Author Archives: 瑞棋 張

開創光譜分析法的人

1859年夏日某一天，德國海德堡大學的物理學教授克希荷夫（Gustav R. Kirchhoff）與化學教授本生（Robert Bunsen）一如往常相偕散步，邊走邊聊。他們談起幾天前鄰鎮慘遭祝融，火勢大到火光沖天，當時兩人好玩地用分光鏡觀測，竟能從中辨認出鍶與鋇的特有光譜。 說著說著。克希荷夫突然停下腳步，瞄了一眼天上的太陽，轉頭對著本生說：「本生，我一定是瘋了！」本生隨即會心一笑地答道：「我也已經瘋了啊，克希荷夫。」 **** 克希荷夫於1822年出生，念研究所時就提出後來以他為名的「克希荷夫電路定律」，被廣泛應用於電路設計與分析。他於1854來海德堡大學任教，第二年本生和學校的技工迪薩加（Peter Desaga）發明本生燈，所產生的火焰清澈又穩定，用來燃燒不同元素更能分辨出顏色差異。克希荷夫便和本生合作，結合本生燈、三稜鏡與望遠鏡，打造而成的分光儀可清楚顯現焰光的光譜。他們發現不同元素的光譜中各有不同的亮線組合，就像指紋可做為元素的特徵，於是著手記錄下各種元素的特有譜線。 開頭提到克希荷夫散步時的靈光一閃，便是想到他們既然能用分光儀辨識出16公里外的燃燒元素，或許也可以從陽光中得知太陽的組成元素。但太陽畢竟遠在千萬里之外，他們才會說自己一定瘋了，竟然有如此瘋狂的妄想。 其實早在1814年，夫朗和斐就觀察到太陽光譜中有多達574條暗線，但這些譜線究竟代表什麼意義，一直沒人知道。如今克希荷夫與本生用分光儀再次觀測陽光，才發現「夫朗和斐線」中的許多條暗線，恰恰符合氫、鈉、鎳、鈣、鐵等元素的譜線。 他們隨即於10月20日發表論文，除了指出太陽大氣層含有那些元素，並提出解釋：太陽燃燒產生的光經過表面時，特定波長的光被太陽大氣層中的元素吸收，以致陽光的光譜中出現夫朗和斐暗線。 這篇論文立刻震驚學界。二十幾年前，大哲學家孔德（Auguste Comte）才斷言我們永遠無法得知恆星的化學組成，如今這個公認的人類知識極限竟被打破了！克希荷夫聲名大噪，他的創見也被歸納成「克希荷夫三大光譜定律」： 一、熾熱的固體會發出連續光譜（「黑體輻射」一詞與概念正是他首度揭櫫）； 二、熾熱且稀薄的氣體會發出特定波長的光（也稱「放射光譜」）； 三、熾熱的固體周圍若是溫度較低且稀薄的氣體，原本的連續光譜會在氣體的特定波長處出現中斷（也稱「吸收光譜」）。 克希荷夫繼續在不同領域做出重要貢獻，因此除了電路學和光學，流體力學、熱化學乃至數學都有以他為名的定律。當然影響最深最廣的還是光譜分析法，不但天文光譜學因此得以展開，也成為尋找新元素的方法（克希荷夫和本生就在1861年發現了銣和銫兩個新元素），如今更應用在物理、化學、生物、醫學、化工等領域；誰能料到這一切都源自於克希荷夫當年的靈光一閃。

推動現代科技產業的人

凡納爾·布許（Vannevar Bush）？相信即使是科技產業的圈內人，大多也都對於這個名字感到陌生。其實他對現代科技的發展至關重要，無論是電腦、網際網路、人機介面與多媒體應用，倘若一路回溯過往歷史，最終都會發現他的身影。他就像江河的源頭，隱而不顯卻影響深遠。 發明家與創業家 布許於1890年3月11日在美國麻州出生，23歲時靠著發明測地儀（外觀像台割草機，裡面的滾輪與轉盤會隨著地形起伏，而自動畫出地勢圖），取得碩士學位。1916年，又憑振盪電流電路的研究，獲得麻省理工學院（MIT）的博士學位。 1917年，美國加入第一次世界大戰，國家科學院設立「國家研究委員會」，專門研究如何運用科學強化軍事力量。布許應召加入後，發明出利用測量地磁變化來偵測潛艇的儀器。一次大戰結束後，布許成為MIT的電機系教授，這期間他還與朋友一起創立雷神公司 （Raytheon Company），專門研發電子設備；雷神後來成為重要的國防承包商。 布許在MIT任教時，進行電網互聯最佳化的研究，由於其中牽涉的計算非常繁複，他便著手研發輔助計算的儀器。他先在1927年打造出「乘積積分儀」，再於1931年發明「微分分析儀」，多台串接起來，可以解六階以上的微分方程式，成為第一部可以計算微積分的類比式計算機。 值得一提的是，夏農就是來MIT成為布許的研究生兼實驗室助理，從微分分析儀獲得靈感，而在1937年的碩士論文中提出二進位的數位電腦架構，促成了現代電腦的發明。 擘劃大局 第二次世界大戰爆發後，布許認為軍方欠缺科學新知與創新精神，無法研發足以應付戰局的先進武器，於是領銜上書總統，建議成立「國防研究委員會」(NDRC)，納入科學家與民間企業的力量。結果羅斯福總統不但立即成立NDRC，並指派布許為主席，同時擔任自己的科學顧問。 NDRC首開先例，直接撥款給大學和民間實驗室，進行200項以上的研發案。曼哈頓計劃成功在短短時間內打造出原子彈，很多人只看到歐本海默領導有功，但其實背後也有賴於布許的運籌帷幄。 在他的主導之下，「科學研究發展辦公室」（Office of Scientific Research and Development）於1941年成立，取代NDRC，將資助的研究計畫擴增到國防武器以外的項目。 大戰結束後，布許再向繼任的杜魯門總統提交影響深遠的萬言書《科學──永無止境的前線》（”Science, The Endless Frontier”），力陳科學的重要性： 「一個在新的基礎科學知識上依賴於其它國家的國家，它的工業進步將是緩慢的，它在世界貿易中的競爭地位將是虛弱的，不管它的機械技藝多麼的高明。」 他並在報告中提出具體的發展綱領，建議政府將國防科技產業化，將原本基於軍事用途的技術開放給民間企業，除了創造龐大商機，也讓美國企業得以領先各國。同時，聯邦政府應繼續將研究經費下放給大學和民間的實驗室，為培育科學人才建立正向循環。 美國的科技產業因此受益於產、軍、學的密切結合，從此蓬勃發展，至今仍居於全球的領導地位，這一切可說是肇因於布許的遠見與擘劃。 預見未來 布許在科技發展上也極具創見。他於1945年發表《且讓我們預想》（”As We May Think”），勾勒出一種多媒體資料庫”memex”， 可透過觸控透明螢幕，存取個人知識與生活經驗。所有資料不但可藉由「足跡」互相連結參照，還可以與他人的memex互通，彼此分享註記。 這些描繪可說是預言了個人電腦、網際網路、全球資訊網（WWW）、維基百科，以及各種直覺的輸入技術。事實上，發明滑鼠的英格巴特（Douglas Engelbart），正是受到這篇文章的啟發，才在23年後將其構想打造出來，在後來被譽為「所有演示之母」的發表會上向世人示範未來電腦應有的樣貌。 布許一生身兼多種角色，他是發明家也是創業家，他是啟迪者也是夢想家；當然他更是美國科技產業發展的背後推手。他於1974年過世時，時任MIT校長兼甘迺迪總統科學顧問的威斯納（Jerome Wiesner）的悼詞可說是最佳寫照： 「對於科學與技術的發展而言，美國沒有任何人比凡納爾·布許的影響更為巨大。在二十世紀可能不會再有能與他相提並論的人了。」 參考資料： https://en.wikipedia.org/wiki/Vannevar_Bush https://www.linkedin.com/pulse/before-oppenheimer-vannevar-bush-steve-blank https://en.wikipedia.org/wiki/As_We_May_Think

發現陽光中隱藏秘密的人

1801年七月裡的某一天，巴伐利亞公國首都慕尼黑一切如常，但突然間轟的一聲，有棟房屋竟然整棟倒塌了。這原是一間玻璃作坊，前來圍觀的民眾議論紛紛之際，忽然聽見廢墟中傳來微弱的呼救聲，無不驚訝竟然有人生還，大家趕緊合力挖掘搶救。 在瓦礫堆下呼救的是14歲的學徒夫朗和斐（Joseph von Fraunhofer），年紀輕輕的他，在此之前就已遭逢一連串的厄運。 夫朗和斐於1787年出生於一個貧寒家庭，父親是玻璃工匠。十歲時他的母親病逝，第二年父親也撒手人寰，成了孤兒的他頓失依靠，只好離開家鄉來到慕尼黑當學徒，盼能半工半讀。不料苛刻的老闆不肯讓他去上週日學校，他為求溫飽只能認命工作，沒想到如今竟又逢此災難，所幸大難不死。 當瓦礫被挪開時，陽光照到夫朗和斐的眼睛，他不由舉起手來遮擋。他看著從指縫間穿過的光線，萬萬想不到他灰暗的人生自此也將被照亮，而且未來他還將會發現陽光中隱藏的秘密。 先是巴伐利亞王儲聽聞消息後，親自前來慰問夫朗和斐，除了生活費還應允他讀書的心願，並交代官員烏茨施耐德（Joseph Utzschneider）特別照顧。烏茨施耐德是一家光學儀器公司的合夥人，在他的安排下，夫朗和斐完成學業後，於1806年進入這家公司旗下的研發機構。 夫朗和斐得到一位瑞士老師傅的傾囊相授，學會如何製作高品質的玻璃，再加上他研磨鏡片的手藝超群絕倫，三年之後就躍升為研發主管。他大幅改善透鏡的色差問題，打造出當代最佳的觀測儀器，獲得許多天文學家採用。他還替望遠鏡加裝計時裝置和速度調節器，可用來追蹤觀測恆星。 除了研製儀器設備，夫朗和斐也投入光學的研究。有天他無意間發現太陽光穿過三稜鏡後的光譜中，竟然有幾條黑線。為了進一步研究，他於1814年發明光譜儀，經過仔細觀察後，原來太陽光譜中有多達574條暗線。夫朗和斐將它們予以分類編號後，寫成論文發表，成為第一份太陽光譜的系統化分析報告。為了紀念他，後來太陽光譜中的暗線就稱為「夫朗和斐線」。 1821年，夫朗和斐又發明了繞射光柵，可測出每條暗線所對應的波長。他用來觀測不同光源，在分析比較後，發現月亮、金星、火星的譜線與太陽的譜線一模一樣，證明它們的光芒只是反射太陽光；相對地，其它恆星和太陽的光譜就都略有不同，是自行發光。 夫朗和斐的卓越成就讓他成為公司合夥人，姓氏也列入公司名稱中。1822年，他獲頒榮譽博士學位，1824年更獲巴伐利亞國王授予勳章，晉升為貴族，同年又成為慕尼黑榮譽市民。誰能想得到，一個11歲時還是貧苦無依的孤兒，竟在而立之年就有如此高的學術成就與社會地位？ 然而，由於長期製作玻璃以致重金屬中毒，夫朗和斐於1826年不幸身亡，年僅39歲。若非英年早逝，他應該就能目睹自己在天文學所做的重要貢獻，包括柏林天文台用他公司打造的望遠鏡，於1846年發現海王星；以及1859年，同為德國科學家的本生（Robert Bunsen）和克希荷夫（Gustav Kirchoff），發現夫朗和斐線對應的正是某些化學元素所吸收的特定波長，從而揭露了太陽大氣層的組成，也為天文光譜學揭開序幕。

最先認清無限大的人

無限只是一種說法？ 自然數與平方數哪個多？兩者都無限多，但以直覺而言，平方數只占自然數的一小部分，顯然自然數大多了。然而每個自然數都可以對應到一個平方數（1➡︎1, 2➡︎2², 3➡︎3², ……），這樣看來，兩者又不分軒輊。 比較自然數與分數的多寡也會遇到同樣的矛盾。無限就是這樣令人困擾，包括無限序列1-1+1-1+……的總和等於0或1、或是1/2？甚至有人證明「所有自然數相加等於-1/12」如此荒謬的結果。 面對這些無解的矛盾，數學家的共識就是：無限只能當作一種概念，一個持續的未完成狀態，所以不能加以計算或比較大小。數學王子高斯就嚴肅表示：「我反對將無限量看成真實的實體來運用，這在數學之中是永遠不被允許的。無限只是一種說法而已。」 無限大就這樣不被繼續深究，直到不信邪的德國數學家康托爾（Georg Cantor）出現，才挑戰長久以來的禁忌，用集合論照出無限大的真正原形。 無限大有大小之分 康托爾1845年出生於俄國聖彼得堡，父親是丹麥人，在他11歲時基於健康考量，舉家遷至較溫暖的德國。康托爾1867年取得博士學位後，循當時慣例先到一所普通的大學任教，希望再以此為墊腳石，進入柏林大學或哥廷根大學擔任教授。 1871年，康托爾開始研究無限，他大學時的老師克羅內克爾（Leopold Kronecker）極力反對，但他仍不改其志。康托爾自1874年起陸續發表多篇論文，他將無限當成可以一一對應其中元素的集合來處理，證明無限大不應一概而論，而是有不同的大小等級之分。 自然數、平方數、整數、有理數的集合都是「可數無限」，屬於最初級（第零級）的無限，它們都一樣大。但實數的集合則是另一種「不可數無限」，因為如下圖所示，假設所有實數都可對應到一個自然數（這裡用二進位表示），那麼我們可以寫出一個實數，它的第一個位數和第一列的第一個位數不同，第二個位數和第二列的第二個位數不同，以此類推，那麼這個實數絕不會和上面的數重覆。用這個「對角論證法」可證明永遠存在自然數對應不到的實數，所以實數的集合大於自然數集合，算是第一級的無限（註）。 不只如此，由於所有子集所形成的集合，一定比原來的集合大，因此還有更大的第二級無限，然後又一級一級地往上沒有止盡。也就是說，無限不但有大小之分，而且等級永無止境；康托爾認為這正可代表上帝的「絕對無限」。 那麼是否存在大小介於第零級與第一級之間的無限？康托爾相信並不存在這樣的無限集合（稱為「連續統假設」），但始終無法證明。 屢受打擊而崩潰的餘生 康托爾以一己之力吹散籠罩千年的迷霧，但當時的學界還是無法認可他的洞見，恩師克羅內克爾更斥之「並無重要意義」、「騙局」。康托爾不但承受極大的壓力，想要進入名校任教的夢想也就此破滅，最終在1884年精神崩潰。雖然他一個月後就康復，卻從此罹患憂鬱症，不時就會陷入沮喪哀傷的狀態，什麼也不能做。 1899年底，康托爾11歲的兒子猝死，對他又是一個打擊。而多年試圖證明連續統假設卻始終未果，也不斷加深他的焦慮，以致每隔幾年他就精神崩潰，必須住院治療。到了第一次世界大戰期間，德國因食物短缺而實施配給，康托爾因此健康更加惡化，終於在1918年1月6日在精神療養院中過世，享年73歲。 如今康托爾的貢獻已獲得普遍認同，他所開創的集合論更成為現代數學的基石；大數學家希爾伯特（David Hilbert）便曾為他捍衛，宣稱：「沒有人能將我們從康托爾為我們創造的樂園中驅除出去」。連續統假設也被希爾伯特列為有待解決的23個最重要數學問題之首，至今仍懸而未決，有待後人征服。 註：康托爾用「對角論證法」證明實數的集合大於自然數集合，後來這個方法分別被哥德爾用來證明不完備定理，以及圖靈用來證明不存在解決停機問題的通用演算法。 參考資料：

二千三百年前如何知道太陽有多大？

我在2月19日那篇〈哥白尼冥誕〉中提到西元前二百多年的希臘學者阿里斯塔克斯（Aristarchus of Samos）推算出太陽的大小是地球的300倍。有讀者問道：他是怎麼推算的？ 首先，阿里斯塔克斯在月全食時，從地球的影子剛好遮住一半月表時開始計時，直到月球完全被遮住後又冒出一半來，估算出地球的影子是月球直徑的2倍，因此地球直徑是月球的3倍。 接著他知道上弦月和下弦月時，太陽、月球和地球的位置剛好是直角三角形，在量測出太陽和月球對地球的夾角為87°後，便可算出太陽到地球的距離是月球到地球的20倍（註）。 由於太陽和月球看起來一樣大，但太陽卻是20倍遠，代表太陽的直徑是月球的20倍大。而地球直徑是月球的3倍，因此太陽的直徑是地球的6.7倍，體積便是地球的300倍。 如今我們知道實際上地球直徑是月球的3.7倍，太陽的直徑則是地球的109倍，阿里斯塔克斯對月球的估算還可以，但太陽大小就差太多了。之所以如此，是因為太陽和月球對地球的夾角為89.5°，而他用87°去推算，雖然只差了2.5°，但隨著距離越遠，誤差便越來越大。 不過這也不能算是他的失誤，畢竟在尚無天文觀測器材的當時，他能估算出87°應該已是最佳表現了。撇開這個技術問題，阿里斯塔克斯從月食的成因、軌道運行，到幾何學的運用，都做出正確的推理，而這也充分展現了科學思維如何突破時代的限制，成為文明推進的重要力量。 另一位古希臘學者也憑藉抽象推理，在二千二百多年前就算出地球的大小，可參考我寫過的〈如果你在兩千多年前，如何知道地球大小？〉。 註：當時還沒有三角學，所以阿里斯塔克斯並不是直接用角度度數和三角函數來計算，而是根據角度和直角相差1/30（尚不清楚他是用觀測或用推算得知的），再用幾何方法算出太陽到地球的距離，是月球到地球的18到20倍之間。 參考資料：

開啟個人電腦時代的人

1955年初，來自威斯康辛的裘安（Joanne Schieble）挺著大肚子來到舊金山準備在此生產。寶寶的生父是來自敘利亞的研究生，裘安的父親堅決反對他們結婚，她在家鄉無法墮胎，拖了一陣子後才遠赴舊金山，住進一所未婚媽媽之家。 創辦的醫生不但會為她接生，也如她所願，找到一位律師和他太太願意領養寶寶。2月24日那天，寶寶哇哇墜地，但這對夫婦發現不是他們想要的女孩後，竟臨時反悔。 醫生趕緊找到一個藍領家庭願意領養，先生保羅·賈伯斯（Paul Jobs）高中就輟學，現在從事二手車的買賣與維修。裘安原本堅決反對，一直拖到夏天才完成領養手續。她萬萬沒想到她的寶寶在這個家庭長大後，竟成為改變世界的巨人。 在養父的影響下，史蒂夫·賈伯斯從摸索車上的電子器材開始，而愛上各種新奇精密的裝置。1970年高二時，賈伯斯認識了大他5歲的大學生沃茲尼克（Steve Wozniak），兩人一見如故，常一起腦力激盪，開發電子產品。 1974年，賈伯斯放棄大學學業，到開發電視遊戲機的雅達利公司（Atari）工作。第二年他和沃茲尼克參加業餘愛好者組成的「自製電腦俱樂部」，沃茲尼克很快在6月就開發出蘋果一號的原型機，這是第一台按下鍵盤就立刻在螢幕上顯示字元的電腦。 當時電腦都還是中、大型主機，只有軍方或企業在使用；迪吉多電腦總經理奧森（Ken Olson）在1977年曾說：「人們沒有理由在家裡放一台電腦」，正反映出一般人的看法。然而，賈伯斯卻深信個人電腦的市場潛力，便說服沃茲尼克辭去在惠普的工作，並拉了一位雅達利的同事，三人於1976年創立蘋果電腦公司，開啟了個人電腦的時代。 不過隨後跟進的IBM採開放授權的策略，在IBM相容電腦的大軍壓境下，蘋果電腦業績一路下滑，賈伯斯終於在1985年被迫離開他一手創辦的公司。不過前一年推出的麥金塔個人電腦，搭配使用者圖形介面與滑鼠，以直覺易用的操作介面取代複雜費時的鍵盤指令，卻讓微軟也於1990年跟進推出Windows介面，個人電腦從此全面改頭換面。 在被放逐期間，賈伯斯仍維持一貫的創新精神，他另創的NeXT電腦雖然出師不利，但其中許多技術在他1997年鳳還巢，重掌蘋果電腦後，還是融入蘋果的新產品中發揮作用。而他在這段期間收購的皮克斯（Pixar）動畫工作室，也改變了動畫電影的樣貌。 2000年，賈伯斯「重新發明」隨身聽，所推出的iPod連同稍後推出的iTune，徹底改變了人們聆聽與購買音樂的習慣。 2007年推出的iPhone更是以觸控螢幕結合各項科技，重新定義了手機，從單純的電話功能擴展到拍照、聽音樂、收發郵件、看影片、上網等多項功能；如今手機已是每個人不可或缺的必備裝置。2010年又推出平板電腦iPad，讓電腦與網路與生活更密切結合，也翻轉了整個PC產業。 儘管賈伯斯所主導的科技產品並非他自己的發明，但他卻總是扮演時代的先驅，以絕不妥協的精神，克服一切困難才能完成這些極具開創性的產品。我們不免設想：如果賈伯斯沒有因為胰臟癌於2011年辭世，會不會有更多”One more thing”的時刻，看他掏出真正令人驚豔、改變世界的新發明……。 參考資料： 《賈伯斯傳》，Walter Isaacson 著，廖月娟等人譯，天下文化出版

奠定日心說的人——哥白尼

Netflix上有部動畫叫《地。–關於地球的運動》，這是改編自日本同名漫畫，敘述15世紀的歐洲某國，不但民眾普遍相信地球是宇宙中心，教會更奉為不容質疑的基本教義，若有人膽敢提出不同觀點，甚或僅是收藏這類文書，便會被逮捕入獄，慘遭酷刑或處決。然而，仍有一群人為了追求科學真理，前仆後繼地冒著生死安危，偷偷流傳地球繞著太陽轉的資料，最後才有哥白尼發表地動說（也稱日心說）。 這部作品某種程度呈現了地動說歷經艱難的歷史過程，不過在裡面所設定的年代，教會其實還沒對地動說嚴厲打壓。今天2月19日是哥白尼冥誕，在介紹其生平的同時，就順便來談談這段歷史。 首先，在哥白尼之前，的確就曾有許多人主張地動說。例如西元前二百多年，和歐幾里得同時代的希臘學者阿里斯塔克斯（Aristarchus of Samos），就推算出太陽的半徑將近是地球的7倍，也就是說體積大約是300倍。他認為太陽繞著小那麼多的地球轉實在太沒道理，應該是地球繞著太陽運行才對；他同時指出地球在自轉，因此才有日夜變化。 五世紀的羅馬學者卡佩拉（Martianus Capella）雖沒主張地動說，卻提出金星和水星繞著太陽轉的運行模型。15世紀的德國（當時仍是神聖羅馬帝國）樞機主教尼可拉斯（Nicholas of Cusa），也明確表示：「地球就是星球，與其他星球無異，既非宇宙中心，也不是靜止不動，……。」他們兩人的主張後來都讓哥白尼有所啟發。 你可能會覺得很奇怪：教會不是嚴禁地動說嗎，為什麼一個樞機主教竟會公然主張？事實就是當時地動說尚未被視為異端邪說，教會高層得知哥白尼的學說後，甚至深感興趣。 哥白尼於1473年出生在波蘭，10歲時父親過世，便由經商有成的舅舅領養。幾年後，舅舅當上地區的主教，特地在哥白尼完成大學學業後，安排他前往義大利研讀教會法典，為未來的教會生涯鋪路。不過他在大學時曾研讀亞里斯多德、歐幾里得與托勒密等人的著作，對利用數學分析天體運行很感興趣，因此他到義大利求學時，也花很多時間在天文學上。 當時已流傳一千多年的托勒密模型是基於地心說，又最能符合天體運行的實際觀測結果，因此被奉為圭臬。但在哥白尼心中，上帝一定是以簡潔優美的方式創造世界，托勒密模型需要許多周轉圓與偏心圓，太過繁複，應該不是正確答案。 哥白尼30歲拿到教會法典的博士學位後，回到波蘭擔任舅舅的助手。九年後舅舅過世，他被派到弗勞恩堡這個北方小城擔任神父，工作之餘便觀測星象。1514年，哥白尼將日心說的綱要寫成小冊子，但只私下分送給朋友傳閱。在獲得更多觀測資料後，他終於在1532年完成《天體運行論》的初稿，但仍然不肯公開發表。 不過在讀過的朋友口耳相傳下，哥白尼的理論傳到教宗克萊孟七世（Clemens PP. VII）的秘書耳中，他於 1533年向教宗與幾位紅衣主教簡報日心說，結果他們都很感興趣。三年後，一位紅衣主教還特地寫信給哥白尼，請他盡快出書讓其他學者分享研究。但哥白尼一直拖到風燭殘年時才將《天體運行論》付梓，據說印製好的書在1543年5月24日他臨終之際，剛好送到他床前，哥白尼撫摸著封面安詳去世。 如果哥白尼在世時，教會對於地動說尚持開放態度，那就不用擔心遭到教會迫害，既然如此，他為什麼拖延近三十年，直到死前才出版嘔心瀝血之作《天體運行論》？最可能的原因是他深知自己的理論仍漏洞百出，難以自圓其說。至於是哪些問題，可參考我之前寫的〈科學或信仰？哥白尼的日心說〉。

發明電池、促進電學發展的人

1791年的某一天，義大利帕維亞大學的實驗物理教授伏打（Alessandro Volta）翻開剛出版的期刊，裡面一篇題為〈論肌肉動作的電效應〉的論文吸引了他的注意。 這篇論文是由54歲的義大利醫生伽伐尼（Luigi Galvani）所寫，描述他過去幾年用青蛙進行的實驗。他先是發現轉動用來產生靜電的起電盤，或是天空出現閃電時，會隔空讓死掉的青蛙雙腿抽動。後來他發現即使沒有這些外部電力，光是將青蛙的下半身掛到鐵架上，蛙腿也會自發性地抽動，他認為這是因為青蛙體內原本就有電，經由肌肉神經碰觸到金屬而釋放出來。伽伐尼因此主張除了靜電和大自然的雷電，還有第三種電——動物電。 伏打讀完論文後眉頭一皺，對動物電的說法深感懷疑。他出生於1745年2月18日，雖然比伽伐尼小8歲，但對於電的研究卻早就享有盛名。伽伐尼所用的起電盤，便是伏打於1775年改良發明的，一推出就大受歡迎，成為將靜電注入萊頓瓶的最佳工具。 伏打重覆伽伐尼的實驗，用銅鉤串起青蛙下半身，掛在鐵架上，蛙腿的確如論文所寫的那樣產生抽動。不過倘若不用銅鉤，而是改用和鐵架相同材料的鐵鉤，蛙腿就不會抽動了。於是伏打隨即發表論文，直陳伽伐尼宣稱的動物電並不存在，而是銅、鐵兩種不同金屬之間有電位差，產生的電流經過青蛙的肌肉神經才引起抽動。 伽伐尼不甘示弱，又進行其它實驗來證明蛙腿收縮和金屬無關。伏打也不斷挑出伽伐尼實驗的缺失，雙方你來我往地打了幾年筆仗後，伏打想到如果沒有蛙腿也會產生電流，就可以徹底證明無關乎所謂的動物電了。經過多次實驗，伏打找到最佳組合：將許多銀片與鋅片交替堆疊起來，每對銀片與鋅片之間再以浸了鹽水的布片隔開，就能產生強烈的電流。 就這樣，伏打發明了史上第一個電池——「伏打堆」。伏打的論文於1800年在英國皇家學會發表後，除了取得與伽伐尼多年爭辯的最終勝利，使得動物電的主張被學界揚棄（註），更重要的影響是，加速了電學的進展。 這是因為萊頓瓶雖然可以貯存靜電，但一旦觸碰，所有靜電即瞬間傾洩而出，難以用來做電學研究。如今伏打發明的伏打堆不但能持續產生穩定的電流，又非常容易製備，有需要的科學家都可以自己製作一套來做實驗。英國皇家學會主席的朋友卡萊爾醫生 (Anthony Carlisle)和化學家尼寇森 (William Nicholson)，就是在收到論文後試圖複製伏打堆，無意間將水電解出氫氣與氧氣，開啟了電化學這個全新的領域。 幾個月後，德國化學家里特（Johann Ritter）進行水電解的量化實驗，測量出產生氫氣與氧氣的比例，並進一步發現電鍍的化學反應。英國化學家戴維爵士 (Humphry Davy) 也是利用伏打堆電解礦石，而於 1807 年發現世人仍不知道的元素鈉和鉀，隔年他又陸續電解分離出鈣、鍶、鋇、鎂、硼等新的化學元素。 除了電化學，伏打堆對於物理也有深遠的影響。沒有電池，安培無法在1826年發現安培定律，法拉第也不可能在1837年發現電磁感應。電學的發展可說是始自伏打的發明，為了表彰他的貢獻，他的姓氏便做為電壓的單位（Volt, 伏特），永遠流傳下來。 註： 伽伐尼於1798年就抑鬱而終，他的外甥在他死後仍繼續做實驗，試圖捍衛動物電的主張，但影響有限。要到1840年代，才又有人重拾動物電的研究，進而證明動物體內的確有電——雖然如今我們知道並非伽伐尼以為的那種電，而是和鈉、鉀離子有關。 從這個角度看，動物電的多年爭辯固然最終由伏打勝出，但這場勝利在促進電學的同時，卻也付出了相對代價，造成電生理學的發展延遲了半世紀之久。 參考資料：

捍衛資訊自由的烈士

12年前的今天，26歲的美國青年斯瓦茲（Aaron Swartz）在公寓內上吊自殺，沒有留下遺書。第二天，全球資訊網WWW發明人柏納-李（Tim Berners-Lee）立即發表一首沉痛的悼念短詩： 〈亞倫死了〉（Aaron is dead） 在這瘋狂的世界漫遊的人啊， 我們失去了一位導師，一位睿智的長者。 為正義而戰的駭客們，我們的一員倒下了， 我們失去了一名同志。 教養者、看顧者、傾聽者、養育者， 所有的父母們， 我們失去了一個孩子。 讓我們哭泣吧。 Wanderers in this crazy world, we have lost a mentor, a wise elder. Hackers for right, we are one down, we have lost one of our own. Nurtures, careers, listeners, feeders, parents all, we have lost a child. Let us all …

Continue reading “捍衛資訊自由的烈士”