這是我家兒子第一次身邊沒有父母或兄弟姊妹陪伴獨自搭火車長途旅行,今年11 歲的他要穿越德國去距離魯爾區有點遠的布蘭登堡(Brandenburg)貝斯科(Beeskow),找他搬到那裡的最好朋友。在他開始這趟冒險前,我們討論了可能碰到的危機,以及應該如何應對。
我們先從煩人的枕頭和帶電的頭髮開始說起。其實每個人的身體或其他物體都帶有正電荷和負電荷,但通常我們不會注意到這些,因為一般來說,正、負電荷所帶來的影響會相互抵消,所以我們會是中性的。由此可知,中性並不代表就沒有電荷,而是正、負電荷相互平衡,就像是個平衡的天平那樣。
你想像一下有個老商人在用的天平,兩邊是用來放砝碼的秤盤,不管兩個秤盤沒放任何東西,或是都放了5公斤的東西,其實都沒有關係,只要兩個秤盤裡的東西一樣重,秤就會是平衡的。只有在我們身上添加或移除了帶電粒子,我們體內的電荷才會被擾亂,平衡被破壞了,然後就一直沒完沒了。
帶負電荷的粒子(也就是電子)會在我們的身體上下移動,因為所有物質(包含我們的身體)都由原子組成,而原子有個帶正電荷的核,帶有負電荷的電子會在其周圍滋滋作響,電子的負電荷會與原子核的正電荷形成平衡(把它想像成天平的樣子)。
不過電子會比原子核更容易移動,所以當兒子的頭髮在火車上摩擦枕頭時,電子會從頭髮轉移到枕頭,導致現在頭髮上的電子太少了,但枕頭上的電子卻又太多。現在兩者皆帶了電,而枕頭是負電荷,因為它得到更多帶有負電荷的電子;兒子的頭髮帶正電荷,因為帶負電荷的電子轉移到枕頭上去了,現在頭髮上帶正電荷的原子核有點過多了。
為了替頭髮充電,必須要補給它負電荷,或者移走正電荷。這是本章後文介紹真正的高電壓(例如閃電)時,會再次出現的物理原理:電荷不會、真的不會以任何奇妙的方式出現或被製造出來。電荷就在那裡,只是重新分配。
摩擦是一種簡單的電荷轉移方式,早在約西元前600 年的古希臘,米利都的泰利斯(Thales of Miletus)就發現拿羊毛摩擦琥珀後,會吸引小東西。你可以自己試試看,例如向奶奶借一下她的琥珀項鍊並拿去摩擦一下毛衣,這樣琥珀就會吸引紙屑或乾燥香料。所以希臘文中「電」這個字,也能看到琥珀和電子的影子。有人說這是靜電的關係,但其實並不完全正確,因為其實只要摸一下就能讓電荷在物體間轉移,但是摩擦是非常強烈的接觸。
我們一整天會透過無數次的觸摸來獲得或釋放電子,不管是走路時、從椅子站起來時,或是用抹布擦桌子時,都會有這種狀況發生,誰都阻止不了,但也不會干擾到任何人。而就像電子會在我們毫無所覺時來到身上一樣,當我們觸摸物體時,它也會在我們不知不覺中離開。