歷史 物理

電磁英雄列傳之五:法拉第(下) 新時代的普羅米修斯

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撰文者:高崇文 教授 (中原大學物理系)
發文日期:2016-10-15
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  • 工業革命之後,科學與社會的互動變得比以前更密切,而科學家不僅要焚膏繼晷地探究自然的奧妙,還要將科學的新知轉換成大眾熟悉的語言,甚至要幫社會解決問題,簡直成了希臘神話中那位教會人使用火的普羅米修斯了。綜觀法拉第的一生,在普及科學方面可是說是開風氣之先,此外他還運用他的科學知識幫助社會處理礦災,燈塔甚至發臭的泰晤士河。說他是維多利亞時期的普羅米修斯毫不為過呀!

    說來有趣,法拉第的演講生涯是為了籌錢。從1820年代後半到1830 年代初期,皇家研究院陷入經濟危機。1818年雖然跟大金主John Fuller借了1000英鎊來紓困,但是只靠會員繳納的會費,很難維持研究院的運作。法拉第在1825年升任為實驗室主任(Director of the Laboratory of the Royal Institution)因此規畫了以兩個公開收費的系列演講,來解救研究所的困境。

    第一個是周五演講會。法拉第擔任實驗室主任之後,就召開每周五傍晚的研究院集會。所有會員都可以自由參加,也可以攜伴前往。這個集會備受好評,所以法拉第便將它變成公開收費的演講。周五演講會在初期就被泰晤士報等等報章的星期六版詳細地報導。而法拉第也常將本身研究的最新成果藉此公諸於世。周五演講會是在每週五晚上九點,在皇家研究院的大講堂舉行整整一個小時。受邀演講者並不限於當時有名的科學家,還包括各個領域的名人。從演講者的選擇、邀請,以及在記錄上耗費的大量精力,可以窺見法拉第為這個演講企劃投入了多少力氣。

    直至1840年代初期為止,法拉第一手主導周五演講會。他說服了藉由科學工作認識的朋友和同仁到周五演講會來演講。能被邀請為周五演講會的講者在當時被視為莫大的榮譽,再加上台下的聽眾不乏貴族和名人,所以講員都很緊張。甚至曾經發生膽小的Charles Wheatston爵士在通往講台的門前怯場逃走,法拉第只好上台即興演講代打的趣聞。法拉第本身也時常擔任講者,除了因病休養而缺席的1840 年,及至1862年退休為止他登台占了1862年為止所有演講的五分之一。他的演講內容包括在皇家研究院地下實驗室得到的最新成果。1846 年曾經發生因為聽眾超過1000人,使得新聞記者們無法入場而不滿的事件。可見星期五演講會在當時就是多麼地受歡迎了。

    另一個系列的演講則是以孩童為對象的聖誕節演講會。這個也是從1825年開始。當時中小學完全沒有系統化的科學教育,法拉第的創舉令人佩服。1825-1826年首次聖誕節演講會的講者是當時皇家研究院的力學教Millington,講題是「自然哲學」(也就是「科學」) ,1826-1827年則由天文學家Wallis擔任講者。1860年為止的講者之中除了法拉第自己,皇家研究院的WilliamThomas Brande講了7次,John Frederic Daniell一次,其餘則為化學領域以外的的講者,講者幾乎都是皇家研究院內的科學家。和星期五演講會相異之處。在於聖誕節演講會偏重化學領域。這是為了孩子們準備的有實驗表演的演講。聖誕節演講會也同樣被報紙廣泛報導。這些報導使得對法拉第的好評不限於科學界,更廣泛傳到社會。就這樣,法拉第成功地讓維多利亞時代的英國都「看得到」科學與皇家研究院。
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    聖誕節演講會(圖片來源:wikimedia commons)

    1830年代末期,皇家研究院總算從財政危機中解脫出來,法拉第將皇家研究院的建築物正面飾以雄偉的歌德式圓柱。完成後令這棟門牌為21號的建築物,在櫛比鱗次的商店和住宅的Albemarle street上顯得鶴立雞群,彷彿在宣示惟有這棟建築物是學術的殿堂。這兩個連續性的演講至今仍持續仍在舉辦呢。

    當時的大文豪狄更斯曾聽過法拉第的演講後大感欽佩。他勸過法拉第兩次,一定要將演講內容出版成書。但是法拉第以「若印成書,就無法傳達隨實驗演進課程的精髓」的理由拒絕了。但演講的部分內容後來還是被印成書。『蠟燭的科學』為題的演講在1848-1849年及1860-1861年共舉行兩次。第二次既是法拉第最後一次站上聖誕節演講會,也是後來普及於世的那本書的基礎。其實這本書並不是法拉第親筆所寫,而是由當時名為Chemical News的科學雜誌編輯William Crookes徵得法拉第的同意後,委託速記員做紀錄,由William Crookes整理後加上圖,先刊載於雜誌,再發行成冊。透過『蠟燭的科學』,法拉第不只是個科學家,更以一個演講家,以及對推廣科學做出偉大貢獻的的身分而名留青史。順便一提William Crookes 後來發明陰極射線管,發現鉈元素,還當過英國皇家學會主席呢。

    除了普及科學知識,法拉第也致力於將科學知識拿來貢獻社會。他和Trinity House長年來不遺餘力的合作就是最好的一個例子。Trinity House是總管圍繞英國領土海域安全相關業務的組織。不僅燈塔,還包括浮標及領航都是它的業務。當時還沒有飛機,所以長距離的貨運客運都是要靠海運。因此燈塔非常重要。英國對燈塔技術革新的需求逐漸增加,因此法拉第接受了Trinity House的委託,於1836 年以年薪200英鎊就任顧問職。法拉第針對如何讓照明能夠穩定提出各項建議並且著手進行改良。電燈照明的時代來臨後,法拉第的專長變得更加有用。這份工作法拉第一直做到1865 年為止。為了執行任務,法拉第曾在暴風雨的天氣裡,乘著小船出海看看燈塔的光能夠傳到多遠。也曾經在前往目的地燈塔的路上,因為下雪鐵路不通,徒步穿越積雪的曠野,再攀越圍牆才能抵達燈塔,而且這還是在他70歲時發生的事呢。

    自從法拉第科學家的聲名鵲起之後,來自政府和關係機構的委託案就蜂擁而來。漸漸地,有越來越多對跟法拉第的研究沒有直接關聯的問題也聞聲而來,徵求他的意見。像國家畫廊和大英博物館因館藏快速劣化而委託法拉第擬出對策來處理因倫敦的黃色霧霾造成對美術品的損害。法拉第從年輕的時開始就是皇家工藝與商業協會會員所以他一口答應。針對國家畫廊中貴重繪畫的髒污,法拉第教人用酒精先去除畫作表面的亮光漆,讓繪畫恢復到接近原本的狀態。法拉第還曾經和當時英國最著名的美術評論家John Ruskin發生過論戰呢。另一方面,大英博物館裡古希臘帕德嫩神殿的大理石雕像(在英國泛稱為埃爾金大理石雕塑,Elgin Marbles)因為有為數眾多的參觀人潮帶入灰塵,以及黃色霧霾裡所含硫酸的影響,表面明顯被汙染還產生細小的龜裂。法拉第用海綿、手指或刷子沾稀硝酸、弱鹼或強鹼的水溶液盡量地清潔。我們到倫敦旅行,參觀國家畫廊和大英博物館那些令人讚嘆的館藏時,應該要記得要感謝法拉第呀。

    1844年9月28日Hasewell Colliery 礦坑發生了大災難,造成95人犧牲,其中還包括當天第一次進入礦坑的10歲少年。政府針對這個慘案組成了調查委員會,並任命法拉第與地質學家Charles Lyell(他後來受封從男爵)為委任專家。當時法拉第已經年近半百,還深受眩暈與記憶減退所苦。才剛剛藉由休養和易地療法恢復健康,正要回到工作崗位的時候。但他勇於任事,沒有推辭,親自前往出事的礦坑來調查,並且出席調查委員會,陳述他的專業意見。事故原因不外乎煤碳粉塵或粉塵與甲烷兩者的共同作用,這是戴維和法拉第早就已經調查清楚的事了。結果礦坑經營者卻還是無視危險,自行其是。才釀成大災!科學的力量在經營倫理前竟顯得如此軟弱無力。這是維多利亞時期英國的醜陋面。

    1855年7月,泰晤士河變得臭不可耐。法拉第前往考察泰晤士河發臭的實際狀況,並將結果投稿到泰晤士報。他坐著蒸氣船往返於London bridge與Hungerford bridge 之間調查。法拉第視情況,並非僅止於觀察,甚至還用實驗的方式來了解狀況。比如說將白紙濡濕浸到河水中,發現下沉不到3公分深就看不見紙了。法拉第的結論是整條泰晤士河都成了下水道。惡臭的主要原因之一是沖水馬桶的普及。因為屋內雖然已經有沖水馬桶,配套的下水道系統卻尚未完成,於是汙水就全部直接排放到泰晤士河裡。因此,改善泰晤士河的發臭問題需要很長的時間。事實上在1858年因為實在是太臭了,還被稱為"大惡臭"在歷史上留下臭名呢。河川發臭會成為眾人關切的問題,原因之一是一年前曾經爆發霍亂大流行。病源經由空氣散播是當時根深蒂固的觀念。當時認為臭氣,即受汙染的空氣易造成疾病流行。後來大家才知道霍亂與臭氣是沒有直接關連的。
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    法拉第考察泰晤士河示意圖(圖片來源:wikimedia commons)

    雖然法拉第對公眾利益向來非常注重,但是對於自己的私利就相當地澹泊了。皇家研究院給法拉第的薪水自法拉第就任實驗室主任起即為年薪100鎊。1833年法拉第因皇家研究院大金主富勒的捐獻而成為富勒講座教授,這個職位的年薪為100英鎊。就這樣法拉第得到了皇家研究院教授的頭銜。所以1833年以後他有年薪200鎊的收入。後來在1853年調薪至年薪300鎊。其實法拉第副業收入,就是從研究院外面來的委託業務工作,遠高於本薪。1830年法拉第的副業收入約年薪1000鎊。但是法拉第在1830年代因電磁感應的發現等等,正值研究的頂峰。他認為難以兼顧副業與研究,因此不再接受外面來的委託。結果1832年的副業收入變成年薪150鎊,1835年終於歸零。1837年英國國會通過Civil List Act 1837,設立了給卓有功勳的人士每年三百鎊的年金。法拉第當然名列其中。但是時任首相第二任墨爾本子爵William Lamb說了「最近的藝術家和科學家都想趕快拿到年金,年金制度根本就是個騙局」的不當言論後,法拉第馬上辭退,不受嗟來之食。後來還是在法拉第的朋友和皇室的斡旋之下,他才在1838年12月24日正式接受300鎊的年金。

    法拉第從不為自己的發明申請專利,對將發明產業化,也是一點興趣缺缺。可能是因恩師戴維對專利沒有興趣。在電磁感應發現的數年後,當時的財政部長到皇家研究院訪問,曾問法拉第「和電有關的新發現有甚麼樣的用途」,法拉第回答:「我不知道,不過有一天政府大概會為它課稅吧。」可見法拉第雖然預見了他的發明應用的可能性,但他對於實業化沒有興趣,只有追求基本的科學真理才是他終身的志趣。在法拉第及他之後的時代,幾乎所有英國著名的科學家都有爵士(Sir) 的稱號。法拉第當然也有被徵詢過意願,但是他沒有接受。1858 年他更拒絕就任皇家學會主席,這可是對一個英國科學家來說最光榮的職位。1864年皇家研究院院長(president)的就任邀約也令法拉第十分為難。他一生堅守非國教徒的立場是推掉殊榮的主要原因。

    1858年起的9年間,法拉第伉儷接受維多利亞女王的王夫Albert 親王的安排,住到漢普頓宮由皇室持有的Grace and Favour House。當Albert親王提出建議時,法拉第還以付不起修繕費用為由,考慮婉拒。皇室獲悉後為了免除法拉第的顧慮,而負擔了這筆費用。Albert親王在德國受過良好的科學教育,他對法拉第的禮遇表明了他對英國當時最偉大科學家的敬重。1862年法拉第覺得連自己創辦的聖誕節演講都已經沒有體力再應付,於是向皇家研究院提出辭呈。之後都在漢普頓宮的住宅裡昏沉渡過。他在1867年8月25日坐在他喜歡的書房椅子上壽終正寢。

    像法拉第這樣的大學者,當然可以像牛頓一樣被埋葬在西敏寺,但法拉第依循桑地馬尼安派的作風,免去一切禮儀,僅在家人和幾位至親友人的環繞下,埋葬於Highgate Cemetery。從漢普頓宮出發的短短的送葬行列,在皇家研究院前短暫停留之後,前往墓地。那裏立著刻有法拉第姓名和生卒年的樸素墓碑,座落於非國教徒的角落。

    下一回,阿文要回到歐洲大陸,繼續電磁英雄列傳的周遊列國,敬請期待!


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    (4)【科學大人物】法拉第不為人知的一面, Case 讀報
    原文出處:連載於『化学』,68(5),22(2013)(化学同人社)
    作者:竹內・敬人Takeuchi Yoshito,東京大學名譽教授,神奈川大學名譽教授。1962年取得東京大學大學院理學院研究所博士學位。
    責任編輯:陳竹亭,化學系教授。
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