「歐姆定律」是每一本物理課本都會提到的,
但是,有誰知道歐姆這個人呢?
他一生受過多少委屈和冷落?
有誰知道這層層打擊他的阻力,
反而化成他生命中可愛燦爛的光華?
「歐姆定律」不過是留在物理上的一束光華,
德國的慕尼黑博物館珍藏他實驗過的器材。
但是,這些豈能道盡他生命路途的
喜怒哀樂?
來吧!讓我們一起諦聽
歐姆情懷的交響曲。
翻開世界的地圖,在德國的西南方,有一個小小的城,名叫埃爾蘭根(Erlangen)。藍色的多瑙河就彎彎蜿蜒過小城東北方,阿爾卑斯山的雪白巒峰就在小城南方的地平線上,潮濕的山風滋潤著山坡下一大片翠綠的森林、草原。
玩具的故鄉
領羊的牧笛不時地迴響在綠毯如茵的埃爾蘭根。十七世紀末葉,受法國宗教迫害的影響,有幾個基督徒,離開自己的家園,逃到這一塊與世無爭的小草原上,建立了一個與德國完全不同的文化、風貌的小城,所以這城又被稱為「基督徒的埃爾蘭根」(Christian Erlangen)。
這些受過苦的異鄉人,為了謀生,發展出一種特殊的手藝,就是為孩童製造各種有趣的玩具,而且以精巧著名。如今埃爾蘭根仍是德國玩具業的重鎮,每次的國際玩具大展,都是在這裡舉行。真沒有想到世界玩具的城堡王國,是源自這一些受苦的居民。
在這些精巧的玩具製造裡,為了自動化,就在玩具裡放了煉條、轉輪與鎖套,使玩具可以活動,當時埃爾蘭根最有名的一家機械鎖套、煉條製造商,就是歐姆的父親開的。
通電成熱門科系
歐姆生於1789年3月16日,德國的玩具之城埃爾蘭根,他的父親、祖父、曾祖父都是從事這金屬製造的行業,尤其擅長造鎖。從歐姆的日記裡可以知道,以前要產生一個鎖匠是很不容易的,十四歲就要去學習,學了十年才能出師,然後再出去旅行十年,才能回來開店,旅行的期間靠著手藝可以應付各種造鎖的需要。
打造好鎖是一種精密的手藝,差一點的鎖就只能鎖住自己。歐姆後來研究電學,他寫道︰「我是把一生奉獻給精密的人,並且我相信科學上最準確的測量就是在電學。」
如今學生們都知道,與「電學」有關的科系,如電機系、電子工程系、資訊工程系都是在聯考科系排名裡的前幾名,在外面的就業市場也很好。全世界念理工的學生,都往「電學」擠,卻很少人知道那真正的關鍵是歐姆講的這一句話︰「科學上最準確的測量就是在電學」。在理工的領域裡,愈能定量準確的科系愈優秀。
歐姆從小就向父親學習,除了學習造鎖、煉條之外,也學習數學、物理──歐姆的父親在外面巡迴修鎖的期間,他就自修了這兩門末牷C
歐姆十歲時,母親病逝,這給歐姆一家帶來最沈重的打擊。父親在家裡教歐姆數學、物理,不僅傳授知識,也排解憂鬱。
歐姆的父親擔心自己所學有限,還請埃爾蘭根大學的數學系教授蘭格多夫(Langedorff)博士來家裡開課。歐姆後來回憶道︰「蘭格多夫認為學生不會自然對數學產生興趣,對數學的興趣是需要老師慇勤的栽培才會產生。而最好的栽培是老師對學生付出的注意力,會影響學生的求學胃口。數學不是談情說愛的對象,一下就會使人迸出愛的火花,但是數學是可以結婚的終生對象,起初沒有什麼味道,愈耕耘就愈有收穫。」
父親沒想到這樣的教育會使歐姆成為世界著名的物理學家,使歐姆的弟弟馬丁(Martin Ohm)日後成為柏林大學首席數學教授,繼續把造鎖技術傳下去的是歐姆的妹妹伊利沙白(Elizabeth Barbara Ohm)。
山中奇才
1805年歐姆進入埃爾蘭根大學攻讀數學與物理。1806年德國與法國交惡。這對埃爾蘭根的居民無疑是晴天霹靂:德國人敵視他們,認為他們是法國人的間諜;法國人仇視他們,認為他們是賣國賊。埃爾蘭根的產品到處受抵制。
八千人不到的小城,一夕間駐紮三萬多名的德軍,整個城市幾乎成為俘虜營,學校也幾乎解散,歐姆的父親生意完全停頓。歐姆本來要休學了,但是有一位書商瓦涉(Walther)看他讀書的樣子,知道他將來一定會有不凡的成就,就推薦歐姆到瑞士的Gottstadt教會中去當數學老師。這所中學的校長,吉韓德(Zehender)牧師後來寫信給瓦涉道︰「起初我看到這個十八歲的年輕人又矮又瘦、其貌不揚,心想這人怎能教書,但是不久我發現教書是這年輕人的癖好,而且非常勝任。」
同時間,歐姆卻寫道︰「教書是一副沈重的軛。」他盡量用課餘時間自修大學課程。
最危險的家教班
三年以後歐姆忍不住對數學與物理的喜愛,竟然翻山越嶺偷進法國,帶著蘭格多夫教授的推薦信,向法國的數學大師優勒(Euler)請益。這在當時是非常危險的事:法國已經要與德國打仗,一個德國學生爬過瑞士高山,潛入法國,只是為了要念數學,有誰會相信?
優勒卻相信他,掩護他住在自己家中,教他數學與法語,一年後他學成,再偷越邊境回去。
回國後的歐姆,發現情況比他想像的更惡劣,找了兩年工作都落空,只好在一所中學兼課。後來窮到一個地步,看到德國陸軍在招兵,他就跑去應徵。不過德國陸軍拒絕他入伍,其後四年,他還是到處兼課。
埃爾蘭根大學因歐姆發表的數學研究,頒給他博士學位,這對他找工作似乎毫無幫助。1817年他出了一本幾何學的書,除了幾所圖書館購買以外,幾乎沒有銷路,但歐姆還是莊嚴地把這本書獻給影響他一生的父親。同年他終於找到第一份正式的工作,在科隆(Cologne)大學擔任數學物理系教授。
他在這時開始研究電流,歐姆仔細測量在一定電壓之下,不同物質的電流大小,經過十年的實驗,他發現釵h物質有一個特性「有一定的電壓範圍之內電阻是定值」,這是後來非常有名的「歐姆定律」(Ohm Law)。「為什麼要研究電流與電阻?」原因是「期望由一個物質的電導特性,接近它永恆的結構。」定律發表出去卻石沉大海,沒有一點回音。
等了十七年以後,科學界才發現他的偉大,送給他一個金質獎章。這項遲來的榮譽,使他有權利選擇在任何一所著名的大學任教。歐姆已經六十歲了,他選擇的是回到家鄉的埃爾蘭根大學,把一生最後的菁華,奉獻給家鄉的學子。
沒有桌子的教室
歐姆上課的口頭禪是︰「你們到底懂不懂我的問題?」他從來不問「你們到底知不知道答案?」歐姆是認為問題比答案更重要的老師,他常在課堂上花很多間去解釋他的問題,而不是答案,他認為問對問題,已經接近答案了。歐姆說︰「一個問題要解釋到非常清楚,像水晶一樣的透明不含糊。」
歐姆上課的教室裡,沒有桌子,只有椅子。他堅持要學生把筆記本放在膝誘W,這樣就不會整課堂猛抄筆記,而是隨著歐姆慢慢寫在黑板上的字一邊抄一邊想。
歐姆上課講的話不多,想一陣講一陣,講的也很慢,但很有內容,這樣學生可以一邊寫,一邊想。
歐姆非常強調數學,他說道︰「數學是解開大自然奧秘的一把鑰匙。」他也強調物理實驗,他說︰「實驗就是見證。」他的實驗課,要求學生在還沒有實驗前,先聽他講解半小時再動手做,而非貿然下手。
歐姆的教學影響了很多學生。有一位學生畢業多年後寫道︰「歐姆老師的個性與氣質,深深影響我的心靈。」另一位學生寫道︰「老師年輕時雖然遭遇很多不順利,但是他生命的活潑,使他到年老,依然認真與幽默。」歐姆一生都在路德會教堂聚會,有人說︰「歐姆是把大學當作他的修道院,默默地以教育當作向上帝守的誓約,他的心靈就像馬丁路德(Martin Luther)一樣。」
單純的教書生涯
除了歐姆定律以外,歐姆還有一些重要的發現,例如他提出「音樂是來自空氣中粒子的震動,並以人耳朵中的一個薄膜起共振」,這句話使得不懂音樂的歐姆被稱為「電學界的貝多芬」。他發明電阻器,使電路在一定的電壓下,用不同的電阻器,就可以控制電流的大小。
歐姆一生都沒有結婚,生活非常簡單,一年四季老穿一件深藍色的大衣。書教累了就拿出大衣口袋裡的鼻煙盒,提神一下又繼續教。1854年7月6日上午十點,歐姆覺得身體不太舒服,卻還是抱病站上講臺。他死在他最喜愛的地方--講台上。
資料來源︰
1. Appleyard, Rollo. 1968 Georg Simon Ohm. Pioneers of Electrical Communication. Chapter Ⅶ, pp.179-209. Liberaries Press, N.Y.
2. 周昌壽編,民國56年,物理名人傳,224-225頁,臺灣商務印書館。
3. 曾少潛編,1981年,世界著名科學家簡介,127-128頁,科學技術文獻出版社。
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