電磁英雄法拉第（上）：脫穎而出的幸運少年——《物理雙月刊》

本文與  益福生醫 合作，泛科學企劃執行

昨晚，你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎？這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾，甚至在腦海中數了幾百隻羊，大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程，讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇：你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠，我們得先認識身體的一套精密防衛系統：下視丘-垂體-腎上腺軸（HPA axis） 。這套系統原本是演化給我們的禮物，讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時，能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動，腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙)，這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性，讓我們在危機中保持清醒 。

然而，現代人的「劍齒虎」不再是野獸，而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說，身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

在理想的狀態下，人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後，身體會進入「修復模式」，此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點，讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素（Melatonin）接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號，它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素（Orexin）神經元，幫助大腦順利關閉覺醒開關。

然而，當壓力介入時，這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出，長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化，使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌，更會讓食慾素在深夜裡持續活化，強迫大腦維持在「高覺醒狀態（Hyperarousal）」。 這種令人崩潰的狀態就是，明明你已經累到不行，但大腦卻像停不下來的發電機！

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升，而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸，分泌更多皮質醇來試圖消炎，高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期（REM），導致睡眠品質變得低弱又破碎，最終形成「壓力－發炎－失眠」的惡行循環。也就是說，你不是在跟睡眠上的意志力作對，而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關：PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局，科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系：腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路，這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」，而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便，更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話，直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」（Psychobiotics）。

在眾多研究菌株中，發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發，累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」（First Night Effect, FNE），也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難，俗稱認床。科學家在進行實驗時發現，補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期（NREM）的睡眠長度，且入睡更快，起床後也更容易清醒。更重要的是，不同於常見的藥物助眠手段（如抗組織胺藥物 DIPH）容易造成快速動眼期（REM）剝奪或導致睡眠破碎化，PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力，它能有效縮短入睡所需的時間，並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現，即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理（Heat-treated），轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」（Postbiotics），其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點，讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中，科學家觀察到一個耐人尋味的現象：當詢問受試者的主觀感受時，往往會遇到強大的「安慰劑效應」，無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人，主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相，讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而，客觀的生理數據（Biomarkers）卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後，實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人（84.6%）出現了夜間褪黑激素分泌增加，且壓力荷爾蒙（皮質醇）顯著下降，這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統，而不僅僅是心理安慰。

最值得關注的是，對於那些失眠指數較高（ISI ≧ 8）的族群，這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後，不僅生理標記改善，連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間，以及焦慮感也出現了顯著的進步。

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重新定義深層睡眠：構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息，而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠，關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石，始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境，到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統，並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現，身體便能更順暢地啟動睡眠開關，回歸自然的運作節律。

與其將失眠視為意志力的抗爭，不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持，每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始，為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作，泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡，乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生；但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視，那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」（IPF），其預後往往不太樂觀，確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先，我們得先破解一個迷思：肺纖維化並不是單一疾病，而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」，腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象，患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕，像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是，IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性，一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化，是兩種完全不同的概念。

肺部為何會變成「菜瓜布」？

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布？這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織，就是肺部間質組織（interstitium）的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍，包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下，肺部損傷後會啟動修復機制，並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內，這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號，導致負責修復工作的「纖維母細胞」（fibroblasts）被過度活化，進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織，最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現，這個過程之所以棘手，在於它是一個「惡性循環」，肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ，它們相互加乘，演變成難以阻斷的強大破壞力。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ，但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸，特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外，患有自體免疫疾病（如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎，）的患者，他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人，必須特別警覺。

打斷惡性循環的挑戰，為何只對抗「纖維化」還不夠？

面對這個不可逆的疾病，醫學界長年束手無策，直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥：Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺，首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而，這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望，卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看，這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題：既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊，那麼，我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略，從而更有效地打斷這個惡性循環？

找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題，科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素：磷酸二酯酶 4B（PDE4B）。

為什麼鎖定它？讓我們看看它的「雙重作用」機制：

1. 關鍵位置： PDE4B 同時存在於免疫細胞（與發炎有關）與纖維母細胞（與纖維化有關）當中。
2. 作用機制： PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP（環磷酸腺苷） 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
3. 雙重抑制： 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性，細胞內的 cAMP 就不會被分解，濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞，同時產生抗發炎與抗纖維化的雙重效應。

簡單來說，鎖定並抑制 PDE4B，就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程，有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來，全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗，我們相信，在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後，期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

最後，我們必須再次提醒，特發性肺纖維化（IPF）與漸進性肺纖維化（PPF）是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手，雖然現有的治療手段能延緩惡化，但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織，因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

時事話題

NEWS｜在課堂介紹電磁波概念時，有位同學佳琦舉手提問筆者：「老師，用悠遊卡刷進捷運站非常方便，那個背後的原理和電磁波有關嗎？」另一位同學婕妤回答：「應該是悠遊卡會發出電磁波，傳遞訊息到門閘的感應器吧？」

悠遊卡如今早已融入臺灣大都會的生活中，不論是捷運、超商、購物或搭乘公車，悠遊卡在手，便利許多。然而，悠遊卡內並無電池，也不需要插入讀卡機，為何能夠溝通而傳遞資訊呢？

為何沒裝電池的悠遊卡可以產生電流？

悠遊卡系統主要是應用法拉第電磁感應定律來辨識與傳遞資訊，此與無接觸感應技術有關，該技術稱為「無線射頻辨識系統」（radio frequency identification，RFID）。完整的一套無線射頻辨識系統，是由讀卡機（reader）、電子標籤（tag）和應用程式資料庫電腦系統部分所組成。

運作過程先由讀卡機發射一特定頻率的無線電波能量給電子標籤，藉此驅動標籤內建電路，輸送內部的身分代碼，以開啟溝通之路。

若以法拉第電磁感應的物理概念解釋，讀卡機產生變動磁場， 同步提供電子標籤變動磁場，驅動電子標籤產生感應電流，也就是讓悠遊卡內部迴路產生感應電流，並讓電子標籤發送身分代碼訊息給讀卡機，也即驅動內部晶片能夠發送訊號，讀卡機依序接收資訊、解讀此身分代碼，再透過應用程式資料庫系統讀取悠遊卡內的晶片資料，完整達成溝通與解讀任務。

每一張悠遊卡都有獨立的電子標籤，當卡片靠近悠遊卡標誌的磁場感應範圍內，即可透過電磁感應的原理，驅使電子標籤內的線圈產生感應電流，此電流供應電子標籤傳送資訊至讀卡機，以解讀晶片資料。

或許讀者會好奇，沒有電池的悠遊卡怎麼產生電流呢？這個問題也需要以法拉第電磁感應定律說明。

依法拉第電磁感應定律，悠遊卡的線圈迴路會因為磁場強弱的變化，以及通過的面積區域、角度變化而產生類似電池驅動電流功能的「感應電動勢」，或稱為感應電壓。此感應電壓大小與線圈匝數及每匝線圈中磁場隨時間的變化率有關。匝數愈多，磁場變化率愈大，悠遊卡迴路中的感應電壓愈大，產生的感應電流就愈大。

因此，悠遊卡雖然沒有內建電池，但可以透過電磁波的應用，採用無線射頻辨識系統，在運作時，讀卡機持續發出電磁波，當卡片接近時，其內部線圈產生感應電動勢，再進一步驅動感應電流。此感應電流讓卡片內的晶片發出電磁波，回傳必要的資訊給讀卡機，完成感應過閘的流程。

以臺北、臺中和高雄的悠遊卡來說，採用的是無線射頻辨識系統模式，屬於比較低頻率的電磁波，卡片必須距離讀卡機約 14 公分內，才能讀取卡片的晶片資料。因此若將悠遊卡裝在比較厚的皮夾或兩張磁卡疊在一起，可能無法第一時間完成讀卡，而形成「卡片無法讀取」的「卡卡」現象，建議單純使用悠遊卡過閘，較能順暢通過閘門。

其他如進出家門的感應磁扣、停車場的票卡、信用卡感應支付、國道收費系統 ETC 等，皆是應用無線射頻辨識系統 RFID 的技術，只不過國道收費系統 ETC 的感應器的感應距離約需 60 公尺內，才能順利讀取通過車輛的相關資訊。

物理小教室

• 手機行動支付的物理學原理

手機支付的運作原理也是基於 RFID 發展而出的近場通訊（near-field communication，NFC） 技術。目前近場通訊技術採用頻率為 13.56 MHz 的電磁波，以 106 kbit/s、212 kbit/s 或 424 kbit/s 這 3 種速率傳輸資料，bit 翻譯為位元，是電腦資料的最小單位。

利用手機支付時，須靠近刷卡機約 4 公分距離內，此時可藉由電磁波傳遞相關資訊，完成付款手續。近場通訊技術不只有用在手機支付， 也可運用傳輸文字、照片、音樂檔案，是目前手機常見的內建功能。

• 電磁感應的進階說明

電動勢（electromotive force, emf）可以驅動導體內的電荷移動， 產生電流。電池因為內部材料的屬性，會在正負極產生固定的電位差或電壓。電動勢是電池正負極間的電位差，也常稱為電壓，其國際單位制（SI）單位為伏特（V）。

導體內的電流與電壓成正比，假設導線的電阻及電池的內電阻都可略去不計，電路中流動的電流是電壓與電阻相除後的數值。可知電池的電動勢，可以驅動迴路上的電流，讓燈泡發光發熱。

然而，一個未接電源的迴路導線圈，可不可能產生電流？可以。若是通過迴路導線圈的磁場變化或磁通量改變，也會產生感應電流，這是發電機的原理，也是物理學家法拉第和冷次的電磁感應概念。

電磁爐和捷運列車的磁煞車也是運用電磁感應的概念。電磁爐內部的主要構造是由絕緣體包覆的導線環繞的線圈，當交流電通過線圈時， 電磁爐表面就會產生隨時間改變的磁場，這個磁場的變化會同時在鍋子底面產生應電流，再透過電流熱效應加熱鍋子，也加熱食物。

——本文摘自《我們的生活比你想的還物理》，2022 年 11 月，商周出版，未經同意請勿轉載。

• 文／高崇文，中原大學物理系教授

這一回要來寫一個家喻戶曉的人物，法拉第。他的人生簡直是從狄更斯小說中冒出來的傳奇故事：出身寒微、個性善良的主人翁，憑著毅力與熱誠，得到眾人的喜愛與幸運之神的青睞，即使遇到嫉妒的眼光，碰到惡棍的阻擾，但主角總能逢凶化吉，最後結局皆大歡喜。所以法拉第的生平往往被寫成勵志小說，這也是法拉第人氣高居不下的原因。但是阿文倒是想趁這個機會，藉著法拉第好好地來介紹工業革命如何改變科學的面貌。

想多啃點書？那就當位裝訂工吧！

法拉第（Michael Faraday）於 1791 年出生於英國倫敦附近的一個叫 Newington Butts 的村子。法拉第的父親 James 是個桑地馬尼安教派（Sandemanians）的一員，桑德曼派是蘇格蘭長老會牧師格拉斯在 1730 年前後創立的教派。嗣後他的女婿桑德曼成為該教會的領袖。因此該派通稱桑德曼派。他們照著字面解釋聖經來實踐聖經的教導，譬如說他們認為人不應積累財富，因為那是違背《聖經》的教導。法拉第一生篤信這個教派。在英國凡是信奉英國國教以外的教派的人被稱為非國教徒 Dissenters。十九世紀以前他們不能進大學，不能擔任公職，簡直就是社會的邊緣人。但是隨著工業革命的開展，這一切都將改變，而法拉第就是最好的見證。

法拉第的父親是名鐵匠，但身體並不好，無法常上工，因此造成家境貧困，因此年紀一到他就得去當學徒賺錢維生。實際上，更窮的人，年紀還沒到，就去當童工呢！（狄更斯就當過童工！）法拉第 14 歲時成為書本裝訂商 George Riebau 的書店中的不支薪跑腿工。Riebau 是躲避革命而逃到英國的法國人。由於老闆很欣賞他的工作態度，就將法拉第升作學徒，還不收學費。看過電影「戀戀風塵」嗎？電影中的阿遠不也是家貧無法升學，跑去印刷行當學徒嗎？就是因為可以邊工作邊讀書呀。當然，得遇到好老闆才行。

7 年學徒生涯中，他讀了不少啟迪他的好書，像是 Isaac Watts 的 The Improvement of the Mind。Isaac Watts 是「非國教派」的神學家與邏輯學家。書中對於學習的原則與建議，法拉第一直奉為圭臬。還有 Jane Marcet 寫的Conversations on Chemistry。這本書是第一本寫給一般讀者看的化學入門書。法拉第拿到這本書之後，不但熟讀書中內容，還將書中的實驗一個接著一個地試做過呢。大概是在他寄住師父家的廚房中，用鍋碗瓢盆等簡陋的器材來做的吧！

當時的正統教育注重的是希臘、拉丁文這種古典語文以及數學，那個時代也還沒有化學系或是工學院。Liebig 在德國Giessen 大學首次開辦世界上實驗與教學並行的現代化學教育是從 1826 年才開始的！嚴格說來，在十九世紀初，勉強來講只有醫生與藥師算是「科學專業人士」，至於天文學家與數學家則算是「古典學者」。對於要從事當時的新興學科，特別是化學的人來說，正規教育其實幫助有限，一般法拉第的傳記總是喜歡拿他的學歷做文章，似乎是有點大驚小怪。

大師演講，開啟新世界

當然，法拉第絕不是英國惟一嚮往科學的學徒，但是幸運之神似乎特別眷顧他。Riebau 的一位老主顧，William Dance（他是一位音樂老師，之前曾是職業音樂家）在 1812 年送了四張當時倫敦有名的戴維演講會的入場券給法拉第。這四場演講會的日期分別是 1812 年 2 月 29 日、3 月 8 日、4 月 8 日、和 4 月 10 日。這件事情成了法拉第人生的轉捩點，他作夢也沒想到他的人生將與戴維以及主辦演講會的皇家研究院都即將結下不解之緣。讓我先介紹一下這兩者吧！

皇家研究院是在 1799 年由美國出生的科學家 Benjamin Thompson 所創立的。它的宗旨是以「傳播知識，促進有用的機械的發明和改進，並藉科學的演講和實驗教導人們將科學應用在日常生活中」。這樣的宗旨開宗明義地宣告了科學的實用價值，在過去這可是聞所未聞的事。皇家研究院在倫敦市中心買了豪華的建築，也準備了講堂和實驗室。但是真正讓皇家研究院聲名大噪的是戴維（Humphry Davy）。

戴維在 1778 年出生在英格蘭彭贊斯附近的鄉村。他當了一段時間醫生的學徒，在藥局學習化學和藥學，也做了各式各樣，甚至危險性很高的實驗。1798 年戴維被 Beddoes 網羅到氣體研究所當助手。這個研究所的目的是將各種人工製造的氣體做為醫療應用，戴維因此做了各種氣體實驗。當時有許多名人會定期來研究所來吸他們製造的笑氣呢。1801 年他成為剛皇家研究院的化學演講助手兼實驗主任。一開始他做和電學相關的公開演講。由於他的實驗表演巧妙，本身又英俊挺拔，風度翩翩，因此引起轟動，吸引了很多女性聽眾。於是乎戴維在 1803 年就升為皇家研究院的教授。自 1807 年起至 1808 年之間他利用伏打電池發展出所謂熔鹽電解的實驗手法，藉此成功分離出鉀等六種元素。1812 年戴維受封爵士，聲望如日中天。可想而知他的演講會有多熱門了。

法拉第興沖沖地在台下聽了四次演講，還寫了詳細的筆記。連同實驗裝置的素描，做成完整的記錄。並將這份厚厚的紀錄，用他拿手的裝訂技術做成一本精美的書。不久法拉第和 Riebau 的合約到期。他正式成了裝訂工人。法拉第和新老闆據說處得並不愉快。其實這時法拉第早已無心繼續當裝訂工了。但是當時並立志成為科學工作者的人並沒有可依循的管道，法拉第於是寄了封信給皇家學會主席 Joseph Banks。他的信石沉大海，沒有收到回音。其實當時階級界限相當森嚴，Joseph Banks 又是伊頓公學，牛津一路念上來的傳統的仕紳，接到一位陌生的裝訂工的信，想當然耳是扔進廢紙簍的吧。（當時英國禮法森嚴，未婚男女不能通信，向陌生人自我介紹更是沒教養的行為呢！）

好用助理兼小弟？只需帶上法拉第

正當法拉第感到沮喪時，Dance 建議他該去找戴維，還建議他把演講會的筆記寄去。此時幸運之神又再度眷顧法拉第。就在此時戴維在做實驗的時候發生爆炸，傷到眼睛。急需一位研究助理幫他做實驗的記錄。就這樣，法拉第在 1812 的年終做了幾天的研究助理。但法拉第的幸運還不僅如此。1813 年 2 月 19 日，一個在皇家研究院當研究助理的男子因為和同事吵架而被解雇。戴維毫不猶豫地推薦法拉第為繼任人選。法拉第 3 月 1 日就獲得錄用。薪水是週薪 25先令（年薪 57 鎊），再加上研究院內宿舍的煤炭與蠟燭的配給。當時一般人的年薪為 50 鎊左右，因此這個條件是相當不錯。但是半年之後戴維要到歐洲旅行，而且要求法拉第隨行。起初戴維打算旅行三年以上，所以他辭去皇家研究院的教授職，當然法拉第也只好辭職。一行人 1813 年 10 月 13 日從倫敦出發。

戴維的歐洲之旅並不是去觀光，而是去領獎！拿破崙皇帝要頒獎給戴維！而戴維也是興致勃勃要和歐洲大陸的學者討論，必要的話也想做實驗。因此行李之中加上便於攜帶的實驗器具組，所以需要實驗助手法拉第同行。由於當時英法還在打仗，戴維的貼身僕人並不想去，法拉第原本是以助手的身份跟去，卻被要求同時作戴維的僕人，直到在巴黎找到人代替為止。戴維最後沒找到代替者，法拉第也因此被強迫在整個旅程同時兼任僕人與助手。

雪上加霜的是戴維的新婚妻子把法拉第當成僕人，旅行時要他坐在馬車外，與僕人同桌吃飯（看過唐頓莊園的看官一定知道我在講什麼！）這件事後來被人加油添醋，其實戴維夫人原是蘇格蘭一位家財萬貫的富商之女，後來嫁給一位「從男爵」的繼承人，沒想到她的第一任丈夫還沒當上從男爵就過世了，她才再嫁給戴維。顯然這位女士跟當時英國千千萬萬位仕女一樣，有著強烈的階級成見，而當時的實驗室助手並不像今天一樣被當做是「同事」，而更像是下屬（像法拉第自己的實驗室助手安德生，雖然忠心又沉默寡言，法拉第可沒把他當同事看）。

他們到達巴黎後，除了與安培等人見面外，戴維還「順便」確認了碘是一種元素！十二月一行人到達佛羅倫斯，在此戴維在法拉第協助下做了一系列實驗，證明了鑽石其實就是碳！隔年六月他們到米蘭跟伏打見面，一路北上到日內瓦。當他們準備前往希臘與伊斯坦堡時，拿破崙逃離厄爾巴島的消息傳開來，由於擔心時局動盪，一行人在 1815 年 4 月 23 日回到英國。

避免礦坑爆炸，從礦燈改良開始

這趟旅行雖然讓法拉第大開眼界，但回國後卻失業了。幸好皇家研究院以比之前稍高的薪水再次聘用了法拉第。這當然是拜戴維所賜。法拉第在 1821 年升為 Assistant Superintendent。除了要擔任在戴維辭職後續任的布蘭德教授上課時的助理，管理實驗室之外，法拉第還要從事皇家研究院接受委託的工作。因為接受私人的委託也是皇家研究院重要的財源之一。從委託的內容也可以看出研究院重視以科學來改善窮人的福祉的一面。最好的例子莫過於安全燈的改良。

隨著工業革命的進行，煤炭的需求量不斷上升，過度開採導致礦坑事故變得頻繁。特別是自從 1812 年 5 月 25 日發生Felling Colliery 礦災（這起事故造成 92 人死亡，其中 37 人是 17 歲以下的小孩，最年幼的罹難者年僅九歲）之後使得社會注意到礦工的安全，迫使礦業主來請求皇家研究院協助。戴維在法拉第的協助下，發現礦坑內的甲烷依一定比例和空氣混合的氣體，在接觸火或高溫熱源時會爆炸。

根據這個發現而發明的安全礦燈具有用細密的鐵絲網包覆燈火的構造。混合了甲烷的空氣進入安全燈時會被鐵絲網冷卻，因此無法達到燃點。此外，當鐵絲網變紅的時候，還有警示的功用。戴維親自進到礦坑內測試安全燈的效用，而且不申請專利。這些做事態度後來法拉第都繼續奉行。但隨著戴維在 1819 年接受了「從男爵」的爵位，隔年又成為皇家學會主席之後，兩人卻漸行漸遠。兩人間的裂痕不久後浮上檯面了。

昔日師徒情深，而今形同陌路

在厄斯特發現電流生磁現象後，戴維和 William Hyde Wollaston 嘗試設計一部電動機，但沒有成功。Wollaston 認為電流在導線內以螺旋方式進行。他預測一條懸掛的導線會受到附近的磁鐵的影響而以自身為軸旋轉。與他們討論過這個問題後，法拉第把導線接上化學電池，使其導電，再將導線放入另一個內有磁鐵的汞池之中（如下圖），他發現導線繞著磁鐵旋轉。這個裝置現稱為單極馬達。

原理是這樣的：放置在與磁場垂直的載流導線會產生一個垂直磁場與導線的力。此力產生一個力矩。由於旋轉軸與磁場平行，且對應的磁場方向不變，故電流不需要改換方向還是可以持續旋轉。法拉第這項發現的報告於 1821 年 9 月 11 日發表，刊載於 Quarterly Journal of Science。法拉第在未告知 Wollaston 的情況下就將論文發表。雖然 Wollaston 的預測和法拉第的實驗並不相同，Wollaston 和他的朋友還是認為這是一種「剽竊」行為，為此法拉第受到相當嚴厲的責難。

1823 年 3 月戴維以主席的身分在皇家學會演講，居然將電磁轉動歸功給 Wollaston，對法拉第來說是格外難堪之事。之後有人提名法拉第成為皇家學會的院士（FRS）的候選人。戴維不但反對，還試圖阻擋法拉第當選，但沒有成功，法拉第在 1824 年 1 月 8 日被選為皇家學會的院士。這件事讓兩人師徒情份盡失。而從 1825 年起，法拉第更獲聘為皇家研究院的 Director of the Laboratory，年薪 100 鎊。他擔任這個職務一直到退休。

院士選舉這件事後來被法拉第的傳記作者大書特書。被當做是戴維嫉妒法拉第的鐵證。甚至認為 1825 年戴維指派法拉第進行改良光學玻璃實驗是阻止法拉第研究電磁學的陰謀。其實這個計畫是皇家科學院和海軍部帶進來的。計畫裡組織一個小型的委員會，法拉第的責任是負責指導光學玻璃的製作。Dollond 負責研磨鏡片，John Herschel 進行光學性質測定。

把戴維想成似乎是三國演義的周瑜一般地妒火中燒，似乎與他向來的為人不符吧？更何況，就在同一年法拉第還能從倫敦路燈使用的瓦斯（一種從鯨油分解而來的產物）分離出苯，看來法拉第並不是單用一個計畫就能阻止他做別的研究的人。不管如何，光學玻璃實驗最終在 1829 年年底喊停了。而這一年戴維與 Wollaston 相繼謝世，「湊巧」的是，法拉第不久就回到電磁相關的研究。真相如何，恐怕只有當事人才知道吧。

從一個裝訂學徒變成為當時一流的學者，法拉第走過了迢迢長路，然而他的精彩人生才正要邁入高潮，還請各位看官耐心等候。

下回見囉！

本文摘自《物理雙月刊》39 卷 6 月號 ，更多文章請見物理雙月刊網站。