名人傳記:美國建國元勳富蘭克林(23)

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在當時,雷電這種具有巨大破壞性的可怕的自然現象的本質是什麼,對人們來說還是一個謎。流行的看法是,它是「上帝之火」,天神發怒,也有人猜測雷電是毒氣在天空爆炸。格雷關於電火花和雷電屬於同一性質的猜想,沒有能夠用實驗證明。富蘭克林要來作這一偉大而危險的嘗試了。
  
就在他從這一時期最早的電學實驗得出了單流體說的結論的同時,1747年7月11日,他就已經看到了「尖形物體在吸入和放出電火上的神奇效果」。此後,費城和賓州的公共事務佔去了他一段時間。到1748年9月29日他得以從商務活動脫身,並遷入了在雷斯街和第二街拐角處的新居。那以後,如富蘭克林自述的:「我將自由自在地沒有其他任務,而只願於自己想幹的,並享受被我視為莫大幸福的東西:有閒暇去讀書、研究、做實驗,同那些願意尊稱我是朋友或熟人的那些才華橫溢、可敬的人作廣泛的交談。」
  
1749年11月7日,富蘭克林在他的實驗記錄中記下了「……電的流質同閃電在這樣一些方面是一致的。1.發光;2.光的顏色;3.彎曲的方向;4.迅疾的運動;5.由金屬而發生;6.爆炸聲;7.存在於水或冰中;8.撕裂或震動通過的物體;9.擊斃動物;10.熔化金屬;11.使可燃物著火;12.硫磺味。電流質被尖狀物吸引。我們不知道閃電是否只有這一特性。但鑑於它們在所有我們已經作過比較的各方面都相一致,它們就可能在這一點上一致嗎?讓我來做這個實驗。」
  
在柯林森把他的一封信送到1750年5月的《紳士雜誌》發表前幾週,富蘭克林已有了如何利用這一發現的想法,「然而,在關於尖狀物放出或吸引電火的實驗中,有一些東西尚未完全得到解釋,對它,我想在下一封信中再來提出解釋。

因為尖狀物的原理非常奇特,而它們的效果的確神奇;根據我在實驗中的觀察,我認為,房屋、船隻、甚至塔和教堂可以借助它們的作用得到有效保護,免受電殛;因為如果在氣候儀、風向標、教堂的紡錘狀尖頂,塔尖或桅杆頂部不是像通常那樣裝上木質或鐵質的圓球,而是裝上一根8到10英呎長的鐵桿,頂端逐漸變尖如針一般,並鍍上防鏽物,或分成數個尖那會更好,我想電火會在它到來達到一殛之時前靜靜地被從雲中吸出,在尖上會有亮光出現,如同船上的桅頂燈光一般。這似乎可能是異想天開,但目前請讓它得到傳閱,直到我寄來詳盡的實驗報告。」這是富蘭克林最早的關於避雷針的建議,當時他沒想到需要一條地線。
  
1750年7月29日,富蘭克林通過柯林森,正式公開地向英國皇家學會提議進行證明雷電是電的實驗。而在此之前9個月,他已自己決定了要做這實驗。「為決定雷電是否放電現象,我提議在方便之處做一個實驗。」並詳細介紹了實驗方法:「在某一高塔或塔尖頂上放置一種守望棚,大小足夠容納一個人和一個電座。

在電座中央樹一根鐵竿,將這鐵竿彎起來通到門外,然後垂直豎起20到30英呎高,頂端十分尖銳。如那電座保持乾淨和乾燥,人站在座上,當雷雨雲經過時放出電和火花,鐵竿將把火從雲中吸向他。如果擔心那人會有危險(雖然我認為沒有危險),可讓他站在棚裡地板上,不時地用金屬線圈去接近鐵竿,那金屬線圈的一端有皮帶,他用一根蠟做的把握著它,那鐵竿受電後將從鐵竿傳往線圈而無害於他。」富蘭克林當時還不清楚這種實驗的危險性。1750年聖誕節前兩天,他準備用電來殺死一隻火雞時,他的一隻手和身體的其他部位遭到電擊,使他有幾分鍾失去知覺,肩上的麻木感直到次日早上才恢復。
 
英國皇家學會對富蘭克林的提議未予重視。英國的電學家福瑟吉爾•沃森作序的富蘭克林的論文的小冊子以《本傑明•富蘭克林在美洲費城所作的電學實驗和觀察》為名發表了(1751年)。
  
富蘭克林的新思想在法國引起了更大的興趣。富蘭克林的小冊子被譯為法文發表(1752年年初),科學家們和公眾都為之激動,法國國王還親自觀看了「實驗哲學大師M•德•洛爾為他演示的「費城實驗」。一些科學家決定進行富蘭克林提議的更大規模的實驗。1752年5月10日下午2點20分,達裡巴爾和六位同道在巴黎郊區馬爾利地方的一座花園裡用40英呎的鐵竿從地面吸引雷電,隨著一聲開槍射擊般的聲響,實驗成功。富蘭克林的想法不再是推斷。
  
在費城,聖誕節前的危險事件並沒有嚇倒富蘭克林。當再次從費城和賓州的公共事業——創辦一所新學院和一所新醫院——脫身後,富蘭克林的注意力重又回到雷電和電的問題上來。1752年7月,他冒著生命危險,在費城做了一次轟動當時科學界的用風箏吸取天電的實驗。
  
以下就是關於這次實驗的記述:
  
「由於同這次如此重大的發現(或許是伊薩克•牛頓爵士以來最偉大的)的每一情節都將給所有我的讀者以快樂,我將努力地傳遞我從最高權威那裡得到的若干新細節來滿足他們。
  
「在出版了他的驗證他關於電和雷電是一回事的假說的方法後,博士等著在費城築起一座塔尖(在基督教教堂),以便將他的觀點付諸實驗,而不是想像用一個大致差不多高度的尖頭竿子來達到那目的。這時,他忽然想到借助一隻普通的風箏,他就可以比利用隨便什麼尖塔更好地深入雷電區了。所以,他準備了一大塊絲帕和用來展開絲帕的適當長度的兩根相互交叉著的棍子,他抓住第一場就要到來的暴風雨的機會步行到田野上去,在那兒有一座棚子可以用於他的目的。但是由於害怕在科學上不成功的嘗試往往招來的嘲諷,他沒有將他想要進行的實驗告訴任何人,除了他的兒子以外。他兒子將幫助他放出風箏。
  
「風箏升了起來,在它顯示出帶電以前,過了相當長的一段時間。一塊很有放電希望的雲籠罩了它,但沒有任何反應。最後,就在他開始對他的努力感到絕望的時候,他觀察到麻繩上一些鬆散的線直立了起來,相互讓開,彷彿它們被定在了一個共同的導體上。注意到了這一充滿希望的現象,他立即將他的指關節伸向鑰匙(讓讀者去判斷他在那一刻感受到的極度喜悅吧),發現就這樣完成了。他感覺到了十分明顯的電火花。其他的人也成功了,甚至在繩子被淋濕前,因此這事實就平息了所有的紛爭。當雨淋濕了風箏的繩子時,他收集到了大量的電火花。這事發生在1752年6月,法國電學家證明了同一理論的一個月後,但在他聽說了他們所做的實驗之前。」
  
這段話是富蘭克林的朋友、英國皇家學會的普利斯特裡寫下的——富蘭克林自己沒有公開描述過這事。普利斯特裡是在富蘭克林眼皮底下寫的,一定親耳聽到了富蘭克林說的關於此事的情況,寫出的草稿也經富蘭克林過了目。普利斯特裡前文所說的「最高權威」即指富蘭克林本人。
  
當年9月,富蘭克林就「豎起了一根鐵竿把雷電引入我的屋子裡,以便對它做一些實驗,用兩隻鈴在鐵竿受電時引起注意」。
  
他在附近的鐵匠鋪定做了一根9英呎長的頂端尖削的鐵桿,把它安放在煙囪頂上。鐵桿的下端拴上鵝的翎管那麼粗的金屬線,然後將金屬線沿樓梯引到屋子裡的金屬水泵上,而水泵是通向地下的。他又把屋裡的那段金屬線分成兩股,兩股線的終端相距6英吋,各掛上一隻小鈴,兩隻鈴的中間,用絲線吊著一隻小銅球。當金屬線有電流通過時,鈴上的銅球就會響起來。
  他寫道:「在頻繁地從上方的鈴吸取火花和為電瓶充電後,一天夜裡,我被樓梯上響亮的劈啪聲驚醒了。我跳了起來,開門出去,我察覺到那銅球不是像往常那樣在鈴之間顫動,而是被支開,離開兩隻鈴有一定的距離;當那火通過時,有時候很響亮、迅疾的劈啪聲從一隻鈴到另一隻鈴,有時候呈一條連續不斷、濃稠的白色溪流,看上去有我的手指般粗細,這時,整個樓梯亮如白晝,人們可以撿得起一根針來。」
  
那些鈴在富蘭克林的家裡響了好些年。
  
看來,儘管他豎起那根鐵竿主要是來取電做實驗,但他也想到了用它來保護自己的房屋。10月1日他寫給柯林森的信中談了風箏的事後,加上了一段附言,言及了避雷針:「我很高興聽說我的實驗在法國取得成功,及他們開始在他們的建築物上使用尖狀物。在那以前,我們已經在我們法院和市政大樓的屋頂安裝了。」這是最早的關於避雷針實際應用的信息。
  
富蘭克林在電學上的重大貢獻對當時的普通人來說是奇蹟,而對科學家們來說,富蘭克林成了電學上的巨匠。從法國傳來了對他的讚揚;他關於電風箏的敘述12月21日在英國皇家學會宣讀,並幾乎是馬上就在當年的《學會記錄》上發表。1753年7月,哈佛大學授予他名譽文學碩士學位,耶魯大學在同年 9月,威廉學院和馬利學院在1756年4月也步了哈佛的後塵;1753年11月30日,皇家學會「以其神奇的電學實驗和觀察」授予他哥德弗雷•科普利爵士金質獎章。他的電學論文被譯成法文、德文(1758年)和意大利文(1774年)。在整個歐洲,他成了萬眾矚目的世界名人。
  
富蘭克林作出了科學史上最富戲劇性的猜想之一併證明了它,為人類用孩童玩具那樣簡單的一把鑰匙開啟了當時人們心目中不可知的宇宙的最黑暗、最可怕的門中的一扇,使人們不僅有可能預防雷殛這一最難以預測的災禍之一,而且還可能馴服它、利用它,難怪有人稱他是「新的盜取天火的普羅米修斯」。

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