張瑞棋
【內文精選】
1745年，可以貯存並積累大量靜電的萊頓瓶(Leyden Jar)問世後，原本捉摸不定的電終於可以隨時拿來把玩、研究。到了1800年，伏打(Alessandro Volta)發表史上第一個電池「伏打堆」，能夠產生持續穩定的電流，更開啟了電解、電鍍等各式的發明與應用。科學家用電做各種實驗，不過有個基本的問題卻仍是個謎：電的速度有多快？
無論導線多長，一接上萊頓瓶或伏打堆的瞬間就感受到電，可見電的傳遞速度非常快，但也因為如此之快，不知如何加以量測。結果率先想出方法並著手測量電流速度的人，竟是一位全靠自學出身的青年。
惠斯登(Charles Wheatstone)於1802年在英國出生，14歲時到叔叔開的樂器行當學徒，不過他對做生意興趣不大，反而對文藝與各種新知充滿熱忱，常常一領到工資就去附近的舊書攤買有關文學、歷史、科學的書。有一次他發現一本描述伏打電池實驗的書，極為心動，但身上的錢根本不夠，而且這是本法文書，他還得再買本辭典才有可能看懂。求知若渴的他下定決心，將手中的錢給老闆作為訂金，確保這本書不會先賣給別人。
惠斯登終於攢夠錢將書與辭典買下來後，一帶回家就埋頭研讀。他找了哥哥一起按書中所述打造伏打堆，但身上的錢已不夠買所需的銅片。兩人懊惱之餘，惠斯登突然靈光一閃，何必花錢去買銅片，直接將手上的便士銅板拿來用就行啦！結果他們真的就這麼成功地做出了伏打堆，完成他的第一個電學實驗。
不過畢竟在樂器行耳濡目染已久，惠斯登不斷從樂器萌生出許多靈感，因此接下來的研究主要都以聲學為主。他於1821年將一個像是七弦琴的樂器用鋼索懸掛於天花板下，無人觸碰之下竟會自己奏出樂曲，令群眾嘖嘖稱奇。其實鋼索穿過天花板連接到樓上的一台鋼琴，彈鋼琴產生的震動會經由鋼索傳遞到七弦琴，發出同樣的旋律。這不僅僅是個娛樂眾人的魔術表演，惠斯登還想進一步利用這個原理將訊息傳遞到遠方，功能上等同於後來的電報或電話。為了研究可行性，他自然要測試聲音在不同材質中的傳遞速度，而這也在他心中埋下測量電流速度的種子。
1827年，惠斯登發明一種裝置叫「Kaleidophone」，為頂端有顆銀珠的細長鐵桿。當鐵桿隨著聲音震動時，銀珠便會來回擺盪，在空中畫出各種簡諧的圖案，將無形的音波呈現出來。「視覺化」的概念在他日後設計電流速度的測量方法時，便扮演了極為關鍵的角色。除了上述兩種裝置，惠斯登還發明六角琴、手風琴等樂器，獲得各界肯定。1834年，他被國王學院聘為實驗物理的主任，一上任後，便著手進行電流速度的實驗。
惠斯登利用起電器讓萊頓瓶隨時充滿大量靜電，使得金屬線靠近萊頓瓶的一端以及靠近接地線的另一端時 ，兩端都會產生放電火花。他使用半英哩長的金屬線，並從中切開，如此金屬線中間的缺口也會產生火花，然後在旁邊放置一個每秒可旋轉800圈的雙面鏡，讓他可以從鏡中看見三個火花。由於中間缺口的火花比兩端的火花晚出現，因此映在旋轉鏡中的三個火花不會在一直線上，中間的火花會偏移一個角度。從偏移的角度、鏡子的距離、鏡子的轉速以及金屬線長度，惠斯登推算出---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》438期，更多資料請見下方附檔。