校園赤子心－─電學大師歐姆

2007-05-22 07:46 作者:張文亮 「歐姆」是電阻的單位，
「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。