富蘭克林傳(22)_學達書庫

二二

　　「這時，我兒子趕上了我，跟著那旋風直到它離開樹林，越過一片老的煙草田。在那兒，由於既無塵土又無樹葉可帶走，在掠過那塊田地時，它的下部逐漸地看不到了。那時，平常的風在刮著，路線和我們的行進方向一致，而旋風前進的方向則差不多是相反的，儘管它不是保持直線，前行的運動也不均衡，前進時向兩邊時有搖擺，有時快有時慢，有時好像有數秒鐘幾乎停步不前，接著又開始相當快地向前。當我們回到同伴中時，他們正在讚歎現在正被普通的風刮到了我們頭頂上那麼高的地方的枝葉，它們伴隨著我們前進，有一些不時地落在我們的周圍，有一些直到我們走到了距我們最初看見旋風之處3英里的地方，仍沒有到達地面。

　　「當我問塔斯克上校，這樣的旋風在馬裡蘭是否常見時，他愉快地回答說，『不，一點也不，是我們特地拿來款待富蘭克林先生的。』」

　　科學之於富蘭克林，是蘊含於日常生活中的自然界事物發生發展的規律。他在日常生活中發現它們，研究它們；他為了生活中的實際需要，而進行發明、創造：省柴取暖爐解決了冬天取暖中的問題，導尿管減輕了哥哥的病痛。而他為人類避免雷電的傷害則發明了避雷針，這是與他在電學研究上的傑出貢獻緊相聯繫的。

　　§人間的普羅米修斯

　　在希臘神話故事中，天神普羅米修斯把天上的火種盜取到人間，給人類帶來光明和溫暖，卻觸怒了主神宙斯，被下令用鐵鍊鎖在高加索的崖壁上，每日遭受神鷹啄食肝臟，但他忍受巨大的痛苦，始終無悔。最後被大力神赫拉克利斯解救。到了18世紀中葉，凡人富蘭克林因率先嘗試馴服雷電，將這一「天火」帶到人間，被譽為「人間的普羅米修斯」。

　　富蘭克林所處的時代，正值資本主義上升時期，也是自然科學蓬勃發展的時期。17世紀中葉以來，西歐出現了許多偉大的科學家，在力學、光學，磁學和熱學等領域都有了一些成就，相形之下，電學顯得落後。那時的電學實驗還只限于用貓皮摩擦火漆棒、電能發生電火花、人接觸電火花後感到震動等。對於電是什麼、它的運動方式如何等問題，尚無進一步的探索。喜好觀察、實踐的富蘭克林進行了大量實驗，成為近代電學的奠基人。

　　在他之前，科學界對靜電現象知之甚少。1731年，英國科學家格雷（1670—1736年）首次發現有些物體能傳電，有些則不能，這樣，就把導體和絕緣體區別開來了。他發現金屬能傳電而絲線則不能。他還注意到尖端放電，從而想到電火花和雷電是不是一樣的東西。1734年，法國科學家杜飛（1689—1739年）發現，將摩擦後帶電的兩根琥珀棒或兩根玻璃棒懸掛起來，它們會互相排斥；可是帶電的琥珀棒和帶電的玻璃棒則會彼此吸引，如果使它們互相接觸，它們二者將失去電的性質。杜飛由此得出結論：電分為「琥珀電」和「玻璃電」兩種，同性相斥、異性相吸。

　　其後在1745年，荷蘭萊頓大學的馬森布羅克（1692—1761年）和德國的克萊斯特（1700—1748年）各自發明了後來稱為「萊頓瓶」的蓄電池的最早形式；同時，格裡凱發明的靜電起電機在18世紀得到改進，它通過連續轉動的摩擦隨時可以方便地得到靜電。這兩項電學儀器的發明，使得科學家可以得到並積蓄電以供進行許多電學現象的觀察。但那時人們對於萊頓瓶的瓶體本身（玻璃）、水和金屬線在起電與放電過程中起什麼作用還一無所知。1746年秋天，富蘭克林第一次看到英國學者斯賓士的電學實驗表演，並得到了斯賓士贈送的一套電學儀器，其後便開始了他的電學實驗。尤其是在1748年雇用了哈利·霍爾為工頭和合夥人之後，曾一度很大程度上從商務活動中脫身出來專心進行實驗。

　　他的電學實驗首先從萊頓瓶開始，不到幾個月，從實驗中有了不少的新發現，解決了當時電學中急待解決的問題——萊頓瓶的作用和原理，得出了極為重要的結論：「電火花並非由摩擦而產生的，而是被收集起來的。電確是一種在物質中彌漫著的，又能為其他物質，特別是水和金屬所吸引的基本要素」。「電火是永遠不會被毀滅的」①。萊頓瓶的全部力量和它的使人受震的威力，都在瓶子的玻璃中間，至於和瓶的內外兩面相接觸的金屬片，只能盡到發出電和收受電的功能，換言之，從一面發出，另一面收受。即，電是一種在平常條件下以一定比例存在於一切物質中的要素，在他看來，電是一種單純的「流質」。從而初步解答了電由何處來和萊頓瓶的作用等問題，否定了在此之前科學家們關於萊頓瓶之所以能發生強烈的放電是由於瓶中之水或金屬箔金屬線所致的推測，也就把萊頓瓶實驗的神秘面紗揭開，將其置於一個可以為人理解的科學基礎上了。富蘭克林的這個結論為19世紀法拉第（1791—1867年）對電介質②所作的進一步研究打下了基礎。

　　①此處所說的水指含有雜質的普通水，純水是不傳電的。「電火花」、「電火」即現代所稱的電。

　　②電介質，不導電的物質。電介質通常用來使帶電體和其他部分隔絕，慣稱「絕緣材料」。

　　富蘭克林又認為，既然電是一種單純的「流質」，那麼，當玻璃受到摩擦時，電就流入玻璃，使它帶「正電」；而當琥珀受到摩擦時，電就從琥珀流出，使它帶「負電」。相應地，萊頓瓶內外兩面的電荷也被定名為正電與負電，或陽電與陰電，並用正號「＋」和負號「－」來表示它們。這是電學上的一個創舉。富蘭克林是第一個把電分為正電和負電來解釋實驗的人。這不僅僅是名稱上的問題，而且是概念上的深化。如果把富蘭克林說的「流質」改稱「電子」，並將流動方向倒過來（因為電子實際上是從琥珀流向玻璃），那麼他這個猜測在本質上是正確的。富蘭克林這一創舉使電學開始走向準確的定性的方向。他對萊頓瓶的研究使科學界正確地瞭解了它的作用，並認識了絕緣體在電學中的重要性。1788年法國科學家庫倫（1736—1806年）發現電荷間相互作用力的有名定律就是從富蘭克林這一概念出發的。這是富蘭克林在電學上的一大貢獻。

　　1749年，他在上述結論的基礎上提出了有名的「一流論」（或譯為「單流質說」的電學理論），反對杜飛將電分為「玻璃電氣」和「琥珀電氣」兩種截然不同的流體的「二流論」（或譯為「雙流質說」）。富蘭克林認為，所有的自然物體中都含有電，電只有一種，物體的正負電決定於其含電太多或含電太少。當物體中所含的電超過了正常含量即電太多了時，稱此物起了正電。如果少於正常含量即電太少了時，稱此物起了負電。電可以用正負符號來區別，但不能把它們看作是截然不同的兩種流體。這是電學史上第一個明確的、前後一致的電學學說。

　　富蘭克林還利用充電體之間靜電的吸力和斥力的作用，製造了一個很簡單、但又異常靈敏的機械，稱為「電輪」。在這個機械裡，輕圓盤以每分鐘50周的速度旋轉，實際是不斷地把電能轉化為機械能。這個發明預示著現代的電動機的出現。

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