富蘭克林

沃森的《電的性質(zhì)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(dāng)時，一個叫斯賓士的英國學(xué)者前往北美殖民地講學(xué)，他講學(xué)的主要內(nèi)容是當(dāng)時電學(xué)領(lǐng)域內(nèi)那些引人注目的最先發(fā)現(xiàn)，而他的主要演示儀器，除了格里凱起電機(jī)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(xué)，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(xué)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(xué)講演之后，即返回費城。這時，他在倫敦結(jié)識的英國皇家學(xué)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(zhì)與特征》等電學(xué)著作，富蘭克林開始全力投入電學(xué)實驗。

開始，富蘭克林主要從事重復(fù)歐洲一些電學(xué)家已經(jīng)進(jìn)行過的實驗。為此，他也研制了起電機(jī)和萊頓瓶。通過重復(fù)歐洲電學(xué)家已經(jīng)進(jìn)行過的實驗，他掌握了電學(xué)實驗技巧，增進(jìn)了電學(xué)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(xiàn)整理成文，寄往倫敦的柯林遜。柯林遜在英國皇家學(xué)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(xué)會拒絕刊用富蘭克林的這篇最初的電學(xué)論文。

1749年，富蘭克林進(jìn)行了一些新的電學(xué)實驗。在一次實驗中，為了增大電容量，他把幾個萊頓瓶聯(lián)接在一起。當(dāng)時，他的妻子麗達(dá)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(tuán)電火花一冒，且隨之傳出一聲怪響，麗達(dá)已應(yīng)聲倒地。原來麗達(dá)受到電擊，幸好當(dāng)時的電容量不是太大，麗達(dá)躺了一個星期后才慢慢好轉(zhuǎn)。這次使麗達(dá)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(lián)想到當(dāng)時人們對雷電的兩種不同的觀念：一種認(rèn)為雷電是上帝在發(fā)怒；另一種認(rèn)為雷電是氣體爆炸。因此他決定從理論上探討雷電的實質(zhì)。

1749年8月，富蘭克林在一則日記中把起電機(jī)上產(chǎn)生的電流與閃電進(jìn)行了多方面的比較，發(fā)現(xiàn)兩者有許多相似之處。如兩者都是瞬時的，都產(chǎn)生同樣的放電現(xiàn)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(chǎn)生的電與閃電可能是一種東西。他又進(jìn)而推想，既然人工產(chǎn)生的電可以被尖端吸引，閃電也應(yīng)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(chǔ)。

基于閃電與人工產(chǎn)生的電可能是同一種東西的認(rèn)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(dāng)柯林遜在英國皇家學(xué)會上宣讀這篇論文時，遭到皇家學(xué)會的一些成員的嘲弄，皇家學(xué)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(xué)實驗和電學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)院的院長。當(dāng)時，他已出版了《電學(xué)原理》一書，當(dāng)他讀到富蘭克林的著作后，大為惱怒，并對書中的內(nèi)容進(jìn)行了責(zé)難。消息傳到了富蘭克林那里，他想立即動手著文答辯，但轉(zhuǎn)念一想，覺得不應(yīng)當(dāng)把自己的觀點強(qiáng)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(dāng)然地應(yīng)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(jīng)過半年的反復(fù)思考和琢磨，終于設(shè)計出了一個可以捕捉到雷電的實驗，這就是后來以風(fēng)箏實驗著稱的捕捉雷電的實驗。

1752年6月的一天，狂風(fēng)漫卷，陰云密布，一場暴風(fēng)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(fēng)箏來到了一個空曠地帶。富蘭克林高舉起風(fēng)箏，他的兒子則拉著風(fēng)箏線飛跑，由于風(fēng)大，風(fēng)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(fēng)箏線躲入一個建筑物內(nèi)。此時，剛好一道閃電從風(fēng)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(nèi)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(fēng)箏線接觸，鑰匙上立即放射出一串電火花；隨后，他又將風(fēng)箏線上的電引入萊頓瓶中?；氐郊依锖螅惶m克林用從天上捕捉下來的雷電進(jìn)行了各種電學(xué)實驗，證明天上的雷電與人工摩擦產(chǎn)生的電具有完全相同的性質(zhì)。富蘭克林關(guān)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(xué)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，因為風(fēng)箏實驗不僅使人們認(rèn)識到天上人間的電是同一種東西。更重要的是，它使人們認(rèn)識到開發(fā)和利用電的偉大前景。風(fēng)箏實驗的結(jié)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(jī)上產(chǎn)生電，一旦人類能找到更有效的生產(chǎn)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(fēng)箏實驗是近代電學(xué)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(xué)實驗作為一種魔術(shù)活動的話，那么，自富蘭克林以后，人們開始把電學(xué)作為一門真正的科學(xué)，并由此開始尋找能更有效生產(chǎn)電的途徑。

富蘭克林捕捉雷電的實驗，對當(dāng)時的近代科學(xué)發(fā)展也產(chǎn)生了重大的影響。因為風(fēng)箏實驗一方面使人類看到了科學(xué)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(xué)成就還仍然停留在認(rèn)識自然水平的話，那么自富蘭克林之后，近代科學(xué)即開始了人類征服自然的偉大進(jìn)軍。

由于富蘭克林在近代電學(xué)上確實取得了令人矚目的重大成就，英國皇家學(xué)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(yuǎn)贈閱皇家學(xué)會會刊的待遇，破例地授予他以金質(zhì)獎?wù)?，并破例地接受他為英國皇家學(xué)會會員。

在實踐電學(xué)與理論電學(xué)兩方面的研究中，富蘭克林更注重實驗電學(xué)的研究。因此，他的電學(xué)論著大都是關(guān)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(fù)試和證明，如果不能證明，也就無法辯護(hù)。"正因為他在電學(xué)的基礎(chǔ)研究中早已具有這種重實驗的傾向，所以他在科學(xué)與技術(shù)兩方面的研究中，又特別注重把電學(xué)的實驗成果轉(zhuǎn)化為應(yīng)用的技術(shù)。

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(xué)迷信觀念。而森林火災(zāi)、房屋倒塌、人畜傷亡等雷電引起的災(zāi)害時有發(fā)生，在成功地進(jìn)行了捕捉雷電的實驗后，富蘭克林即想到要征服雷電。

在進(jìn)行風(fēng)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(shù)米長的細(xì)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(dǎo)線與鐵棒底端連接，再將導(dǎo)線引入地面之下。他把這種避雷裝置稱為避雷針。經(jīng)過試用，果然能起避雷作用。

避雷針最初發(fā)明與推廣應(yīng)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(dāng)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(tǒng)統(tǒng)裝上圓頭。

避雷針確實是早期電學(xué)研究中的第一項具有重大應(yīng)用價值的技術(shù)成果，但在富蘭克林的電學(xué)實驗中，避雷針只是他的實驗電學(xué)成就的一項具體的應(yīng)用。實際上，富蘭克林在實驗電學(xué)與理論電學(xué)中的成就，遠(yuǎn)比避雷針的發(fā)明重要得多。在實驗電學(xué)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(fēng)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(yīng)用電的前景。在理論電學(xué)中，富蘭克林首創(chuàng)了正電、負(fù)電、電池、電容、充電、放電、電擊、電工、電樞、電刷等一套電學(xué)與電工術(shù)語，而且寫出了有影響的電學(xué)理論著作，這就使近代電學(xué)的理論研究開始形成了自己所特有的理論規(guī)范和傳統(tǒng)。

富蘭克林不僅是一個杰出的電學(xué)家，而且在天文、地質(zhì)、氣象、化工、醫(yī)藥、機(jī)械等科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域也有過卓越的貢獻(xiàn)，因此他不僅是近代電學(xué)的偉大先驅(qū)，更是美國近代科學(xué)的偉大先驅(qū)。

富蘭克林不僅是一個有多方面成就的科學(xué)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(dāng)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(jù)說他在臨終時曾遺憾地說："科學(xué)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(shè)想，人類對駕御大自然的能力在一百年、一千年以后，能達(dá)到什么樣的高度。我們也許能夠?qū)W會克服地球的引力，舉起龐然大物；農(nóng)業(yè)能夠減輕勞力而使產(chǎn)量倍增；疾病可以有效地預(yù)防——而人類的壽命可以大大延長。"當(dāng)今的科學(xué)發(fā)展，不僅把富蘭克林的理想早已變成了現(xiàn)實，而且早已創(chuàng)造出了他當(dāng)年連想也不敢想的科學(xué)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(quán)。"以此來頌揚他在近代電學(xué)和美國革命中所建樹的卓越功勛。