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【物理好好玩S2EP07】法拉第與他的老師戴維、法拉第與他的學生馬克思威爾
五月裡一個陽光閃耀的早上，我去年的學生書辰與雅瑄，來找我拍一段訪問短片。短片的標題是「典範老師」，這是她們師資培育課程的一個作業。我其實很緊張，看著兩位未來優秀的老師或科學家，我不禁心裡嘀咕著：我自己知道怎麼做一個典範老師嗎？
聽眾知道我在師大教書，但我自己不是師大畢業，並沒有教師的職業訓練。當她們問我，教師需要什麼樣的特質，我還是盡力拼湊出一個模糊的想法：我覺得教師這個職業，適合對世界充滿好奇的人，他們把瞭解為什麼，看得比得到什麼來得重要。畢竟教師與知識必須整天黏在一起，他的志業可以說就是守護這個學問了。
上個月介紹的十九世紀大物理學家法拉第，並沒有老師。出身一個貧苦的家庭，法拉第根本沒有受過教育。他在書籍裝訂商做學徒，意外的、書裡的世界為他打開了一扇窗。在工作以外時間，法拉第閱讀了店內裝訂的書，書中所談的盡是自然的探索，這當然與他面對的日常大相徑庭。但法拉第慢慢感覺，那才是他所屬於的世界，那才是他的熱情所在。
法拉第進到了企盼已久的學術殿堂
這些書籍的擁有者，很多都是學術名人，化學家戴維就是其中之一。說他是名人，一點都不誇張。那是一個自然科學爆發的啟蒙時代，知識過去僅限於精英，這時整個社會與群眾，開始睜開自己理性的眼睛，重新觀看周圍的自然，可以說無一處不是驚奇。那時的科學家，就是把自然的秘密帶入人群的先知。其中較有才華的，就會把科學包裝成引人入勝的演講與演示。皇家研究院就以此著名，而戴維就是研究院中的明星。據說當他演講的夜晚，研究院前的馬路，車輛絡繹不絕，盛況絕對不輸現在的阿妹演唱會。
法拉第與許多書店的客戶來往，也因此常常參與研究院的演講。他會把演講的內容整理成精美的筆記，來感謝給他票的學者。有一次，戴維因實驗炸傷了眼睛，法拉第就被介紹擔任戴維的短期實驗助理，這使他覺得，自己與探索自然的世界越來越靠近。當學徒契約一結束，他大膽的給戴維寫了一封信，並附上他為戴維演講整理校正的筆記，當然是精美裝訂的。戴維應該相當驚豔於這個年輕人的熱誠，雖然還要花一番工夫，但他真的幫法拉第，在研究院找了一個助理的工作。
法拉第一定覺得自己是在天堂。雖然這個所謂助理的工作，大家都說就是幫忙擦洗試管的學徒，但真的讓他進到了企盼已久的學術殿堂。事在人為，法拉第的細膩、勤勉、加上直覺與推理能力，讓他很快就嶄露頭角。一開始，法拉第主要是幫大教授們準備演示所要用的器材，但漸漸戴維也會開始在重要的研究實驗中，讓他參與操作，這已經越來越像今日博士後研究員，在各研究機構中，扮演的角色。請記得，法拉第並沒有任何正式的教育，但他的洞察力與實驗操作的天份，顯然並沒有被埋沒。而且戴維似乎越來越依賴他了。
因失學而欠缺的教養與文化視野，一次補起來
於是，戴維邀請他一起到歐洲、進行一趟訪問旅程。一般都認為，這一趟旅程是法拉第一生的轉捩點，因失學而欠缺的教養與文化視野，一次補起來。從巴黎到佛羅倫斯、從威尼斯到羅馬，他浸潤在當時歐洲最細緻的文明、與最尖端的科技之中。當然，我們也從法拉第的書信知道，他很多時候就是戴維夫婦的管家，幫戴維太太提行李也是他的工作。
從歐洲的旅程回來，戴維與法拉第開始了一段黃金合作期。通常，戴維會給一大堆點子，然後自己到處旅行、演講、釣魚、社交。法拉第就在實驗室中，勤勉不懈，分析戴維路上收集寄回來的各式礦物、空氣等樣本。法拉第所完成劃時代的氯氣液化，就是兩人關係一個生動的寫照。法拉第在論文中，特別感謝戴維爵士的討論，使他有了這樣的念頭，在高壓下對含氯的化合物加熱，而得到液態氯。但戴維堅持在發表的版本後面，再加上了一段附註，聲稱自己早已預見這個實驗的結果。這樣的附註只能被解讀，戴維要暗示氯氣的液化完全是自己的想法，法拉第只是付出勞力而已。但實情是：戴維就這樣在繁忙的日程之間，像風一樣飄進實驗室，隨意丟下一兩個意見。最後，卻要把法拉第在實驗室內日以繼夜所完成的獨立工作，佔為己有。
1820年底發生震驚歐洲科學圈的大事，丹麥科學家奧斯特發現，電流通過的導線、與磁鐵之間會有磁力。戴維告訴法拉第這個消息，並建議他注意。之前以化學實驗為主的法拉第，於是開始進行電與磁的研究。一絲不苟的法拉第很快讀遍了可以找到的科學家文獻，重複他們作過的電與磁的實驗。謙遜的他，匿名寫了一篇非常完整的電磁知識總整理，這篇匿名文章在當時還蠻受注目的。
法拉第獨立發展了一個實驗，這是第一個電動馬達的雛形
1821年初有一天，法拉第進到研究院的實驗室，正好撞見戴維與同事沃拉斯頓正結束一個電流與磁鐵的實驗，看來是失敗而沒有完成的，而嘗試的就是沃拉斯頓未公開的一個點子。顯然戴維除了法拉第之外，同時也找了對電更有經驗的專家進行合作，而且更加密切。
究竟兩人的關係從那一個時間開始變調，現在已難追索。但很明顯的，這時聲望如日中天，剛剛出任皇家學會會長的戴維，並不習慣這個當年的學徒，現在已在學術的路途上，與他越來越靠近。實驗室意外邂逅四個月之後，法拉第獨立發展了一個實驗，讓一條電導線，可以在磁場中持續繞行運動。這是第一個電動馬達的雛形，但也與幾個月前，他所撞見戴維與沃拉斯頓正在進行的實驗，有一點神似。法拉第當然完全忘了這件事，自然也沒有在發表的論文中，禮貌性的提及沃拉斯頓。但顯然沃拉斯頓與戴維都沒有忘記，法拉第曾看到他們失敗的實驗。如同憑空瞬間出現的暴雨，論文發表一周後，小小的學術圈內，兇猛的出現了法拉第是剽竊者的批評聲浪，在學術界這是比殺人更嚴重的罪行。法拉第向他的恩師戴維求救，解釋他的工作從未受到沃拉斯頓的啟發。但換來的只有沈默，戴維的沈默，就是故意默許放任對法拉第的批評，讓這個危機繼續延燒下去。批評者振振有詞的指出，法拉第從來沒有電學的經驗，一下子得到的重大發明，顯然是偷取他人的創意。在這樣的痛苦煎熬下，法拉第支撐了接近一年，最後只能再仔細寫一篇論文，細細描述他的思索歷程，還得公佈當初匿名的那篇電學總整理就是他執筆，可見他在電學已經下了很久的工夫。這個危機終於慢慢解除，但對耿直的法拉第顯然打擊很大。
戴維培植了他的後繼者，到達了一個自己都無法忍受的高度
或許，人生真的沒有不散的宴席。在剽竊爭議還在延燒的時候，幾位皇家學會的院士跳過會長戴維，向學會提名推薦法拉第成為院士。戴維自然覺得這是對會長的不敬、對他權威的挑戰。根據法拉第的描述：「戴維爵士要我撤回提名，我回答他說：我不能，因為這是我的推薦者的提名，不是我自己提的。他更進一步要求，那我必須說服我的推薦者撤回。我回答：我知道他們不會同意的。這時他說了，那作為會長，他會把提案撤銷。我的回覆：我相信戴維爵士會考量，而做出最符合學會利益的決定。」
我們沒有戴維對這件事的描述，但我猜，大概無需對法拉第的說法有太多質疑。又過了將近半年，經過十次不間斷的提案，在第十一次會議上，法拉第當選院士。會中採秘密投票，只有一張反對票，也許大家都知道是誰投的了。兩人後來都不願再提及這件事，兩人也不再有私人的書信來往，從此、兩人之間大概就只有公事罷了。
有一本很好的法拉第傳記，作者赫希菲在書上有這麼一段描述。大概就在皇家學會的爭議發生之前，戴維曾經到蘇格蘭高地旅行。當時，看到了老鷹正在教導小鷹飛行，他寫了一首詩，其中有這幾句：
我想引領年輕的靈魂去嚮往，
能飛到我自己所無法企望的高，
我將如此開懷，從下方往上仰望，
他們超越我、追尋光亮榮耀。
可是，現實是：戴維培植了他的後繼者，到達了一個自己都無法忍受的高度，使戴維必須去阻止他飛翔更高。父親並不是永遠都有足夠智慧，知道他的兒子已不再是一個男孩了。是戴維將法拉第帶離原來的低微，進入他所夢想、自然探索的殿堂。是戴維一路帶領、啟發，讓法拉第的能力完全發揮。但也是戴維，不願承認而且出手壓抑法拉第的獨立性。只是，法拉第還是成為了傳世的科學家。
戴維啟發法拉第成為一個完全不一樣的人
不知道是偶然，還是刻意的迴避，法拉第有十年時間沒有進行任何電學實驗。1829年戴維過世，1831年八月，法拉第開始了上個月節目所介紹的電磁感應實驗，我們對電與磁的認識，就此完全改觀。
現在法拉第自己開始進入演講廳成為名人了，他甚至別出心裁將觀眾擴及到兒童，為他們設計了著名的耶誕節演講。法拉第的演講充滿娛樂效果，他會用電火花爆破一個充滿氫氣的氣球、用電荷讓自己頭髮豎起。最有名的表演當然是法拉第籠，這是一個一邊大概有兩公尺的金屬籠子，表面都是金屬導體。有一個門讓法拉第走進去，然後在金屬表面通上高壓電。金屬的阻隔效果，會讓裡面的法拉第完全不受高壓電影響。這應該是很刺激的表演。法拉第的演講中，充滿了「美麗、美好」這樣的字眼，他會對小朋友們說：「我們能活在這世界上，多麼美好呀！幸好有這些探究自然的心靈活動，找到自然背後美麗的定律，否則我們很可能活了一輩子，都不會對這個世界的奇觀，讚嘆它們的美好呢！」
當我第一次讀到這個故事時，我對戴維不能接受學生超越自己，很不以為然。但這一回重新看，我卻對戴維啟發法拉第成為一個完全不一樣的人，更加深深感動。戴維顯然不是一個典範教師，典範就不能犯錯，不能如戴維那樣心胸狹隘。但戴維絕對是一個充滿魅力的領導者，他指出了一個方向，激勵、鼓舞法拉第向著這個方向努力前進。法拉第一生保存著，當年戴維回答他求職要求時的那封回信，信上寫著：「看到你對我演講筆記的校正，其中展現了熱情與專注，我一點也不會不開心。我希望很快可以見到你、更希望可以盡我所能對你有所幫助。」
法拉第一輩子獨來獨往，沒有培養出什麼學生
因此我在訪問最後，告訴書辰與雅瑄：我覺得教師最重要的特質，應該是領導力與領袖魅力 Charisma。英文更生動，這叫inspiring，能激勵人的。如此、老師才能夠激發學生對生命的熱情 passion。一旦找到了自己的熱情，學生就不再是學生，而是志業上的夥伴了。
相比之下，法拉第似乎不是非常有領袖魅力的人，他獨來獨往，一輩子沒有培養出什麼學生。但有些時候，人的關係也不是如此拘限，即使跨越時空也不是不行。司馬遷不是說了嗎？「藏諸名山，以俟後世。」還好法拉第不需要等這麼久，他晚年總結對電磁現象的了解，寫了一本書：電學的實驗探究。這本書以實驗的直覺為主，特別是引進電磁力線的概念來捕捉電磁場，是歷史性的創見。但當時大部分的學者，打開這本書之後，都驚訝的發現，裡面一條方程式也沒有，這有點尷尬。書中寫的是觀察、實驗以及法拉第的猜想，而法拉第臆測式的語言，其實讀起來非常空洞難懂。因此法拉第並無法辦法說服當時的科學社群，他所提出來的電磁場、電磁力線是有用的。
小他大概40歲的馬克思威爾（James Clerk Maxwell），是另一位十九世紀的大物理學家，我們還會進一步介紹他的故事。馬克思威爾很巧的生於1831年，就是法拉第完成電磁感應實驗的那一年。23歲時他開始從法拉第的書，進入電磁學的領域。馬克思威爾是數學奇才，法拉第生猛的創見與直覺，馬克思威爾把它抽象化、數學化。乍看之下好像很難懂，仔細咀嚼後，反而是一個普遍而清晰的理論，所有人都可以嘗試理解，而參與、思索、討論、修正並測試。他的發現現在就稱為「馬克思威爾方程式」。
馬克思威爾與法拉第，在倫敦有了交集
三年之後，年邁的法拉第收到了，素昧平生的馬克思威爾寄給他的論文，題目就是「論法拉第的力線」。法拉第坦言：「第一瞬間，我嚇壞了，我的想法怎麼變成我自己都看不懂的數學？漸漸的，我才發現，它們透過數學，活得挺好的！」馬克思威爾自己說了：「法拉第的謙遜，有時有點令人感傷。」感傷也許真的有，法拉第的確眼睜睜看著自己的實驗大船，在馬克思威爾的抽象數學大海中，漸漸消失遠去。但世人透過馬克思威爾的工作，這才終於了解，法拉第所提出，可能自己原來也不完全清楚的想法，是如此驚天動地的發現。繼承法拉第的創見，而發揚光大，馬克思威爾當之無愧。
1860年馬克思威爾到倫敦大學就職，直到七年後法拉第過世，兩人在倫敦有了交集。現在輪到馬克思威爾，來給那個著名的研究院科普演講。演講完，馬克思威爾擠在人群中，向出口慢慢移動。只聽見法拉第大喊：「哈哈！馬克思威爾、人多到你走不出去了是嗎？」
馬克思威爾在自己的電磁學教科書上，清楚的交代了法拉第對他的影響：「我在這本書，如果有一個要達成的目標，那大概就是傳達給讀者，我在閱讀法拉第的大作時，所得到的快樂。」至於法拉第的書本身，馬克思威爾是這樣說的：「法拉第會同時寫出成功的、與失敗的實驗，粗略的猜想、連同成熟的概念。使得讀者感覺與作者有同志般一起奮鬥的共鳴，遠超過對作者的崇拜。每一個人都不禁相信，如果自己也有機會，一定可以如法拉第一樣成功，成為自然界真理的發掘者。」一個有魅力的領導者，不就是這樣嗎？
下一次的物理好好玩，我們將介紹彩虹。
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圖｜法拉第的聖誕演講。皇家研究院，1855年。（東方IC）
片頭製作：曾海芬
錄音師：劉寶苓 製作人：林文珮
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