電學之父：法拉第的故事（修訂版）

10 發現馬達的那一天

舉凡蘋果從樹上落下來，到宇宙間星球的運轉，

牛頓的運動定律都可以解釋，

卻無法說明電、磁、光、熱的現象。

自然界仍在扔出一些人類看不懂的牌。

電（Electricity），這個字來自古老的琥珀（Electrum）——

一種已成化石的樹脂。

因為摩擦琥珀時，琥珀竟然可以吸附一些東西，

不過玩琥珀只變成一種有趣的把戲，這樣吸吸，那樣吸吸。

即使來吉伯特（William Gilbert）提出有些材料也有帶電的習性，

富蘭克林（Benjamin Franklin）提出電有正負電荷特性，

庫倫（Charles Coulomb）發現電荷之間的力與距離平方成反比，

安培（Andre-Marie Ampere）以數學導出電流與電位差有關，

奧斯特提出電流產生的周圍，會產生一種磁力。

但解開這自然之謎仍有待，

法拉第電磁轉動的實驗，

看啊！電磁學已逐漸步上

科學界最炫人的舞臺。

小樓閣就滿足

一八二一年五月，皇家學會宣布法拉第升任為事務與實驗室主任（Superintendent of the house and laboratory）。薪水還是一樣，不過成為主任後，法拉第有權利帶著家庭住進皇家學院的頂樓，這樣他照顧學院裡的一切實驗也比較方便。工作增多、責任加重，薪水卻一樣，這樣是很不合理的，但是為了有家住，為了方便做實驗，法拉第認為皇家學院對他已經夠好了。

法拉第在皇家學院的頂樓小屋裡一共住了四十二年，當他在一八五八年六月二十日，至皇家學院退休時，仍然一貧如洗，沒有自己的屋子。退休當天，兩個好夫婦提著皮箱下樓，他們一出皇家學院的大門，就要露宿街頭了。

沒想到走出大門，迎接著他們的是整齊的英國皇家儀隊，還有英國維多利亞女皇（Queen Victoria）在外，等著這對貢獻全人類的貧窮夫婦。「請搬到漢普頓院（Hampton Court）旁的皇家別墅吧！」法拉第婉拒，因為他付不出租金，女皇說：「不用付租金的。」法拉第還是拒絕，他說：「房子太大，付不出修繕費。」女皇說：「這個費用皇室也包了。」法拉第才接受邀請。

法拉第最可愛的地方，就是他的單純，法拉第最偉大的地方，就是不知道自己有多偉大。

踏出電磁學的第一步

一八二○年九月，戴維與歐勒斯頓從電磁實驗時，法拉第並沒有在場，法拉第那時從事合金的研究——四氯化碳的合成，與對撒拉小姐的追求。

不過，當戴維與歐勒斯頓實驗失敗時，他告訴法拉第。法拉第眼中一亮，他從小就喜歡電學實驗，只是為了化學分析，他放掉電學已經十年了，恰巧一八二○年十二月，他的好友菲力浦已經擔任《哲學年報》（Annuals of Philosophy）的編輯，菲力浦向法拉第邀稿，希望他寫一篇有關歷史上電磁學發展的回顧。法拉第答應朋友的邀請，開始有系統的閱讀過去的研究報告，為了徹底瞭解各種理論，他還要重做每個關鍵的實驗。

一八二一年七月，法拉第交出〈電磁學歷史概述〉（Historical Sketch of Electromagnetism）一文。法拉第一邊閱讀，一邊做實驗時，開始對電磁學產生自己的看法。他知道當奧斯特發現通過電流的導線使磁針偏轉，已經證明通電的導線會產生磁場，但是奧斯特沒有解釋磁場是怎麼產生的。

奧地利的科學家普列特勒（Johann Joseph Prechtl, 1778-1854）提出的解釋是，當電流通過導線時，會在電線的一端形成正極，另一端形成負極，才會讓旁邊的磁針轉向。

安培反對這種看法，他由電的互吸與互斥，解釋磁針偏轉。皇家學院的歐勒斯頓教授接受安培的互吸與互斥論，但認為電流不是沿著直線前進而是以螺旋狀繞著導線前進，因此預測磁鐵接近導線時，磁鐵上面的電與導線上的電，會產生連續性的互吸與互斥，使得導線產生自轉，但是全歐勒斯頓的實驗中，導線並未如預期產生自轉。

電磁轉動

經過仔細地閱讀與實驗後，法拉第想到，磁力如果是一種旋轉的力（circular force），通電的導線應該會繞著磁極轉動，磁極也繞著導線轉動，兩力抵銷就無法轉動。為檢定這種想法，他進行了一個非常有名的實驗。

他在玻璃瓶的中間放一支磁力很強的磁鐵，磁鐵的一端以蠟黏在玻璃瓶上，玻璃瓶中倒入水銀，並使磁鐵的一端露出水銀面，水銀面放一個軟木塞，軟木塞上面夾一支銅線接伏特電極的另一端，並把這支電線也置於水銀中，造成一個通電迴路。

一八二一年九月三日晚上，法拉第把實驗裝置好，把銅線的一端拿在手中，他心裡激動地怦怦跳，他嘴中喃喃道：「應該會吧！應該會動吧！」他的好友伯納爾站在一邊。伯納爾是來這裡吃火雞大餐的，隨後要請法拉第去看賽馬，沒想到他的妹夫，神經兮兮地站在一個杯子前面自言自語。

法拉第把銅線放入水銀液體中；忽然，彷彿有一根看不見的線，拉著小木塞，使小木塞在水銀表面像一艘帆船開始移動。法拉第睜大眼睛，看著小木塞繞著磁棒為中心轉動。「動了！動了！」法拉第跳起來大叫，隨後法拉第呼喚正在烤火雞的妻子也來看，撒拉不知道這是人類歷史上偉大的一刻，電磁轉動（Electromagnetic Rotations）被發現了，不過她知道這是丈夫生命裡偉大的一刻，她讓那隻大火雞焦掉了。

賽馬場邊的分心人

夜裡，裝飾得五彩繽紛的賽馬，在群眾的喧嘩聲中衝刺。在忘情吼叫的群眾中，法拉第顯得有點麻木，他還在想繞著磁棒轉的小木塞。隔天，法拉第改變實驗裝置，這一次把通電的導線固定住，結果磁棒繞著導線轉。法拉第趕快去向歐勒斯頓報告，不巧歐勒斯頓出去旅行，戴維也出國了。法拉第把實驗發現，寄給《科學季刊》（Quarterly Journal of Science），再帶著妻子去海邊度蜜月了。他沒有想到這一篇〈在磁理論上最新的一些電―磁運動）（On some new Electro-Magnetical Motions,and on the Theory of Magnetism）會給他個人帶來深沉地打擊。

10 發現馬達的那一天

舉凡蘋果從樹上落下來，到宇宙間星球的運轉，

牛頓的運動定律都可以解釋，

卻無法說明電、磁、光、熱的現象。

自然界仍在扔出一些人類看不懂的牌。

電（Electricity），這個字來自古老的琥珀（Electrum）——

一種已成化石的樹脂。

因為摩擦琥珀時，琥珀竟然可以吸附一些東西，

不過玩琥珀只變成一種有趣的把戲，這樣吸吸，那樣吸吸。

即使來吉伯特（William Gilbert）提出有些材料也有帶電的習性，

富蘭克林（Benjamin Franklin）提出電有正負電荷特性，

庫倫（Charles Coulomb）發現電荷之間的力與距離平方成反比，...

【自序】我的老朋友——法拉第

法拉第是我的老朋友，縱使我們的年齡有一百六十三歲的差距，卻無損我對法拉第喜愛的程度。其實，早在高中時代，我就讀過法拉第定律，然而我對他的認識也僅止於此。

一九八○年，我到美國加州大學戴維斯分校唸書。有一次打開收音機，剛好廣播節目正以話劇的方式講述法拉第的故事：「……法拉第在一次盛大的演講會中演講，當演講一結束，他便立刻從後台開溜，騎馬前往倫敦的貧民區，去探望一位生病的老婦人。而留下演講會會場英國維多利亞女皇、一大群的貴族、教授與名流，鼓掌不息地等他出來謝幕。」我才知道，原來法拉第是一個活生生而有趣的人物，而不只是課本裡冰冷的一個公式。

動作慢吞吞的我，一年以後才寫信給聽到廣播的家庭電台（Family Radio），查詢節目資料的出處。電台的回信，是兩本已經絕版的《法拉第傳》。天啊！這種好的東西怎麼可以隨便絕版！以後的十五年，我到處尋找，從各處把一本一本有關法拉第的書，或印、或借、或買，並且仔細查考研讀。

康乃爾大學歷史學系，威廉斯（L. Pearce Williams）教授所著的《法拉第傳（Michael Faraday, 1965. Published by Da Capo Press, Inc. N.Y.）》被大英百科認為是研究法拉第的經典之作，由於內容艱深，五百多頁的洋洋大作，我足足讀了兩遍以後，才進入狀況。

英國皇家學院湯瑪斯（J. M. Thomas）主任所著的《法拉第與皇家學院（Michael Faraday and The Royal Institution, 1991. IOP Publishing Ltd, Bristol, England）》在法拉第的電磁學研究上，有比較精闢扼要的介紹。

愛丁堡大學化學系肯道爾（James Kendall）教授所著的《法拉第——單純的人（Michael Faraday-Man of Simplicity, 1954. Faber and Faber, London）》對法拉第的生平及法拉第對於其他科學家的影響，有較多的著墨。

我很慶幸能夠在美國加州山景城（Mt. View）的一家舊書店裡，買到一八七三年出版，法拉第的老友格雷斯頓（J. H. Gladstone）博士所著的《法拉第傳（Michael Faraday. 1873. Harper & Brothers, Publishers, N.Y.）》，我是找到寶貝——最骨董版的法拉第傳了，每當我一想到此，心都會咚咚跳，手會猛流汗，在尋找原版骨董書上，我是愛好得難以自拔哩！

一九九八年，我在英國倫敦Piccadilly街的舊書店裡找書，遇到一位來自希臘的教授，他與我一樣抱著一堆的舊書；他找古希臘的建築史，我找十九世紀的電學史。飛越千哩，只為舊書數本，彼此相顧的會心一笑，又轉回舊書堆中，愛書人的共通，一切盡在不言中。

有關法拉第與十九世紀電學史的關係，我參考亞普利亞（R. Appleyard）所著《電子通訊的先鋒們（Pioneers of Electrical Communication. 1968. Macmillan and Co. Limited, N.Y.）》，這是一本值得推薦的好書，使我知道法拉第同時期的科學家安培、惠頓、馬克斯威爾。

另外，我也參考曼第勒本（A. Mandelbaum）著的《電—能力的故事（Electricity-The Story of Power. G. P. Putnam's Book. N.Y.）》、當赫斯（P. Dunsheath）所著《法拉第-電學巨擘（Michael Faraday-Giants of Electricity, 1967. Thomas Y. Crowell Company, N.Y.）》、哈雷（T. Harvey）所著《探索法拉第（The Quest of Michael Faraday, Garden City Books, N.Y.）》、梅（C. P. May）所著《法拉第與電動力學（Michael Faraday and the Electric Dynamo, 1961. Franklin Watts Inc. ,N.Y.）》、包爾斯（B. Bowers）所著《法拉第與近代世界（Michael Faraday and the Modern World, 1991. EPA Press, Wendens Ambo, UK）》，伯斯岳爾（G.L. Verschuur）所著《隱藏的引力：磁的歷史與奧秘（Hidden Attraction-The History and Mystery of Magnetism, 1993. Oxford University Press, N.Y.）》、秦美根所著的《法拉第傳》（中國青年出版社）等書。

英國法拉第紀念博物館（The Faraday Memorial Library）在我前往尋找資料時，也提供了一些法拉第個人書信的影印稿。我也到英國皇家學院看法拉第的實驗室（地下室的一角）、實驗器材與演講廳，買到法拉第著的《一支蠟燭的化學史（Chemical History of a Candle, 1988, Originally Published 1861. Chicago Review Press, Chicago）》。

十五年來，我利用教書、研究以外的時間，閱讀消化這些作品，再撰寫成書，我想我是盡力了。但是，法拉第仍是個寶藏，期盼後人再多去挖掘。

【自序】我的老朋友——法拉第

法拉第是我的老朋友，縱使我們的年齡有一百六十三歲的差距，卻無損我對法拉第喜愛的程度。其實，早在高中時代，我就讀過法拉第定律，然而我對他的認識也僅止於此。

一九八○年，我到美國加州大學戴維斯分校唸書。有一次打開收音機，剛好廣播節目正以話劇的方式講述法拉第的故事：「……法拉第在一次盛大的演講會中演講，當演講一結束，他便立刻從後台開溜，騎馬前往倫敦的貧民區，去探望一位生病的老婦人。而留下演講會會場英國維多利亞女皇、一大群的貴族、教授與名流，鼓掌不息地等他出來謝幕。」我才知道...

PART1 學徒時期
1 窮而不苦的童年
2 愛讀書的小學徒
3 第一個實驗
4 認真的求學態度
5 月光下的擦鞋匠
PART2 研究助理時期
6 紫色煙霧之謎
7 我看你就像笨蛋一樣
8 初展才華
9 法拉第的戀愛
10 發現馬達的那一天
11 走過人生的風暴
12 人生何必長相比？
13 化裝的幸福
PART3 皇家科學院會員時期
14 臭味中的奧祕
15 電磁感應交響曲
16 登上科學的巔峰
17 金錢的試探
18 礦坑爆炸案
19 靈異與科學
20 最著名的科學教室
PART4 退休時期
21 科學老頑童
22 祝福滿滿的一生
法拉第年譜

PART1 學徒時期
1 窮而不苦的童年
2 愛讀書的小學徒
3 第一個實驗
4 認真的求學態度
5 月光下的擦鞋匠
PART2 研究助理時期
6 紫色煙霧之謎
7 我看你就像笨蛋一樣
8 初展才華
9 法拉第的戀愛
10 發現馬達的那一天
11 走過人生的風暴
12 人生何必長相比？
13 化裝的幸福
PART3 皇家科學院會員時期
14 臭味中的奧祕
15 電磁感應交響曲
16 登上科學的巔峰
17 金錢的試探
18 礦坑爆炸案
19 靈異與科學
20 最著名的科學教室
PART4 退休時期
21 科學老頑童
22 祝福滿滿的一生
法拉第年譜