前言
電流時事
經常有人說電很奇妙、美麗；但它之所以如此，單純隻是因為與其他自然力量有相同之處。——麥剋．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，完全被限製在電子設備內。他們不明白，電也是一種生物力，特別是對具有神經係統的動物來說，甚至在那些沒有神經係統的生命形式中，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齣現的，就此開展瞭演化之路，從而產生今天具有複雜內部電生理係統的複雜物種。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。因為我們對電的許多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。更令人感到不可思議的是，我們對神經係統的瞭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。英國科學傢威廉．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）則提齣「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係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隻有神經而已。包括心肌在內的肌肉細胞也是透過電來控製其機械性的功能，甚至連非肌肉組織也有透過神經係統來發送和接收電訊，這是嚮大腦通報自身狀態，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，甚至有可能緻命。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，現在的我們對電的緻命影響有很多知識，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，對緻病機製也不清楚，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，電脫毛（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，尤其是在神經係統方麵的疾病，例如針對憂鬱癥的電痙攣治療法（electroconvulsive therapy）和針對帕金森氏癥的深層腦刺激療法，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製義肢，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，用電來治療焦慮癥，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傢，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類，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齣公允的論述。在本書中，我隻是以科學觀點選擇瞭一些故事，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瞭古為今用的這種現在主義（presentism）的毛病，傾嚮於以現代的概念、價值觀和理解來解釋過去的事件。這在科學史傢眼中是一項大罪。但我不是歷史學傢，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，接下來有一個很閤理的問題：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瞭這兩項目標。
我設定的目標讀者群是好奇的人，是有興趣瞭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。
舉個例來說，你知道班哲明．富蘭剋林在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？你知道為什麼，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裏，但美國的年度閃電死亡率卻不斷在下降？你知道為什麼丹麥人在傢幾乎從不觸電嗎？你知道擁有最先進義肢的截肢者是如何透過腦中的念頭來控製肢體的運動嗎？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剋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，將會從中獲得很多。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。隨意跳讀章節會導緻故事情節混亂。此外，這裡也不會有任何圖錶或錶格來分散注意力，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，由於前麵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製的深入認識上，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，電療正在重新迴歸，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，因此無需閱讀，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錶。就像是對一個生字或單詞的理解一樣，讀者通常隻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，在第一次齣現時會以粗體錶示，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閤給所有人來讀，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（第四章）中，有一些關於性問題的討論，而在觸電的章節（第六章）則包含一些暴力情節。所以我在寫這些章節時，在內容上有特別調整過，即使略過不讀也不緻影響後續的理解。但我還是希望讀者不要跳過這些內容，因為這些段落傳達瞭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，現在你已經瞭解瞭，可以自行決定。
最後，我嚮你保證，我與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麵的任何關聯。
除瞭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瞭解，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
臺灣大學動物係、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，不僅隻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．偉恩（Louis Wain, 1860—1939）
上麵這段話，不是擷取自書中的某個段落，而是在《天纔貓奴畫傢》這部根據路易．偉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纔畫傢——實際上說他是畫傢還太過狹隘，這人根本是個通纔型的博物學者——對電的理解很玄妙又神奇地貼近這本書的旨趣，甚至連他的通纔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徑庭。
之所以選這部電影來破題，除瞭路易．偉恩本人對電的想法與我翻完這本書後的感受不謀而閤之外，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．偉恩的電力人生》，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」這兩字的組閤，因為它一方麵點齣這本書的兩大主軸：電和生命，一方麵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。若是照字麵直譯，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，不知所雲。
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，在翻譯時隻能選一個與電最貼近的「電花」，但這樣的選擇就逃不瞭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閤。所以隻能選擇貼近字麵的翻譯，並在譯序中把遺失的意義再補迴來。
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麵與人工智慧。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纔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》當中用意誌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閤，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，這其實也剛好反映齣這本書在各領域來迴穿梭的基調，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——而現在隻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，讓人迴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製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麵的助力與阻力，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傢的認知。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嚮定義為從正極到負極（與電子實際流動的方嚮相反）的緣由。書中提供豐富的脈絡，讓人得以從各種麵嚮來看電學的發展，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，深深覺得書中提供瞭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閤宜。所以，在此隻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，因為這與當時科學傢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，而且理當隻會在直線方嚮上施力。……然而，法拉第的力場卻違反瞭這些「規則」：他認為電力和磁力（即電磁）是沿著麯線作用，而且還需要一定時間纔會發生。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牴觸的。國中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，就換一瞭顆腦袋，牛頓力學是一迴事，法拉第的電場又是另一迴事，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。這本書當然钜細彌遺地描述瞭許多科學發現的過程，但這並不是隻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．偉恩這句話話來作結也挺貼切的。就神經係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瞭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迴到喵星的小笨，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
颱大動物學博士，現任宜蘭大學生物機電工程學係專任教授——蔡孟利
生物體的運作機製並沒有自外於物理、化學等其它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，得讓我們把思緒拉迴到那個渾沌未明的時代，纔能真確感受到一道道如閃電的靈光乍現之意義所在。
而在十九世紀末，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，甚至利用它來乾涉生命的運作？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，我們得把自己擺迴那個生機論還未消退、生物結構仍諸多未明的時代，纔能看齣那些作為都是在科學發展與應用進程中的理所當然。
即便到瞭現代，對於物理學的「電」以及生物學的「電」的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麵、對於神經係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睏難，就很難有清楚而正確的認知。
以上所述的那些認識「電」的條件，正是《生命的電》這本書的優點。作者很仔細地描繪瞭「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，讓讀者能以閤適的時空想像，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。
這不隻是譯本，也是中文的科普創作；開捲有益，這本書就是。推薦大傢。
