今天我們往往首先把 Michael Faraday（麥可・法拉第，1791–1867） 視為電磁學史上的巨人：電磁感應、法拉第定律、力線、場的觀念， 幾乎都與他的名字密不可分。
但是，如果從物理化學的歷史重新觀看法拉第，會發現一件很有意思的事： 法拉第並不是一位單純從「物理」走向電磁學的人。 他的早期科學生涯深深扎根於化學， 而後又經由電化學、電與磁的實驗，一步一步走向電磁場。
化學 → 電化學 → 電與磁 → 場
因此，若要尋找一位真正站在化學與電磁學交界上的歷史人物， 法拉第幾乎是不可能繞過的名字。
一、法拉第首先是一位化學家
法拉第出生於英國 Newington, Surrey，家庭並不富裕， 所受的正規教育也相當有限。十四歲時，他成為書商兼裝訂商 George Ribeau 的學徒。
這段經歷反而給了法拉第一個重要的學習機會： 他可以閱讀自己裝訂的書籍。
其中，Jane Marcet 的 Conversations on Chemistry 引起了他對化學的強烈興趣。 後來他進入 Royal Institution，成為著名化學家 Humphry Davy 的實驗室助手。
1813–1814 年間，法拉第隨 Davy 夫婦旅行歐洲， 接觸當時許多重要的科學家。 到了 1825 年，他接替 Davy 成為 Royal Institution 實驗室主任； 1833 年又成為 Fullerian Professor of Chemistry。
值得注意的是，他最初的重要研究之一就是分析化學。 換句話說，法拉第不是後來才「碰巧碰到化學」的電磁學家； 化學本來就是他的科學出發點之一。
二、從化學中的「電」走向電磁學
十九世紀早期的「電」並不像今天教科書裡分科得如此清楚。 伏打電池、電解、金屬、溶液、化學反應與電流之間存在著非常緊密的關係。
因此，對當時的化學家而言，研究電並不是突然離開化學， 而是自然地追問：
電與物質之間究竟存在什麼關係？
法拉第後來研究靜電產生器、伏打電池，甚至電魚所產生的電， 並試圖確認這些看似不同來源的「電」是否具有共同本質。
電解實驗在這裡扮演了關鍵角色。 這也把法拉第帶到物理化學史上極為重要的一站： 電化學。
三、法拉第電解定律：電量與化學變化被連接起來
1834 年，法拉第建立了著名的法拉第電解定律 （Faraday's laws of electrolysis）。
第一個核心概念是： 電極上所發生的化學變化量與通過系統的總電量有關。
Q = It
其中 Q 是通過的電量，I 是電流， t 是時間。
用現代電化學語言，可以進一步寫成：
Q = zFn
n = Q/(zF)
其中 z 是每個反應物種所涉及的電子數， n 是物質的量，而 F 就是今天所稱的 Faraday constant（法拉第常數）。
F = NAe
從現代觀點來看，這個式子非常漂亮。 因為它把巨觀可測量的電量 與微觀粒子的基本電荷連接起來。
電化學因此成為一個非常典型的物理化學領域： 化學反應不再只是「某物質變成另一種物質」， 而可以與電流、電荷、能量以及粒子的數量建立定量關係。
四、Ion、Cation、Anion：我們今天使用的電化學語言
法拉第的另一項影響甚至存在於今天每一本普通化學、 物理化學與電化學教科書的文字裡。
在建立電化學理論時，需要一套適合描述電解現象的術語。 「electrolysis」與「electrolyte」等詞彙逐漸形成， 而法拉第又向古典學者 William Whewell 尋求命名上的協助。
Whewell 提出了後來極為重要的一系列名稱：
- anode —— 陽極
- cathode —— 陰極
- anion —— 陰離子
- cation —— 陽離子
- ion —— 離子
「ion」來自希臘文「to go」的概念，也就是「移動者」。
有趣的是，法拉第當時甚至懷疑 ion 這個字是否真的會被廣泛使用。
後世化學：……你確定？
今天從普通化學、分析化學、物理化學、電化學， 一直到電池、半導體與固態離子學， 「ion」早已成為最基本的科學語言之一。
五、1831：電磁感應
如果法拉第的故事停留在電化學，他已經足以在化學史上占據重要位置。 然而 1831 年，他完成了另一項更加深遠的工作： 電磁感應（electromagnetic induction）。
用今天的形式表示，就是著名的法拉第定律：
ℰ = −dΦB/dt
其中磁通量為：
ΦB = ∫S B · dS
其 Maxwell 方程的微分形式則是：
∇ × E = −∂B/∂t
這個方程告訴我們一件非常深刻的事：
隨時間改變的磁場，可以產生具有旋度的電場。
因此，在一般隨時間變化的電磁問題中， 電場不能只寫成單純的靜電位梯度：
E = −∇V − ∂A/∂t
這裡已經從早期「物體之間互相施力」的圖像， 開始逐漸走向場（field）本身具有物理意義的世界。
六、從法拉第的力線，到 Maxwell 的場方程
法拉第的一個特殊之處，在於他的高等數學能力並不是他的主要工具。 他更依靠實驗、幾何直覺以及物理圖像理解自然。
他逐漸形成了lines of force（力線）的觀念： 電與磁的作用不必只被理解成相隔一段距離的物體， 神祕地直接彼此作用。
空間本身可以具有物理狀態。
這正是「場」概念的重要萌芽。
到十九世紀中葉， James Clerk Maxwell 將法拉第高度直覺性的場觀念轉化成數學理論， 最終形成經典電磁場理論。
Faraday 的力線
↓
電磁場的物理圖像
↓
Maxwell 的數學形式
↓
經典電磁學
從這個角度看，Maxwell 並不是憑空創造出一套抽象方程； 法拉第提供了極重要的物理直覺與實驗基礎， Maxwell 則把這些觀念提升成完整的數學場論。
七、法拉第其實也碰到了表面化學與催化
法拉第與現代物理化學的關係還不只電化學。
Humphry Davy 曾研究鉑、鈀等固體表面的催化現象， 法拉第在 1834 年進一步研究相關問題， 並試圖用 contact action 解釋固體表面的作用。
法拉第認為，固體表面可以吸引氣體分子， 使它們在表面附近彼此靠近，因而更容易發生反應。
這類想法後來曾被稱為某種 condensation theory。 它當然還不是今天完整的表面科學或催化理論， 也不能充分解釋不同表面為什麼具有不同的催化選擇性， 但是其思考方向已經碰到：
表面 → 吸附 → 分子接近 → 反應
這正是後來表面化學、非均相催化與固體表面科學會持續深入研究的問題。
八、法拉第在物理化學中的位置
如果只按照今天的大學科系分類， 很容易把法拉第直接放進「物理學史——電磁學」。
但如果從十九世紀科學真正形成的歷史過程來看， 這樣的分類其實過於簡單。
法拉第的一生同時穿越了：
化學
↓
電化學
↓
電與磁
↓
電磁感應
↓
力線與場
↓
Maxwell 電磁場理論
因而，如果從廣義的物理化學架構來理解， 法拉第具有一個相當特殊的位置。
Gibbs 讓我們理解熱力學勢與化學平衡， Boltzmann 與 Gibbs 把巨觀熱力學與微觀統計連接起來， 二十世紀的量子力學則為原子、分子與化學鍵提供微觀理論。
而Faraday 所代表的另一條道路，是物質與電磁場之間的關係。
九、為什麼《Electromagnetism for Chemistry》與電化學可以放在一起？
現代物理化學課程通常把大量篇幅放在 熱力學、統計力學、量子力學與反應動力學， 電磁學本身反而較少被獨立建構成完整的化學理論支柱。
可是化學實際上到處都存在電磁學： 分子的永久偶極矩、極化率、電解質溶液、膠體、 分子間作用力、光譜、光散射、X-ray diffraction、 optical rotation，以及各種光與物質交互作用， 背後都離不開電磁場。
因此，把一本電化學教材與 James K. Baird 的 Electromagnetism for Chemistry 並列來讀，其實有一種很漂亮的歷史意義：
電化學研究「電如何參與物質的化學變化」；
化學電磁學研究「電磁場如何與物質交互作用」。
而這兩條道路在十九世紀最具有象徵性的交會點， 恰好就是 Michael Faraday。
十、結語：化學與電磁學之間的一座橋
法拉第最迷人的地方，也許並不是我們今天究竟應該把他分類成 「物理學家」還是「化學家」。
恰恰相反，法拉第的重要性正是這種分類很難完整容納他。
他從化學實驗出發，研究電解與物質； 從電化學追問電的本質； 從電與磁的實驗發現電磁感應； 最後又以力線與場的直覺， 為 Maxwell 的經典電磁場理論準備了重要的物理圖像。
所以，如果要用一句話概括法拉第在這套物理化學視野中的位置：
Michael Faraday 是化學與電磁學之間最漂亮的一座橋。
從電池中的離子，到電極上的化學反應； 從磁通量的改變，到空間中的旋轉電場； 從鉑表面的催化作用，到「場」本身成為物理實體—— 法拉第的研究橫跨的，正是十九世紀化學與物理逐漸交會、 並最終孕育現代物理化學與電磁場理論的歷史過程。
延伸閱讀
Keith J. Laidler, The World of Physical Chemistry.
James K. Baird, Electromagnetism for Chemistry.
L. Pearce Williams, Michael Faraday: A Biography.
F. A. J. L. James, “Michael Faraday's First Law of Electrochemistry,” in Electrochemistry, Past and Present.
S. Ross, “Faraday Consults the Scholars: The Origins of the Terms of Electrochemistry,” Notes and Records of the Royal Society.
