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史上首度測量電流速度 │ 科學史上的今天:06/19

十九世紀初,倫敦一家樂器行走出來一位十幾歲的學徒,他握著剛領到的工資,興奮地又來到附近的舊書攤買書。這一次他的目光被一本描述伏打(Alessandro Volta)所作電學實驗的書給吸引住,但他身上的錢不夠,而且這是本法文書,他還得再買本辭典才能看得懂。他還是下定決心將手中的錢給老闆當訂金,並在之後攢夠錢時將書與辭典買回家。

研讀之後,他找了哥哥一起打造書中所述的伏打電池,但只剩零錢不夠買所需的銅片。他靈光一閃,根本不用買,就拿手上的便士銅板取代就行啦!這就是惠斯登(Charles Wheatstone, 1802-1875),從小就努力追求新知,並展露發明的天份。

1834 年的今天,就在他受聘至倫敦國王學院講授實驗物理沒多久後,惠斯登發表論文,這是史上首度有人想出測量電流速度的方法,距離萊頓瓶發明已八十八年,伏打堆問世也已三十四年。這麼久的時間,沒有人知道電流的速度,因為它實在太快了!

惠斯登將八百公尺長的電線從中切開,一端接上萊頓瓶(奇怪為什麼不是用伏打堆?莫非惠斯登仍拮据到買不起銅片?),再用快速旋轉的鏡子觀測跳過電線缺口的火花相較於電線兩端的火花有多少延遲,而估算出電流的速度。雖然他得出的數值比真正的電流速度快了 50%,但在方法學上卻是正確無誤的。他所發明的旋轉鏡後來也成為物理學家測量光速所用的關鍵工具。

惠斯登繼續在電磁學上做出貢獻。1837 年,他和庫克(William F. Cooke)共同發明電報,不但成為最早的發明者之一,並且在兩年後沿著鐵路建造了世界上第一條商用電報線路。1843 年,他改良別人的設計而發明的「惠斯登電橋」(Wheatstone bridge)至今仍被廣泛用來測量電阻。他還是最先在發電機中用電磁鐵取代永久磁鐵,而成為能產生大電流的工業用發電機的發明人之一。

惠斯登的發明與發現橫跨不同領域。除了在自己的老本行上發明六角形手風琴、研究聲波,他還是全世界最先發明 3D 圖片顯示裝置的人──他讓左右兩眼同時各自觀看 45度角的反射鏡,而產生立體效果。他發現不同的金屬放電時產生的火花,透過稜鏡會呈現各自特有的光譜,為光譜學開啟了先河。他還發明一種矩陣加密法(Playfair cipher),廣被軍隊採用,直到第二次世界大戰初期仍被部分英軍使用。

憑藉著熱情與努力,惠斯登從一個樂器行的學徒成為英國皇家學會的一員,如願成為科學家與發明家,可說是事在人為的最佳例證。

 

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。