您现在的位置:主页 > A生活派 >化学传记:法拉第不为人知的一面(三):皇家研究院与法拉第 >

化学传记:法拉第不为人知的一面(三):皇家研究院与法拉第

栏目:A生活派 | 来源:http://www.xpj8280.com | 时间:2020-06-19
化學傳記:法拉第不為人知的一面(三):皇家研究院與法拉第

连结:化学传记:法拉第不为人知的一面(二)

化学传记:法拉第不为人知的一面(三):皇家研究院与法拉第

皇家研究院的外观 (1838年,Thomas Shepherd绘)

皇家研究院的创设

因为冠上了「皇家」两字,皇家研究院(正式名称为大英帝国皇家研究院)(注1)字面看来是个国立机构,然而这不过是表示王室和国家承认这个机构的创立和存续而已。事实上皇家研究院是以一个纯私人机构起家的。

做为一个和科学有关的机构,1660年创立(其起源更早)的皇家科学院(注2)是英国最古老的学会,也是全世界现存这类学会之中最古老的一个。现在只有一流的科学家才能成为皇家科学院的院士(FRS)(注3),但是在18世纪末,皇家科学院实际上是伦敦的社交俱乐部。大多数的 FRS 是海军部的相关人士,或是地主阶级的人士,他们对自然科学及其应用几乎都没有兴趣。

化学传记:法拉第不为人知的一面(三):皇家研究院与法拉第

侖福特伯爵(英国着名画家Gainsborough 所绘)

侖福特伯爵及班杰明.汤姆生(Benjamin Thompson)(注4)等人认为这样下去不行,于是在获得皇家科学院院长邦克的支持,之后在1799年以「传播 (科学) 知识,促进有用机械的发明和改进,并藉由哲学的(注5)、科学的演讲和实验教导人们将科学应用在日常生活中」为宗旨,创立了皇家研究院。

研究院在伦敦市中心买了豪华的建筑物,也準备了讲堂和实验室开始运作。但由于经费端赖会员缴纳的会费维持,因此脆弱的财政结构问题长年以来一直困扰着研究院。例如在1818年研究院就曾经向金主富勒(注6)借款1000英镑,富勒之后将此笔借款捐出。

研究所依循初期的目标开始举办的公开演讲颇受好评,吸引了许多听众聚集。但是第一任教授迦奈特(Garnett)(注7)一方面因为妻子去世,无法再负荷研究院的重任,一方面因为和侖福特伯爵不和,在1801年辞职。 继任的教授是着名的医师兼科学家杨格(Young)(注8),然而相较于研究院的目标和任务,杨格宁可将精力放在自己的研究和医疗业务上。加上他对一般大众发表的演讲艰涩难懂,无法获得好评。因此他也在1803年辞职了。而继任者正是戴维(注9)。

戴维和皇家研究院

不管怎幺说,提升皇家研究院声誉的那个人就是第三任教授戴维。 韩福瑞.戴维(Humphrey Davy)是木雕师傅罗伯特(Robert)和葛丽丝(Glace)(注10)的长子,1778年12 月17日生于空沃郡(Cornwall)的潘藏斯(Penzance)。他的生身家庭称不上富裕,但由于从小就显现聪颖出众的才智,因此得到母亲养父的关照,而能受到良好的教育。

1794年起戴维当了一段时间医生的徒弟,并且得到在药局学习化学和药学的机会,他试做了各式各样的实验,其中甚至包括危险性很高的实验。这个时候他也开始写诗,后来友人柯立芝(注11)对他的评价是「不当科学家,他当诗人一定也会有很大的成就吧」。

戴维的幸运始于结识在布里斯妥(Bristol)经营气体研究所的北豆斯(Beddoes)(注12)。1798年10月2日戴维被北豆斯找去当气体研究所的助手。这个研究所的目的是将各种人工製造的气体做为医疗应用,戴维因此被要求做了各种气体实验。当时有许多名人会定期来研究所吸他们製造的一氧化二氮(氧化亚氮,笑气N2O) ,连瓦特(注13)和柯立芝也曾是座上宾。1799年戴维出版了介绍新化学的着作,1801年他被任命为刚成立没多久的皇家研究院的化学演讲助手兼实验主任。

戴维除了当迦奈特(Garnett)教授的助手,也在1801年4月25日做了和电学相关的公开演讲。由于他的实验表演巧妙,又有诗人的气质,因此引起很大的轰动,吸引了很多女性听众。有了这样的经历之后,戴维在1803年,年仅23岁就成了皇家研究院的教授。

戴维在就任皇家研究院的职务时,就已约定继续进行电学研究, 他持续使用伏打电池做研究,自1807年起至 1808年之间发展出所谓熔盐电解的新实验手法,并且藉此方法成功分离出钾等六种元素。在科学史上,仅有戴维一人曾发现六种新元素。

但是因为皇家研究院成立的主要目的并不在于做研究,所以戴维总不能全心专注在电学的研究上。他后来也参与了农业相关问题的研究。1812年戴维与一位有钱的寡妇(注14)结婚,从此对研究的热情越来越淡薄。1812年他辞去了皇家研究院教授的工作,1813年与助手法拉第展开欧洲旅行,访问了许多国家,和欧洲科学家们深入交流,并有发现碘是一种新元素的成就,但是考量到拿破仑逃出厄尔巴岛,世界局势丕变,他提前在1815年归国。

1819年戴维受封爵士,隔年1820年就任皇家科学院的院长。戴维可说是攀上做为一个学者能期望的最高地位的顶峰。然而也因为他从年轻时就做了许多危险又对健康有害的实验,所以他的身体健康状况急转直下。只能天天从旅行和钓鱼之中找到安慰,并且在1829年5月29日客死瑞士。

化学传记:法拉第不为人知的一面(三):皇家研究院与法拉第

左图为 Penzance 市中心的戴维铜像 (作者拍摄);右图主题为在皇家研究院让听众吸笑气的实验的讽刺画 捏着听众鼻子的是Garnett,拿着烧瓶的是戴维,站在右侧门旁的是侖福特伯爵。出处: Wikipedia。

法拉第在皇家研究院的工作

当法拉第被皇家研究院聘为助手时,戴维虽然已经辞去教授的职位,但仍然在研究院里进行研究,而且戴维在行政工作上仍然有很大的影响力。所以法拉第全面隶属于戴维,而且在学问追求上也大大受益于戴维的指导。

因此,当法拉第就职约半年后被戴维请求以研究助手的身分一起去欧洲旅行时,他宁可冒着失业的风险也开心地同行。没想到,他不仅要当研究助手还不得不做僕人的工作,而且戴维夫人还把法拉第视为僕人对待。儘管发生过种种不愉快,这趟旅行对法拉第来说相当于是他的大学教育。

幸好,回国以后法拉第还能以略优于之前的待遇恢复原职,但仍是无法立刻成为一个独立研究者。1810年皇家研究院对外公开,也就是採取接受院外各式各样工作委託的策略,所以法拉第无法立刻进行电磁学的研究。至1821年为止的五年间,法拉第除了要维持管理实验室,还被研究院接受委託的工作 (例如委託分析) 或是自己认为合于研究院的目的而揽来做的工作追着跑。以下列举其中几项工作。

     1815年  协助戴维从事矿坑安全灯的改良(注15)

     1818, 1819年以化学家的身分做民事审判的证人

     1818 – 24年  受史托达(Stoddart)(注16)之託协助改良钢铁

当然除此之外还有其他堆积如山的工作。比如帮布兰德教授的课程实验作準备和补充;还有委託分析的处理等等。这些工作渐渐地都为他扩增了作为一个科学家必备的能力。同时,他的能力越来越受好评,并且在1821年升为实验室主任。然而在这一年发生了麻烦的事。

化学传记:法拉第不为人知的一面(三):皇家研究院与法拉第

矗立在哥本哈根厄斯特公园的特斯特铜像。

最初的成功和最初的困难

1821年丹麦科学家厄斯特(注17)发现若是将平行于罗盘指针的针通电,罗盘指针就会偏离某些角度。当时的科学家们预测电和磁之间存在某种关连,大家正在摸索可以证明这种想法的方法,因此欧斯特(Oersted)的发现引起科学界很大的骚动。沃勒斯敦(Wollaston)(注18)得到消息之后跑到皇家研究院和戴维一起做实验,可是并没有得到特别的突破。

法拉第当时正专心在和史托达(Stoddart)研究改良钢铁,但电是他从学徒时期就感兴趣的东西,再加上他受都市哲学会认识的老朋友 菲利浦(注19)的邀请,要写一篇有关电学历史和现状的综论。因此法拉第将所有发表过的相关论文都读透,并且依照他向来的研究风格,把所有实验全部亲自做一次。法拉第把和这个新诞生的研究领域有关的实验证据和理论探讨做了总整理。

法拉第或许是一边写综论,一边抱有「若是能在这个领域有重要的发现,就能被认定是个科学家吧」的期待,而开始钻研这个新的研究主题吧。没过多久,他就发现了通电的针会绕着磁铁的磁极转动。于是他立刻将这个今天称为「电磁转动」(注20)的令人惊奇的「新的运动」发表。

但是,无论这篇论文发不发表都令他陷入困境。戴维的友人攻击他不承认戴维的贡献,还在沃勒斯敦不知情的情况下将他的研究写在论文里,讲白了就是剽窃。法拉第解释他曾经在论文发表前试图告知沃勒斯敦,但是无法取得联繫。再加上戴维和沃勒斯敦事实上并没有具体的研究发现。因此法拉第当时大概觉得这是因误会而起的非难,和有人故意找碴吧。1823年3月因为戴维以院长的身分在皇家科学院(错误)报告电磁转动是由沃勒斯敦发现的,问题就变得更複杂了。

过了几星期之后,菲利浦等人提案法拉第应被选为皇家院士(FRS)。但是戴维试图阻挡。他大概是怕自己的助手一旦被选为研究院有指导地位的人,那他自己的研究就会越来越得不到成果吧。也有人善意地将戴维的行为解释是他担心若是推荐自己的助手当 皇家院士,那会被人家说成坦护自己人。 总之,戴维的妨碍行动失败, 法拉第在 1824年1月8日的选举被选为皇家院士。后来法拉第曾写下,「在我成为皇家院士之后,我和戴维爵士在科学上的关係就不如以往了」。

但是事情并没有那幺简单。恐怕是因为戴维动了些手脚,法拉第从1825年起被皇家科学院派去做「光学玻璃的改良」的计画,从此几乎所有的时间和精力都被耗费在这个计画,不管他喜不喜欢他都得疏远电磁学的研究了。 法拉第中断光学玻璃研究重返电磁学研究是紧接着1829年戴维客死瑞士之后的事,这一定不是个偶然。

即使遇到了意想不到的困难,法拉第仍然一步步踏实地成长为一个科学家,并且受到研究院内外越来越高的评价。此期间的工作包括:

     1823年3月5日  成功液化氯气

     1824年  和布兰德教授共同授课

     1825年  发现苯

     1825 年  就任实验所所长(注21)  加薪至年薪100镑

     1825, 1826年  企划并实施星期五演讲会和圣诞节演讲会

     1827年  出版着作「化学操作」(注22)

     1829年  首次贝克莱(Bakerian)演讲(注23)

特别值得一提的是星期五演讲会和圣诞节演讲会的企划和实施。忠于职务的法拉第在就任研究院院长时,认为改善研究所财政状况也是自己的职务。因此决定举办收费的公开演讲,希望能解决研究所的财政问题。不管在财政上成效如何,至今仍持续举办的这两个连续性的演讲,对于将皇家研究院的名声推向巅峰有非常大的贡献。对法拉第来说,就像我们在第一回中介绍过的,透过总结他最后一次圣诞节演讲会内容的『蜡烛的科学』,法拉第不只是个科学家,更以一个演讲家,以及对推广科学做出伟大贡献的的身分而名留青史。

连结:化学传记:法拉第不为人知的一面(四)


注解:
*1 The Royal Institution of Great Britain。
*2 查尔斯二世授予敕命状时的名称是 Royal Society of London。
*3 Fellow of the Royal Society: 以下简称为FRS。
*4 Sir Benjamin Thompson, Count Rumford (1753 – 1814): 英国殖民时代的美国科学家。否定Caloric Theory (热质说) ,在热力学领域有划时代的成就。
*5 今天我们所说的「科学」在当时被称做「自然哲学」。
*6 John Fuller (1757 – 1734),英国政治家,捐款成立了富勒讲座教授职 (请参考第二回) 。
*7 Thomas Garnett (1766 – 1802): 英国化学家。皇家研究院首任教授。
*8 Thomas Young (1773 – 1829): 英国物理学家,生理学家。对于解读罗赛塔石上的古埃及象形文字也有贡献。
*9 Sir Humphry Davy (1778 – 1829): 皇家研究院第二任化学教授。
*10 Robert and Glace Davy: 生平不详。
*11 Samuel Taylor Coleridge (1772 – 1834): 英国诗人。浪漫主义文学的代表人物,曾经和华兹华斯 (William Wordsworth)深交。
*12 Thomas Beddose (1760 – 1808): 英国医师。医院经营者。
*13 James Watt (1736 – 1819): 英国机械工程师。因改良Newcomen蒸汽机而推动了工业革命。
*14 Jane Apreece (1736 – 1819): 诗人拜伦的亲戚。拜伦的女儿也曾在连载第一回登场过。
*15 虽然被认为是戴维的发明,但事实上很有可能是法拉第的发明。因为那种有组织又彻底的研究方法并不是戴维的风格而是法拉第的风格。
*16 James Stoddart: 英国工程师。
*17 Hans Christian Oersted (1777 – 1851): 丹麦物理学家,化学家。透过本身的发现为电学的蓬勃发展做出了贡献。
*18 William Hyde Wollaston (1766 – 1828): 英国化学家,物理学家。其成就为钯(Pd) ,铑(Rh)的发现等等。
*19 Richard Philips (1778 – 1851): 英国化学家。
*20 electromagnetic rotation。
*21 Director of the Laboratory。时常会被翻译成实验室主任,但是从1801-25年戴维,1825-57年法拉第,1857-1887年廷得耳的这个阵容来看,这应该是相当于研究院院长的职务。皇家研究院另有所谓President (总裁) 的职位,这就相当于私立大学的理事长,而Director of the Laboratory 则为校长。(译注: 因中央研究院的院长为President, 原文作者又不乐见Director of the Laboratory被译为 ”实验室主任”,  因此译者在文中将Director of the Laboratory翻译成实验所所长,President 为院长。又,原文作者在”戴维与皇家研究院”的第三小段最后一句写着” 1801年他被任命为刚成立没多久的皇家研究院的化学演讲助手兼实验主任” ,显然有不同的标準)
*22 Chemical Manipulation: Being Instructions To Students In Chemistry, On the Methods Of Performing Experiments Of Demonstration Or Of Research, With Accuracy And Success: 1830年版有约670页。是法拉第以自身经验为基础所写成的详细的实验手册。
*23 Bakerian lecture。皇家科学院于1775年创立的物理科学相关的演讲。酬金很低(仅有数镑) ,但能被选为演讲者是很大的荣耀。

原文出处:连载于『化学』,68(5),22(2013)(化学同人社)

作者:竹内・敬人 Takeuchi Yoshito,东京大学名誉教授,神奈川大学名誉教授。 1962年取得东京大学大学院理学院研究所博士学位。

上一篇:
下一篇: