《人類科學技術史-235》富蘭克林

富蘭克林

沃森的《電的性質與特征》一書于1746年在英國發(fā)表之后，萊頓瓶實驗在英國引起了越來越多的人們的興趣。當時，一個叫斯賓士的英國學者前往北美殖民地講學，他講學的主要內容是當時電學領域內那些引人注目的最先發(fā)現，而他的主要演示儀器，除了格里凱起電機之外，那就是剛傳入英國不久的萊頓瓶。他在波士頓等地講學，他的講演及其萊頓瓶實驗引起了波士頓一些人的極大興趣，其中一個就是后來成為近代電學的偉大奠基者之一的富蘭克林(1706-1790年）。

富蘭克林聽過斯賓士的電學講演之后，即返回費城。這時，他在倫敦結識的英國皇家學會的朋友柯林遜給費城圖書館寄來了一大批書籍，其中有《電的性質與特征》等電學著作，富蘭克林開始全力投入電學實驗。

開始，富蘭克林主要從事重復歐洲一些電學家已經進行過的實驗。為此，他也研制了起電機和萊頓瓶。通過重復歐洲電學家已經進行過的實驗，他掌握了電學實驗技巧，增進了電學理論和知識。為了答謝柯林遜的友情，富蘭克林把自己的實驗以及在實驗中的一些新發(fā)現整理成文，寄往倫敦的柯林遜?？铝诌d在英國皇家學會上代他宣讀了這篇論文。但由于富蘭克林是英國人所鄙視的殖民地的小人物，因此英國皇家學會拒絕刊用富蘭克林的這篇最初的電學論文。

1749年，富蘭克林進行了一些新的電學實驗。在一次實驗中，為了增大電容量，他把幾個萊頓瓶聯接在一起。當時，他的妻子麗達正在一旁觀看他的實驗，她無意中碰到了萊頓瓶上的金屬桿，只見一團電火花一冒，且隨之傳出一聲怪響，麗達已應聲倒地。原來麗達受到電擊，幸好當時的電容量不是太大，麗達躺了一個星期后才慢慢好轉。這次使麗達差點送命的危險的電擊實驗給富蘭克林以很大的啟示。他立即聯想到當時人們對雷電的兩種不同的觀念：一種認為雷電是上帝在發(fā)怒；另一種認為雷電是氣體爆炸。因此他決定從理論上探討雷電的實質。

1749年8月，富蘭克林在一則日記中把起電機上產生的電流與閃電進行了多方面的比較，發(fā)現兩者有許多相似之處。如兩者都是瞬時的，都產生同樣的放電現象，都在放電時發(fā)出同樣的聲音，都能毀滅動物等。他由此推想，人工產生的電與閃電可能是一種東西。他又進而推想，既然人工產生的電可以被尖端吸引，閃電也應可以被尖端吸引。這種推測，為他后來發(fā)明避雷針奠定了基礎。

基于閃電與人工產生的電可能是同一種東西的認識，富蘭克林在1749年底寫了一篇題為《論天空雷電與我們的電氣相同》的論文，并寄給倫敦的柯林遜，當柯林遜在英國皇家學會上宣讀這篇論文時，遭到皇家學會的一些成員的嘲弄，皇家學會的會刊也拒絕發(fā)表這篇論文，由于柯林遜的多方奔走，才使這篇論文在另一刊物上發(fā)表。

而在北美的富蘭克林，仍在繼續(xù)著他的電學實驗和電學理論的研究。此后，他又寫了幾篇論文，他把這些論文與原有的論文一起編成《電學實驗與研究》論文集寄往倫敦。1751年，在柯林遜的幫助下，這部論文集在倫敦出版了，并立即引起西歐科學家的注意，甚至在法國引起了一場糾葛。

神父諾雷此時已升任巴黎皇家學院的院長。當時，他已出版了《電學原理》一書，當他讀到富蘭克林的著作后，大為惱怒，并對書中的內容進行了責難。消息傳到了富蘭克林那里，他想立即動手著文答辯，但轉念一想，覺得不應當把自己的觀點強加于人，如果它是正確的，真理和事實會支持它；如果它是謬誤，理所當然地應該放棄。因此，他覺得最好的回答是用事實來證實自己的理論。

要用實驗證實天上人間的電是同一種東西，首要的條件是要把雷電從天上捕捉下來。富蘭克林經過半年的反復思考和琢磨，終于設計出了一個可以捕捉到雷電的實驗，這就是后來以風箏實驗著稱的捕捉雷電的實驗。

1752年6月的一天，狂風漫卷，陰云密布，一場暴風雨就要來臨。富蘭克林和兒子威廉一起，帶著上面裝有一個金屬桿的風箏來到了一個空曠地帶。富蘭克林高舉起風箏，他的兒子則拉著風箏線飛跑，由于風大，風箏很快就被放上高空。剎那間，雷電交加，大雨傾盆。富蘭克林和他的兒子一起拉著風箏線躲入一個建筑物內。此時，剛好一道閃電從風箏上空掠過，富蘭克林的手上立即掠過一種恐怖的麻木感。他抑制不住內心的激動，大聲呼喊："我被電擊了！我被電擊了！"隨即他用一串銅鑰匙與風箏線接觸，鑰匙上立即放射出一串電火花；隨后，他又將風箏線上的電引入萊頓瓶中?；氐郊依锖?，富蘭克林用從天上捕捉下來的雷電進行了各種電學實驗，證明天上的雷電與人工摩擦產生的電具有完全相同的性質。富蘭克林關于天上人間的電是同一種東西的假說，在他自己的這次實驗中得到了完全的證實。

富蘭克林立即把他的捕捉雷電的實驗寫成報告寄往倫敦，柯林遜立即將他的實驗報告交給一家刊物發(fā)表了，并再次轟動西歐。

富蘭克林的捕捉雷電的實驗，對早期的近代電學發(fā)展產生了深遠的影響，因為風箏實驗不僅使人們認識到天上人間的電是同一種東西。更重要的是，它使人們認識到開發(fā)和利用電的偉大前景。風箏實驗的結果告訴人們，既然天上人間的電是同一種東西，雷電有如此巨大的威力，而人類已能在摩擦起電機上產生電，一旦人類能找到更有效的生產電的途徑，也就會獲得如同雷電一樣威力無比的能量，從這個意義上來說，風箏實驗是近代電學史上的一場思想上和觀念上的革命。如果說，在富蘭克林以前，人們多少還把電學實驗作為一種魔術活動的話，那么，自富蘭克林以后，人們開始把電學作為一門真正的科學，并由此開始尋找能更有效生產電的途徑。

富蘭克林捕捉雷電的實驗，對當時的近代科學發(fā)展也產生了重大的影響。因為風箏實驗一方面使人類看到了科學征服自然的偉力，另一方面也使人類看到了自身征服自然的偉力。如果說，在富蘭克林以前，以牛頓為代表的早期近代科學成就還仍然停留在認識自然水平的話，那么自富蘭克林之后，近代科學即開始了人類征服自然的偉大進軍。

由于富蘭克林在近代電學上確實取得了令人矚目的重大成就，英國皇家學會也一反過去對富蘭克林的歧視態(tài)度。破例地給富蘭克林以永遠贈閱皇家學會會刊的待遇，破例地授予他以金質獎章，并破例地接受他為英國皇家學會會員。

在實踐電學與理論電學兩方面的研究中，富蘭克林更注重實驗電學的研究。因此，他的電學論著大都是關于實驗的描述。對此，他曾在自傳中作過解釋："我之所述都是實驗的描寫，任何一人都能復試和證明，如果不能證明，也就無法辯護。"正因為他在電學的基礎研究中早已具有這種重實驗的傾向，所以他在科學與技術兩方面的研究中，又特別注重把電學的實驗成果轉化為應用的技術。

富蘭克林的時代，西方普遍流行著雷電是上帝之火和雷擊是上帝的懲罰等神學迷信觀念。而森林火災、房屋倒塌、人畜傷亡等雷電引起的災害時有發(fā)生，在成功地進行了捕捉雷電的實驗后，富蘭克林即想到要征服雷電。

在進行風箏實驗后的同年夏天，富蘭克林即著手研制避雷裝置，同年，富蘭克林研制出了這樣一個避雷裝置：把一根數米長的細鐵棒固定在高大建筑物的尖端，在鐵棒與建筑物之間用絕緣體隔開，然后用一根導線與鐵棒底端連接，再將導線引入地面之下。他把這種避雷裝置稱為避雷針。經過試用，果然能起避雷作用。

避雷針最初發(fā)明與推廣應用時，教會曾將它視為不祥之物，但在費城等地，拒絕安置避雷針的一些高大教堂在大雷雨中相繼遭受雷擊，而比教堂更高的建筑物由于已裝上避雷針，在大雷雨中卻安然無恙。

由于避雷針已在費城等地初顯神威，它立即傳播到北美各地，隨后又傳入歐洲。避雷針傳入法國后，諾雷等人開始反對使用避雷針，但法國人仍然選用富蘭克林的尖頭避雷針，他們還把富蘭克林看成是蘇格拉底的化身，并成了人們崇拜的偶像。避雷針傳入英國后，英國人也曾廣泛采用了富蘭克林的尖頭避雷針，但當時的國王喬治三世出于反對美國獨立戰(zhàn)爭的憤怒，曾下令英皇室的建筑物上的避雷針的尖頭上統統裝上圓頭。

避雷針確實是早期電學研究中的第一項具有重大應用價值的技術成果，但在富蘭克林的電學實驗中，避雷針只是他的實驗電學成就的一項具體的應用。實際上，富蘭克林在實驗電學與理論電學中的成就，遠比避雷針的發(fā)明重要得多。在實驗電學中，他發(fā)明了一種新的電容器，這種電容器是從萊頓瓶向后來的伏打電池發(fā)展的一個中間環(huán)節(jié)。更重要的是，他以風箏實驗首次向人們證實了電是一種自然力，這就使人類開始看到應用電的前景。在理論電學中，富蘭克林首創(chuàng)了正電、負電、電池、電容、充電、放電、電擊、電工、電樞、電刷等一套電學與電工術語，而且寫出了有影響的電學理論著作，這就使近代電學的理論研究開始形成了自己所特有的理論規(guī)范和傳統。

富蘭克林不僅是一個杰出的電學家，而且在天文、地質、氣象、化工、醫(yī)藥、機械等科學和技術領域也有過卓越的貢獻，因此他不僅是近代電學的偉大先驅，更是美國近代科學的偉大先驅。

富蘭克林不僅是一個有多方面成就的科學家，而且也是一位杰出的政治家。在他的后半生，美國的民族解放運動蓬勃興起。富蘭克林不僅參與1776年美國的《獨立宣言》的起草工作，而且參與了獨立后的美國的憲法制定工作。美利堅合眾國獨立后，富蘭克林又作為美國首任駐法國大使出使巴黎，為當時年輕的美國爭取了廣泛的國際援助。后來回國之后，富蘭克林曾致力于黑奴解放事業(yè)。

1790年4月14日，富蘭克林以84歲的高齡病逝，據說他在臨終時曾遺憾地說："科學的迅速發(fā)展使我有時感到遺憾——我生得太早了。我們不能設想，人類對駕御大自然的能力在一百年、一千年以后，能達到什么樣的高度。我們也許能夠學會克服地球的引力，舉起龐然大物；農業(yè)能夠減輕勞力而使產量倍增；疾病可以有效地預防——而人類的壽命可以大大延長。"當今的科學發(fā)展，不僅把富蘭克林的理想早已變成了現實，而且早已創(chuàng)造出了他當年連想也不敢想的科學奇跡。

富蘭克林在病逝后，人們在他的墓碑上刻下這樣兩句墓志銘："從蒼天那里取得了雷電，從暴君那里取得了民權。"以此來頌揚他在近代電學和美國革命中所建樹的卓越功勛。