【科學大人物】法拉第不為人知的一面(九):法拉第和社會的關係

■在今天,社會獲得出自「 經驗學者」的評論和建言已經不稀奇,但法拉第是史上第一人。受他關照的領域除了和科學直接相關的礦災和環境汙染問題,還包括了偽科學及科學教育。

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法拉第在瑞士旅遊時曾到訪的上霍芬(Oberhofen) 根據法拉第的札記他在1841年7月19日曾與妻子莎拉散很長的步到圖恩湖(Lake Thun)畔的寧靜村落上霍芬。

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)

委託蜂擁而來
本連載的第三回曾提過法拉第的工作有許多推不掉的雜務。光學玻璃改良、法庭證人、燈塔業務顧問…等等。這些事或多或少還算是皇家研究院的公務,除此之外還有各式各樣的委託分析業務。那段期間,這些工作還成了法拉第的額外收入,這些財源的金額足以跟當紅醫生的收入匹敵。不過1830年代當研究上了軌道之後,法拉第就不再接受委託。這不過是要做研究還是要錢的單純選擇題,法拉第毫不猶豫地選了「研究」。

自從法拉第科學家的聲名鵲起之後,來自政府和關係機構的委託案就蜂擁而來。對此,法拉第的信念是既然吃了皇家研究院這口公家飯,就有責任面對這些委託案。

當他還年輕時受到的委託,基本上都是技術性的案子。漸漸地,有越來越多對跟法拉第的研究沒有直接關聯的問題也聞聲而來,徵求他的意見和建議。這是因為法拉第給人家深刻的印象,跟科學相關的工作當然不用說,就是其他領域,也都能以豐富的經驗給予恰當的建議。

倫敦有名的黃色霧霾所到之處汙染無所不在。國立美術館(註1)和大英博物館(註2)因館藏快速劣質化而委託法拉第擬出對策。法拉第從年輕的時開始就是皇家工藝與商業協會(註3)會員,和美術品以及工藝品不能說沒有緣分。

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圖1 大英博物館收藏的埃爾金大理石雕像 PHOTO:Andrew Dunn

針對國立美術館中貴重繪畫的髒污問題,法拉第教人用酒精先去除畫作表面的亮光漆,讓繪畫恢復到接近原本的狀態。有趣的是關於繪畫的修復,法拉第還曾經和當時英國最著名的美術評論家拉斯金(註4)發生論戰。

另一方面,大英博物館裡的埃爾金大理石雕像(註5)因為有為數眾多的參觀人潮帶入灰塵,以及黃色霧霾裡所含硫酸的影響,表面明顯汙染而且產生細小的龜裂。法拉第一面用海綿、手指或刷子沾稀硝酸、弱鹼或強鹼的水溶液盡量清潔,一面勸告大英博物館當局在這種狀態下展出十分的不適當。我們到倫敦旅行,參觀國立美術館和大英博物館那些令人讚嘆的館藏時,應該要想起法拉第的智慧曾在那邊做出貢獻。

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圖2 戴維設計出的安全燈

礦坑災害的對策
因應礦坑災害的對策特別需要借助法拉第的專業知識。隨著工業革命的進行,煤炭的需求量不斷上升,煤炭的年產量在1750-1755年為423萬噸,到了1805-1810年竟達到1479萬噸。從這些數字可想而知因為過度開採導致礦坑事故變得頻繁。礦坑業者找戴維幫忙尋求防止事故對策的關鍵在於1821年5月25日發生的Felling Colliery(註6)礦災。這起事故造成92人死亡,其中有37人是17歲以下的小孩,最年幼的罹難者年僅九歲。

當時礦坑內使用明火照明,為了確認坑內的空氣是否可燃,會在一根棒子的前端安上點燃的蠟燭,由執棒的人帶領礦工們前進。這是極度危險的行為。戴維在法拉第的協助之下,發現礦坑內的甲烷依一定比例和空氣混合而成的氣體,在接觸火或高溫熱源時會發生爆炸。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,還有警示甲烷含量增加的功用。戴維親自進到礦坑內測試安全燈的效用,而且不申請專利。這些做事態度後來都成為法拉第的榜樣。

但即使兩人付出的努力,礦災仍未減少。礦坑老闆為了取得更多的煤炭,礦坑越挖越深。甚至還發生過因為用安全燈點菸這種不當行為而引起的礦災。

1844年9月28日Hasewell Cooliery (註7)礦坑發生了歷史性的災變,造成95人犧牲,其中還包括當天第一次進入礦坑的10歲少年。政府針對這個慘案組成了調查委員會,並任命法拉第與萊爾(註8)為委任專家。其實當時法拉第已經年近50,深受眩暈與記憶減退所苦 (詳情會在下一回連載中敘述) 。當時法拉第才藉由休養和易地療法剛剛恢復健康,正要回到工作崗位。不過法拉第的性格就是只要是政府來的委拖就不會拒絕。於是他前往出事礦坑所在的Durham 親自調查,並且出席調查委員會陳述專業意見。委員會提出的結論指出事故原因是煤礦粉末引起的粉塵爆炸,不過並未觸及根本的安全對策和經營者與礦工之間的關係等等社會的因素,可能當時能做的就僅止於此。即使法拉第也僅能做出必須改善換氣設施的意見。不過專家參與事故原因的調查還是具有其意義。

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圖3 Oaks礦坑的爆炸事故(1866年)

然而在此之後礦災仍持續發生,法拉第還在世的1866年12月12日發生的 Oaks Colliery(註9)礦災(圖3)中有388人犧牲;1913年10月14日威爾斯的 Senghenyd Colliery(註10)礦災甚至造成439人喪生。事故原因不外乎煤碳粉塵或粉塵與甲烷兩者的共同作用,而這是戴維和法拉第早就已經調查清楚的事了。結果礦坑經營者即使已經被警告,卻還是無視已知的危險,自行其是。科學的力量在經營倫理前竟顯得軟弱無力。

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圖4 描繪法拉第調查泰晤士河發臭問題的諷刺畫

泰晤士河發臭的問題
1855年7月,泰晤士河變得臭不可耐。不知道是受了委託還是自發性的行動,法拉第前往考察泰晤士河發臭的實際狀況,並將結果投稿到泰晤士報。他是坐著蒸氣船往返於London bridge與Hungerford bridge 之間調查汙染。

法拉第視情況,有時候並非僅止於觀察,而是用做實驗的方式來了解狀況。比如說將白紙濡濕浸到河水中,發現下沉不到3公分深就看不見紙了。法拉第結論整條泰晤士河都成了下水道。河川發臭會成為眾人關切的問題,原因之一是一年前曾經爆發霍亂大流行。病源經由空氣散播是當時根深蒂固的觀念。當時認為臭氣,即受汙染的空氣易造成疾病流行。

這位在英國具有代表性科學家的發言自然被廣泛報導。Punch週刊(註11)於1855年7月21日刊載的諷刺漫畫更是當中的傑作。

惡臭的成因有許多,諷刺的是主要原因之一竟是沖水馬桶的普及。因為屋內雖然已經有沖水馬桶, 配套的下水道系統卻尚未整備完成,於是汙水就全部直接排放到泰晤士河裡。因此,改善泰晤士河的發臭問題需要很長的時間。事實上在1858年因為實在是太臭了,泰晤士河還被稱為「大惡臭(註12)」在歷史上留下汙名。

對桌靈轉的批判
筆者小時候曾經和朋友玩過幾次狐狗狸桑(譯註:コックリさん日本類似錢仙、狐仙、筆仙的遊戲),但是都沒有成功過。狐狗狸桑的起源為流行於歐美的桌靈轉(註13)。1850年左右,桌靈轉由美國傳至英國,並立刻大為風行 (圖5)。遊戲中放在桌上的手或是桌子本身會動起來的現象在當時被認為是超自然現象。桌子是和靈魂溝通的工具,玩遊戲的人照著順序說出英文字母,說到正確的字母桌子就會傾斜,重複這些步驟就能拼湊出單字和句子。

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圖5 玩桌靈轉的人們

許多有名的科學家都致力於解釋這種現象,法拉第也是其中一人。大概山德門教派也沒有那種超自然主義容身之處吧。

這時候法拉第也用獨創的裝置來做實驗。他用兩塊板子夾住玻璃珠(譯註: 原文glass roller, 應是玻璃滾軸) 。用橡皮筋綁好,上面的板子可以對下面的板子做相對運動。裝置上還直立固定枯草梗,以顯示上面的板子是否產生滑動。用這個裝置來玩桌靈轉就會發現移動桌子的是手指,也就是說證明了這是參與者無意識的肌肉動作。

在維多利亞時代的英國,不單單是桌靈轉。信奉超自然主義,相信人死後會以靈魂的形式繼續存在,或和活著的人繼續連繫者大有人在。其中包括一流學者例如與本連載關係很深的一流學者克魯克斯(註14),以及名人如柯南道爾(註15)。

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圖6 柯南・道爾

對科學教育的建言
法拉第對理科教育的關心並不僅止於聖誕節演講會而已。他長年擔任皇家士官學校的客座教授,而且因為自倫敦大學創校以來就擔任評譯員,因此就算在皇家研究院並沒有直接教導學生,在教育方面還是累積了相當的經驗。

1854年,在王夫亞伯特親王(註16)也親臨現場的情況下,法拉第以「對智能教育的觀察(註17)」為題進行演說。法拉第敘述:「因為這篇論文是根據我自己的經驗寫成的,我認為可以當作”Experimental Researches in Chemistry and Physics”收尾的論文,因此再度收錄於卷末」。

其實在當時的中學並沒有進行科學教育。這個狀況到底是好還是不好逐漸形成一個議題。1862年有個討論公立學校(註18)教育問題的委員會組織起來,11月18日法拉第以證人的身分陳述他的意見。
他在開場白中先陳述自己並未受過正規教育,接著敘述自己的教育經驗,並指出以下論點。「我對公立學校的事不能說是很熟悉,但是教導自然科學的老師實在是太少了。這是因為本來學校就完全沒有教自然科學老師的需求。人生很短暫,而自然科學對於人生來說是極端重要的。然而即使是受過高等教育的人,對與自然科學相關的東西卻連極簡單的都不能理解,或者說現狀是吝於去理解」。

「教育的目的是在培養理性。從前提引導結論,明辨真偽,撥亂反正,以防在做出推論的時候,錯誤越變越大。這與實行教育時所秉持的精神和方法密切相關。若是教導自然科學卻輕視自然科學,是有百害而無一利。」

「要培養理性,沒有一個教育題材比得上學習包含支配造物者所創之萬物的法則,萬物的統一性與安定性以及物質的力。在公立學校接受以古典語教育為中心的教育專家即使完成學業,連自己在自然科學這個重要領域仍是全然無知竟然也不自知。」

當工業革命的成果終於開始產生全面性影響的時候,姑且不論當時英國的大學教育,中小學教育尚未充分意識到自然科學教育的重要性,恐怕也是無可奈何的事情吧。不過就算過了將近100年,在斯諾(註19)所著的《兩種文化》(Two Cultures) (註20)中提到的問題,並沒有根本地解決。

★下回預告「法拉第效果與反磁性」。

 

註解:
*1 National Gallery.
*2 British Museum.
*3 正式名稱為 Royal Society for the Encouragement of Art, Manufacture and Commerce: 1847年奉敕命狀創立。 並非只有如法拉第這樣的科學家加入,還有亞當史密斯(Adam Smith)和馬克思(Karl Marx)等社會學家加入。
*4 John Ruskin (1819-1900) ﹕英國評論家,美術評論家。著名作品為『芝麻與百合』。
*5 Elgin Marbles, The Parthenon Marbles: 原來是裝飾雅典帕德嫩神廟的雕刻,在1800年被英國外交官埃爾金 (Thomas Bruce, 7th Earl of Elgin) 帶回英國,現於大英博物館展出。在本連載數次登場的拜倫曾激烈批評這種行為是掠奪。
*6 Felling Colliery.
*7 Haswell Colliery.
*8 Sir Charles Lyell, 1st Baronet (1797-1875): 英國地質學家。著有『地質學原理』,推廣近代地質學的基礎”均變論”(uniformitarianism)。
*9 Oaks Colliery.
*10 Senghenyd Colliery.
*11 Punch, or the London Charivari: 1841年創刊,以幽默與諷刺為主題的英國週刊。1840年代至1850年代最有影響力。1992年廢刊。曾於1996-2002年間暫時復刊。
*12 The Great Stink.
*13 Table-turning.
*14 Sir William Crookes (1832 - 1919): 英國化學家,物理學家。發明了克魯克斯管。
*15 Sir Arthur Conan Doyle (1859 - 1930): 英國小說家。塑造夏洛克・福爾摩斯(Sherlock Holmes)一角。
*16 Francis Albert Augustus Charles Emmanuel, Prince of Saxe-Coburg Gotha (1819 - 1861): 王夫prince consort。在其祖國德國受過科學教育,非常尊敬法拉第。
*17 “Observation on Mental Education” in “Experimental Researches in Chemistry and Physics,” p. 463-491.
*18 Public school: 直譯為公立學校,實際上在培養精英人才,具體來說是培養志在劍橋大學與牛津大學的學生的私立 (以前是全體住宿式) 學校。
*19 Charles Percy Snow (1905 - 1980): 英國物理學家,小說家。
*20 “The two cultures”台譯本有: 查爾斯博斯史諾 (Charles Percy Snow)著,林志成,劉藍玉譯,『兩種文化』,貓頭鷹出版部(2000)

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