亚历山德罗·伏打

1800 年 3 月 20 日，科莫。一位五十五岁的意大利教授坐下来给伦敦皇家学会的会长写信，信是法文写的，第一句就说自己要报告的东西「无疑会让您吃惊」。他描述的装置听上去简陋得可笑：三四十片银片，每片贴一片锌片，中间隔一层盐水泡过的纸板，就这样叠成一根柱子。

他造这根柱子的目的，不是发电。是要证伪。路易吉·伽伐尼说青蛙腿里藏着一种「动物电」，伏打不信，他认为蛙腿只是一台极灵敏的验电器，电来自搭在它身上的两种不同金属。为了把这个效应放大到不用蛙腿也看得见，他把金属片一对一对地叠了起来。结果是：他赢了那场论战，顺手给了十九世纪一把钥匙；而这根柱子为什么会发电，他到死都想错了。

一次摩擦，几十次取电

在电堆之前三十年，伏打已经有了一件成名的仪器：起电盘。一块树脂饼摩擦带电，上面扣一块带绝缘柄的金属圆盘，靠静电感应在圆盘上分出电荷，提起来就能取走一份；放回去再提，还能取一份。摩擦一次，可以反复取用几十次。他自己给它起的名字是「永久起电盘」。

这件事上他不是首创者——同样原理的机器 1762 年已由瑞典实验家约翰·维尔克描述过，伏打是把它改良到好用、并让全欧洲都用上的人。1775 年 6 月 10 日，他把这台仪器写信告诉约瑟夫·普里斯特利，因为普里斯特利写过一部《电学史》，他想问问这位史家：这算不算新东西。

起电盘与三十年后的电堆之间有一条很清楚的线：两者做的是同一件事——把一次性的电变成可重复的电。

沼泽里捞上来的气体

1776 年 11 月，伏打在马焦雷湖畔安杰拉的苇丛里，用棍子搅动湖底的淤泥，拿倒扣在水里的瓶子接住冒上来的气泡。他读过本杰明·富兰克林关于「可燃空气」的记述，想去湖沼里找找看。到 1778 年，他把这种气体分离了出来：那就是甲烷。

他区分甲烷与氢的办法完全是实验家的办法——看火焰的颜色不同，看它烧得更慢，以及引爆它需要更多的空气和更大的电火花。顺着这条线他做出了「电手枪」：把可燃气体封在容器里，用电火花点燃引爆，再反过来用爆炸的猛烈程度去量空气的好坏。

化学史把这段算作他的副业，但它和电学那条线其实是一个脾气：把一个只能看见一眼的现象，逼到能反复做、能量度的地步。

张力、电容、电量

十八世纪的电学缺的不是现象而是尺子。人人都能让草秆张开、让人跳起来，却没人说得清两次实验里的电是不是同一个量。伏打做的正是这件事：他把「张力」（今天叫电势）、「电容」与「电量」三个概念分开，并且理清了三者的关系，也就是 $Q = CV$。

1782 年他做出冷凝验电器：先把微弱的电荷聚到一块大电容的板上，再突然抽走对板让电容骤减，张力便成比例地涨上去，原本看不见的电就把草秆撑开了。这台仪器后来成了唯一能读出电堆的手段——电堆的电压对那个年代的普通验电器来说，实在太小。

蛙腿之争

1791 年，博洛尼亚的解剖学教授伽伐尼出版了《论电对肌肉运动的作用》，总结十余年的蛙腿实验：用一把两头分别是铜和锌的金属弓搭在神经与肌肉之间，腿就会抽动。他的解释是，电产生在肌肉与神经的内部，金属弓只是把它放出来的通路。

伏打重复了这些实验，起初完全赞同。随后他改了口：动的不是青蛙，是金属。到 1794 年他已经说得很硬——金属才是真正的激发者，神经本身是被动的。他把这种电改叫「金属电」或「接触电」。

伽伐尼的回击在 1794 年，而且是匿名出版的。那本书的关键不在正文，在补编：他做出了完全不用任何金属的肌肉收缩——把一条神经直接搭到另一块肌肉上，肌肉照样抽动。这是他对伏打最硬的一击。

伽伐尼本人不愿出面论战，由外甥乔瓦尼·阿尔迪尼代他上阵。这场争论到 1790 年代末已经国际化，生理学家大多站伽伐尼，物理学家与化学家大多站伏打。

结局很不对等。1798 年 4 月，山南共和国要求所有大学教授宣誓效忠，伽伐尼拒绝宣誓，被褫夺教职，陷入贫困，同年 12 月 4 日死在兄弟家里。电堆问世是 1800 年——他没能活着看到这场论战最有名的那一步。

把一个微弱的效应堆到有用

一对锌-银之间的电势差只有零点几伏，人手摸上去什么感觉也没有。伏打真正的发现是：这些电势差可以逐对相加。叠三十对、四十对、六十对，电动势就是一对的三十、四十、六十倍。他在给班克斯的信里报出的正是这几个数字——从这个数量级起，摸上去开始发麻，也开始能把水拆开。

这是历史上第一次有人用串联的办法，把一个微弱到可疑的效应堆到有用的量级。而他之所以想到要堆，是因为他需要一个不靠青蛙也能看见的证据。

「人造电器官」

他给这台机器起的名字不是电池。信里写得清清楚楚：

这套装置……无论就其根本，还是就我刚刚造出的这个形状而言，都更像电鳐、电鳗一类天然的电器官，而不像莱顿瓶和已知的电池组；因此我想把它叫做人造电器官。

他的参照系是鱼。电鳐和电鳗身上天然长着一叠膜质圆盘，能不断放电——在伏打看来，自己叠出来的东西「归根结底与电鳐的天然器官是同一样东西」。整封信的最后一页，他又回到了这个名字。

这个类比不是修辞上的花招。两百年后回头看，它反而是对的：电鳐的电器官确实是一叠串联起来的细胞膜，靠每一层膜上的电位相加放出几百伏的一击。马尔科·皮科利诺 2000 年那篇纪念电堆两百年的文章，标题就直接用了伏打自己的说法。

杯冠

信里其实有两种构型。一种是那根著名的柱子（他叫它 la colonne）；另一种他叫「杯冠」——一排装着盐水或碱液的小杯子，杯与杯之间用一头铜、一头锌的金属弧连起来。

后世的图画几乎只画柱子，但今天电池组的真正祖先是第二种：每个杯子就是一个独立的电池单元，用导线把它们串起来，和今天打开任何一块铅酸电池看到的东西是同一种结构。柱子把湿纸夹在金属之间，湿纸会被挤干、会短路；杯冠把电解液放进容器里，可以随时添、随时换。

信寄到伦敦之后事情走得很快。班克斯甚至没等到 6 月 26 日在皇家学会宣读，就把信给了别人看——几周之内，水被电堆拆成了氢和氧，电化学从这里开始。此后几年，汉弗莱·戴维用越来越大的电堆从化合物里拽出了一串前所未见的元素。又过了二十年，一位哥本哈根的教授在课堂上演示电堆的加热效应时，看见桌上的指南针动了一下。

他把机制想反了

伏打坚持认为，电动势产生在两种金属的接触面上，中间那层湿纸「只是导体」。

反证其实就摆在桌上：锌片会烂。用得越久烂得越厉害，电流抽得越大烂得越快。如果电真的只来自接触，金属凭什么要少？今天知道答案是化学——锌原子丢掉两个电子溶进盐水，电子经外电路跑到银片一侧把氢离子还原成氢气，能量来自这桩氧化反应。这一点上伽伐尼那边的人更接近真相，而化学说要到十九世纪中叶才最终压倒接触说。伏打本人到死都不接受。

但事情还有一层。他那个「接触电势差」并不是幻觉：两块不同金属一碰，电子会从逸出功小的一侧流向大的一侧，直到费米能级拉平，两者表面之间确实留下一个电势差。今天它仍然叫伏打电势差，是表面物理与开尔文探针的日常量。科学史家张夏硕 2021 年专门写过这个概念的曲折命运——它被彻底否定过，又在干电堆、热电偶、象限静电计、真空现象里一次次回来，「绝没有完全消失」。

错的不是他测到的东西，是他给它派的活。

迟到五十四年的那个单位

1801 年 11 月，伏打带着电堆去了巴黎，在国立学院当着第一执政波拿巴的面演示，拿破仑给了他一枚金质奖章。此后荣誉接连而来：1805 年年金与荣誉军团骑士，1809 年意大利王国参议员，1810 年伯爵。1819 年他从帕维亚退休回到科莫，1827 年 3 月 5 日死在那里。

「伏特」这个单位他没听说过。1861 年拉蒂默·克拉克与查尔斯·布赖特在英国科学促进会提议用人名命名电学单位时，他们把 volt 派给的还是电阻。真正定名要等到 1881 年巴黎国际电学家大会——第一届，在特罗卡德罗宫开，二十八国两百五十名代表，会上把「伏特」定为电动势的实用单位，并且把它的大小挑成了当时电报系统标准电源丹聂耳电池的电动势那个量级。

那一年，伏打已经去世 54 年。

两个人各对了一半

这场论战最好的收场方式，是承认双方谁也没有全输。

伽伐尼说生物体内有电——对，那是神经与肌肉的动作电位，今天整个电生理学建在上面。伏打说两种金属接触会产生电势差——也对，那就是伏打电势差。错的是各自把自己那一半当成了全部：伽伐尼以为金属只是通路，伏打以为湿纸只是导体。

科学史上很少有比这更干净的例子，说明一场旷日持久的争论可以怎样收尾：不是一方被证伪，而是两边都被装进了一个更大的框子。只不过伽伐尼没能等到，而伏打等到了却不肯进去。