富兰克林与风筝

前面提到过的本杰明·富兰克林，1706 年 1 月 17 日生于北美波士顿城。父亲是个虔诚的新教徒，1685 年为了逃避宗教迫害，从英国移居到北美。在这里开了一家小作坊，制造和销售肥皂蜡烛。富兰克林从小聪明好学，但由于家庭贫困，只读了两年书就辍学了，在店里帮忙打杂。12 岁的时候他被送到印刷所里当学徒。印刷厂的工作使他有了与书接触的机会。他常常在辛勤忙碌了一天后，躲进阁楼，点上一支牛油蜡烛，兴趣盎然地读起那些刚装订好，还散发着油墨香的新书。由于他勤奋好学，进步很快。他攻文学，练写诗，习算学，研究航海术，这一切为他日后成为伟大的科学家、政治家和作家奠定了坚实的基础。富兰克林常常说：“千万不要浪费时间，因为生命是由时间组成的。”又说：“经常使用的钥匙是锃亮的。”

富兰克林在 18 岁的时候有过一次奇异的经历，从此他对自然界里的雷电现象产生了强烈的兴趣。那年他乘船去伦敦，船驶过大西洋百慕大群岛时， 遇上了神秘的风暴，三四天不见太阳，大海像发了疯似地咆哮着。到第 5 天， 风暴突然平息了，大家正在庆幸脱离了危险，突然有人叫起来：“桅杆起火了。”富兰克林睁大了眼睛朝桅杆尖看去，只见桅杆尖上有一串淡蓝色的火花在闪烁。这时一位水手走过来抚摸一下他的头安慰说：“不要怕，这是‘爱尔摩火’，也就是神火，是它保佑了我们死里逃生。”水手还讲起了自己的历险记：“几个月前，我在‘俄尔热斯’商船上当水手，当船行到大西洋中部时，碰上雷雨，一阵巨响，使人不寒而栗。雷电之后，船上两只罗盘全部失灵，船迷失了方向，在茫茫大海里东撞西碰，最后触礁沉没。我抱着一块木板，在海里飘了三天三夜，才侥幸被救。”富兰克林听完了故事，十分惊奇。雷霆、闪电、桅杆顶上神奇的火花，不时在他脑海中浮现，这究竟是一种什么样的神秘力量啊！可是青年时代的富兰克林实在没有条件来从事科学研究。光阴荏苒，春去秋来，富兰克林也已到了不惑之年。一次斯宾士的演讲又重新激发起很久以来一直埋藏在他心里的渴望探索自然奥秘的夙愿。他向斯宾士要了几件简单的仪器，回到费城家里。不久，他的英国朋友、英国皇家学会会员柯林生给他寄来了一只经过改进的莱顿瓶，并在信中介绍了使用方法。富兰克林高兴极了，怀着极大的热情和兴趣用它做了大量的电学实验。他在给柯林生的回信中说：“在以前我做的任何研究中，从来没有像这个实验那样如此集中我的注意力和花费时间。”下面我们来看一看富兰克林设计的小实验。

用呢绒摩擦玻璃板，让玻璃板带电，然后便用手指在板上写字或画一个简笔画，当然这字或画谁也看不出来。接着向玻璃板上撒一些粉笔灰，然后用力一吹，可以看到字画的轮廓马上就显示出来了。这是因为用手指写字时， 玻璃板上的电荷会从手上跑掉，因此这部分玻璃不再带电，没有吸住粉末的本领了。

富兰克林从用莱顿瓶做的大量实验中，总结出了电的单流体说。前面已经介绍过，1733 年法国科学家杜飞提出电有两种：玻璃电和琥珀电。富兰克林认为这种表述方式不够恰当，也容易引起误解。他提出：无论哪一种电荷都可以用正电或负电来表示，分别记作为+e 和-e。这些电并不是摩擦“创造” 出来的，而是由两个物体在摩擦过程中，电荷从一个物体转移到另一个物体， 并且在任何一个绝缘的体系里总电荷数不变。这是电荷守恒定律的最早表

述。富兰克林这种简单的科学分类方法，给后人研究电现象带来了方便。1752 年 7 月，一个阴霾密布的夏日，电闪雷鸣，预示着一场大雷雨即将

来临。富兰克林与小儿子威廉冒着生命危险，把一只用丝绸做的，顶端安装了铁丝的大风筝放上了天空。并通过放风筝的麻线和系在麻线下端的铜钥匙把聚集在云层里的电荷引下来。这就是著名的“费城实验”。他在给柯林生的信里是这样描绘当时的情景：“当带着雷电的云来到风筝上面的时候，尖细的铁丝立即从云中吸取电火，风筝和绳子全部都带了电，绳子上的松散纤维向四周竖起来，可以被靠近的手指所吸引。当雨点打湿了风筝和绳子，以至电火可以自由传导的时候，你可以发现电火从钥匙向你的指节大量地流过来。用这个钥匙，可以使莱顿瓶充电，用充得的电火，可以点燃酒精，也可以进行其他电气实验，像平常用摩擦过的玻璃球或玻璃棒来做的电气实验一样。于是闪电的物体和带着普通电的物体之间的相同之处就完全显示出来了。“费城实验”证实了雷电既不是什么“上帝之火”，也不是什么“毒气爆炸”，而是自然界里一种大规模的放电现象。消息传开来，引起了世界性的轰动效应，欧洲大陆的许多科学家都重复了这类实验，俄国物理学家里赫曼还在实验时被雷击中牺牲了生命。消息传来，富兰克林十分悲痛，又不胜感慨。原来早在几年之前富兰克林就设想了可以在建筑物的屋顶上装置尖端的铁杆，它就会把雷电引入能容纳大量电荷的大地，从而保护建筑物免遭雷击。他把这种想法写成论文，寄给了英国皇家学会，受到的却是一阵嘲笑。有的说：“他竟想把上帝和雷电分家，真是痴人说梦。”还有的说：“美洲的土包子也想研究科学，可笑。”现在他不再去理会这些讽刺和奚落，决心走自己的路了。他去铁匠铺定做了一根 3 米长、顶端尖尖的细铁棒，把它安装在自己家里的烟囱顶上。铁棒的下端拴上金属线，然后把金属线沿着楼梯， 引到屋子里的金属水泵上，这水泵是通向地下的。他想，从烟囱顶上引下来的电，就会乖乖地泄流到地下去。为了能够知道有没有电荷通过导线流入地下，他又把屋里那段金属线分成两股，两股线相隔一段距离，各挂上一个小铃，如果金属线上有电流通过，两只小铃由于受到相互吸引力的作用就会晃荡起来发出叮当的响声。

一天下午，雷声隆隆，电光熠熠。富兰克林在屋里紧张地观察着自己精心设计的试验结果。每当天空出现一道强烈的闪电，那系在金属线上的铃就不住地左右晃动，小铃铛发出了一阵阵清脆悦耳的音响。富兰克林笑了，他知道避雷装置正在把天空中的大量电荷送入地下，试验成功了。