拉第对电磁现象所作的大体上是定性的解释，改为定量的和数学的形式。麦克斯韦首先发展了法拉第力线观念的定性描述，引进了光的波动说中的以太。麦克斯韦设想力线是绕着自身的轴旋转的以太管，这种旋转的离心力使以太管向侧面扩张，向纵的方向收缩，就同法拉第为了解释吸引和排斥时所设想的一样。但是朝相同方向旋转的两个相邻的以太管，在接触点上的转动将是相反的，这个观念在力学上是不可能出现的。麦克斯韦于是再假设以太管之间存在着微粒层，这些微粒的转动方向与以太管相反，就象滚珠轴承或游轮的情况那样。如果所有以太管都以同速旋转，微粒的位置就不变；否则就有某一个微粒做直线运动，其速度等于管子两侧圆周速度的平均值。这样一来，如何通过某种手段使一个以太管的转动速度发生变化，就会在整个系统中把扰动传播开来，而微粒就会以直线运动从一个以太管滚向另一个以太管。麦克斯韦认为这些微粒具有电的性质，因而设想微粒这样运动起来就成为电流。
相反，如果有一个微粒偏离其正常位置，那就会在邻管上起一种切向应力作用，由于这些管子具有弹性，它们就将帮助偏离的微粒恢复其正常位置。麦克斯韦设想两块电容板之间的静电场中存在这种应变状态，板上的电荷使电微粒移位，微粒反过来又对两极之间的以太管施加应力。根据他的以太模型中的振动应力和应变的各种可能性，麦克斯韦就从制约这个模型力学的动力学规律推出波动式扰动在以太中的传播速度等于光速。所以，看来光是一种电磁现象，或者象麦克斯韦所说的：“光是引起电磁现象的那种介质中的横向波动。”在其他不同于空虚空间以太介质的物质内部，麦克斯韦证明，电磁波的传播速度应当等于光速和该物质的电容率的平方根的乘积，由于光在透明物质中的速度依赖于其折射率，因此一种物质的电容率看来应当等于其折射率的平方。这个预见后来得到了证实。
麦克斯韦并没有作许多实验来证实从他的理论上引伸出来的各种预见，也没有进一步从定性方面发展电磁以太模型以及假想的电微粒或电子观念。在他的晚期著作中，他抛弃了以太模型，专门研究他为以太中的波动式的扰动所推论出的数学方程式，并将这些方程式应用于光学现象。其他一些科学家，尤其是格拉斯哥的凯尔文勋爵，则以力学模型为基础，用类比的来解释所研究的各种自然现象，他们看到理解麦克韦的数学工作中的某些困难，就想用其他的以太模型将光、电、磁等现象总括起来。凯尔文在公元1884年写道：“在我没有能给研究对象建立起一个力学模型之前，我是永远都不会满足的。如果我能成功地建立起一个模型，我就能理解它，否则我就不能。因此我不能理解光的电磁说。我希望尽可能理解光是什么，而不引进使我对光理解得更差的东西。因此我坚持要用简单的动力学来解释光，因为在力学上，而不是在电磁理论上，我能找到一模型。”
因此，凯尔文在公元1890年就想用麦古拉的光以太来解释光、电、磁的现象，这种以太的元素被假定为能抗拒转动应力，而不抗拒线性位移。凯尔文假定电效应是由麦古拉元素──以太──的平动（translatory motions）引起，磁现象是由转动引起，光是波动式的振动引起。可是麦古拉模型暗示着对透明介质施加电场将会改变光在介质中的速度，而这并不符合实际情况。在十九世纪下半叶还出现了许多别的以太模型，它们在解释当时的光、电、磁的多种多样现象上各有程度不等的成功。某些人甚至想将物质的各种性质都装进以太模型里来，例如在公元1867年凯尔文设想物质的原子是以太中的涡环，就象是空气中的烟圈那样的东西，但是用这种说法来解释物质的重量和密度却很困难。最后所有的以太模型，包括为这种假想的介质所提供的绝对空间，都不得不抛弃掉，因为后来证明一个物体的绝对速度，即其相对于以太的速度，是一种毫无意义的观念。
从光的电磁说所作出的一个最重要的推论在公元1883年为都柏林的自然哲学教授菲茨杰拉德（Fitzgerald，公元1851－1901）所提出。他指出，如果麦克斯韦的学说是正确的，那末用纯粹的电学办法使电路中的电流作周期性的变化，就应当能产生出电磁辐射。在公元1853年，凯尔文曾证实莱顿瓶和其他电容器的放电具有振荡特性，电荷在衰退到零时有上下的起伏。因此菲茨杰拉德提出，放电的电容器可以作为产生麦克斯韦理论所预言的电磁波的一个很好的电源，并指出波长越短，所载能量就越大，也就越容易侦测。
这样的侦测电磁波的仪器由海因里希？赫兹（Heinrich Hertz，公元1857－1894）在公元1886年发明了，他后来当了波恩大学的物理学教授。他发现，如果将一个导线回路放在一只放电的莱顿瓶或一个正在工作的感应线圈附近，在回路两端的短隙之间就越过电火花。莱顿瓶或线圈中的电磁辐射为回路取得，辐射转为电流，它通过电火花产生间隙放电。赫兹接着利用这个简单仪器进一步证明这种辐射具有和光类似的特性。在公元1888年，他证明电磁波在实验室的墙壁上发生反射，在通过硬沥青的三角棱时能够发生折射。此外，电磁波能象光波一样有衍射、偏振现象，在直线传播时，其速度与光速是同一个数量级。赫兹就这样证实了麦克斯韦的光的电磁说中的最重要预见，他所提供的这些基本发现也为以后的无线电广播和雷达的发展奠定了基础。
[英]梅森
