环球科学朝圣

第一节 富兰克林把天上之电引到人间

　　富兰克林的父亲是个手艺人，靠制造蜡烛和肥皂维持家庭生计。他家有10个孩子，富兰克林排行第八。他从小就喜欢读书，五岁时就自己学会了写字，但是由于家境不好，孩子又多，直到八岁父亲才把他送进一所拉丁文学校读书。只读了两年，父亲拿不起学费了，他只得退学回家，帮助父亲做蜡烛。

　　12岁那年，富兰克林来到他哥哥詹姆士经营的小印刷所里当学徒，此后他当了近10年的印刷工人。虽然工作很辛苦，但他的学习从未间断过，没有钱买书，他就从伙食费中省下钱来买书。靠买书根本不够读，他就利用工作之便，和几家书店的学徒交上了朋友。他们将书店的书偷偷地拿来借给富兰克林，富兰克林一读就一个通宵，第二天清晨便还回去，书店老板就不会发现。他阅读的范围很广，从自然科学、技术方面的通俗读物，到着名科学家的论文以及名作家的作品，他无所不读。他还利用这段时间，把在学校里两度考试不及格的算术学了一遍。

　　1721年，富兰克林曾在《新英格兰报》做过一段临时编辑，遇到一位以博学多才而闻名的老编辑弗恩。富兰克林每次交稿时，弗恩总是提醒他同样的一句话：“如果你对某一个字的写法没把握，就查字典。”他还规定，富兰克林每天都要写一篇文章放在他桌上的盒子里。如果哪一天没有看见稿子，他就会敲着桌子问道：“文章呢？”

　　在弗恩的严格要求下，富兰克林在写作上进步迅速，后来还参与了美国《独立宣言》的起草。弗恩去世时，富兰克林怀着敬畏和崇拜的心情整理他的遗稿，意外地看到了这样一句话：“孩子，其实我不是你心目中的那个人。我并不懂写作，每个单词都得查字典，一篇稿子要看上几十遍。当然为了生活，我给自己创造树立了一个权威的形象。你让我教你，我尽量去做，其实多数时候是你自己在打磨自己。”富兰克林简直不敢相信，弗恩竟然近似于写作盲。同时他也明白了弗恩的良苦用心，他用持之以恒的严格要求，把富兰克林的写作才能一点一点地打磨出来了。

　　外人严格要求固然有助于一个人的成长，但这毕竟是外因，关键还要靠内因起作用。富兰克林有一个习惯，每天晚上都把一天的情形重新回想一遍。一段时间后，他发现自己有13个很严重的毛病，比如浪费时间，为小事烦恼，和别人争论冲突等。富兰克林认为，如果自己不能改正这些毛病，就不可能取得什么成就。于是，他就制定了一个计划，每周选出一个毛病加以克服，在这一周里每天都要记录，做得不好的地方第二天务必改进。在下一周，再挑出一个毛病来，用同样的方法加以克服。就这样，他整整用了两年多时间，才把自己身上所有的坏毛病都改掉了。

　　1727年秋，富兰克林在费城和几个青年共同创办了“共读社”，组织小型图书馆，帮助工人、手工业者和小职员进行自学。每个星期五晚上，他们就聚集在一起，讨论有关哲学、政治和自然科学等问题。

　　富兰克林还不到30岁时，就通过刻苦自修，成为一位学识渊博的学者和启蒙思想家，深受人们的爱戴。不仅如此，他还成为一位伟大的科学家和发明家，他在电学方面的实验和发明，为他赢得了世界性声誉。

　　1746年，一位名叫斯宾士的学者来到波士顿讲学。在讲学过程中，他不时地用莱顿瓶做表演。斯宾士就像变戏法一样，让一条长长的火花从莱顿瓶里窜出来，打在第一排某个自愿者的身上，那人一声大叫，就从自己的座位上被打了出去。斯宾士又用莱顿瓶的火花向一只母鸡击去，那只可怜的母鸡就像被雷击了一样倒地而死。

　　斯宾士的表演将观众笼罩在一片恐怖之中，富兰克林也看了斯宾士的表演，但他没有像其他人那样感到惶惶不安，而是从中受到了启发。他决心进行电学方面的研究，揭开莱顿瓶放电的奥秘。他的好朋友英国皇家学会会员柯林逊从伦敦给他寄来了莱顿瓶，这使他兴奋不已，马上动手做实验。通过实验他发现，没有人们所说的什么“玻璃电”、“树脂电”，电只有一种，这就是没有重量的电流质。电流质带正电，缺少电流质就表现为负电。为了把正电和负电区别开来，他首创了正负号表示法。

　　在一次实验中，富兰克林把十几个莱顿瓶连在一起，以加大电的容量。他妻子不慎碰到了莱顿瓶的金属杆，受到了电击。富兰克林从莱顿迸发出的长长的火花，不禁联想到下雷雨时天上的闪电，这二者极其相似。地面上的电与天上的电是不是一回事呢？

　　富兰克林认为，在地上摩擦得到的电火很像天上的小雷电。但要想证明这二者就是同一个东西，必须从天上采集到雷电，看看它是不是莱顿瓶里贮藏的电。1749年，富兰克林写了一篇题为《论天空闪电与地下电花相同》的论文，送交英国皇家学会，提议在高塔顶上竖一根铁杆来搜集雷电。自古以来，人们就对天电感到深奥莫测。在神话故事里，雷电是宙斯的武器，更多的人则认为雷电是上帝的怒火。现在居然有人想拿雷电做实验，很多人觉得这是大大地冒犯了天威，因此对他的提议坚决反对。他们甚至这样说：“这位刚开始接触电学的先生一上来就想把上帝和雷电分家，真是异想天开。”富兰克林又提议以卖彩票的方法来筹款建塔，还是没有得到响应。

　　望着高高的天空，富兰克林不禁发起愁来。不借助高塔，怎么才能把天电引到地上来呢？有一天，富兰克林偶尔看到小孩子在放风筝，突然灵机一动，在雷雨天里把风筝放飞到高空中，或许能把天电引到地上来。想到这里，富兰克林不禁兴奋起来，他找来儿子威廉帮忙，用不易湿透的绸布制成了一个大风筝，风筝骨架的上端固定了一根长约30厘米磨尖了的金属丝，它与风筝上的亚麻线系在一起，亚麻线的下端接在一段丝质绳上，还系上了一把金属钥匙。

　　1752年7月里的一天，费城郊区上空乌云密布，电闪雷鸣。在一块宽阔的草地上，富兰克林和儿子威廉不顾瓢泼般的大雨，把风筝放到天上。风筝越放越高，突然，一道闪电从风筝上空掠过，一段风筝线直立起来，好像被一种看不见的力量控制住了。富兰克林觉得手中有麻木的感觉，他将手指靠近钥匙，骤然间钥匙上射出一串电火花。富兰克林惊叫起来：“我受电击了！”

　　为了更详细地研究云层里电的本质和成分，富兰克林又把闪电直接引到办公室里来。他把一根削尖的金属棒固定在一根管子上，金属棒下端接着导线，导线伸延到办公室；导线在办公室门口断开，在两个断开的末端都接上小铃，每当房子上方闪电放电时，小铃就会响起来。小铃一响，富兰克林就急忙跑到办公室，把从闪电中收集到的电汇集到莱顿瓶中去，然后做实验。就在这一年的10月份，富兰克林验证了天上的电和地上的电是一回事。他在一封信中这样写道：“由此得来的电火可使酒精燃烧，并可以用来进行其他有关电的实验。这些实验平常是靠摩擦小球或小管来做的，这样就完全证明这种电的性质和天空的闪电是相同的。”

　　富兰克林对雷电的研究轰动了学术界，他那不顾个人安危的探索精神更是受到人们的赞扬，将他誉为“第二个普罗米修斯”。曾经对他的见解持冷漠态度的英国皇家学会彻底转变了态度，授予他金质奖章，还在1756年授予他皇家学会正式会员的称号。

　　就在富兰克林取得成功的第二年，发生了一个悲剧。

　　俄国科学家黎赫曼为了验证富兰克林所做的试验，在房顶上竖起一根长约两米的铁杆，金属导线通入房内同一根金属棒相连。当他走近金属棒时，一个拳头般大小的淡蓝色火焰击中了他的前额，使他当场身亡。

　　富兰克林在试验中也常常遭遇巨大的危险。有一次，他准备用电来击毙一只豚鼠，他所用的两个莱顿瓶的容量比普通的大40倍。试验时一不小心，他的身体和一只手都遭到了电击，有好几分钟失去了知觉，直到第二天早上，他的肩膀才慢慢恢复知觉。他用风筝做试验时，原本想要利用铁丝传导，在云间充电。如果雷电真的击中了风筝，他就会难逃一劫。

　　黎赫曼的去世让富兰克林感到很悲痛，但他并没有因此而退却，而是把对雷电的研究深入下去。

　　按照富兰克林的设想，如果能在高大建筑物的顶端安置一种尖端装置，就有可能把雷电引入地下，从而避免再发生黎赫曼那样遭受雷击的悲剧。他把这种避雷装置称为避雷针。经过试用，果然能起到避雷的作用。就这样，避雷针的发明就成了早期电学研究中的第一个有重大应用价值的技术成果。

　　避雷针刚出现时，却遭到教会的敌视，他们把它视为邪端，说什么装上了富兰克林的这种东西，不但不能避雷，反而会引起上帝的震怒而遭到雷击，有些居民也认为它是不祥之物，法国曾一度下令禁止使用避雷针。1755年新英格兰地区的安角发生强烈地震，波士顿一位有名的教士竟将地震的起因归结为富兰克林发明的避雷针。然而，事实最具说服力。1769年，意大利威尼斯一座教堂被雷击毁，引起地下室的火药爆炸，造成3000多人死亡。在费城等地，拒绝安置避雷针的一些高大教堂在大雷雨中相继遭受雷击，而比教堂更高的建筑物由于装上了避雷针，却在大雷雨中安然无恙。到了1784年，避雷针已在全欧洲流行开来，有人甚至在雨伞上也接上了拖地的金属线。100年后，费城建造一座教堂时，教会派人去问大发明家爱迪生是否要安装避雷针，爱迪生回答道：“当然要装！因为老天爷也有疏忽大意的时候。”于是，避雷针高高地挺立在教堂的屋顶上。

　　避雷针传入法国后，当时的法国人把富兰克林看作是苏格拉底的化身，他的肖像被人们珍藏在枕头下面，而仿照避雷针式样制作的尖顶帽，则成了1778年巴黎最摩登的帽子。避雷针传入英国后，英国人曾广泛采用了富兰克林的尖头避雷针。美国独立战争爆发后，据说英国当时的国王乔治二世出于敌意，下令把英国全部建筑物上的避雷针的尖头统统换成圆头，以示与作为美国象征的尖头避雷针势不两立。

　　富兰克林对科学的贡献不仅在静电学方面，他的研究范围极其广泛。在数学方面，他创造了八次和十六次幻方，这两种幻方性质特殊，变化复杂，至今仍为学者们所称道。在热学方面，他改良了取暖的炉子，可以节省四分之三的燃料，被称为“富兰克林炉”。在光学方面，他发明了老年人用的双焦距眼镜，戴上这种眼镜既可以看清近处的东西，也可看清远处的东西。他和剑桥大学的哈特莱共同利用醚的蒸发，得到零下25℃的低温，创造了蒸发制冷的理论。此外，他在气象、地质、声学及海洋航行等方面也取得了不少成就。

　　1790年4月17日，富兰克林与世长辞。他出殡的那一天，为他送葬的人有两万多，美国国会做出决议，为他服丧一个月，法国国民议会也做出决议，为他举行哀悼活动。

　　科学家逸闻

　　低头的准则

　　有一次，富兰克林到一位前辈家拜访。刚一进门，他的头就狠狠地撞在了门框上，疼得他不住地用手揉搓，同时抬起头来看去。这一看他更来气了，不知怎么搞的，这位前辈家的门框要比一般家矮一些。这时候，那位前辈走出来迎接他，见到他那副样子，笑了笑说：“很痛吧？可是，这将是你今天来访问我的最大收获。一个人要想平安无事地活在世上，就必须时时刻刻记住‘低头’。这也是我要教你的事情，不要忘记了！”

　　从此，富兰克林牢牢地记住了这位前辈的教导，并把它列为自己一生的生活准则之一。

　　科学小常识

　　神奇的莱顿瓶

　　1745年，普鲁士的克莱斯特利用导线将摩擦所起的电引向装有铁钉的玻璃瓶。当他用手触及铁钉时，受到猛烈的一击。在这个发现的启发下，莱顿大学的马森布罗克在1746年发明了一种收集电荷的玻璃瓶，当时还搞不清楚保存电的究竟是瓶子还是瓶子里的水，后来人们就把这个蓄电的瓶子称作“莱顿瓶”。“莱顿瓶”出现后，曾被广泛地运用到表演中，其中规模最壮观的一次是法国人诺莱特在巴黎圣母院前做的。他邀请了以法王路易十五为首的皇室成员到现场观看表演。他组织了700名修道士，让他们手拉手排成一行，全长达900英尺，约275米。他让排头的修道士用手拿住莱顿瓶，排尾的修道士手握莱顿瓶的引线，接着让莱顿瓶起电，结果700名修道士因受电击几乎同时跳了起来，在场的人无不为之目瞪口呆。

　　科学家逸闻

　　“喝水的美洲人”为了实现自己独立开业的理想，1724年富兰克林前往英国，原以为在这里可以得到资助，但是进展很不顺利，他只好先留在英国的一个印刷所里工作。英国的印刷工人大多是酒鬼，因为他们认为喝酒可以增长气力，富兰克林却和他们不一样，他认为节制饮食可以使人头脑清醒，思维敏捷，提升效率，所以他不仅不喝酒，还是个素食主义者，印刷所里英国人都嘲笑他是“喝水的美洲人”。富兰克林根本不把这些嘲笑放在心上，他特别努力地工作，排字的速度总是最快，常常被指定排一些急活，所以他的工资要比印刷所里英国人高得多。

　　科学家逸闻

　　无可代替

　　1785年，托马斯·杰弗逊来到巴黎，接替富兰克林出任驻法全权公使。这一天，他去法国外长的公寓拜访。外长问道：“您代替了富兰克林先生？”

　　杰弗逊回答说：“不，我是接替他，没有人能够代替得了富兰克林先生。”

　　法国外长不解地说：“在我看来，您和他都是美国建国时期的伟大人物。流传千古的《独立宣言》就是由您执笔，经富兰克林先生修改而成的。你们两个人是分不出高低上下的。”

　　杰弗逊摇摇头说：“不，我代替不了他。富兰克林先生除在思想、政治领域之外，在众多的其他领域里也都取得了巨大的成就。在这个意义上说，确实没有人可以代替得了他。”