DIGITIMES醫療月
活動+

影響電磁學的3個男人

  • 林一平

富蘭克林,1706~1790。林一平繪

無線電波是一種電場和磁場的波動,可由頻率很高的交流電通過天線輻射產生;換言之,它是電磁波的一種表現形式。

富蘭克林 (Benjamin Franklin;1706~1790)

提到電,就必須談富蘭克林。他是電的發現者,於1752年以一捲鐵絲及絹布糊成的風箏,在大雷雨中做實驗,發現閃電是空中正負電子撞擊的結果,並發明了避雷針。

其實富蘭克林最初只是好奇,想知道空中的閃光是否是電流。更早於1747年,富蘭克林就開始玩起靜電玻璃管(Electricity Tube),發現許多電學的現象,由此打開廣闊的研究領域。富蘭克林鼓吹人們必須努力工作、必須節省,曾說「留意小錢的支出,小漏水能讓一艘船沈沒」(Beware of little expenses, a small leak will sink a great ship.)。富蘭克林在歐美極受尊崇,有「現代文明之父」、「美國的完人」等稱譽。

奧斯特 (Christian Oersted;1777~1851)

談起電磁學的研究,應先介紹丹麥科學家奧斯特。他無意中發現了通電的導線會使一旁的磁針產生偏轉。以往「電」與「磁」一直被當作兩個不相干的現象,因此研究一直沒有大的進展。1820年7月21日,奧斯特以拉丁文發表論文《關於磁針上電流碰撞的實驗》,宣布「電流的磁效應」這個重大發現,不僅為電和磁之間建立了聯繫,開拓了電磁學的探索道路,造成了後來電報、電話等應用的實現。他因此被稱為「電磁學之父」,而磁感應強度(Magnetic Induction)也以他的姓氏為單位。「電流的磁效應」影響了英國科學家法拉第的研究。法拉第評價奧斯特的發現如下:「它猛然打開了一扇科學領域的大門,那裡過去是一片漆黑,如今充滿光明。」

安培 (Andre-Marie Ampere;1775~1836)

繼奧斯特之後對電磁學做出貢獻的人物是安培。安培在13歲時寫了一篇論文《求圓錐形曲線長度的研究》,獲得里昂科學會刊登。他去旁聽里昂學院達伯倫(Abbe Daburon)教授的數學課程,教授給他的評語是:「數學的困難,無法阻擋他前進的腳步。」安培小時候上學,總會停在塞納河的橋上玩著小石子,做數學遊戲。有一次看錶,發現玩過頭,急忙將石頭丟入河中,跑進學校。到校後才發現手上抓著石頭,錶已丟入塞納河。

安培的第一任妻子病逝,第二任太太離婚,之後放縱情慾。身為大學教授,卻常常偷跑到聲色場所。1811年,他與一位有夫之婦同居。隔年又和孩子的家庭女教師發生不倫關係。他難以自拔,痛苦自白:「我內心的欲望,是我的意志難以駕馭的……我的行為,實在邪惡。」1814年,安培自殺一次,沒有成功。1817年,安培無意間讀到《效法基督》(De imitatione Christi)一書。之後大徹大悟,將注意力轉移,研究奧斯特的電磁現象,以脫離情慾。

1820年安培發表《直線電導線間的電動力》,提出:「當這兩條導線上的電流方向相同則導線互相吸引;反之,當電流方向相反時,導線互相排斥。其吸引力或排斥力與導線之間距離的平方成反比。」這就是「安培定律」(Ampere's Law)。安培的大徹大悟,造成電磁學的重大貢獻,造福人類!

奧斯特,1777~1851。林一平繪
安培,1775~1836。林一平繪

現為交通大學資工系終身講座教授暨華邦電子講座,曾任科技部次長,為ACM Fellow、IEEE Fellow、AAAS Fellow及IET Fellow。研究興趣為物聯網、行動計算及系統模擬,發展出一套物聯網系統IoTtalk,廣泛應用於智慧農業、智慧教育、智慧校園等領域/場域。興趣多元,喜好藝術、繪畫、寫作,遨遊於科技與人文間自得其樂,著有<閃文集>、<大橋驟雨>。