電學之父—法拉第的故事(台大教授張文亮著、文經社出版)

得過金鼎獎

法拉第在英國皇家學院的頂樓小屋裡,已經住了42年,雖那時他已經是舉世聞名的科學家,但是仍然一貧如洗沒有自己的房子退休當天,他和妻子,兩個老夫婦提著皮箱下樓,想到出了皇家學院大門,就要露宿街頭,心裡有些茫然。沒想到出了大門,眼前出現的是整齊的英國皇家儀隊,和維多利亞女皇。女皇對著這位貧窮但卻是當代最偉大的科學家說:「請搬到我所準備的皇家別墅吧!」法拉第拒絕了,因為他付不出房租,女皇說:「不用付租金。」法拉第說:「但是房子太大,我付不出維修費用。」女皇笑著說:「別擔心!我來付好了。」

和其他科學家比較起來,法拉第最偉大的地方,就是他不曉得自己有多偉大。一個真正受到後人尊敬的科學家,除了科學上的貢獻外;更需具備有高尚的人格、情操,就像之前我們提到的富蘭克林,而法拉第也正是如此。

這位第一部馬達和發電機的發明者,同時在電磁、電機、化學、合金、土木工程等方面有重大貢獻的科學家,一輩子都在貧窮、被誤解、無子、喪失記憶的打擊中,卻活出快樂、堅強,甚至還不斷幫助許許多多的人,值得我們一起來看看他傳奇的一生……。

愛讀書的釘書匠

法拉第在1791年出生於英國,父親是一位鐵匠,健康情形很不好,收入僅夠一家的溫飽。法拉第的父母是以溫善勤儉聞名鄉里,教子有方,從來不因家中貧困而氣餒。他們很想把法拉第送進學校讀書,卻又沒有錢供應這項費用。而且,當時英國的階級地位非常明顯,人們一出生就註定他的社會階級;法拉第的父親是做工的人,所以法拉第也必須去做一名學徒。

然而困苦的環境,沒有使法拉第一家人痛苦,反而使他們更緊密。在他們的心中,貧窮是上帝給的祝福,而不是詛咒。

小學畢業後,法拉第就到雷伯先生的書店學習釘書,成為一名釘書匠。他常常利用客人還沒來拿訂好的書之前,趕快閱讀那本書,有時候裝訂剩的書,他也會留一本下來閱讀。這些書的範圍包括了:藝術、科學、礦物、植物、地下水道、橋樑建造、甚至於論愛爾蘭豬的關節炎等,各式各樣奇怪的內容。

薩華茲博士 所著的《悟性的提升》提到的五個讀書方法,對法拉第影響很大,成為他一直奉行的治學方法:

第一、作個人的筆記
第二、持續的上課
第三、有讀書的同伴
第四、成立讀書會
第五、學習仔細觀察和精確的用字
七年的釘書匠生涯,使得法拉第研讀了許多關於科學方面的知識,尤其是在電學、化學方面,他常節省零用錢,去買一些廉價的儀器,照著書中的說明去做實驗,沒有一本關於科學的書能逃過他的注意。同時他也到「都市哲學會」聽課。都市哲學會成立的目的,在於提昇社區失學學生的知識水準。這些課程和實驗,完全佔據了法拉第心思,但是現實生活的需要,讓他不得不當一個訂書工人;興趣與現實的衝突,不斷在法拉第的心中糾葛。
1810年,英國皇家學會最負盛名的科學家—戴維,做連續四場的演講,講題是「自然哲學」,也就是現在所謂的「科學」,當時法拉第也去聽演講,並且做了完整的筆記。
法拉第在厭倦了他的職業之後,寫了一封信給戴維,內容不外是對戴維的崇敬,以及希望幫他介紹工作,同時他還附上386頁的筆記,做為他專心聽講的證據(這份筆記現在仍保存在皇家學院)。
當今最偉大的科學家,怎麼會肯花時間為一個窮苦的釘書匠回信呢?但是戴維卻回信了,而且經由他的介紹,法拉第得以擔任皇家學會的實驗室助手,從此展開他的研究歷程。
開始展露才華
戴維是當時知名的科學家,他發現了鈣、鎂、鈉、鉀等15種元素,被後世稱為「無機化學之父」,戴維晚年時卻說:「我一生最大的發現,是發現了法拉第。」的確,沒有戴維,就沒有法拉第。
但是,戴維和他的夫人,對法拉第並不友善,在到歐洲考察科學期間,法拉第被要求隨行侍候,作戴維和他夫人的僕人。這位夫人為了顯示她的高貴和權威,經常蓄意侮辱他,不准他和他們同桌吃飯,法拉第只得逆來順受,委屈求全。
有一次,有人請戴維發明一種礦工用的安全燈,這是一項艱鉅重要的工作,因為這關係到數千名工人的生命,法拉第立即研究這個問題,並且提供戴維許多聰明的建議。第二年,安全燈就在地層底下亮起光明,這使得戴維不得不對法拉第另眼相看,可是法拉第卻宣稱這種安全燈並非「絕對安全」,愛慕虛榮和名譽的戴維大為惱火,造成二人交惡的開端。

拉第也做化學實驗,他相信氣體也可以變為液體。他寫了篇論文給皇家學會,戴維看到那篇文章,並加上一些註解,表示這個論文的實驗有某些部分,他曾經參加過意見。法拉第當然沒有異議,於是這篇論文便在會中宣讀了,但是戴維卻無法容忍,一個釘書匠又是男僕的法拉第,居然會得到那麼大的榮耀,戴維一直認為自己是英國最偉大的科學家,他不願意有人搶了他的風釆。

因此,當有人提議讓法拉第成為皇家學會會員的時候,戴維便堅決反對。而投票的結果,僅只一票反對,其他人都贊成,於是法拉第順利的成為皇家會會員,使他有更多的機會和參與科學家們研究。

科學上的重要貢獻
一百多年前,全世界都還沒有發電機、沒有電橙,也沒有馬達,「電」只不過是一個名詞,然而一件偉大的發明,往往不是在瞬間爆發出來的,而是歷經許多年代,無數的科學家埋頭鑽研、一點一滴累積起來,我們翻開「電磁學」的歷史,美國的富蘭克林、德國的葛利克、法國的法易、英國的瓦特遜在電磁學上,都有不可磨滅的頁獻。當時受到厄斯特與安培在電學上的發現的影響,許多科學家開始從事電磁的實驗,包括戴維、歐勒斯頓等人。法拉第於1821年開始研究電流與磁鐵的相互作用,最後終於發現馬達的原理,確立現在製造馬達的基礎。

但是,問題來了,法拉第的發現一公佈之後,毀謗也跟著來了,「只有小學畢業,不知道自己在作什麼」、「狗運亨通的傢伙」、「不要臉,抄襲歐勒斯頓的研究」,這些傷害在法拉第其他的科學發現時,也經常出現,但是,法拉第並沒有退卻,反而使他更加努力;同時他體悟到,一個默默無聞的研究者,需要的是鼓勵而不是打壓。所以後來他幫助許多年輕的科學家,像是:馬克斯威爾(後來成為舉世聞名的電磁學大師)、凱爾文(絕對溫度、熱力學三定律)、焦耳等人,都直接受到法拉第的協助和影響,而有了重大的科學貢獻。
1831年由於法拉第持續的研究,對於電磁感應有了重大發現,因而製作出人類第一台的發電機。
法拉第放棄任何金錢的報酬,把這一項發明公諸於世,為人類開發了一個永不枯竭的金礦。

1833年他提出電解法則,後來的科學家為紀念他在物理學上偉大的貢獻,就以他的姓氏「法拉第」做為計算電容量的單位名稱。
 

1844年發現光在磁場中的偏振現象,稱為「法拉第效應」。他最先提出「光和電波性質相同」的理論。另外,他還有許多的發明:汽量電壓計、碳氫化合物的石油精、光學玻璃、凝膠化學等。
這些發明與發現,讓以往的毀謗不攻自破,同時證實了法拉第的實力,不愧為當代最偉大的「實驗科學家」。
妻子是他思想的枕頭
法拉第27歲的那一年,遇到一位銀匠的女兒—撒拉,繼而結為夫婦。撒拉可以說是一位十全十美的賢妻,對法拉第一生淡泊,從事科學研究,從不懷疑。
在她的腦中,沒有嫉妒、沒有貪心。
法拉第拒絕了許多次致富的機會,她都表示贊同,法拉第收入微薄,卻很慷慨,她沒有任何怨言。她曾經說:「雖然科學對他來說,是如此的扣人心弦和興奮,而且時常剝奪了他的睡眠,但是我卻滿足於做他思想的枕頭。」法拉第夫婦終身無子,兩人互相扶持,直到老年時,法拉第都還寫情詩給撒拉。
法拉第也是一位虔誠的基督徒,經常在倫敦桑地馬尼安教會證道,還2次被選為教會長老。他經常幫助窮苦、生病的人,甚至忘記自己也十分貧窮。有一次演講,會中有維多利亞女皇、皇室成員、教授、學者,法拉第講完後,聽眾報以熱烈掌聲,但是法拉第一直沒有出來致謝,原來他早已從後門溜走,因為他還要去為一位即將彌留的老太太讀聖經,陪他走完人生最後一段路。
耶誕節的演溝
1825年到1862年之間,法拉第在皇家學院主持「星期五夜晚討論會」,討論的活動是非正式的,成員從碼頭工人到貴族、教授,各階層人士都有,大家在星期五的晚上傾聽科學的發現者講述,如何形成理論、如何進行實驗。
在這裡所有人一律平等,先來的先坐位子,晚來的只好坐走廊,女王來了也是一樣。
1826年的聖誕節開始,法拉第開始為兒童講授自然科學。
法拉第和他的妻子撒拉結褵四十年,但是卻沒有一子一女承歡膝下,所以他特別喜歡為孩子們講解自然景物的奧祕,例如天空中為什麼有雲?雷聲為什麼總是在閃電之後出現?河水為何總是向下流…等,這一類令小孩子感到奇妙的事。由於施行日期訂在每年的最後一週和第二年的第一週,所以被稱為「耶誕節的演講」。
因為理論與實驗並行,所以上課的效果非常好,受到孩子們的喜歡。小罐子老師懷疑,這說不定是現代科學教室的鼻祖喔!
用科學來侍奉上帝
雖然法拉第一生中的研究成果豐富,但是經常是在斷斷續續中完成,因為他患有頭痛和失憶症的毛病,嚴重時甚至忘記自己正在做哪個實驗?而他的發明、發現又經常被污衊、毀謗。
他在這些打擊中,卻能活出自己的快樂和堅強,還不斷幫助許多人,這種人才是真正值得我們尊敬。
1867825日,法拉第坐在椅子上,安靜地走完他的一生;撒拉在喪禮上唸出法拉第最後的遺言:「我的一生,是用科學來侍奉我的上帝」。我們相信,科學和上帝都將因法拉第而彰顯。

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