空靈的吸引力–談真空管(一)

「已知用火」- 雖然是句常用的戲謔語,但也代表了人類與其他動物的不同。最早的火如何產生?由於缺乏史料可查,所以怎麼說都是對的,所以我就大膽猜測,多多少少還是跟電(閃電)相關。而且此電綿綿無絶期,到現在依然還是常會造成一些森林大火。

自然中的火都由電而來

但如果要到隨時都來個烤雞的「用火」階段,那就是另外一個境界了,總不能每次要烤雞之前都先來個祈天的儀式,等閃電打中樹木時才可以有大餐吃吧!所以一定是有些能人發現鑽木取火、電石打火等方式,火才能呼之即來,成為人的日常之一。但跟電一樣的閃電,即使在遠古時期就與人類祖先相處在一起,但電依然是電,人依然是人,要如何用電,那就是漫漫長路了。

人類除了知道用火,也知道使用一些器械,這也是人類的一大特徵,所以人類器械使用的歷史甚早,但這些器械大多屬於直接型的,例如石斧、石鍋、刀劍,或是後來的手動紡織機、人力板車等,都是可看見、可觸摸、可想像、有直覺的器械,然後這些都與電無關。

電的研究與使用,比起其他傳統力學、器械等的使用晚了許久的光陰。大概是因電來得及去得快,除了靜電比較早被發現也比較可以重現外,其他的電大概就一閃而過,能活著想說沒亂下重語就很高興了(喂!我們這個是科學的網站,怎麼可以有這種論述),也很少人會想在雷雨交加的時候去放風箏吧,除了美國那位(其實班傑明·富蘭克林 Benjamin Franklin 除了是偉大的政治家外,在電學方面還真的是祖師爺等級的偉人)。

富蘭克林在風雨中進行風箏捕捉電的實驗想像畫

扯了那麼久,就是想說一句:電之於其他力學,似乎就不是那麼直覺與容易被理解。他總是那麼難以觀察也難以再現,唯一確定的是:被電到的感覺絕不是愉悅的(我知道你要說另外一種是很愉悅的)。

Benjamin Franklin 在費城觀察電的現象在歐洲出版

電要像火一樣被人使用,則是遲遲到了1831年,由英國物理學家麥可·法拉第(Michael Faraday)與美國科學家約瑟夫·亨利(Joseph Henry)各自獨立地發現了電磁感應現象,即磁場的變化可以生成電場,就某些方面來看,發電機的發明真的像極了非接觸式的鑽木取火(好啦,我同意你說沒接觸就不會有摩擦生熱的情形,這兩個系統是不能相提並論的)。從此磁場、運動、電流間的三角關係,變產生了源源不絕的電力,電終於被人馴服,變成可人造與控制。

Michael Faraday 講解電磁原理

電的產生造就了19世紀電學的蓬勃發展,但如果沒發明真空管,電除了點亮更多燈泡、傳傳電報外,似乎依然無法主宰現今的社會市場。當然真空管現今大概只流傳於音響界,要說他的偉大大概是沒人會相信的,要不然找一隻真空管手機來看看啊!

真空管的原始出現跟燈泡直接相關(不是因為外型),但當時的目的並非是為了真空管,是1880年湯姆斯·愛迪生(Thomas Alva Edison)為了想知道燈絲為何常燒毀所意外發明的一個被冷凍的熱發射專利,雖然更早在1873年,弗雷德里克·格思里(Frederick Guthrie)也發現類似的現象,但此現象要到1901年,才由歐文·理查森爵士(Sir Owen Willans Richardson)提出電子因熱激發的定律(獲得1928年的諾貝爾物理獎)才變得明朗。至於要變成可使用的真空管,那又是另外一回事,要到1904年,英國的約翰·弗萊明爵士(Sir John Ambrose Fleming,曾工作於愛迪生電燈有限公司),發展出真空管二極體(他同時也是物理電磁學中弗萊明右手與左手法則的發明人),然後美國的李·德佛瑞斯特(Lee De Forest)在1907年做出第一個真空管三極體,整個電子應用領域開始邁入超級無敵的發展,人類也正式進入電子時代!

發明「真空管二極體」與物理電磁學中弗萊明右手與左手法則的Sir John Ambrose Fleming

(未完,待續)

涵多路專欄

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