「生物電」廣泛存在於動植物等各種生命形式中，不僅讓截肢者能透過心智控制義肢，還能幫助盲人恢復視力、聾人恢復聽力。
除此之外，馬斯克（Elon Musk）所創立的醫療技術公司Neuralink的腦機介面技術（BMI），
有望幫助癱瘓者重新站立，並透過腦中的念頭來控制肢體的運動。
未來，這種驚人的電的力量甚至有可能取代許多藥物，成為治療多種疾病的主要方法。

但電的奧祕並不僅限於此。

本書深刻且清楚地描述了諸多我們視為理所當然，卻無法清楚闡述的概念——
自然界的電的物理原理、神經生物與電之間的關聯，以及人類自發現電到應用的發展進程，
為「電」提供了全面性的理解，更啟示了它將人類帶向何方。

從富蘭克林、伽伐尼、伏打、法拉第、馬克斯威爾、特斯拉到馬斯克，
未來，電要為人類帶來怎樣翻天覆地的變革，創造不可思議的奇蹟？

為什麼要讀這本書？

⚡深入電的多重面向：
→探索物理、化學、生物、工程等不同領域，讓讀者更全面地了解電的本質。

⚡理解跨學科如何交叉應用：
→呈現電子物理學和神經生物學的跨學科研究，以及其在醫療科技方面的影響。

⚡啟發科學與技術創新：
→探討電的綜合性研究，展示科學和技術創新的關鍵角色，激發對未來科技發展的洞察力。

透過作者風趣、精湛的筆觸以及淵博的知識，這趟探索「電」的旅程帶來閱讀樂趣、為科學愛好者呈現豐富知識，也是深入了解自然界和現代技術應用的珍貴參考資源。

作者簡介

提摩西．約根森（Timothy Jorgensen）

華盛頓特區喬治城大學放射醫學和生物化學教授、健康物理和輻射防護研究生項目主任，專長為輻射生物學、癌症流行病學和公共衛生。約根森教授獲得國家公共衛生審查員委員會（NBPHE）的公共衛生委員會認證，並曾在國家輻射防護委員會 (NCRP) 任職。他目前擔任喬治城大學輻射安全委員會主席，定居於馬里蘭州羅克維爾。

譯者簡介

王惟芬

臺大動物系、倫敦大學帝國理工學院科技醫療史碩士。曾在巴黎半工半讀，一邊於索邦法式文明課程修習法文，一邊翻譯寫作偶爾還兼中文家教。曾經謀生處：中研院動物所與生物多樣性中心、葉子咖啡店、總統府、臺大海洋所與臺大醫學院。譯著涵蓋科普、科學史、生態保育、藝術史、美術、環境科學及傳記文學等英法書籍與影片。
譯者信箱：weifen.wang@gmail.com

審訂

蔡孟利

台大動物學博士，現職為宜蘭大學生物機電工程學系專任教授，曾任《科學月刊》總編輯。學術專長為神經電生理學，曾獲宜蘭大學研究績優獎、特優導師、特聘教授等榮銜。

名人/編輯推薦

【國際推薦】

「這本引人入勝且富有創意的書廣泛探討了從閃電到河豚等各種主題，描述了電力與生物學的緊密聯繫，並生動地講述了那些促進我們當今對這種神祕物質的理解、激動人心的人物故事。」
——羅傑．巴爾（Roger Barr），《生物電：量化研究》（Bioelectricity: A Quantitative Approach）作者

「約根森將一系列偶然發現、奇異誤解和新興理解巧妙地編織在一起，顯示古人對電力起源的第一印象在現代神經科學的發現中得到了證實。」
——勞倫斯．馬歇爾（Laurence Marschall），《自然歷史》（Natural History）作者

序

前言電流時事

經常有人說電很奇妙、美麗；但它之所以如此，單純只是因為與其他自然力量有相同之處。
——麥可．法拉第（Michael Faraday）

我們生活在一個充滿電的社會裡。日常生活中，絕大多數的活動都是靠電力來驅動、照明或是加強。要是你曾碰上長時間停電，就會明白我的意思。然而，有些人對電的本質抱持很詭異的想法。他們認為電是一種外在的物理力量，是在身體之外，是透過電線從一個設備傳遞到另一個設備，完全被限制在電子設備內。他們不明白，電也是一種生物力，特別是對具有神經系統的動物來說，甚至在那些沒有神經系統的生命形式中，電也是不可或缺的。

許多人也還沒意識到，電其實是生命的基礎。第一批的原始生命正是在電所產生的電花中出現的，就此開展了演化之路，從而產生今天具有複雜內部電生理系統的複雜物種。要是沒有電，就沒有生命。不妨稱此為「電之生命╱eLife」。

這是一本從生物學角度來講電的書。儘管這樣的路數看似不尋常，但我認為這是講電的故事之最佳方式。因為許多我們對電的認識最初就是在研究電對身體感官和肌肉組織的影響時發現的。更令人不可思議的是，我們對神經系統的了解幾乎全都是用電來進行實驗，以此來對神經進行探測。因此，在這樣一個故事中，同時講述電學和神經科學其實並不是什麼驚人之舉。

幾個世紀以來，電學和神經領域的發現可說是相互提攜，一個領域的發展往往促成另一個領域的進步。英國科學家威廉．吉爾伯特（William Gilbert）在十六世紀後期首次用「電學」（electricity）一詞來描述他對電的物理力量的研究。此後不久，英國醫師托馬斯．威利斯（Thomas Willis）則提出「神經學」（neurology）一詞來描述他對人類反射和麻痺的研究。這類神經學研究從單純描述神經構造，進展到對神經系統運作的功能性研究，當中用作探測的工具就是電，會針對特定目標加以電刺激。

不過，在體內，會對電訊產生反應的可不是只有神經而已。包括心肌在內的肌肉細胞也是透過電來控制其機械性的功能，甚至連非肌肉組織也有透過神經系統來發送和接收電訊，這是向大腦通報自身狀態，並且接收大腦指令的方式。事實上，我們身上幾乎所有的機能都受到電子監控。

這是因為細胞、組織和器官的電調節對生存至關重要，因此若是身體的「電力設備」遭到破壞，可能會造成重大傷害，甚至有可能致命。如今，我們身邊到處都是電，因此更需認識電造成死亡的狀況、原因與方式。所幸，現在的我們對電的致命影響有很多知識，尤其是「電震」（jolts）這種突然傳來大量電的現象，這一點對於預防和治療嚴重電擊很重要。

自發現電以來，已多次將其應用在各種疾病的治療上。由於過去對人體生理學的認識不足，對致病機制也不清楚，再加上對電在體內作用的誤解，早期的電療手法參差不齊——這還是比較委婉的說法。在早期的各種電療法中，電解除毛（hair electrolysis）可能是少數幾個持續到今天幾乎都沒有什麼變化的療程。

在早期達到全盛時期後，電療在十九世紀後半便不再流行，甚至成為醫學界的禁忌。但隨著電學和神經科學的成熟，對於用電來治療疾病的興趣又死灰復燃，尤其是在神經系統方面的疾病，例如針對憂鬱症的電痙攣治療法（electroconvulsive therapy）和針對帕金森氏症的深層腦刺激療法，此外許多其它疾病也開始應用電療。電的醫療用途甚廣，可以讓截肢者透過心智來控制義肢，也能用來幫盲人恢復視力。在未來，電療甚至可望取代許多藥物，成為治療多種疾病的一線療法。這樣一來，便有可能避免這些藥物的副作用，特別是這些副作用往往都很嚴重。但不幸的是，我們現在也發現，用電來治療焦慮症，有時幾乎會像毒品一樣讓人上癮。

這本書不是關於電學或電生理學的科學教科書。若你是電氣工程師或電生理學家，本書恐怕無法滿足你的專業需求。我希望這本書能夠廣為各界人士閲讀，因此我避免使用術語，並且特別聚焦在電的故事，這對於認識電之於生物學和健康的關係十分重要。

這也不是一本電的科學史。雖然我書中的一些故事取材於歷史，而且書中的一切都確實是史實，但我無意要編寫一部完整的電學史。無論是本書，還是其它的著作，目前都還沒有人對電學悠久而豐富的歷史提出公允的論述。在本書中，我只是以科學觀點選擇了一些故事，來說明我所關注的電學和生物學的交叉點。在此，我也得承認自己犯了古為今用的這種「現在主義」（presentism）的毛病，傾向於以現代的概念、價值觀和理解來解釋過去的事件。這在科學史家眼中是一項大罪。但我不是歷史學家，而這也不是一本史書。實際上，我發覺現在主義其實是項很有用的工具，可以解釋科學如何將我們從過往帶到現在的位置，而這正是我寫這本書的一項主要目標。

既然如此，那按照我的邏輯，接下來有一個很合理的問題：如果這既不是一本科學教科書，也不是科學史書，那這本書到底是什麼？我會說這是一本解釋性的科學書，在敘事風格上，期望能同時達到教育和娛樂這兩個目標。我希望在讀畢本書後你會同意我達成了這兩項目標。

我設定的目標讀者群是好奇的人，是有興趣了解電的本質以及其運作方式的人，特別是關於電如何影響人的生活。我希望本書的讀者能學到很多關於電的新知。但我猜也有很多人會發現他們過去對電的認識是錯誤的，或者至少是不完整的。

舉個例子來說，你知道班傑明．富蘭克林用火雞做電實驗時，差點丟掉他的小命嗎？（我敢打賭，你以為我會說風箏實驗。）你知道為什麼人和動物不會被通電的圍欄電死嗎？儘管在全球測得的閃電長度不斷增加，有些閃電現在長達數百里，但你知道為什麼美國的年度閃電死亡率卻不斷下降嗎？你知道為什麼丹麥人在家幾乎從不觸電嗎？你知道擁有最先進義肢的截肢者，如何透過腦中的念頭來控制肢體的運動嗎？你知道電可以幫助盲人看見，讓聾人聽到嗎？你知道精神障礙的休克療法其實與電毫無關係嗎？如果你不知道這些問題的答案，甚或你多少有個底，我想你也會喜歡從一個稍微不同的角度——從生物學的角度，來重新認識這些電學主題。

如果你欣賞本書的風格和結構，將會從中獲益良多。這本書是一部非小說類作品，講述一個目前依舊處於未完待續的發展中故事，滿是各種探索和發現。在組織架構上，我會建議要像讀小說那樣讀——從頭到尾，不要跳過章節或任意翻閱，因為每一章都建立在前一章的基礎上，並且為下一章做好準備。隨意跳讀章節會導致故事情節混亂。此外，這裡也不會有任何圖表或表格來分散注意力，並且盡量避開數學。本書會在故事的上下文中解釋所有技術性用語或概念。

本書前半部的每一章都是一個獨立的故事，焦點放在電學或生物學的特定主題上，通常是神經生物學。電學和生物學的章節輪流交替，以支持本書的主要論點：電學和神經生物學是一起進步的——可以說是並肩而行——一個領域的進步激發另一個領域的進步。

前幾章的主題放在早期醫師開始使用電療的情況，當時根據的多半是錯誤的電學和人體生理學基礎知識。這些治療多半徒勞無功，沒有具體療效，還讓患者很痛苦。這些早期的電療故事會以軼事形式講述，以此突顯當時醫學界對電學和人體生理學的普遍無知。

在本書的後半部，由於前面已介紹過理解神經生物學所需的基本電學特性的大半資訊，因此會開始減少關於電子物理學的故事，儘管這時還沒有講到神經生物學和電學的所有故事。行文至此，這時各篇章的交替會開始改成神經生物學與醫學。本書後半部的主題會放在近幾年對電和神經相互作用機制的深入認識上，以及這些新知如何促成新型電療法的開發，用來處理種種人類疾病。這些新穎的電療與過去的大相逕庭，當中有許多目前正在進行科學驗證，確定其安全性和有效性。在經過一個多世紀的中斷後，電療正在重新回歸，應用於許多疾病的治療上，似乎在許多醫學專業中都有光明的前景。

本書最後附有豐富的注釋。注釋的目的有兩個，一是為正文中的陳述提供引用和來源，並且提供對文本內容中特定主題感興趣的讀者一些擴充解釋。要理解正文的內容並不用參考注釋中的任何資訊，因此無須閱讀，但閱讀注釋可對主題有更深入或更透澈的理解。

不過本書沒有附詞彙表。就像是對一個生字或單詞的理解一樣，讀者通常只要在上下文中推敲就能理解，這會比在字典中查找其定義更容易，專業術語通常也是如此。所有技術詞彙或具有特定技術意涵的常用詞，在第一次出現時會以粗體表示，並在上下文中加以定義。

在開始閱讀前，還有最後一件事應該要告知你。儘管我相信這本書適合給所有人來讀，但有兩章可能會讓有些人覺得反感。在介紹早期電療的章節（第4章）中，有一些關於性問題的討論，而在觸電的章節（第6章）中則包含一些暴力情節。所以我在寫這些章節時，在內容上特別調整過，即使略過不讀也不致影響後續的理解。但我還是希望讀者不要跳過這些內容，因為這些段落傳達了關於健康和安全問題的重要資訊，這也是我最初寫這本書的其中一個原因。無論如何，現在你已經了解了，可以自行決定。

最後，我向你保證，本書中提到的任何公司或產品，都沒有與我有財務或其它方面的任何關聯。

除了提供豐富內容和娛樂外，我希望書中的科學故事能發揮作用。我期盼能夠讓讀者以許多實用的方式來增強他們與電力的日常互動。電力是一種強大的自然力量，在某種程度上，每個人都在處理它。如果我們都對電有更進一步的了解，我們的社會就可以更明智地使用電力的多種力量，為所有人提供更完善和安全的生活。

我衷心希望在讀這本關於電的書時，你可以很享受，之後還能以全新的眼光來看待電花。

推薦序
萬物皆帶電，貓與人無異

臺灣大學動物系、倫敦大學帝國理工學院科技醫療史碩士——王惟芬

***

「電是生命奧祕的關鍵，不僅只是讓烤麵包機這類電器運作而已，

它更為宏大，

電既玄妙又神奇，遠超乎人類的理解範圍，

是一股大自然神祕的力量

偶爾可見之於蒼穹

是解開生命最深遠也最驚人奧祕的鑰匙。」

——路易斯．韋恩（Louis Wain, 1860-1939）

上面這段話，不是擷取自書中的某個段落，而是在《天才貓奴畫家》這部根據路易斯．韋恩這位真實人物的傳記電影中所看到的。在翻完這本書之後，我覺得這位改變貓在英國社會地位的天才畫家——實際上說他是畫家還太過狹隘，這人根本是個通才型的博物學者——對電的理解很玄妙又神奇地貼近這本書的旨趣，甚至連他的通才型人生也都與本書的跨領域探究路線以及作者本人的廣博學識有某種呼應，儘管他對電的理解跟今日大相逕庭。

之所以選這部電影來破題，除了路易斯．韋恩本人對電的想法與我翻譯本書的感受不謀而合之外，另一個原因是這部電影的原文片名。The Electrical Life of Louis Wain直譯過來大概是《路易斯．韋恩的電力人生》，中文版的譯名完全偏離——這是影視翻譯令人豔羨的自由——不過這不是我這裡的重點，而是原文中的「電力人生╱Electrical Life」這兩字的組合，因為它一方面點出這本書的兩大主軸：電和生命，一方面也直指翻譯這本書的難處。

這兩個英文單字看似能夠簡單地對應到中文，但實際上非常難翻，尤其是當這兩個字擺在一起的時候。看著這部片的片名，幾乎立即讓我聯想到本書的原文書名：Spark: The Life of Electricity and the Electricity of Life。若是照字面直譯，大概會是「電花：電的生命與生命的電」——但這樣近似繞口令的短句，讓人讀來莫名所以，不知所云。

電有生命嗎？生命帶電嗎？然後是「電花╱Spark」，這個字其實可當名詞與動詞，也有很多字義，在翻譯時只能選一個與電最貼近的「電花」，但這樣的選擇就逃不了在翻譯過程中意義遺失（lost-in-translation）的魔咒。我幾乎可以肯定Spark也有激發和創意的意思，特別是在電學研究與生物科學研究交會處的激盪，那是一種創意的火花，一種激勵鼓舞，或者如作者所言，「一個領域的進步激發另一個領域的進步」。但很不幸，我想破頭也找不到能夠與之相對應的中文字詞組合。所以只能選擇貼近字面的翻譯，並在譯序中把遺失的意義再補回來。

補充完Spark，再來是「電的生命╱ Life of Electricity」。按照我們對生命的定義，電當然沒有生命，作者這裡指的是從遠古以來人對電的認識，有點類似是在對人類對電的認識（或想像）進行考古，從一開始發現摩擦琥珀會產生靜電，電學的研究，再到電的應用，特別是近來最夯的腦機介面與人工智慧。而這條研究發展路線又與「生命的電╱Electricity of Life」這條研究生命中的電現象的路線彼此交錯纏繞。比方說，先是十八世紀伽伐尼在蛙腿中「發現動物電」，後有法拉第在早期的電學研究中將蛙腿當作測量電的探測器；時至今日在電池的研發上，也會參照電鰻的發電構造。而在生命科學這一邊，更是仰賴電學的進展才對生命運作的認識產生重大突破，特別是神經科學，從動作電位的認識，電在醫療上的應用，乃至於透過神經連結的各種電子輔助肢體的應用，甚至讓人看到《鋼鐵人》當中用意志遙控手臂的遙遠可能性。

而這樣以兩大學門電光石火的彼此激盪來說明電與生命的關係，似乎還流於形式，電其實是生命的基礎，就如同作者所言：

要是原子不能透過共享外層電子來滿足它們成對電子的需求，會有什麼樣的後果？思考這問題其實很有趣。若真是如此，就不會有所謂的共價鍵結合，原子也不會轉化為分子，更不會產生構成細胞物質的分子。簡言之，這個星球上就不會有生命存在。可以說，正是電子的這種化學性質讓生命得以存在。

這段話讀起來理所當然，但卻是我第一次看到有人以電子來貫穿物理、化學和生物。這其實也剛好反映出這本書在各領域來回穿梭的基調，而且遠超過上述這三門學科，還會進入數學、工程、電子學、醫學等，讀來也讓人驚呼連連，在腦中產生很多火花激盪——而現在只要想到這些激盪的背後正是來自我腦部的神經電位運作，想到這個文學意象也具有物理－化學－生物的實體性質，想到我就是靠著腦中的電生理反應來思考「電」這個問題，就不得不在讚嘆生命精妙的同時也佩服起作者的用心與功力。

而作者旁徵博引的能力還不僅止於跨領域，他在各學門的考據上更是下足功夫，讓人回到幾世紀前的科學研究現場，見識到科學發現的興奮時刻，以及科學社群內部的制約與束縛所造成的阻礙。另外還有讓人意想不到的來自宗教方面的助力與阻力，以及社會文化條件與重大事件如何與電學研究，以及電學應用產生交互作用，刷新甚至顛覆我們對科學發現乃至於科學家的認知。讓人明白電學中的伏特、安培這些怪異的單位從何而來，以及百年來將錯就錯地將電流方向定義為從正極到負極（與電子實際流動的方向相反）的緣由。書中提供豐富的脈絡，讓人得以從各種面向來看電學的發展，能夠知其然，也知其所以然。

最後，我不得不承認，在翻譯過程中，過去讀科學史與科學哲學的神經迴路曾多次被觸動，深深覺得書中提供了許多好材料來進行各種分析，不管是典範轉移，還是權力結構，抑或是要探討宗教與科學或是科學與社會的關係。但我覺得在譯序中做自己未竟的功課似乎不大合宜。所以，在此只想提一個書中讓我印象相當深刻並感到汗顏的故事，這是關於法拉第的力場概念。

法拉第……遭受到不少批評，因為這與當時科學家所認知的力的作用以及力與距離的關係等概念相抵觸。根據……牛頓的說法，重力這類力量的存在是瞬間的，而且理當只會在直線方向上施力。……然而，法拉第的力場卻違反了這些「規則」：他認為電力和磁力（即電磁）是沿著曲線作用，而且還需要一定時間才會發生。這個概念直接與牛頓的理論互斥。異端！

我不知道為什麼自己在讀物理時，從來沒有意識到這個當年被斥為「異端」的理論，跟牛頓的重力理論是相互抵觸的。國、高中時代在讀物理或化學時，顯然是囫圇吞棗，不求甚解，好像翻過一章，換個課本，就換了一顆腦袋；牛頓力學是一回事，法拉第的電場又是另一回事，明明這兩者都在描述自然界的作用力。對我而言，這是翻譯這本書的意外收穫，讓我重新將碎裂片段的知識重新連結，得以見林又見樹，從一個更大的格局或框架來探討或認識自然，跳脫傳統學科的切割。

這本書當然鉅細靡遺地描述了許多科學發現的過程，但這並不是只寫給對科學史或科學哲學感興趣的人。正如作者在前言中曾特別強調，他並無意將這本書寫成一本電的科學史或是電的教科書，而是要寫給對電感興趣的一般人，寫給今日外在世界幾乎被電子產品包圍，而內部又受到神經電位改變而驅動一切思考與行為的我們。

「世間萬物都帶有電，不論是貓還是人，電推動我們穿越時間，進入未來，也帶來過去的古老記憶。」我想以路易斯．韋恩這句話來作結也挺貼切的。就神經系統會製造電這一點來說，我們都是「帶電的」，而且是靠電驅動的；電也無疑是理解生命運作的關鍵，而穿越時間這點也巧妙呼應了作者寫這本書的一大目標，試圖在這段縱橫古今的電與生命旅程中，「解釋科學如何將我們從過往帶到現在的位置」上。

最後，曾經也身為貓奴的我想把這本書獻給已經回到喵星的小笨，透過電，我們還是可以相互聯繫的。

審定序
如親臨那電光石火般的現場

台大動物學博士，現任宜蘭大學生物機電工程學系專任教授——蔡孟利

***

生物體的運作機制並沒有自外於物理、化學等其他學科所依循的自然定律，這是現代生物學研究者的基本共識。但是在十八世紀那個連物理、化學在許多基本定律都還渾沌未明的時代，像「電」這種看不到、摸不到，甚至也無法想像它的樣子的東西，到底要如何描述它、認識它，甚至駕馭它？兩百多年前諸多科學工作者創造的電學成就之所以令人驚奇，得讓我們把思緒拉回到那個渾沌未明的時代，才能真確感受到一道道如閃電的靈光乍現之意義所在。

在十九世紀末，這個仍然認為有著超乎自然定律之生命力的生機論還未消退的時代，這個顯微設備還不足以解析生物體細微結構的時代，「電」這種看不到、摸不到、甚至也無法想像它的樣子的東西，到底要如何將它與生命的運作連結在一起，甚至利用它來干涉生命的運作？同樣地，若要理解那時的科學工作者許多以現代眼光看來是荒謬與怪誕的作為，我們得把自己擺回那個生機論還未消退、生物結構仍諸多未明的時代，才能看出那些作為都是在科學發展與應用進程中的理所當然。

即便到了現代，對於物理學的「電」以及生物學的「電」各種基本性質已經明白的今天，如果我們對於生物體內如迷宮般的結構，沒有個能夠實際想像的畫面，對於神經系統至今仍無法透澈解析的事實沒有正確的概念，那麼對於在生物體複雜的導體環境內，要精準地解讀作為訊號的電以及發送作為刺激物的電到底有多困難，就很難有清楚而正確的認知。

以上所述那些認識「電」的條件，正是《生命的電》這本書的優點。作者很仔細地描繪了「電」的發現、詮釋、應用與展望等歷程中的各種背景，透過如親臨歷史現場般的環境鋪陳，讓讀者能以合適的時空想像，以感同身受地心領神會。而對於中文的讀者來說，很幸運地，原作者這麼努力地為讀者還原「電」的現場的用心，剛好遇到夠好的譯筆將之精確地轉化為中文，閱讀起來毫不費力。

這不只是譯本，也是中文的科普創作；開卷有益，這本書就是。推薦大家。

前言電流時事
第一章電花飛舞：靜電
第二章驚電般的發展：動物電
第三章晴天霹靂：閃電
第四章電療治百病：電療機
第五章迴路：電池
第六章被電震回現實：電刑
第七章力場之日：交流電與力線
第八章殭屍魚：電場
第九章物理學家的重要玩具：電子
第十章紫荊的紅花苞：神經元
第十一章殭屍人：電壓門控通道
第十二章探索者：神經纖維
第十三章交錯的電路：神經義肢
第十四章寂靜之聲：感覺神經植入物
第十五章心靈的聖殿：大腦
第十六章未來衝擊：人工智慧

致謝
附錄

書摘/試閱

第七章力場之日：交流電與力線

***

［他］為思想的閃電找到了一座橋梁。

——丹麥作家安徒生致亡友漢斯．克里斯蒂安．奧斯特（Hans Christian Ørsted）的悼詞

一陣臥室房門的敲打聲把我突然從睡夢中驚醒，我聽到：「起床啦！我們要錯過潮汐啦！」凌晨五點，這可不是我平常的起床時間。當時才十五歲的我哀哀叫著，但父親不會就這樣放過我。「我們現在得趕到碼頭去，動起來！」前天晚上，我們倆約好一早要去釣魚，但在約定的當下，我並沒有完全理解「早上」的實際含義。總之，潮水是不等人的。所以，可憐的我就這樣離開了床，去到了碼頭釣魚去！

小時候，我們全家旅行時會去紐澤西州的海邊度假，那裡離小蛋港內灣（Little Egg Harbor Inlet）很近。所謂的內灣或小港（inlet）指的是連接外部海洋與封閉水體（如海灣或河口）的狹窄水道。小型船隻通常會經由這種內灣入海。我父親經常開著他的休閒漁船從附近的內灣出發，進入海洋中的漁場。由於我們要靠內灣當作進出海的通道，所以要配合潮汐，抓準出入的時間。

經常在這些沿海內灣開船的人對海流的起落與轉向都很清楚。受到地球自轉和月球引力的共同作用，海平面會規律地上升和下降。這些起落的潮汐會將海水推向海岸內灣，然後又將海水拉出。在僅僅六個多小時的時間內，內灣的海水就會轉換方向流動，就這樣一來一回地反覆著，這樣的海水循環就跟月球一樣古老。潮汐的周期略微超過十二個小時，海水在完成一個週期後會回到起點，因此在一天二十四小時內約莫會有兩個完整的潮汐週期。開船的人會特別留意這些海流週期。他們在安排海上活動時，會善加利用海水流經內灣的強度和方向。要是不注意潮汐循環，恐怕有擱淺的風險。

而對那些在大洋上航行的海員或水手來說，海流的週期變化似乎很自然。他們對這背後的運作機制不會想太多，就這樣接受洋流是以一種可預測的循環模式在變化方向，是大自然對地球作用——重力作用在移動物體上——的結果。當他們在進入內灣時，不必猜想海流的可能方向。他們早已知道——只要將他們的航行時間比對海流運動的週期表即可。事實上，他們非常慶幸海流的週期是可以預測的……不像天氣。

同樣地，從事跟電有關的人士也很熟悉交流電的概念。他們知道直流電（direct current，簡稱DC）就是電池產生的那種電流，是種僅沿著一個方向流動的電流。而交流電（alternating current，簡稱AC）則是從牆壁上的插座出來的電流，會先沿著一個方向流動，然後切換方向，往相反方向流動，就像潮汐一樣，只是速度更快，非常快。流過沿海內灣的海流每天只有兩個週期，而標準的交流電每秒有六十個週期。確實非常快。

船員都很自然地接受海流方向逆轉是內灣航行時的常態，但並所有電氣專家和工程師最初都願意將交流電當作是電流傳輸的常態。有人認為，就技術層面來看，交流不如直流，還有人聲稱這在使用上非常危險。所以當年曾經引發很大的爭議。事實上，在一八九〇年代，在愛迪生（Thomas A. Edison）和威斯汀豪斯（George Westinghouse）這兩位商業鉅子間曾爆發了一場虛擬的「電流大戰」，雙方陣營極力爭奪自家電流作為美國送電的標準。

愛迪生偏好直流電，主要是因為他已經擁有許多使用直流電的電氣發明專利，而威斯汀豪斯則青睞交流電，因為他當時得到了愛迪生的死對頭，也就是傑出電氣工程師尼古拉．特斯拉（Nikola Tesla）的幫助，以交流電來繼續研發相關事業。熟悉這場在交流對直流間的電流大戰的人會說，愛迪生最終輸掉了這場戰爭，由威斯汀豪斯贏得勝利，這就是為什麼現在全球的送電方式都是透過交流電。這就是故事的結局。上述這一切都沒錯……除了一點：這故事並不是到此就結束。

如果你跟大多數人一樣，那現在房間裡可能也擺有手機或筆記型電腦的充電器，甚至可能正在為眾多電子設備中的其中一個充電。若真是如此，請你過去摸一下充電器的外殼。我在這裡等你回來。

摸起來有點溫熱吧？充電器之所以會發熱，是因為當中有一個變壓器（transformer），等將輸入的110伏特（典型的美國家用電壓）降到5伏特，再行輸出，然後還有一個整流器（rectifier）或轉換器（converter），用於將家用的交流電流轉換為直流電，這樣才能夠為電池充電，讓電子設備運作。充電器外殼之所以變熱，是因為在這種緊密包裝的狹小空間內進行電流轉換的效率很低，能量會以熱量的形式被浪費掉。將充電器浪費的能量乘上全世界的充電器總數，會發現光是為個人電子產品充電，就在世界各地造成大量能源的浪費。因此，在用電端將交流電轉換為直流電的過程顯然不算是「綠電」。

再者，既然我們有部分電源是以化石燃料來發電，甚至可以說這種方式會留下不少「碳足跡」（carbon footprint）。那麼這些與交流電和直流電有什麼關係呢？所有這些在用電端的電流轉換都是必需的嗎？這顯然會讓我們付出浪費能量的代價。

問題是所有真正的「電子」設備都需要直流電才能運作。這是因為按定義來說，「電子設備」（electronic devices）是靠電晶體（transistors）——一種微型的電子開關——運作的電器。而現在幾乎所有電器中都裝有電晶體，因此幾乎所有用到電的東西多少都裝有一些電子元件。這些電晶體根本不能利用交流電。它們只能使用電池提供的直流電源，不然就得先將家用交流電轉換為直流電為其供電。

相較之下，洗衣機、廚房用攪拌機和電動車庫門等內建有馬達電動機的電器，一般都可直接使用交流電來運作。但今日就連這些家電設備也開始內建有電子控制器，因此在其內部也要將部分交流電轉換為直流電，才能供電給運轉這些設備的控制元件。即使連家用的照明設備對直流電的需求也不斷增加，因為雖然舊型的白熾燈泡兩種電都可以使用，但正在迅速取代它們的現代化發光極管（light-emitting diode，簡稱LED）卻不能。LED燈僅使用直流電。

這一切都突顯出一個事實，隨著電子設備使用的增加，我們在日常生活中會更常用到直流電，而不是交流電。有人估計，在二十年內，直流電的用量可能會超過總用電量的50%，然而用電端將交流電轉換為直流電的效率很低，這將會耗損大量的能源成本。但當年是由威斯汀豪斯的西屋公司贏得了電流大戰，交流電遂成為國家電網送電的標準電流。不過，究竟為什麼一開始會有人想要用交流電的形式來發電呢？

之前提過，最初發電的方式是摩擦兩種不同的材料，並收集這過程中產生的靜電。在富蘭克林時代，靜電是人工造電的主要來源。這種電流僅會朝單一方向流動，按定義來說，這就是直流電。後來，伏打發明的電化學電池提供了一種新的電力來源。電池的電流同樣也是從電池的正極到負極，沿著單一方向連續流動，因此也是直流電。直到後來發明了另一種產生電流的方法——電磁感應（electromagnetic induction）——交流電才算是正式登場。

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