【科學大人物】法拉第不為人知的一面(最終回):晚年的法拉第

■無論是多優秀的人,也免不了老、死的造訪。就算是法拉第也有他無法完成的研究,不過他很優雅乾脆地選擇了和名聲不相干的平靜晚年。這是一段被深厚的信仰支持,非常法拉第的一段末了的日子。

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圖1 法拉第與莎拉 (1850年左右)
轉貼自 F. A. J. James, “Michael Faraday: A Very Short Introduction,” Oxford University Press, Oxford (2010)

作者|竹内敬人(東京大學名譽教授,神奈川大學名譽教授)
編譯|黃郁珊(東京大學理學博士)

嘗試連結電和重力
法拉第基於宗教的信念,深信所有的物理力應該存在有一種可稱之為「大統一理論」。 他也確實證明了電,磁和光的相互關係。然而,最普遍也最早為人所知的「重力」卻沒有被整合入同一體系。電和重力的互相變換正是完成法拉第體系的最後一步。

1849年4月,法拉第開始為了證明電與重力的關係所做的實驗。首先,嘗試將銅之類非磁性物質所做的球體,從直立的金屬製螺旋梯中落下,但沒有任何特殊發現。於是他逐漸提升降落的高度。例如從皇家研究院的天花板讓球體落到地板上,不過還是沒有看出任何效果。因為他連重力電(注1)這個專有名詞都早就準備好了,所以那個失望是很大的。不過,法拉第的字典裡沒有「退卻」這個字。

最後一招是利用泰晤士河南岸的蘭貝斯(Lambeth)用槍彈鑄造塔(圖2)(注2)。當溶化的鉛球從50 米的高塔上落下時會變成小顆粒,並凝固成為散彈。法拉第將鉛球絕緣,測量落下前後的電荷,不過無法觀測到任何電荷變化。從這些實驗,法拉第不得不承認無法證明電和重力的關連。

法拉第將這個研究結果投稿到哲學學報( Philosophical Transactions)(注3),但被皇家學會的秘書斯托克斯(注4)認為只是無效實驗結果的整理,以無法刊登為由退稿。因為這是法拉第最後一篇的投稿論文,所以在他心中或許有些遺憾。

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圖2 蘭貝斯的槍彈鑄造塔

最後的實驗
法拉第最後的實驗是和光與磁有關的研究。1862年3月12日,他將鈉的D線 (焰色反應中大家很熟悉的黃色光) 與強力磁鐵作用,調查其頻率與譜線線寬是否有變化。他的日記(注5) 研究記錄:以「…開開關關電磁鐵的開關,但無論對偏振光或非偏振光都沒有看到任何一點點影響(not the slightest effect demonstrable either with polarized or unpolarized light)」作結。法拉第深信的「磁性一定會對光產生影響」,經由他所發現的磁會讓偏振面旋轉這個所謂的「法拉第 (磁光) 效應」(1845年) 已經做出了證明。但是只有這個發現可能無法滿足他,他認為「磁對光的影響,應不只是讓偏振面旋轉,應該還會對光的本質產生影響,具體來說,難道是改變光的波長嗎?」法拉第做了實驗,不過沒有觀察到預期的效應。

然而,法拉第的想法並沒有錯,問題出在他當時所能使用的設備的性能。用一般稜鏡分光,實不足以觀察磁場對光的影響。1896年荷蘭的物理學家塞曼(注6)利用分光能力更好的光柵分光器進行法拉第的實驗,觀察到了今日我們稱之為奇曼效應(Zeeman effect)的光譜線分裂。法拉第所堅信的果然是正確的。法拉第真的是超越了時代,發掘出真理。順代一提,奇曼和用理論解釋這個效應的勞侖茲(注7)共同獲得1902年的諾貝爾物理獎。

晚年的健康狀態
擺脫40幾歲時健康不佳的狀態之後,法拉第又發現反磁性、法拉第效應、氧的順磁性等多項成就。但法拉第健康上的問題並沒有全面獲得改善。困擾法拉第的其中一個症狀是「記憶力的衰退」。無論是誰到了老年都會產生剛剛發生的事馬上就忘記的現象,但法拉第從1839年左右就注意到記憶力的衰退。他更年輕的時候,似乎也為健忘所擾。他那詳盡的研究記錄,據說也是為了彌補嚴重的健忘。他曾說「因為記憶力的衰退,也曾放棄該做的研究」。

法拉第晚年所寫的信件中,不時就會提到和記憶力減退有關的事,想必是更為之所苦。不過1861年他在給好友狄拉黎夫(注8)(de la Rive) 的信中,還是逞強地寫著「記憶力變差,不但快樂的事忘了,連討厭的事也忘了。」1863年他在旅途中寫信給莎拉道「記憶力漸漸喪失,好像連在同一個房間的朋友都忘記了。」實在是相當嚴重的症狀。

想必是出自對法拉第健康狀況的掛心,就如本連載第四回所述,或許是經由王夫和皇室的安排,漢普頓宮裡的葛莉絲鍾愛宮(Grace and Favour House)(圖3) 免費提供給法拉第居住。一開始,皇家研究院的宿舍和漢普頓宮的住宅法拉第兩邊都使用,不過自皇家研究院退休後就搬到漢普頓宮,在那裏渡過餘生。(圖4)

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圖3 漢普頓宮的法拉第住宅 轉貼自H. B. Jones, “The Life and Letters of Faraday,” Vol. 2, Longmans, Green & Co., London (1870)
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圖4 皇家研究院的法拉第的宿舍 轉貼自H. B. Jones, “The Life and Letters of Faraday,” Vol. 2, Longmans, Green & Co., London (1870)

法拉第的家庭生活
法拉第每一天的生活,只限於研究院內的自宅與地下實驗室,以及安息日的山德門教派集會所。為了皇家士官學校的課程,每個星期要去倫敦東南邊的伍利奇(Woolwich),不過如果是因為學會開會要離開倫敦,就算是學會進行中,他還是會趕回倫敦參加星期天的教派儀式。晚上的社交聚會跟他是幾乎不相干的。

但是到了晚年,他有時候會到劇場去。從現存的藏書看來,他應該也樂在飽覽群書。他也曾在給友人的信中寫下1847年所出版造成大轟動的『簡愛』(注9)的讀後感。第5回中提過他和小說家狄更斯(注10)的關係。順代一提,當時最為英國普羅大眾所知的「名人」就是法拉第跟狄更斯。

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圖5 輕鬆自在的法拉第夫婦 (1858年) 右起姪女珍(Jane Barnard; 1832 - 1911)﹑法拉第﹑莎拉﹑廷得耳。法拉第夫婦背後的女性不詳。

在家裡有時候會舉行晚上的音樂會,或朗讀聖經和拜倫,莎士比亞,史考特 (Sir Walter Scott)的作品,據說他的朗讀很精彩。文字遊戲也是他和家人的興趣之一。例如他在筆記本上把姓氏Faraday寫出Faarady﹑Farraday﹑Farridy﹑Farrafa﹑Falady﹑Farridre﹑Farfiled﹑Faradai﹑Farreyday﹑Flliday﹑…等60幾種變化。

法拉第的姪女Margery Ann Reid (注11)從1826年起在法拉第夫婦家住了一段時間。將當時的回憶寫成的文章,刊載在Hamilton所著的法拉第傳(注12)中。其中記到:「嬸嬸要出門的時候有時候會帶我去地下實驗室,叫叔叔幫忙看著我。因為叔叔要備課很忙,所以我當然就像小老鼠一樣靜靜地坐在椅子上做些編織什麼的。儘管如此,叔叔有時候還是會停下來跟我說幾句話,對我點點頭,有時候還會為了逗我開心把一小片鉀扔到水裡給我看。…即使我偷偷跑進叔叔的實驗室,他也讓我暫且就那樣玩,就算我無理取鬧,他也很親切地哄著我…。」

法拉第對小孩子是那麼地溫柔親切,他沒有子嗣是很不可思議也很可惜的。法拉第的兄弟姊妹和莎拉的兄弟姊妹,都是子女眾多(圖5,表1)。

一般來說山德門教派的家庭子女眾多,可能與宗教的信條有關。深為虔誠的山德門教派信徒的法拉第夫婦沒有子嗣的原因,恐怕是如第十回所述,因為年輕時長時間待在被水銀打翻了的實驗室裡。據說戴維也因同樣原因沒有子嗣。ft

皇家研究院退休永眠
1862年法拉第覺得連自己創辦和扶植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,告別了工作多年和居住過的皇家研究院。他或許也意識到來日無多,大部分的時間都在漢普頓宮的住宅裡昏沉渡過。法拉第在1867年8月25日去世,而且是坐在他喜歡的書房椅子上壽終正寢。

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圖6 法拉第夫婦的墓碑 a) 法拉第去世當時的墓碑。 轉貼自 B. Jones 著, “The Life and Letters of Faraday,” Vol. 2, Longmans, Green & Co., London (1870) b) 加上莎拉的名字後現在的墓碑。

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(注13),但法拉第依循山德門派的作風,免去一切禮儀,僅在家人和幾位至親的友人的環繞下,埋葬於海格特公墓 (Highgate Cemetery) (注14)。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,繼續前往墓地。那裏立著刻有法拉第姓名和生卒年的樸素墓碑。莎拉死後,墓碑上加刻她的名字和生卒年,這對長年相伴的兩人來說是最適當的(圖6)。

法拉第卒後約100年,皇家學會創設了表彰法拉第成就的「麥可・法拉第獎」(Michael Faraday Prize)。獲獎者在獲獎演說時由皇家學會的會長頒贈2500英鎊和鍍銀的獎牌,自1986年起每年頒給在英國對市民的科學普及有貢獻的科學家和工學家。

 

★番外篇預告「法拉第與攝影術」。

★《法拉第不為人知的一面》完整全文請點此


註解:
*1 gravelectricity。
*2 shot tower: 用來製造槍彈的高塔。蘭貝斯塔建於1826年,使用至1949年。
*3 正式名稱為”The Philosophical Transactions of the Royal Society”:皇家學會發行的學術論文雜誌。多被譯為『自然科學會報』。
*4 Sir George Gabriel Stokes (1819 - 1903): 愛爾蘭數學家,物理學家。因斯托克斯定律等而為人所知。
*5 M. Faraday,”Faraday’s Diary,” Vol. 1 ~ 7, Index, G. Bell & Sons, London (1932): 為法拉第的實驗記錄,詳細記載1820 ~ 1862年間所做實驗的記錄與感想和他親手所繪的素描。
*6 Pieter Zeeman (1865 - 1943): 荷蘭物理學家。
*7 Hendrik Antoon Lorentz (1853 - 1928): 荷蘭物理學家。因勞侖茲力,勞侖茲變換等而為人所知。
*8 Auguste Arthur de la Rive (1801 - 1873): 瑞士的物理學家。
*9 Jane Eyre: 夏綠蒂・勃朗特(Charlotte Brontë; 1816 - 1855) 的長篇小說。1847年問世。
*10 Charles John Huffam Dickens (1812 - 1870): 英國小說家。有『小氣財神』等著名作品。
*11 Margery Ann Reid (1815 - 1888): 法拉第的姪女。
*12 James Hamilton 著,”Faraday: the Life,” Harper Collins, London (2003)。
*13 1991年在此舉辦紀念法拉第誕生200年的盛大活動。
*14 Highgate Cemetery: 位於倫敦北部。分為東和西兩部分,有馬克思和作家艾略特之墓的東側幾乎已經變成觀光景點,聽說要3英鎊入場費。法拉第之墓在西側,那裡似乎是免費。

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謝辭:本連載寫作時承蒙化學同仁編輯部杉坂恵子女士,山田宏二先生提供許多寶貴的建議和意見。此外,整理原稿想必非常辛苦,由衷感謝。

 

【法拉第相關基本資料】
最後介紹筆者撰寫本連載時參考過的書。有些珍稀難以取得的書,最近有藉由OCR技術複刻的版本可以取得。下列書單中有*號的表示能取得復刻版者。
A) 法拉第親筆所撰文獻,或以其為準的文獻
1) M. Faraday, “Faraday’s Diary,” Vol. 1~7, Index, G. Bell & Sons, London (1932). 與其說是日記,不如說是 1820 ~1862 年為止的實驗記錄。
2) *M. Faraday, “Experimental Researches in Electricity,” Vol. 1, Bernard Quaritch, London (1839); Vol. 2, Bernard Quaritch, London (1844); Vol. 3, Richard Taylor and William Francis, London (1855). 幾乎蓋括法拉第所寫電磁學相關的所有論文集。
3) *M. Faraday, “Experimental Researches in Chemistry and Physics,” Richard Taylor and William Francis, London (1859). 幾乎蓋括法拉第所寫有關電磁學以外的所有論文集。
4) F. A. J. L. James ed., “The Correspondence of Michael Faraday,” Vol. 1, 1811-1831, The Institution of Engineering and Technology, London (1991); Vol. 2, 1832-1840, Peter Peregrinus Ltd., London (1993); Vol. 3, 1841-1948, The Institution of Engineering and Technology, London (1996); Vol. 4, 1849-1855, The Institution of Engineering and Technology, London (1999); Vol. 5, 1855-1860, The Institution of Engineering and Technology, London (2008); Vol. 6, 1860- 1867, The Institution of Engineering and Technology, London (2011). 現存法拉第的所有書信。
5) R. D. Tweney, D. Gooding eds., “Michael Faraday’s ‘Chemical Notes, Hints, Suggestions and Objects of Pursuit of 1822’ ,” Peter Peregrinus Ltd., London (1991). 法拉第親筆所撰筆記(復刻版)與其解說。
6) B. Bowers, L. Symons eds., “Curiosity Perfectly Satisfied. Faraday’s Travels in Europe in 1813-1815,” Peter Peregrinus Ltd., London (1991). 壯遊的珍貴記錄。

B)參考資料・傳記
日本國內外有許多相關書籍問世,無法盡錄,此處僅列出執筆時參考過且容易取得者。
7) *J. Tyndall, “Faraday as a Discoverer,” Longmans, Green & Co., London (1868).
8) * H. B. Jones, “The Life and Letters of Faraday,”Vol. 1, 2, Longman, Green & Co., London (1870). 作者為因本周氏蛋白質(Bence‐Jones protein)而聞名的醫師,也是法拉第晚年的主治醫師。
9) *J. H. Gladstone, “Michael Faraday,” Macmillan and Company, London (1872).
10) *R. Appleyard, “A Tribute to Michael Faraday,” Constable & Co., London (1931). 收錄照片等豐富資料的傳記。
11) H. Sootin,“Michael Faraday,” Julian Messner, New York (1954).
12) J. Agassi, “Faraday as a Natural Philosopher,” The University of Chicago Press, Chicago (1972).
13) B. Bowers, “Michael Faraday and Electricity,” Priory Press, London (1974).
14) D. Gooding, F. A. J. L. James, “Faraday Rediscovered,” Macmillan, Baingstoke (1985).
15) J. M. Thomas, “Michael Faraday and the Royal Institution,” Taylor & Francis, New York (1991).
16) G. Cantor, D. Gooding, F. A. J. L. James, “Michael Faraday,”Humanities Press International, Atlantic Highlands (1996).
17) *J. Hamilton, “Faraday: the Life,” Harper Collins, London (2003).
18) 小山慶太,『ファラデーが生きたイギリス』,日本評論社(1993).復刊版:小山慶太,『ファラデー:実験科学の時代』,講談社(1999).
19) 島尾永康,『ファラデー:王立研究所と孤独な科学者』,岩波書店(2000).
20) C. A. Russell, “Michael Faraday; Physics and Faith,” Oxford University Press, Oxford (2001).
21) A. Hirshfeld, “The Electric Life of Michael Faraday,” Walker & Co., New York (2006).
22) F. A. J. L. James, “Michael Faraday: A Very Short Introduction,” Oxford University Press, Oxford (2010).

C)圖書目錄
23) A. E. Jeffreys, “Michael Faraday; A List of His Lectures and Published Writings,” Academic Press, London (1960). 出版當時由曾為皇家研究院長的勞倫斯布拉格(Sir William Lawrence Bragg)為文作序。按照年代順序記錄法拉第所有著作的題目(與圖書)。為可藉此了解法拉第研究主題與他所關心的事的演變,和法拉第如何貢獻社會的精彩圖書目錄。
24) 大森一彦,『日本におけるマイケル・ファラデー書誌(第3 版)』(大森一彦書誌選集II),金沢文圃閣(2013).前半為法拉第原著之日譯版的列表,後半為日本人所寫有關法拉第論文與文章的列表。為明治時代至今徹底調查的成果,乃貴重資料也。

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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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