電磁學奇才：麥可．法拉第(Michael Faraday) - PanSci 泛科學

參考文獻. 維基百科：麥可‧法拉第; 維基百科：法拉第電解定律; 維基百科：法拉第電磁感應定律 · 電學之父－ ... 0 0 0 文字 分享 友善列印 繁| 简 0 0 0 專欄 萬物之理 透視科學 電磁學奇才：麥可．法拉第(MichaelFaraday) 程式人雜誌 ・2013/10/15 ・5455字 ・閱讀時間約11分鐘 ・SR值570 ・九年級 ＋追蹤 相關標籤： 安培定律(3) 抗磁性(1) 法拉第(8) 電磁學(9) 熱門標籤： 量子力學(47) CT值(8) 後遺症(3) 快篩(7) 時間(37) 宇宙(82) 文／陳鍾誠（國立金門大學資工系助理教授） 圖／麥可．法拉第的肖象素描由約翰．瓦特金所畫，現存於大英圖書館 麥可．法拉第（英語：MichaelFaraday，1791年9月22日－1867年8月25日），英國物理學家在電磁學及電化學領域做出很多重要貢獻。

西方科學與工業之間，總是存在某種相互促進的關係，在科學的發展過程當中，總是呈現「理論–實驗–理論–實驗……」這樣的發展循環，而法拉第所代表的，極度的偏向「實驗」這一端，他一生當中做過了無數的實驗，這些實驗遍佈了整個電磁學領域，讓後來的「馬克斯威」可以透過解讀他的實驗結果，運用深厚的數學內功提出了電磁學的完整理論架構，並創造出了「馬克斯威方程式」，如果沒有法拉第，或許就沒有「馬克斯威」的電磁學理論了。

出身 法拉第出生於英國紐因頓，接近現在的倫敦大象堡。

法拉第家的經濟狀況並不好，他的父親詹姆士是個鐵匠以及基督教桑地馬尼安教派的一員，於1780年代從英格蘭的西北部來到倫敦。

由於家境貧窮，因此他只好靠自學求取知識。

14歲時，他成為書本裝訂商及銷售人喬治．雷伯的門生。

7年學徒生涯中，他讀過大量書籍，包括以撒．華茲的「悟性的提升」，書中對於學習的原則與建議，法拉第一直遵行不輟。

另外，他也從由珍．瑪西女士所寫的「化學閒聊」中得到很多啟發。

在這些大量的閱讀之中，法拉第漸漸樹立起對科學的興趣，這其中，又以電學為甚。

1812年，時齡二十歲，隨著門生生涯走入尾聲，法拉第開始旁聽由赫赫有名的皇家研究機構的一員以及英國皇家學會會長：漢弗里．戴維爵士以及市立哲學協會的創始者：約翰．塔特姆所開的演講。

參加這些演講的門票大多是由威廉．譚斯（皇家愛樂協會的創辦人之一）給予法拉第。

之後有一次，法拉第將自己在演講中細心抄錄，並旁徵博引，內容達三百頁的筆記拿給戴維過目，戴維立刻給予他相當友善且正面的答覆。

也因此，戴維在一次三氯化氮實驗中發生意外，視力受損之後，便僱用了法拉第作為他的秘書。

當皇家研究院中一位助手約翰．培恩離開後，他們便請求戴維尋找替代人選。

戴維在1813年3月1日推薦法拉第成為化學助理。

由於法拉第在印書店的新僱主亨利．德拉羅許脾氣暴躁，他毫不猶豫的離開了這份舊工作。

行事作風在當時的階級分明的英國社會中，出身卑微的法拉第並不被認同為一個紳士 在1813年五月，戴維展開一次長期的歐洲巡迴。

由於他的侍從並不想跟隨，法拉第原本是以助手的身份跟去，卻被要求同時作戴維的僕人，直到在巴黎找到人代替為止。

戴維最後沒有找到代替者，法拉第也因此被強迫在整個旅行中同時兼任僕人與助手。

戴維的妻子珍．亞普莉絲不願意平等對待法拉第，旅行時要他坐在馬車外，與傭人一起吃飯，法拉第的處境越來越悽慘，甚至開始考慮獨自回到英國放棄科學研究。

不過這次旅行，也讓他接觸了歐洲許多的科學菁英，刺激出他許多想法。

逆境最終沒有阻擋住法拉第在科學上的貢獻。

在旅行過後不久，法拉第的成就便超越了戴維。

法拉第的主要贊助者兼顧問為約翰．『瘋狂傑克』．富勒，他在皇家研究院裡創立了富勒里安化學教授這個職位。

在1824年，法拉第被選為皇家學會院士，並於1825年被指派為實驗室主任。

1833年他被選為皇家研究院終身職，任職而不需講課。

法拉第是一名高度虔誠的教徒，他是桑地馬尼安教派（蘇格蘭國教會的一分支）的信徒，曾在其中任兩任長老。

此教派是由蘇格蘭長老會牧師格拉斯於1730年創立，此教要求完全的信奉和承諾。

傳記學家曾經認為「一種神與自然融為一體的感覺貫穿了法拉第的生活與工作」。

法拉第在1821年娶沙拉．巴娜德為妻，不過膝下無子。

他們由於參加桑地馬尼安教會而認識。

雖然法拉第只受過很少的正式教育，這使得他的高等數學知識（例如微積分）相對有限，但不可否認，法拉第仍是歷史上最有影響力的科學家之一。

某些科學史學家認為他是科學史上最優秀的「實驗主義者」。

其科學知識可能主要是在擔任另一科學家戴維的助手時所學習而來，因而雖然法拉第不曾受過高等教育，但仍可把漢弗里．戴維視為法拉第的指導教授。

由於道德原因，法拉第拒絕參與為「克里米亞戰爭」製造化學武器。

在倫敦薩弗伊廣場，電工程師協會外，聳立著一個法拉第的雕像，而在布魯內爾大學新建的一個接待廳以法拉第為名。

電磁學研究 1821年，在丹麥化學家「漢斯．奧斯特」發現電磁現象後，「戴維」和「威廉．海德．渥拉斯」頓嘗試設計一部電動機，但沒有成功。

法拉第在與他們討論過這個問題後，繼續工作並建造了兩個裝置以產生他稱為「電磁轉動」的現象：由線圈外環狀磁場造成的連續旋轉運動。

他把導線接上化學電池，使其導電，再將導線放入內有磁鐵的汞池之中，則導線將繞著磁鐵旋轉。

這個裝置現稱為單極電動機。

這些實驗與發明成為了現代電磁科技的基石。

但此時法拉第卻做了一件不智之舉，在沒有通知戴維跟渥拉斯頓情況下，擅自發表了此項研究成果。

此舉招來諸多爭議，也迫使他離開電磁學研究數年之久。

在這個階段，有些證據指出戴維可能有意阻礙法拉第在科學界的發展。

如在1825年，戴維指派法拉第進行光學玻璃實驗，此實驗歷時六年，但沒有顯著的進展。

直到1829年，戴維去世，法拉第停止了這個無意義的工作並開始其他有意義的實驗。

在1831年，他開始一連串重大的實驗，並發現了電磁感應，雖然在福朗席斯科．札德啟稍早的工作可能便預見了此結果，此發現仍可稱為法拉第最大的貢獻之一。

這個重要的發現來自於，當他將兩條獨立的電線環繞在一個大鐵環，固定在椅子上，並在其中一條導線通以電流時，另外一條導線竟也產生電流。

他因此進行了另外一項實驗，並發現若移動一塊磁鐵通過導線線圈，則線圈中將有電流產生。

同樣的現象也發生在移動線圈通過靜止的磁鐵上方時。

他的展示向世人建立起「磁場的改變產生電場」的觀念。

此關係由法拉第電磁感應定律建立起數學模型，並成為四條馬克士威方程組之一。

這個方程組之後則歸納入場論之中。

1839年他成功了一連串的實驗帶領人類了解電的本質。

法拉第使用「靜電」、電池以及「生物生電」已產生靜電相吸、電解、磁力等現象。

他由這些實驗，做出與當時主流想法相悖的結論，即雖然來源不同，產生出的電都是一樣的，另外若改變大小及密度（電壓及電荷），則可產生不同的現象。

在他生涯的晚年，他提出電磁力不僅存在於導體中，更延伸入導體附近的空間裡。

這個想法被他的同儕排斥，法拉第也終究沒有活著看到這個想法被世人所接受。

法拉第也提出電磁線的概念：這些流線由帶電體或者是磁鐵的其中一極中放射出，射向另一電性的帶電體或是磁性異極的物體。

這個概念幫助世人能夠將抽象的電磁場具象化，對於電力機械裝置在十九世紀的發展有重大的影響。

而這些裝置在之後的十九世紀中主宰了整個工程與工業界。

1845年他發現了被他命名為抗磁性(diamagnetism)的現像(現在則稱為法拉第效應)：一個線性極化的光線在經過一物體介質時，外加一磁場並與光線的前進方向對齊，則此磁場將使光線在空間中劃出的平面轉向。

他在筆記本中寫下：「我終於在『闡釋一條磁力曲線』——或者說『力線』——及『磁化光線』中取得成功。

」（”Ihaveatlastsucceededinilluminatingamagneticcurveorlineofforceandinmagnetisingarayoflight“）。

這個實驗證明了光和磁力有所聯繫。

筆者註：這個實驗暗示了光很可能是一種電磁波，於是後來馬克士威推論出電磁波速度等於光速時，幾乎就立刻體悟了這個結論。

在對於靜電的研究中，法拉第發現在帶電導體上的電荷僅依附於導體表面，且這些表面上的電荷對於導體內部沒有任何影響。

造成這樣的原因在於在導體表面的電荷彼此受到對方的靜電力作用而重新分佈至一穩定狀態，使得每個電荷對內部造成的靜電力互相抵銷。

這個效應稱為遮蔽效應，並被應用於「法拉第籠」這個隔絕電磁波的裝置上。

化學研究 法拉第最早的化學成果來自於擔任戴維助手的時期。

他花了很多心血研究氯氣，並發現了兩種碳化氯。

他也研究過氣體擴散現象，並成功的液化了多種氣體；然後研究過不同的鋼合金，並進行過光學的實驗，更製造出多種新型的玻璃。

其中一塊玻璃樣品後來在歷史上佔有一席之地，因為在一次當法拉第將此玻璃放入磁場中時，他發現了極化光平面受磁力造成偏轉及被磁力排斥。

法拉第在戴維去旅行時曾代理職務，並接受分析委託，其中最著名的三項委託是： 分析源自托斯卡尼的天然生石灰 原住土著的標槍頭研究（分析出「矽鋼」） 大馬士革騎兵彎刀 其中第三項的彎刀研究，發現古敘利亞可能有鉑礦場，並加入鉑礦使之輕巧但卻鋒利無比，連西方騎兵重軍刀都能被削斷。

後來英國人經過不斷的嘗試之後，終於發明了「碳鋼」，這使大英帝國的騎兵在中東戰場能夠擊破大馬士革的彎刀。

他也盡心於創造出於一些化學的常用方法，用結果、研究目標以及大眾展示做為分類，並從中獲得一些成果。

他發明了一種加熱工具，是本生燈的前身，在科學實驗室廣為採用，作為熱能的來源。

法拉第在多個化學領域中都有所成果，發現了諸如苯等化學物質（他稱此物質為雙碳化氫bicarburetofhydrogen），發明氧化數，將如氯等氣體液化。

他找出一種氯水合物的組成，這個物質最早在1810年由戴維發現。

法拉第也發現了電解定律，以及推廣許多專業用語，如陽極、陰極、電極及離子等，這些詞語大多由威廉．休艾爾發明。

由於這些成就，很多現代的化學家視法拉第為有史以來最出色的實驗科學家之一。

法拉第電磁感應定律 法拉第電磁感應定律是電磁學中的一條基本定律，跟變壓器、電感元件及多種發電機的運作有密切關係。

定律指出：任何封閉電路中感應電動勢的大小，等於穿過這一電路磁通量的變化率。

這個定律與安培定律，基本上就是馬克斯威方程式的兩大核心定律。

這兩大定律，讓「電生磁、磁生電」的循環建立起來了，於是、「電磁學的世界」有了一個堅實的理論基礎。

然後、這個世界裏更多的科學家與工程師連手，打造出了「發電機、馬達、天線、電磁爐、有線與無線的電子電機設備」等等，像是「馬達」與「發電機」就完全是依靠「法拉第與安培」定律所打造出來的設備，如下圖所示。

圖／馬達與發電機的構造與原理 法拉第電解定律 法拉第在電化學上也貢獻良多，例如他發現在物質電解過程中，參與電極反應的質量與通過電極的電量成正比。

換句話說，不同物質電解的質量則正比於該物質的化學當量，這個發現可以寫成以下定律。

其中n為1莫耳物質電解時參與電極反應的電子的摩爾數（即化合價），（M/n）又稱化學當量（Eq）；F為法拉第常數，即電解1電化學當量物質所需電量。

法拉第電解定律適用於一切電極反應的氧化還原過程，是電化學反應中的基本定量定律。

晚年 1848年，受到艾伯特王夫引見，法拉第受賜在薩里漢普頓宮的恩典之屋，並免繳所有開銷與維修費。

這曾是石匠師傅之屋，後稱為法拉第之屋，現位於漢普頓宮道37號（No.37HamptonCourtRoad）。

在1858年，法拉第退休並在此定居。

在他有生之年中，他推辭了封爵並且兩次拒絕成為皇家學會會長。

他在1867年8月25日死於位於漢普頓宮的家中。

在西敏寺，艾薩克．牛頓的墓旁座落著他的紀念碑。

但是他拒絕在西敏寺下葬，而入土於桑地馬尼安教派的海格特墓園中。

結語 在閱讀了法拉第的故事之後，感覺到科學界似乎有兩類不同的典型，像是「法拉第、愛迪生、瓦特、萊特兄弟」等人，是屬於做實驗與應用的「劍宗高手」，這類科學家往往可以創造出很多偉大的發明與實驗結果。

而另一類科學家，像是「馬克斯威、牛頓、愛因斯坦」等人，則是數學很強的「氣宗高手」，他們雖然實驗與應用能力不見得很好，但是透過深厚的數學內功，往往可以把前人的實驗結果解讀後，創建出一個完整的理論體系，而這個理論體系，最後會成為下一波「劍宗高手」的「武學秘笈」，指引他們「邁向下一個偉大的航道」啊！ 最令我感動的是，法拉第的謙虛，以及對馬克士威的友好態度，並且與他結成忘年之交，兩人共同構築了電磁學理論的科學體系。

（雖然當初戴維與她太太瞧不起法拉第，但是法拉第成名後並沒有向他們一樣變成高傲的人，相反的卻很樂意提攜後進）。

這種透過「理論與實驗結合」，以及「學術與產業的結合」，讓整個世界的科學，不斷的突破進展的精神，是我一直認為台灣所缺乏的，我想，整個國家需要的不是「個人利益的算計」，而是一種「無私奉獻精神的良性循環」，只有透過這種良性循環，才能讓國家或全人類都能真正獲得進步的動力啊！ 如果、這個世界只有「氣宗」或者只有「劍宗」的話，應該不會如此多采多姿吧！ 參考文獻 維基百科：麥可‧法拉第 維基百科：法拉第電解定律 維基百科：法拉第電磁感應定律 電學之父－法拉第的故事,作者：張文亮著,出版社：文經社 電的旅程：探索人類駕馭電子的歷史過程,作者：張大凱,遠見天下出版社 電磁波：一本電機系學生的入門書,高銘盛,滄海出版社 CollegePhysics,OpenStaxCollege. 【本文由陳鍾誠取材並修改自 維基百科 與OpenStaxCollege的 CollegePhysics 一書，採用創作共用的 姓名標示、相同方式分享 授權】 發表意見 文章難易度 剛好 太難 所有討論 0 登入與大家一起討論 程式人雜誌 10篇文章 ・ 0位粉絲 ＋追蹤 程式人雜誌是一個結合「開放原始碼與公益捐款活動」的雜誌，簡稱「開放公益雜誌」。

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不過，悠遊卡既沒有裝電池也不需要插入讀卡機，為什麼還能傳遞資料呢？ 悠遊卡只要靠近感應器「嗶」一下就能搭乘公車、捷運，還能到商店進行消費，非常便利與快速，使用悠遊卡已經是現在台灣人的生活日常。

圖／悠遊卡公司 悠遊卡是怎麼辦到的？ 西元1831年，英國科學家法拉第(MichaelFaraday)發現，當磁鐵穿過不帶電的線圈中間或線圈經過靜止的磁鐵時，線圈會因為磁場變化而產生感應電流(inducedcurrent)，且當線圈匝數（圈數）愈多或是移動速度愈快時，產生的電流就會愈強，這樣神奇的「磁生電」現象就稱為電磁感應(electromagneticinduction)，也就是悠遊卡使用的原理之一1,2。

法拉第發現當磁鐵穿越線圈或是線圈經過靜止的磁鐵時，線圈會因為磁場變化而出現感應電流。

圖／Wikimediacommon 悠遊卡使用的無接觸感應技術稱為RFID（RadioFrequencyIdentification，無線射頻辨識系統），每張悠遊卡中都有RFID標籤(Tag)，雖然標籤本身不會放電，但當它靠近讀卡機(Reader)的磁場周圍時會透過電磁感應的原理讓標籤上的線圈產生電流，這個電流便足以供應標籤將資訊傳到讀卡機。

不只是悠遊卡，舉凡感應式信用卡、高速公路電子收費ETC(ElectronicTollCollection)、圖書館或商店的防盜裝置、宿舍門禁卡、寵物晶片等也都是使用RFID的技術呢！ 手機NFC（NearFieldCommunication，近距離無線通訊）則是RFID的延伸版，同樣是使用電磁感應進行運作，差別在於RFID屬於單向提供資訊，NFC則是讓短距離的兩方設備間能雙向交換資訊，過程快速又安全，有了NFC功能的手機便可以進行我們耳熟能詳的行動支付3-6。

電磁感應也能這樣用 家中的電磁爐也是利用電磁感應的原理，電磁爐內部的線圈會不斷交替磁場，間接讓金屬鍋具產生渦電流(EddyCurrent)，達到電流生熱的效果，便能加熱鍋中的食物7,8。

除此之外，電磁感應也可以用於傳遞音訊喔！ 想想看，今天到電影院欣賞一場電影，旁邊觀眾討論劇情或偷講電話的干擾是否讓你的理智線快斷裂？對於聽損人士來說，雖然他們的助聽器可以將外部聲音合適的放大，讓聲音訊息變得「清晰」，但當外部聲音訊息是來自於電子設備時（如：小蜜蜂、喇叭、廣播系統），助聽器麥克風會將這些「電子設備處理過的機械音」再次處理後才播放，導致聲音在數次的轉換過程容易「失真」，自然音效品質便容易因此打折，更甭提旁邊可能還有其他觀眾發出的擾人噪音，讓看電影不再是一件浪漫又享受的事情。

這種時候，使用T線圈(Telecoil／T-coil)就能幫助聽損人士聽得更清晰！多數助聽輔具都有T線圈，是透過導線纏繞在鐵氧體(ferrite)材質的棒子上所組成的，聽損人士只要在設有聽力／電磁感應線圈系統(HearingLoop/inductionloopsystem)的環境裡開啟「T功能」，金屬線圈便會產生交流電，將目標音源訊號接收後直接調整並放大，避免數次的聲音處理，讓使用者聽到清楚又純粹的聲音9,10。

T線圈是一個纏繞在鐵氧體棒上的金屬線圈裝置，內建於多數助聽器裡。

圖／hearingloop T線圈與藍芽、遠端麥克風系統差在哪？ 可以無線傳遞音訊的科技不只有一種，除了T線圈之外，助聽輔具也常具備藍芽功能(Bluetooth)或可搭配遠端麥克風系統(RemoteMicrophone)，那這三者有什麼不一樣？ 藍芽功能雖然便於聽音樂、接聽電話，但會受到距離和特定助聽輔具型號的限制；遠端麥克風系統雖然可以與主講者戴的專屬麥克風連接，但在設備連接的數量及輔具的配對上仍較容易有所限制。

T線圈則不同，大多數助聽輔具都有這樣的裝置，且感應線圈的設置也可以依照場地需求變更，範圍可以是一個運動球場大，也可以僅環繞在聆聽者周圍（如：設置於地板或椅子上），只要有裝設的地方就可以使用9。

比起其他個人化的無線裝置，T線圈省了逐一配對的步驟，只要在裝設的地點內活動，也不會受到距離所限制，同時在感應範圍內還能多人使用，因此這項科技大多被運用於公共場所，例如國外的車站、教堂、學校、博物館或歌劇院等11,12，讓聽損人士能輕鬆欣賞演奏、導覽或演講而不被雜音或距離所干擾，落實生活無障礙！ T線圈的標誌提醒聽損人士可以開啟T功能來聆聽。

圖／hearingloop 用電磁感應打造無障礙社會 目前台灣在國家兩廳院服務台、國家圖書館教室與演講廳、宜蘭演藝廳都有提供感應線圈的服務13-15，然而國內有提供這項服務的場域仍不常見。

特別是在車站、機場或商店等回音很重又吵雜的場所，我們通常得要很仔細聽班機／車次廣播資訊才能依稀辨別，更別說對聽損人士而言這樣的困擾會更加倍增；若在這個時候可以有T功能可以使用，相信他們就能更輕鬆的聽到廣播。

英國地鐵的T線圈服務，讓聽損人士可以輕鬆聽到廣播訊息，降低因環境吵雜而產生的焦慮感。

圖／AVMagazine 從每天都在使用的悠遊卡、行動支付、電磁爐到聽覺無障礙設施，在生活上的電磁感應應用可能比你想得還多，這些發現與發明提升了我們的生活品質，讓生活更加便利。

今天通勤的路上也可再仔細觀察看看，還有哪些產品或服務是使用電磁感應呢？ 參考資料 【基礎】電磁感應麥可‧法拉第RFID與NFC技術有什麼不同？從悠遊卡到ApplePay：漫談RFID與NFC技術https://kknews.cc/zh-tw/tech/6k9xyxl.htmlRFID原理與應用電磁爐(ElectricOven)電磁爐T-Coils:GettingTheMostOutOfYourHearingAidHarveyDillon（2019）.助听器：第二版（胡向阳）。

北京：华夏出版社（原著於2012出版）HowNewYorkCityHearsPeopleWithHearingLossHearingLoop雅文基金會臉書無障礙服務｜國家兩廳院國立臺灣圖書館——聽障服務 發表意見 所有討論 0 登入與大家一起討論 雅文兒童聽語文教基金會 38篇文章 ・ 199位粉絲 ＋追蹤 雅文基金會提供聽損兒早期療育服務，近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育，並普及聽力保健知識，期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子，替聽損者營造更加友善的環境。

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經過漫長的一天，你回到家，累得像條狗，渾身燒過的塑膠味。

一點都不光彩。

可是很迷人。

──火場調查員妮亞．尼克．戴依德（NiamhNicDaeid） 是陰謀？還是天時地利人和造就了倫敦大火？ 1666年9月2日星期日，倫敦普丁巷的一名僕役被煙嗆醒，發現樓下店鋪起火了，他猛敲雇主麵包師傅湯馬斯．法里納（ThomasFarriner）的房門。

全家上下沿屋頂逃生，只剩下女僕蘿絲（Rose）嚇得無法動彈，被烈焰吞噬。

圖／Diliff@wikimediacommons 不久，焰舌舔上附近住戶屋牆，市長湯瑪士．布拉德沃斯爵士（SirThomasBloodworth）被叫到現場，指揮消防隊員拆毀建築，阻止火勢延燒。

美夢遭到侵擾的布拉德沃斯怒氣騰騰，不理會消防隊員急切請求採取更進一步的措施。

「呸！找個女人來撒泡尿不就沒事了。

」說完，他離開現場。

隔天上午，記事員山繆爾．派比（SamuelPepys）體驗到「狂風大作，將火焰趕入市區，歷經長時間的乾旱，什麼東西都成了可燃物，就連教堂的石牆也不例外」。

到了下午，倫敦陷入地獄般的火海，火焰沿著「油、葡萄酒、白蘭地倉庫」、木造建築、稻草屋頂、瀝青、布料、油脂、煤炭、火藥──17世紀的各種易燃物──呼嘯而過。

極度高溫使得空氣迅速膨脹攀升，乘著風勢吸入新鮮空氣，將更多的氧氣捲入煉獄。

倫敦大火塑造出專屬的天氣系統。

大火在4天後漸漸平息，摧毀了中世紀倫敦的大半城區，涵蓋13,000多棟屋舍、87間教堂，以及聖保羅大教堂。

城裡80,000居民中約有70,000人在一瞬間流離失所。

倫敦大火的局部畫作，作者不明。

畫中描繪9月4日星期二自倫敦塔碼頭附近船隻所見的火勢，倫敦塔在畫面右方，左方則為倫敦鐵橋，遠方為聖保羅座堂，被高竄的火舌環繞。

圖／wikimediacommons 灰燼餘溫尚存，種種陰謀論甚囂塵上。

大部分的倫敦人無法相信這場火純屬意外，裡頭有太多巧合：起火點是密集的木造建築區；當時大家都在夢鄉之中；那天街上格外冷清，沒有人幫忙滅火；吹起狂風，泰晤士河水位正低。

蓄意犯罪的謠言如雨後春筍般萌生。

外科醫師湯瑪士．米斗頓（ThomasMiddleton）站在教堂尖頂上，俯瞰火勢從幾處相隔甚遠的個別區域燒起。

「這類狀況令我相信這場火的延燒是有人刻意為之。

」他如此寫道。

外國人背負最大的嫌疑，在摩爾菲有個法國人差點被打死，因為旁人懷疑他用盒子裝「火球」，之後才發現那是網球。

詩歌表達出眾人對起火原因的困惑： 我們仍舊不解一切從何而起；究竟是地獄、法國、羅馬，還是阿姆斯特丹。

──無名氏〈倫敦焚燒詩〉（APoemontheBurningofLondon，1667） 最高階層掀起對真相的渴求。

查爾斯二世（CharlesⅡ）在這場火中損失最為慘重。

國王授權給國會，設立調查火災起因的委員會。

大批目擊證人紛紛站出來，某些人說他們看到有人投擲火球，或是坦承自己正是丟火球的犯人。

有個叫愛德華．泰勒（EdwardTaylor）的人說，星期六晚上，他跟荷蘭籍的叔叔走到普丁巷，發現湯馬斯．法里納烘焙坊的窗戶開著，往裡頭丟了「兩顆用火藥跟硫磺做的火球」。

不過愛德華．泰勒才十歲，他的證詞不被採信。

法國鐘錶師之子羅伯特．賀伯特（RobertHubert）腦袋愚鈍，承認點火的人是他。

沒有人真正相信，可是因為他如此堅持，陪審團認定他有罪，把他送上泰伯恩刑場的絞架。

國會委員會成員湯瑪士．奧斯朋爵士（SirThomasOsborne）寫下：「所有的論點都瑣碎無比，人民知道此事並非人為就滿足了。

」最後，委員會判定這場恐怖的火災是源自「上帝之手、一場狂風，以及極端的乾季」。

火場鑑識專家：麥可．法拉第！？ 委員會做出如此缺乏說服力的結論，其實我們不用意外。

評估複雜火場的調查人員需要了解火焰的運作模式。

17世紀在這方面的科學知識少得可憐。

直到1861年，麥可．法拉第（MichaelFaraday）把關於火焰的論述寫進書裡之後，社會大眾才有辦法接觸這類理論。

《蠟燭的化學史》（TheChemicalHistoryofaCandle）書中收錄了6篇他針對年輕聽眾設計的講演內容，是這個主題的關鍵教材。

法拉第以蠟燭作為燃燒本質的象徵。

在某次關鍵的講座中，他用罐子悶熄蠟燭。

「空氣是燃燒的要件。

」他解釋道，「更重要的是，我要你們了解新鮮空氣是必要條件。

」他口中的「新鮮空氣」其實就是「氧氣」。

麥可．法拉第。

圖／WellcomeLibrary＠Wikimediacommons 法拉第是早期的專業證人，有時將研究結果帶出實驗室這事實行得很徹底。

1819年，某間在倫敦白教堂區的糖廠於大火中燒毀，老闆告保險公司拒絕理賠15,000鎊的保險金。

這個案子演變為某項新製程──老闆採用加熱的鯨油，沒有告知保險公司──與起火原因有多大關係。

作證之前，法拉第拿鯨油做實驗，加熱到攝氏兩百度，展示「從油生出的蒸氣，除了水以外，全都比熱油本身還要易燃」。

在法庭上，一名陪審員不相信這個論點，於是法拉第當場點燃他用試管裝來的蒸餾氣體，「整個法庭瞬間瀰漫最難聞的臭味」。

法拉第最重要的鑑識任務，是1844年德罕郡的哈斯威爾礦坑爆炸案，有95名男子與男孩身亡。

這起爆炸發生在德罕郡礦區勞資糾紛激烈時期。

代表悲傷家屬的律師向首相羅伯特．皮爾（RobertPeel）請願，要求政府派出代表調查。

法拉第就是其中一人。

這個團隊花了一天實地探訪礦坑，調查裡頭的空氣流向。

途中，法拉第發現他坐在一桶火藥上，旁邊就是沒有遮蔽的燭火。

他一躍而起，「抗議他們有多不小心」。

陪審團判斷這是意外事件，法拉第贊同這個論點。

但是調查團回到倫敦後提出報告，指出礦坑裡的灰塵是本次爆炸的重要因素，建議改善通風系統。

礦坑主人因為成本考量而回絕。

這個風險遭到長達六十年的忽略，直到1913年，威爾斯的聖海德礦坑發生類似的意外，奪走440名礦工的性命，釀成英國史上最嚴重的礦災。

圖／Wikimediacommons 在20世紀，消防單位與科學界聯手研發出火場調查技術，背後的支持者是想要知道究竟有多少火場、起火點以及起火原因的政府機關。

60與70年代的調查行動變得更加文明：有固定的流程、能夠驗出複合化學物質──比如，火場裡是否有汽油的蹤跡──的新器材。

社會大眾愈來愈了解消防原理，現今的和平時代極少有火災或是爆炸──必定要有火才會引爆──造成大量死傷。

要是這類不幸事故真發生了，調查火場的人員絕對是畢生難忘。

  本文摘自泛科學2017年9月選書《比小說還離奇的12堂犯罪解剖課》，馬可孛羅出版。

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他的人生簡直是從狄更斯小說中冒出來的傳奇故事：出身寒微、個性善良的主人翁，憑著毅力與熱誠，得到眾人的喜愛與幸運之神的青睞，即使遇到嫉妒的眼光，碰到惡棍的阻擾，但主角總能逢凶化吉，最後結局皆大歡喜。

所以法拉第的生平往往被寫成勵志小說，這也是法拉第人氣高居不下的原因。

但是阿文倒是想趁這個機會，藉著法拉第好好地來介紹工業革命如何改變科學的面貌。

想多啃點書？那就當位裝訂工吧！ 法拉第（MichaelFaraday）於1791年出生於英國倫敦附近的一個叫NewingtonButts的村子。

法拉第的父親James是個桑地馬尼安教派（Sandemanians）的一員，桑德曼派是蘇格蘭長老會牧師格拉斯在1730年前後創立的教派。

嗣後他的女婿桑德曼成為該教會的領袖。

因此該派通稱桑德曼派。

他們照著字面解釋聖經來實踐聖經的教導，譬如說他們認為人不應積累財富，因為那是違背《聖經》的教導。

法拉第一生篤信這個教派。

在英國凡是信奉英國國教以外的教派的人被稱為非國教徒Dissenters。

十九世紀以前他們不能進大學，不能擔任公職，簡直就是社會的邊緣人。

但是隨著工業革命的開展，這一切都將改變，而法拉第就是最好的見證。

法拉第一生篤信桑德曼派，認為人不應積累財富，因為那是違背《聖經》的教導。

在英國凡是信奉英國國教以外的教派的人被稱為非國教徒，十九世紀以前他們不能進大學，不能擔任公職，但一切在工業革命後都將改變。

圖／ByThomasPhillips,PublicDomain,wikimediacommons 法拉第的父親是名鐵匠，但身體並不好，無法常上工，因此造成家境貧困，因此年紀一到他就得去當學徒賺錢維生。

實際上，更窮的人，年紀還沒到，就去當童工呢！（狄更斯就當過童工！）法拉第14歲時成為書本裝訂商GeorgeRiebau的書店中的不支薪跑腿工。

Riebau是躲避革命而逃到英國的法國人。

由於老闆很欣賞他的工作態度，就將法拉第升作學徒，還不收學費。

看過電影「戀戀風塵」嗎？電影中的阿遠不也是家貧無法升學，跑去印刷行當學徒嗎？就是因為可以邊工作邊讀書呀。

當然，得遇到好老闆才行。

7年學徒生涯中，他讀了不少啟迪他的好書，像是IsaacWatts的TheImprovementoftheMind。

IsaacWatts是「非國教派」的神學家與邏輯學家。

書中對於學習的原則與建議，法拉第一直奉為圭臬。

還有JaneMarcet寫的ConversationsonChemistry。

這本書是第一本寫給一般讀者看的化學入門書。

法拉第拿到這本書之後，不但熟讀書中內容，還將書中的實驗一個接著一個地試做過呢。

大概是在他寄住師父家的廚房中，用鍋碗瓢盆等簡陋的器材來做的吧！ 當時的正統教育注重的是希臘、拉丁文這種古典語文以及數學，那個時代也還沒有化學系或是工學院。

Liebig在德國Giessen大學首次開辦世界上實驗與教學並行的現代化學教育是從1826年才開始的！嚴格說來，在十九世紀初，勉強來講只有醫生與藥師算是「科學專業人士」，至於天文學家與數學家則算是「古典學者」。

對於要從事當時的新興學科，特別是化學的人來說，正規教育其實幫助有限，一般法拉第的傳記總是喜歡拿他的學歷做文章，似乎是有點大驚小怪。

大師演講，開啟新世界 當然，法拉第絕不是英國惟一嚮往科學的學徒，但是幸運之神似乎特別眷顧他。

Riebau的一位老主顧，WilliamDance（他是一位音樂老師，之前曾是職業音樂家）在1812年送了四張當時倫敦有名的戴維演講會的入場券給法拉第。

這四場演講會的日期分別是1812年2月29日、3月8日、4月8日、和4月10日。

這件事情成了法拉第人生的轉捩點，他作夢也沒想到他的人生將與戴維以及主辦演講會的皇家研究院都即將結下不解之緣。

讓我先介紹一下這兩者吧！ 皇家研究院是在1799年由美國出生的科學家BenjaminThompson所創立的。

它的宗旨是以「傳播知識，促進有用的機械的發明和改進，並藉科學的演講和實驗教導人們將科學應用在日常生活中」。

這樣的宗旨開宗明義地宣告了科學的實用價值，在過去這可是聞所未聞的事。

皇家研究院在倫敦市中心買了豪華的建築，也準備了講堂和實驗室。

但是真正讓皇家研究院聲名大噪的是戴維（HumphryDavy）。

戴維在1778年出生在英格蘭彭贊斯附近的鄉村。

他當了一段時間醫生的學徒，在藥局學習化學和藥學，也做了各式各樣，甚至危險性很高的實驗。

1798年戴維被Beddoes網羅到氣體研究所當助手。

這個研究所的目的是將各種人工製造的氣體做為醫療應用，戴維因此做了各種氣體實驗。

當時有許多名人會定期來研究所來吸他們製造的笑氣呢。

1801年他成為剛皇家研究院的化學演講助手兼實驗主任。

一開始他做和電學相關的公開演講。

由於他的實驗表演巧妙，本身又英俊挺拔，風度翩翩，因此引起轟動，吸引了很多女性聽眾。

於是乎戴維在1803年就升為皇家研究院的教授。

自1807年起至1808年之間他利用伏打電池發展出所謂熔鹽電解的實驗手法，藉此成功分離出鉀等六種元素。

1812年戴維受封爵士，聲望如日中天。

可想而知他的演講會有多熱門了。

和法拉第結下不解之緣的戴維，是真正讓皇家研究院聲名大噪的重要人物。

圖／ByThomasPhillips,PublicDomain,wikimediacommons 法拉第興沖沖地在台下聽了四次演講，還寫了詳細的筆記。

連同實驗裝置的素描，做成完整的記錄。

並將這份厚厚的紀錄，用他拿手的裝訂技術做成一本精美的書。

不久法拉第和Riebau的合約到期。

他正式成了裝訂工人。

法拉第和新老闆據說處得並不愉快。

其實這時法拉第早已無心繼續當裝訂工了。

但是當時並立志成為科學工作者的人並沒有可依循的管道，法拉第於是寄了封信給皇家學會主席JosephBanks。

他的信石沉大海，沒有收到回音。

其實當時階級界限相當森嚴，JosephBanks又是伊頓公學，牛津一路念上來的傳統的仕紳，接到一位陌生的裝訂工的信，想當然耳是扔進廢紙簍的吧。

（當時英國禮法森嚴，未婚男女不能通信，向陌生人自我介紹更是沒教養的行為呢！） 好用助理兼小弟？只需帶上法拉第 正當法拉第感到沮喪時，Dance建議他該去找戴維，還建議他把演講會的筆記寄去。

此時幸運之神又再度眷顧法拉第。

就在此時戴維在做實驗的時候發生爆炸，傷到眼睛。

急需一位研究助理幫他做實驗的記錄。

就這樣，法拉第在1812的年終做了幾天的研究助理。

但法拉第的幸運還不僅如此。

1813年2月19日，一個在皇家研究院當研究助理的男子因為和同事吵架而被解雇。

戴維毫不猶豫地推薦法拉第為繼任人選。

法拉第3月1日就獲得錄用。

薪水是週薪25先令（年薪57鎊），再加上研究院內宿舍的煤炭與蠟燭的配給。

當時一般人的年薪為50鎊左右，因此這個條件是相當不錯。

但是半年之後戴維要到歐洲旅行，而且要求法拉第隨行。

起初戴維打算旅行三年以上，所以他辭去皇家研究院的教授職，當然法拉第也只好辭職。

一行人1813年10月13日從倫敦出發。

戴維的歐洲之旅並不是去觀光，而是去領獎！拿破崙皇帝要頒獎給戴維！而戴維也是興致勃勃要和歐洲大陸的學者討論，必要的話也想做實驗。

因此行李之中加上便於攜帶的實驗器具組，所以需要實驗助手法拉第同行。

由於當時英法還在打仗，戴維的貼身僕人並不想去，法拉第原本是以助手的身份跟去，卻被要求同時作戴維的僕人，直到在巴黎找到人代替為止。

戴維最後沒找到代替者，法拉第也因此被強迫在整個旅程同時兼任僕人與助手。

雪上加霜的是戴維的新婚妻子把法拉第當成僕人，旅行時要他坐在馬車外，與僕人同桌吃飯（看過唐頓莊園的看官一定知道我在講什麼！）這件事後來被人加油添醋，其實戴維夫人原是蘇格蘭一位家財萬貫的富商之女，後來嫁給一位「從男爵」的繼承人，沒想到她的第一任丈夫還沒當上從男爵就過世了，她才再嫁給戴維。

顯然這位女士跟當時英國千千萬萬位仕女一樣，有著強烈的階級成見，而當時的實驗室助手並不像今天一樣被當做是「同事」，而更像是下屬（像法拉第自己的實驗室助手安德生，雖然忠心又沉默寡言，法拉第可沒把他當同事看）。

他們到達巴黎後，除了與安培等人見面外，戴維還「順便」確認了碘是一種元素！十二月一行人到達佛羅倫斯，在此戴維在法拉第協助下做了一系列實驗，證明了鑽石其實就是碳！隔年六月他們到米蘭跟伏打見面，一路北上到日內瓦。

當他們準備前往希臘與伊斯坦堡時，拿破崙逃離厄爾巴島的消息傳開來，由於擔心時局動盪，一行人在1815年4月23日回到英國。

避免礦坑爆炸，從礦燈改良開始 這趟旅行雖然讓法拉第大開眼界，但回國後卻失業了。

幸好皇家研究院以比之前稍高的薪水再次聘用了法拉第。

這當然是拜戴維所賜。

法拉第在1821年升為AssistantSuperintendent。

除了要擔任在戴維辭職後續任的布蘭德教授上課時的助理，管理實驗室之外，法拉第還要從事皇家研究院接受委託的工作。

因為接受私人的委託也是皇家研究院重要的財源之一。

從委託的內容也可以看出研究院重視以科學來改善窮人的福祉的一面。

最好的例子莫過於安全燈的改良。

隨著工業革命的進行，煤炭的需求量不斷上升，過度開採導致礦坑事故變得頻繁。

特別是自從1812年5月25日發生FellingColliery礦災（這起事故造成92人死亡，其中37人是17歲以下的小孩，最年幼的罹難者年僅九歲）之後使得社會注意到礦工的安全，迫使礦業主來請求皇家研究院協助。

戴維在法拉第的協助下，發現礦坑內的甲烷依一定比例和空氣混合的氣體，在接觸火或高溫熱源時會爆炸。

根據這個發現而發明的安全礦燈具有用細密的鐵絲網包覆燈火的構造。

混合了甲烷的空氣進入安全燈時會被鐵絲網冷卻，因此無法達到燃點。

此外，當鐵絲網變紅的時候，還有警示的功用。

戴維親自進到礦坑內測試安全燈的效用，而且不申請專利。

這些做事態度後來法拉第都繼續奉行。

但隨著戴維在1819年接受了「從男爵」的爵位，隔年又成為皇家學會主席之後，兩人卻漸行漸遠。

兩人間的裂痕不久後浮上檯面了。

戴維發明的安全礦燈具有用細密的鐵絲網包覆燈火的構造。

ByScanmadebyKogo,PublicDomain,wikimediacommons 昔日師徒情深，而今形同陌路 在厄斯特發現電流生磁現象後，戴維和WilliamHydeWollaston嘗試設計一部電動機，但沒有成功。

Wollaston認為電流在導線內以螺旋方式進行。

他預測一條懸掛的導線會受到附近的磁鐵的影響而以自身為軸旋轉。

與他們討論過這個問題後，法拉第把導線接上化學電池，使其導電，再將導線放入另一個內有磁鐵的汞池之中（如下圖），他發現導線繞著磁鐵旋轉。

這個裝置現稱為單極馬達。

法拉第證實電磁轉動的實驗裝置。

圖／ByMichaelFaraday,PublicDomain,wikimediacommons 原理是這樣的：放置在與磁場垂直的載流導線會產生一個垂直磁場與導線的力。

此力產生一個力矩。

由於旋轉軸與磁場平行，且對應的磁場方向不變，故電流不需要改換方向還是可以持續旋轉。

法拉第這項發現的報告於1821年9月11日發表，刊載於QuarterlyJournalofScience。

法拉第在未告知Wollaston的情況下就將論文發表。

雖然Wollaston的預測和法拉第的實驗並不相同，Wollaston和他的朋友還是認為這是一種「剽竊」行為，為此法拉第受到相當嚴厲的責難。

1823年3月戴維以主席的身分在皇家學會演講，居然將電磁轉動歸功給Wollaston，對法拉第來說是格外難堪之事。

之後有人提名法拉第成為皇家學會的院士（FRS）的候選人。

戴維不但反對，還試圖阻擋法拉第當選，但沒有成功，法拉第在1824年1月8日被選為皇家學會的院士。

這件事讓兩人師徒情份盡失。

而從1825年起，法拉第更獲聘為皇家研究院的DirectoroftheLaboratory，年薪100鎊。

他擔任這個職務一直到退休。

院士選舉這件事後來被法拉第的傳記作者大書特書。

被當做是戴維嫉妒法拉第的鐵證。

甚至認為1825年戴維指派法拉第進行改良光學玻璃實驗是阻止法拉第研究電磁學的陰謀。

其實這個計畫是皇家科學院和海軍部帶進來的。

計畫裡組織一個小型的委員會，法拉第的責任是負責指導光學玻璃的製作。

Dollond負責研磨鏡片，JohnHerschel進行光學性質測定。

把戴維想成似乎是三國演義的周瑜一般地妒火中燒，似乎與他向來的為人不符吧？更何況，就在同一年法拉第還能從倫敦路燈使用的瓦斯（一種從鯨油分解而來的產物）分離出苯，看來法拉第並不是單用一個計畫就能阻止他做別的研究的人。

不管如何，光學玻璃實驗最終在1829年年底喊停了。

而這一年戴維與Wollaston相繼謝世，「湊巧」的是，法拉第不久就回到電磁相關的研究。

真相如何，恐怕只有當事人才知道吧。

從一個裝訂學徒變成為當時一流的學者，法拉第走過了迢迢長路，然而他的精彩人生才正要邁入高潮，還請各位看官耐心等候。

下回見囉！   本文摘自《物理雙月刊》39卷6月號 ，更多文章請見物理雙月刊網站。

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