DPZ - 電的旅程

「第一章：電磁科學基礎」
＜ 電磁本一家 ( 2 )＞……續上
當時歐洲大陸上對電的研究相當活。本來做牛頓力學或數學研究的學者，也有人將興趣轉向電。
1820年丹麥物理學教授厄斯特 (HANS CHRISTIAN OERSTED) 在課堂上講課時，無意中觀察到當他將電流打開，電流流過一根導線時，桌上的指南針的指針會轉動，當他切掉電源，指南針又回到原位。
電和磁是有關聯的嗎？他無法解釋，但將自己觀察到的現象發表了出來，這一發現震撼了科學界。兩個星期以後，法國人安德烈‧瑪麗‧安培 (ANDRE MARIE AMPERE) 做了一個實驗，他將兩根導線放得很近，當兩根導線中的電流方向相同時，導線會互相排斥，當導線上電流一正一反時，導線會互相吸引，這證明了電流能產生磁場，而正是電流產生的磁場影響了指南針，解釋了厄斯特觀察到的現象。安培是數學家，他用數學方法闡述了電與磁的關係，他的理論有缺失，後來由德國數學家約翰．卡爾．弗里德里希．高斯 (JOHANN KARL FRIEDRICH GAUSS) 加以完善，直到五十年後，再由馬克士威 (JAMES CLERK MAXWELL) 總結成「定律」。…… (待續)

「第一章：電磁科學基礎」
＜ 電磁本一家 ( 3 )＞……續上
1825年，英國物理學家威廉．斯特金 (WILLIAM STURGEON) 製成了實用的電磁鐵，他將一塊軟鐵做成U字形，用包著絲綢 (絕緣體) 的導線纏繞在鐵上，當導線通電時，軟鐵帶有很強的磁性，可以吸走鐵釘，磁力跟電流強度的平方成正比，這是一個重要而有用的發明，但斯特金無法解釋箇中的原理，一直要到一百多年後固體物理學發展，才能解釋其中的道理。
電磁研究進行了二百年，不斷地有新發現，新發明，但都是一個個「點」，全面的發展及形成理論靠兩位天才：邁克爾．法拉第和馬克士威。……(完)

「第一章：電磁科學基礎」
＜一代宗師法拉弟 ( 1 )＞
1812年，年輕的邁克爾．法拉第心情異常興奮，因為他的朋友送了他一張票去聽漢弗里．戴維 (前文已提及) 的演講。
法拉弟出身貧家，父親是鐵匠，但身體不好，家裡收入微薄，自小在飢餓中長大，14歲就去一家裝訂書藉的小店做學徒，他還有口吃的毛病，但聰明好學，最喜歡讀的書就是大英百科全書，最喜歡的內容就是當時科技尖端的電和磁。
戴維演講的時候，法拉弟全神貫注做筆記，他的朋友知道他喜歡聽戴維的講課，就將以後幾場戴維演講的門券都送了給他。法拉弟祟拜戴維，決定向戴維求職，希望能在戴維身邊學習，他去求見戴維，並送上精心裝訂的，他自己記錄的戴維的演講。戴維並不特別喜歡這個口吃的年青人，但正好有一個年青人的見習生辭職，於是就錄取了法拉弟，造就歷史上一位大科學家，當年法拉弟才21歲。…… (待續)

「第一章：電磁科學基礎」
＜一代宗師法拉弟 ( 2 )＞……續上
法拉弟做了戴維的助手，工作得心應手。雖然法拉弟沒有受過多少教育，對高等數學完全不懂，但他有超強的想像力，他手巧，善於製作實驗工具，又會做實驗，戴維很快就知道自己選對了助手。後來戴維帶了新婚太太到歐洲旅行，帶了法拉弟同行，戴維太太將法拉弟當作僕人一樣使喚，為了尊敬戴維，為了研究，法拉弟什麼苦都忍受下來。但這次歐洲旅行中，法拉弟見到了安培，見到了伏特，以及許多科學界的權威，法拉弟眼界大開，自信心也大增。
歐洲旅行回來後，他設計了一個裝置，他將一根磁鐵垂直固定在一個闊口的玻璃瓶中，再將一根金屬桿，下部浸在水銀中，上端掛在一個鬆動的架子上，當電流接通金屬桿的時候，奇跡發生了，這金屬會繞著中心的磁鐵轉動，當電流方向改變時，金屬桿向另一個方向轉動，法拉弟證明了電的能量能轉化成「動」的能量，這是今天廣泛使用的馬達的原形。…… (待續)

「第一章：電磁科學基礎」
＜ 一代宗師法拉弟 ( 3 )＞……續上
法拉弟將電能驅動的實驗報告發表，但沒有提及戴維的名字，這引起戴維的不快。雖然法拉弟確實以為戴維沒有參加過這個實驗，但此事也多少反映了他們兩人之間有了心病，從此不能抹去。以後的十年，法拉弟的工作壓力很大，做事如履薄冰，也不敢再做電能方面的實驗，他轉向電解、電鍍等方面的研究，他研製了效能更高的電池，創立了電鍍等應用化學，也是法拉弟是世界上第一個發現了「苯環」這種化學結構。
1829年戴維逝世，法拉弟眾望所歸，被選為皇家研究院的主持人。
法拉弟發現了電流變化引起磁場變化，他也深信磁場變化能產生電流，這是自然界巧妙的平衡，他設計了很多實驗裝置，想要證明磁場變化能產生電流，但都失敗了。直到有一次他無意中將磁鐵扦入一組線圈，他發現電流表動了一下又不動了，當他將磁鐵拔出時，他發現電流表又動了一下，方向相反，不停地重覆扦入拔出，電流表就擺動起來，這證明了動能可以轉化成電，這就是近代「發電機」的原理。…… (待續)

「第一章：電磁科學基礎」
＜一代宗師法拉弟 ( 4 )＞……續上
法拉弟發現了發電機及電動機的工作原理，但實用的發電機和電動機，要在四十多年以後，在材料和加工工藝大大發展之後才被製造出來。
法拉弟是電機和電化學中的偉大發明家，他發現了電磁感應；抗磁性；順磁性；磁光效應等很多基本的物理現象。法拉弟詳細記錄了他做過的600多次大型實驗，大多數是失敗的，跟預期不符。現在法拉弟的筆記記錄相當完整地保留在英國皇家研究院中。
法拉弟雖不懂數學，但他有超凡直覺，晚年他在瑞士養病時，他直覺地認為光是電和磁的振動，這種想法是大大超越他那個年代的人的想像力的，而他在晚年，用一塊磁鐵和一個簡單的起偏器 ( POLARIZER) 裝置，將磁和光兩種物理現象結合起來。
法拉弟一生和太太住在皇家研究院的小閣樓上，他全心投入實驗，生活節儉，為人謙虛，他有無數發明，但從沒有申請過一個專利，他是一個偉大的先驅者，奠定了現代電、磁和光學的基礎。…… (待續)

「第一章：電磁科學基礎」
＜一代宗師法拉弟 ( 5 )＞……續上
法拉弟非常注重青年教育，每年聖誕節都會為青少年舉行科學講座，他歷年的講詞被大英百科全書推薦為最可讀的科學啟蒙讀物。
法拉弟觀察到磁鐵有一個磁作用力的範圍，他將磁鐵放在一張紙下面，紙上撒上細細的鐵屑，鐵屑會形成以磁鐵為中軸的橢圓形，鐵屑明顯受到磁力的牽引，他將橢圓形的線稱為「力線」，當另一塊磁鐵接近時，兩塊磁鐵的力量會同時發揮作用，改變「磁線」的方向，他又觀察到兩塊磁鐵的相互作用，會因距離的改變而改變
法拉弟已經觀察到「磁場」，並部份地加以描述，但他本人沒有數學的底子，無法將實驗繼續下去。此時又有天才誕生，這就是比法拉弟晚了四十年的麥克士威。……(完)

「第一章：電磁科學基礎」
＜絕世奇才馬克士威 ( 1 )＞
馬克士威生於1831年，出身在一個蘇格蘭顯耀的家族，父親是律師，她母親四十多歲才生下他。馬克士威是一個數學天才，善於用數學像語言一樣來描述自然現象。
馬克士威28歲就在英國的最高學府劍橋大學任助教，當時他參加了一個學術比賽，題目是用數學來推算土星光環的特性。當時研究天文的人，沒有人知道土星光環是什麼樣的物質組成的，馬克士威用數學方法推斷，土星光環不是一整塊完整的固體，也不是液體的，也不是氣體的，它應該是許許多多大小不一的固體狀物質混雜在一起，形成圍繞土星旋轉的光帶，數學上才是穩定的。一百多年後，美國無人航天器飛越土星時拍回的照片，證明馬克士威的預見是正確的！…… (待續)

「第一章：電磁科學基礎」
＜絕世奇才馬克士威 ( 2 )＞………續上
馬克士威在全心全意投入電磁研究前，已發揮了他在數學和物理學界面研究的傑出貢獻，他在系統控制理論，統計力學，熱力學和顏色混合的光學物理等方面，發表了很多研究報告。
馬克士威在劍橋大學主修數學和邏輯學，當時校內鼎鼎大名的學術權威威廉．湯姆遜 (WILLIAM THOMAS) 就鼓勵他去研究法拉弟留下來的大量實驗數據，湯姆遜看到其中蘊藏著破解自然界奧秘的重大機會，但他自己工作太忙，無懈做這方面的研究，所以鼓勵這位有潛質的年青學生去做這件事，由於湯姆遜的鼓勵和指導，馬克士威在大學年代就開始思考「磁場」及「力線」。
馬克士威在三十一歲的時候，去拜訪了當時已七十多歲的法拉弟，法拉弟將自己的實驗結果，自己對磁與電的種種想法傾囊相授，他也寄希望於馬克士威，希望他用數學方法總結出有關電與磁的理論。
馬克士威也不負所望，他將安培、高斯、法拉弟、湯姆遜等人的所有電磁研究的報告在數學上用牛頓力學，流體力學等數學方法表達出來，他苦苦思索了十一年，在1873年發表了「電磁學理論」，用四條看似簡單的微分方程式，包含了自然界所有電磁現象的相互關係！…… (待續)

「第一章：電磁科學基礎」
＜絕世奇才馬克士威 ( 3 )＞………續上
馬克士威發表的四條數學方程式包括了天地間所有電和磁，質和量的相互關係，所有當時已有的實驗數據，代入他的公式都能得到正確的答案！
更加偉大的是，馬克士威從他的數學方程式中，看到有一種電磁波存在，當他將所有常數代入他的方程式時，計算出來電磁波的速度等於光速！他證明了法拉弟的直覺，光就是電磁波，可惜在馬克士威發表他的研究時法拉弟已經去世，沒有看到他的預言已獲證實。 【註：網友們也許有興趣知道，近年來股市衍生工具大量發展，是因為有了計算衍生工具振盪波幅的數學模式，而這個數學模式在形式上跟馬克士威的電磁振盪公式一模一樣，祇是其中的參數不同，不能不驚嘆自然界的奧妙和人類的智慧。】DPZ
馬克士威的理論發表後，科學界將信將疑，照馬克士威的理論，各種波長的電磁波都存在，超出了「可見光」這個概念，到底馬克士威的電磁波是什麼東西呢？
十多年以後，德國科學家亨利希‧赫茲 (HEINRICH R. HERTZ) 在實驗室中證明了電磁波的存在，他可以令一個實驗裝置穩定地發射出電磁波，赫茲的電磁波，波長一公尺，比可見光的波長要長100萬倍！但速度也達到光速，赫茲證實了馬克士威的預測！…… (待續)

「第一章：電磁科學基礎」
＜絕世奇才馬克士威 ( 4 )＞………續上
赫茲發現並可以重覆發射的電磁波，就是我們今天人人都熟知的無線電波，可見光祇是無線電波中的一種，無線電波有不同波長及頻率，赫茲以後有許多不同的科學家，做不同的實驗，發現了Y射線，X射線，微波等等不同電磁波，馬克士威四十八歲時死於胃癌，沒有看到赫茲證明了他的理論。
人類對電與磁的認識，從1800年電池發明，到1888年發現電磁波中間祇經歷了短短的88年。
人類對電和磁從沒有認識，感到神秘驚畏，到發現這些現象的真諦祇用了100年，此時每一個讀者都可以想像到偉大的，實用的，改變我們生活的發明就將一一面世。
偉大的科學家，他的名字大家都熟悉，智慧的化身愛因斯坦，在他的書桌前擺放了三張照片，他們是牛頓、法拉弟和馬克士威。……(完)

「第二章：電報」
電報技術，摩爾斯嘔心瀝血三十餘年。
萬里傳訊，世界從此相連一線之間。人類天生就有一種本能，就是應用新的技術來改進生產，改善生活。還記得法國神父諾雷嗎？他用200個神學院學生做靜電電擊實驗時，腦海中已經想到可用電傳送信息，但當時人類關於電磁的知識不足，也沒有穩定的電源，發明電報要歸功於美國的摩爾斯及英國人柯克，到後來摩爾斯的方法全球通用，並造就了第一個以電為技術的新工業，為人類通訊技術帶來革命性的變革，開創了以後一系列的發明。

「第二章：電報」
＜電流傳播信息 ( 1 )＞
摩爾斯 (SAMUEL F. B. MORSE) 1791年出生在美國，他當年在外靠畫像為生，因通訊不便，甚至妻子在家鄉病故都不知道。
1832年摩爾斯去法國巴黎羅浮宮寫生，他臨摹了很多畫，準備回紐約開展覽售票賺錢。在回美國的船上，他聽到同船一個乘客談起歐洲有人在研究用電來傳送信息，摩爾斯產生了極大的興趣，當時他已四十一歲，他隱約覺得這種未來的通訊技術，可能帶來巨大財富。
摩爾斯雖然沒有受過物理和化學的訓練，但他人很聰明，而且性格執著，是一個說做就做的人，他一邊在紐約大學找到了一份美術教授的工作，一邊開始研究電報技術。
摩爾斯花幾年時間，做出了一架簡陋的電報機並在1837年申請了專利，此時他招攬了紐約大學的同事，化學教授葛爾 (LEONARD GALE) 及一位學生艾佛瑞．維爾 (ALFRED VAIL) 加入他的團隊。
維爾在電池及電線絕緣方面是專長，對摩爾斯的電報機做了很多改良，維爾的家族開設有蒸汽機廠，維爾懂機械，幫摩爾斯搞電報機。…… (待續)

「第二章：電報」
＜電流傳播信息 ( 2 )＞……續上
維爾的家族也看到電報這一發明的前途，投資在摩爾斯的計劃上，摩爾斯同意讓出25%的股權。
有了葛爾和維爾的幫助，以及維爾家族的投資，摩爾斯很快造出了第二代電報機，這套機器能把訊號傳送到300公尺以外的距離，摩爾斯帶著這新機器到處去表演，希望獲得支持找新的投資者，但技術太新，當時的人望「電」生畏，沒有人願意投資。
1837年，似乎機會來了，美國國會想搞長距離快速通訊的系統，摩爾斯也去投標，當時三十一份標書其中三十份都是用「旗語」通訊，像古代烽火台傳訊那樣的技術，祇有摩爾斯是用新的技術。摩爾斯建議做一個示範系統，距離40英里，需款三萬美元，結果國會拖著，毫無結果。摩爾斯又去英、法、俄國推銷，結果也都失望。此時經費用完，團隊也祇能解散了。…… (待續)

「第二章：電報」
＜電流傳播信息 ( 3 )＞……續上
到1841年，摩爾斯提出的專利申請獲專利局批出，有了專利權，那決定再做一次最後努力，看能否得到國會贊助。
1842年，他單槍匹馬去了華盛頓，這一次他見到的議員跟上次不一樣，較多的人對新技術有興趣，摩爾斯說服了幾位議員，令他們相信電報系統能賺錢。1843年國會為此投票，89對83，通過了贊助電報發展的議案，撥款三萬美元發展華盛頓到巴爾的摩的電報系統，兩地相距44英哩。
摩爾斯回去後立即召回了葛爾和維爾，又請多了一位助手，叫埃茲拉．康乃爾 (EZRA CORNELL)，摩爾斯負責全面統籌，葛爾負責電線和電池的採購，維爾負責發報和收報機，康乃爾負責挖地埋電線。
工程進行中每一部份都出問題，大家互相指責，最大的問題是鐵的導線埋在地下很快生鏽不能用，眼看3萬美元快用完，但挖地祇挖了十英哩，此時摩爾斯靈機一觸，決定架設木桿，導線掛在木桿上。這本是權宜之計，草草完工，想不到以後電線桿就成了普遍存在的景觀，康乃爾以後做了許多架電桿的工程，並因此至富捐錢辦了一所大學，就是今天的康乃爾大學。…… (待續)

「第二章：電報」
＜電流傳播信息 ( 4 )＞……續上
華盛頓至巴爾的摩的電報工程完成了，在華盛頓，電報站設在華盛頓最高法院內，由摩爾斯親自主持，另一端，設在巴爾的摩市的火車站旁，由維爾主持。
摩爾斯請來了當時專利局局長的女兒，發出了第一條電報，內容是聖經上的一句話：「WHAT HATH GOD WROUGHT？」譯成中文是：「神為衪行了何等的大事？」現在這件事已成為家喻戶曉的事。但當時的新聞界完全不重視電報的試發，大家在關心民主黨在巴爾的摩舉行的推舉總統候選人提名大會。
大會上提名民主黨國會議員萊特做副總統候選人，但萊特身在華威頓，這一結果如果騎馬去通知萊特，至少要半天，但經過維爾的電報站，信息瞬息間傳到華盛頓，萊特知道後，拒絕了提名，消息經摩爾斯傳給維爾，起初大家將信將疑，要等騎馬的信差趕到才相信，這時電報不可思議的速度才被大眾相信。
此後政府提出收買摩爾斯的專利，摩爾斯以11萬美元賣給了政府，當時還以為是一個天價，政府決定開放電報市場給民間企業發展，摩爾斯有一些失望。…… (待續)

「第二章：電報」
＜電流傳播信息 ( 5 )＞……續上
此時願意投資電報事業的人很多，摩爾斯請了一位在管理和生意上都有經驗的搭擋，此人名叫肯道爾 (KENDALL) 成立了一家電報公司，在美國東部發展電報網，他又聽了肯道爾的建議，接受其它公司加盟，像今天的連鎖店一樣，劃定區域，在全美各地發展電赧網絡，不久全國就掀起了電報狂熱，到處都樹立起電報電桿，到1855年，在不到十年的時間裡電報網基本覆蓋了全美所有的城鎮。…(完)

「第二章：電報」
＜消除時空間隔 ( 1 )＞
當電報行業席捲北美時，歐洲也不遑多讓。英國人威廉．柯克 (WILLIAM COOKE) 和摩爾斯在同一年 (1837年) 在英國申請了專利，但柯克的設計比較複雜，需要五條並行的線路 (摩爾斯的設計祇需一條路線)。
柯克最早說服了鐵路公司，在鐵路沿線設電報站調度車輛，當時電報還不受人注意，直到有一次兩個槍匪搶了東西跳上火車，本來騎馬都追不上他們了，但電報已通知下一站，等槍匪到站時警察已等著捉住了他們，電報的神奇因此震動了歐洲。
此時歐洲也開始建設電報網，德國的西門子兄弟集資完成了德國全國的電報網，又幫助俄國建立電報網，西門子兄弟因此成為巨富。
摩爾斯一直鼓吹建立跨大西洋的電報系統，經過十幾年的發展，電池及電線的生產技術神速發展，建立跨距幾千公里的電報線路，似乎有可能實現了。…… (待續)

「第二章：電報」
＜消除時空間隔 ( 2 )＞……續上
當時，電報公司的實驗室中，已證明電報訊號可以經導線傳送3200公里。
有一個紐約富豪名叫菲爾德 (CYRUS FIELD)，33歲就從造紙工業賺到大筆財富。雖然技術條件並不成熟，他就貿然投下巨資，建造跨大西洋電報電纜。菲爾德請的總工程師是一個醫生，對電報電纜一點都不懂，整個團隊的人是邊做邊學，工程漏洞百出，特別是對海底電纜絕緣體的要求，電纜的強度及耐久性，收發機的靈敏度都有問題，而這滿是缺陷的系統在1858年完成，全長3300公里。真是奇跡一樣，聯接紐約和倫敦，英國的維多利亞女皇和美國總統布坎南互通了賀電，在大家都歡欣鼓舞時，傳來的信號越來越弱，噪音越來越大，傳說摩爾斯建議加大電壓，將電壓加大到2000伏特，但此時線路中再也沒有信號可通過，這個系統祇工作了三個月，傳送了732個短訊。…… (待續)

「第二章：電報」
＜消除時空間隔 ( 3 )＞……續上
第一條跨大西洋電纜失敗，社會上很沮喪。英國和美國政府各派了四位專家分析失敗的原因。英國專家是湯姆遜教授為首，就是他鼓勵馬克士威去研究法拉弟的實驗數據，並作出了人類科學史上卓越的成就。
湯姆遜本人精通化學，物理，又是一位工程師，專家團隊找到了第一條跨大西洋電纜失敗的種種原因，並作出改良建議菲爾德再出重資鋪設第二條跨越大西洋的電報電纜。第二條電纜在1865年完成，性能卓越，從此大西洋兩岸信息暢通。英女皇封湯姆遜教授為克耳文爵士，晉身貴族。而跨大西洋電纜盈利能力極高，第一天運作就賺了1000多鎊！菲爾德的所有投資在兩年內收回！…… (待續)