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  • 十八世纪美国最伟大的科学家和发明家-富兰克林
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            内容摘要: 富兰克林 早年生活 1717年盛夏的一天,一艘满载甜酒的荷兰三桅帆船,正驶向北美殖民地。船将到波士顿的时候,天色骤变,海湾里波涛汹涌,白浪滔天。三桅帆船颠簸得很厉害,船员们紧张地注视着海面。忽然,一个红头发的水手指着右舷远处,惊呼起来:“伙计们,快看!” 大家顺着他手指的方向,看见一只小木船在浪涛里沉浮着,像一片落叶,随时都可能被吞没,上面隐隐约约还有几个孩童在挥手。情况看来十分危急,三...

     

    富兰克林
    早年生活
    1717 年盛夏的一天,一艘满载甜酒的荷兰三桅帆船,正驶向北美殖民地。船将到波士顿的时候,天色骤变,海湾里波涛汹涌,白浪滔天。三桅帆船颠簸得很厉害,船员们紧张地注视着海面。忽然,一个红头发的水手指着右舷远处,惊呼起来:“伙计们,快看!”
    大家顺着他手指的方向,看见一只小木船在浪涛里沉浮着,像一片落叶,随时都可能被吞没,上面隐隐约约还有几个孩童在挥手。情况看来十分危急,三桅帆船立刻改变航向,顶着风浪向小船驶去。大约一刻功夫,小船清晰可见。大家意外地发现,小船上有四五个赤膊的孩子,个个精神抖擞,喜笑颜开,丝毫没有呼救的意思。为首的少年约莫十一二岁,又黑又胖,正稳坐船头,“1、2、1”地指挥着伙伴们划桨。
    “孩子们!快上大船,太危险啦!”荷兰水手大声地喊着。“没关系,你们自己当心吧!”浪涛中传来小“水手”们快活的回话。
    巨浪一排排涌过来,只听见小“船长”一声“加油”,孩子们划得更勇猛了。小船在波峰浪谷间一起一伏,仿佛在向大海挑战。风卷着漫天乌云,大海咆哮着。海水像小山一样从头顶盖过,小家伙们却拼命地划着、划着,脸上洋溢着和大海搏斗的无穷乐趣⋯⋯三桅帆船上的人都为这群勇敢的孩子们惊叹不已,有的担心,有的赞扬,还有的挥着帽子致意。一位水手打赌说,驾舟的小黑胖子,将来一定能够成为世界上最优秀的船长。
    这黑胖蛮勇的小“船长”,就是本杰明·富兰克林。他后来没有像那个荷兰水手预言的那样当船长,却成了美国开国时期最伟大的科学家、政治家和作家。
    1706 年,富兰克林出生在波士顿。他的父亲为人和善,能歌会画,是个虔诚的新教徒;他原是英国染匠,1685 年为了逃避宗教迫害,从英格兰远渡重洋移居北美殖民地,以制造蜡烛和肥皂为业。富兰克林同胞兄弟姊妹共10人,他排行第八,是男孩中最小的一个。他出生的时候父亲已经51 岁,是“老来子”。
    富兰克林从小聪明好学,8 岁进公校读书,门门功课都名列前茅。父亲曾经想让富兰克林受高等教育,把他培养成神学家,但是家累太重,不得不放弃这个打算。富兰克林只上了两年公学、一年私塾就辍学了。11 岁的富兰克林成天在家帮老父剪烛芯,擦印模,在店里打杂。
    波士顿东临大西洋,是个风景优美的港口。富兰克林在海边长大,很喜欢游泳、潜水,船也划得很好。他常常率领一群小伙伴,驾着帆船在海上追波逐浪,大家推他当“船长”,听他指挥。大海的熏陶,使富兰克林从小酷爱自由,养成不怕风浪、不畏强暴的性格。他这时最大的理想是去航海。
    父亲很了解儿子的心愿,但是富兰克林有个哥哥远航海外,多年没有下落,由于担心他重蹈覆辙,所以一直不准他离家。为了给富兰克林挑选一个合适的职业,父亲操了不少心。他带富兰克林去学过砌砖、制刀、铜匠等手艺,可是都没有学成。他想让富兰克林继承家业,但是富兰克林对它偏偏毫无兴趣。怎么办呢?他后来发现儿子很爱读书,小家伙一有零钱就向书店跑,特别喜欢读名人列传、航海小说,于是决定让富兰克林去学印刷。他把12岁的富兰克林送到大儿子詹姆斯开的印书店去当学徒。从此,富兰克林和印刷业结下了不解之缘。
    印书学徒的生活是艰苦的。詹姆斯性情暴躁,唯利是图。他完全把这个同父异母的小兄弟当做廉价劳动力,排字、背纸、送书、跑腿,富兰克林样样都得干。据富兰克林《自传》里说,詹姆斯很容易发怒,动辄“鞭挞交加”。
    富兰克林容忍了这一切,因为他在这里有机会读到许多难得的书籍。每当夜深人静的时候,他就躲进阁楼,兴趣盎然地翻阅刚装订好的新书,他结识了几个其他书店的学徒,也经常带一些畅销书给他看。借书条件有两个:一是不准玷污;二是期限只有一个晚上,否则第二天清晨店主查书的时候会以为被偷了。富兰克林为了读完一本好书,常常彻夜不眠。几年里,他博览群书,从许多文学、哲学名著和科技读物中汲取了丰富的知识,其中不少书对他一生的事业有很大影响,培根(1561~1626)说过:历史使人明智,诗歌使人俊秀,数学使人严密,科学使人深刻,伦理学使人庄重,逻辑修辞学使人善辩,所有这些,都能陶冶性格。这段话用在富兰克林身上是非常恰当的。他攻文学,练写诗,习算学,研究航海术,多有所得。一些启蒙思想著作,在他心中播下了争取自由、反对暴政的种子,对他后来很有影响。特别是希腊史学家色诺芬(约前430~约前354)的《苏格拉底言行回忆录》一书,富兰克林读后很受启发,终生难忘。他很佩服苏格拉底(前469~前399)的辩论法,后来和人争辩的时候,从不武断下结论,多用谦虚的言辞,在反复诘问中求得真理。
    富兰克林学习勤奋,进步很快。他学诗不久就写了几首俚曲,赢得不少小读者。富兰克林从此就希望将来当个诗人。父亲知道后大泼冷水,告诉他说“自古诗人多是乞丐”,富兰克林这才打消了当诗人的念头。有一次,他写信同友人辩论妇女教育问题,信被父亲看见,指出信中说的虽然在理,但是文章松散拖沓,不能切中要害。富兰克林听后,心中折服,发奋练笔。正像一首诗中写的那样,“宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来”。富兰克林下了一番苦功夫研习散文,果然很有成效。他当时见到一本英国出版的《时评报》很有文采,就用它做作文范本,反复朗诵,细心揣摩。为了加深印象,他先把报中好文章改成诗歌,几天以后又从诗歌改写成散文,有时还把原文次序颠倒,自己来编写。不出半年,他的文笔大有长进。富兰克林后来成为美国著名的作家,“下笔千言,势撼山岳”,是和这段努力分不开的。
    当时,正好詹姆斯筹办了一份报纸,名叫《新英格兰新闻》,是北美第二家报纸。报上常登一些文学小品,很受读者欢迎。15 岁的富兰克林也很想一试。他断定哥哥如果知道是他写的稿子绝不会采用,于是用另一种笔迹抄出来,不署名,半夜里悄悄放在印刷所门口。第二天早晨,詹姆斯发现匿名文稿,请一些常在报上写文章的朋友评定,都一致称赞是佳作,有位诗人还断言它出自名家手笔。文章印出来以后反响热烈,富兰克林喜出望外。以后他经常匿名投稿,都在报上发表了。时间一长,詹姆斯感到纳闷,很想见见这位不愿披露姓名的“名家”是什么模样,他在半夜里悄悄躲在印刷所门后,当他发现写稿人竟是富兰克林的时候,大吃一惊。詹姆斯并不欣赏小兄弟的文才,他所算计的只是生财之道。这个印书店老板不但不付稿酬,还要富兰克林继续无偿提供稿子,而日常劳役丝毫不减少。富兰克林本来就富有反抗精神,加上詹姆斯平日一贯以店主自居,不顾手足之情。对他要求过分,兄弟俩冲突越来越激烈,最后终于决裂。在忍无可忍的情况下,富兰克林决计脱离印刷所,另寻生路。当时他和詹姆斯的合同没有满,不能脱身,而且詹姆斯通知波士顿所有的印刷厂,都不得收留富兰克林。富兰克林几经周折,才摆脱了控制。
    1723 年10 月一个薄雾的早晨,富兰克林瞒着老父和詹姆斯,在一位朋友的帮助下,偷偷搭上一艘去纽约的商船,离开了波士顿。这时富兰克林正好17 岁,他把全部财产——多年积累的一捆藏书变卖了作为路费。
    船启碇离港。富兰克林凝眸望着波士顿的城廓渐渐远去,在心里默默地说:“告别了,印刷所!告别了,故乡!”在波士顿,他度过了难忘的少年时代,学到了宝贵的启蒙知识,也种下了反抗暴戾的种子。如今,他要自己去闯路子了!船在蓝色的波涛里鼓帆南下,望着飞翔的海鸥,富兰克林不由心旷神怡,感到一种获得自由的喜悦。他的心潮也像海涛一般在翻滚。
    不平常的经历经过三天三夜的航行,船到纽约。
    富兰克林在这里人地生疏,奔走了几天也没有找到工作。后来他辗转到当时北美最大的城市和金融中心费城。那时,纽约、费城之间陆路交通不便,他是从水路去的。船先是沿海南下,当转向内河的时候,突然狂风大作,白浪滔天,船上旅客险些遇难。后来大家登上一个小岛才得救。这次旅程,一路上历尽艰辛,饱受磨难,等最后乘另外的船抵达费城港口的时候,富兰克林浑身透湿,蓬头垢面,衣袋里只剩一枚银币。他买了三只长条形的大面包,手里拿一只,腋下夹两只,一边吃一边走,模样十分滑稽。当时恰好有个少女在窗前看到富兰克林的狼狈相,感到很好笑。富兰克林发觉后,自惭形秽,也跟着笑了起来。那姑娘名叫丽德,长得端庄秀美,是小康人家的女儿,后来成了他的朋友。
    富兰克林凭着印刷技能和文才,在丽德的帮助下,很快在费城一家印刷厂找到工作。两年以后,他和丽德定了终身。但是小伙子生性好动,渴望干一番事业。不久,富兰克林在同事的鼓动下,怀着挣一笔钱办印刷业的向往,远渡大西洋,到了英国。可是英国并不是他想象中的天堂。他在伦敦混了18个月,一个钱也没有赚到。富兰克林先后在两家印刷厂当排字工,每天累得筋疲力尽。他生活在最下层,和各种人物结交,议论时局,诋毁宗教,探讨学问,生活放荡不羁。在伦敦的贫民窟里,富兰克林尝尽了资本主义社会的艰辛,也学到许多书本上学不到的东西,在思想和性格上受到很大的磨练。
    英国当时正处在工业革命前夕,排字、印刷已经有明确分工,富兰克林在印刷技术和机械上也增长了一些新知识。
    由于生活颠沛,放浪形骸,富兰克林在伦敦渐渐忘了同丽德的婚约。他在一年半的时间里只给丽德寄过一封短信,并且说不知哪天才能回去,不料因此铸下大错。1726 年10 月,富兰克林两手空空回到费城,丽德在绝望之下已经另嫁他人。富兰克林后悔莫及。他无家可归,只好进费城一家印刷厂重新当排字工人。他用在伦敦学到的新技术自创字模,制成了一种新式铜版印刷机。不久,他因为不堪厂主的剥削,和友人合伙开设印刷厂,年轻的富兰克林开始了自己的事业。
    富兰克林的青年时代,正是美利坚民族形成的初期,美国还没有诞生。
    当时北美大西洋沿岸十三州是英国的殖民地,政治上受英国统治,经济上也受英国控制,民族矛盾相当尖锐。殖民地的新兴资产阶级要求参加政权和保卫财产,人民群众也起来反抗殖民主义的统治和压迫,整个北美正处在觉醒的前夜。随着殖民地经济的发展,北美出现了统一的市场,费城、纽约、波士顿等地也发展成繁荣的商业城市。费城和纽约之间修建了公路,交通发达起来,殖民地和海外的贸易以及殖民地之间的经济和文化联系也日益密切。
    所有这些,都为北美资本主义的发展准备了条件。富兰克林生活在这种资本主义上升的大变动时期,又来自市民阶层,受资产阶级启蒙思想影响,敢作敢为,顺应了时代的潮流,因此他的事业发展很快。
    第二年秋天,21 岁的富兰克林组织了青年自学团体“共读社”。参加的多是好学上进的年轻人,有工人、鞋匠、技师、诗人以及自学成才的数学家等。他们每星期五在旅馆集会,每人轮流提出议题,展开讨论,内容涉及科学、政治、文学、哲学等。富兰克林是“共读社”的中坚和领袖,他要求大家不问职业和宗教信仰的差别,互相敬重,以探求真理为己任,不意气用事,不进行诡辩。一个21 岁的青年能够表现出这样的才干,是很难得的。富兰克林日后成为美国开国时期最著名的社会活动家和科学家,并不是偶然的。
    富兰克林在厂里兢兢业业,苦心经营,再加上“共读社”社友们多方支援,他的印刷业渐渐兴旺起来,不久又创办了一份报纸《宾夕法尼亚新闻》。
    富兰克林的印刷技术和散文才能得到了充分的发挥。报纸发行不到几个星期,就以印工精良,文笔清新、泼辣闻名,销路很好,受到社会各界的好评。
    这样一来,富兰克林既发展了印刷业务,又有了舆论阵地,一举两得。1729年在两位挚友的资助下,富兰克林开始独自经营印刷厂。当时费城市民要求增印纸币的呼声很高,反映了新兴资产阶级的要求。但是银行和大资本家坚决反对,两种意见相持不下。富兰克林在“共读社”里以纸币为题,进行了热烈讨论。他把大家的意见归纳起来,写了一篇《略论纸币的性质和必要性》在报上发表,文中引证1723 年宾夕法尼亚省一度发行纸币,刺激了商业繁荣、就业不断增加的事例,极力赞助市民的要求。这篇文章一发表,舆论急剧变化,增印纸币的声势大壮,反对的意见被击败。
    议会最后通过了增印纸币的提议,为了表彰富兰克林宣传的功劳,决定把印纸币的特权授予他的印刷厂。这件事给富兰克林带来莫大的收益,他不但获得政治声誉,而且还清了债务,在经济上自立起来。新纸币发行以后,收效显著,促进了经济的繁荣。费城的商业、建筑和人口都随着增加,富兰克林的印刷所也有了很大的发展。
    第二年,24 岁的富兰克林结了婚。说来也巧,他娶的不是别人,竟是过去的未婚妻丽德。原来丽德当初受女友撺掇,误嫁给一个名叫罗泽斯的陶器商,婚后发现他另有所欢,品质恶劣。丽德整天悲戚,郁郁寡欢,生活很不幸。她后来和罗泽斯断绝夫妻关系,分居两地。富兰克林知道这些情况以后,悔恨交集,前去看望丽德。两人一见面,泪如雨下。那时罗泽斯因为挥霍无度破了产,已经远逃西印度群岛。富兰克林冒着风险和丽德举行婚礼,终于破镜重圆。丽德温柔贤淑,勤俭操持。她跟富兰克林结婚以后,把家庭和印刷所事务料理得井井有条,富兰克林从此在事业上多了一个得力助手。
    创办图书馆中国有句古话,叫做“筚路蓝缕,以启山林”,比喻创业的艰苦就像架着车,穿着破衣去开辟山林一样。富兰克林的事业也是这样开始的。当时北美是英国的殖民地,经济很落后。美国民族正处在摇篮里,还没有自己的文化和科学。富兰克林在婚后不久,倡导创办了北美第一所图书馆。这是美国历史上一件开天辟地的事。当时富兰克林只有25 岁。
    起初,这件事是在“共读社”上提出的。社友们每次讨论的时候,都感到手边参考书籍不够。富兰克林灵机一动,建议大家把自己的藏书搬到社里来,让社友们共同浏览。第二天,一座小“图书馆”就成立了。书架上大小图书,琳琅满目,大家翻阅起来很方便。可是好景不长,因为没有专人管理,随便拿取,图书有减无增,没多久“图书馆”就瓦解了。这个尝试虽然失败了,却给人很大启发。他们总结经验教训,由富兰克林主持,用“共读社”
    名义发起募捐,请一位著名律师协助,成立了费城图书馆,也是北美第一座民办图书馆。首批读者50 人,按规定每人先交纳40 先令开办费,以后每年再捐10 先令。图书馆成立以后,从海外购来一批图书,每周开放一次,捐款者可以自由借阅,但是要按照规定期限送还。费城图书馆成立以后,读者越来越多,有人把家里的藏书也捐赠给图书馆。消息传开,各地纷纷仿效,也建立起图书馆来,大大促进了北美开创时期的文化传播。几年以后,依靠政府的资助,把图书馆改成公立的。从此,图书馆就成为人们进行学习和科学研究所不可或缺的文化机构。
    富兰克林既是图书馆的创始人,又是最热心的读者。不论刮风下雨,他每天都要到图书馆去看书。他曾经说:“读书是我唯一的娱乐。我从不把时间浪费在酒楼茶肆或者哪种无聊的游戏上。”富兰克林非常珍惜时间,他有一句名言,直到今天还是人们的座右铭:“你热爱生命吗?那么请别浪费时间,因为时间是组成生命的材料。”
    一天,图书馆从国外买来一捆装帧别致的新书。富兰克林很有兴趣地翻阅起来。但是当他打开书的时候却皱起了眉头:书里全是他不懂的外文。富兰克林这时已经27 岁,他下决心要掌握外语。那时,欧洲有大量劳苦群众为了逃避赋税、战祸到美洲来谋生,学外语的条件很好。富兰克林先学法文,三个月左右就能够看书了。接着,他又学意大利文。和他一起学习的还有一位朋友,那小伙子是个棋迷,每天课后都要拉着富兰克林下几盘,常常耽误学习。富兰克林不愿浪费时间,就想了个办法,他和对方约定,每次只下一盘,胜者为师,或对话提问,或文法造句,可以随意命题,考核对方。谁不守约,就取消下次对弈。两人棋艺本来不相上下,所以互有胜负。富兰克林就用这个办法把那个小伙子的学习积极性调动起来。他们切磋琢磨,进步很快,不到半年意大利文就过关了。
    外语学习常常有相通的地方,富兰克林在学会法文和意大利文以后,乘胜前进,紧接着又学会了西班牙文,可以直接阅读塞万提斯(1547~1616)的原著。有一天,富兰克林心血来潮,想试一试难度最大的拉丁文。他幼年曾经在学校学过一年拉丁文,有些基础,只是多年没有用,已经忘得差不多了。出乎意料的是,他拿来一本拉丁文书浏览,由于通晓了几国文字,融会贯通,居然十有八九都可以读懂!富兰克林又惊又喜,从这里他体会到,所有的学问只要勤学苦练,入门之后,循序渐进,就一定会有成效。
    几年以后,富兰克林作了费城的邮政代表。他整顿邮务,改革市政,发起成立救火会,热心社会福利事业。也就是在这时,他开始致力研究科学技术。富兰克林注重实验和观察,重视科学技术的实用价值,认为科学和技术应当造福人类。这个观念导致他后来在科学技术上作出重大贡献。
    富兰克林最早的科学活动,是发明新式火炉。这种火炉结构新颖,使空气进入炉膛前先经过预热,可以增高炉温,节省燃料。新火炉试制成功以后,他的一位开铸铁厂的朋友仿制出售,深受市民欢迎。宾夕法尼亚省长很赏识这项发明,要给富兰克林专利权。富兰克林婉言谢绝了,他认为应当把自己的发明贡献给社会,不能用来谋取个人的私利。
    富兰克林这种通过科学和发明为他人服务的哲理,对后来美国的科学史发生了深刻影响。1734 年,富兰克林在费城创建了美国第一个科学团体“北美增进有用知识哲学会”。他的科学活动从此进入盛期,其中贡献最大的是电学研究。
    电学领域的垦荒者虽然我国商代甲骨文就有雷电的记载,古希腊人也早发现琥珀的静电特征,但是人类认清电的本质,驾驭它来为我们造福,不过是近两百多年的事。
    富兰克林诞生的时候,电学几乎还是一片荒地。在这以前,对电学作过探索的学者寥若晨星。我国东汉的王充(27~约97)算是一个,他在《论衡》里解释过雷电。不过王充主要是哲学家,没有对电作进一步研究。到了16世纪,英国的一位御医威廉·吉尔伯特(1540~1603)发现除了琥珀外,其他多种物质摩擦以后也能够吸引轻的东西,他首先使用了“电”的名称。但是电究竟是什么,这位御医也只好摇头了。以后,在17 世纪整整100 年间,电学只有一项发明,那就是奥托在1650 年用硫磺制成一台简陋的静电起动机。这台仪器很原始,起电的时候要用手来摩擦。18 世纪以前的电学,不过就是这样。
    到了富兰克林时代,电学才走出襁褓。
    1745 年冬天,电学界传出一个激动人心的消息:德国的克莱斯特(1700~1748)和荷兰的马森布罗克(1692~1761),几乎同时发现了电震现象。克莱斯特用铁杆插在潮湿的玻璃瓶里,用摩擦起电机使铁杆带电。他的手无意中碰到铁杆,突然感到全身剧烈颤动,几乎昏倒在地。他把这个情况告诉一位同事以后,不久,又听到荷兰莱顿城的马森布罗克也遇到类似情况。马森布罗克的瓶中装有水,电震程度更厉害,以至他写信告诉一位朋友的时候还心有余悸。那位朋友照着他所说的一试,结果同样可怕,电震的时候还发出响声。这就是有名的“莱顿瓶”和电震现象。这一发现使人们对电产生了崭新的认识。从前人们只把琥珀吸芥等静电现象当做有趣的游戏,莱顿瓶第一次向人们显示了电的威力,并且也是第一次可以把电荷储存起来。它像春雷一样把电学惊醒了!第二年,一位名叫斯宾士的英国学者来波士顿讲学,表演电学实验,主要仪器就是莱顿瓶和几根供摩擦起电用的玻璃管。富兰克林恰巧有事到波士顿,他怀着极大的兴趣观看了斯宾士的表演。虽然实验并不完善,而且有的现象斯宾士本人也不能解释,但是在富兰克林眼前却展现出一个崭新的领域。富兰克林当时已经40 岁了,他像年轻人一样兴冲冲地拉着斯宾士问长问短。斯宾士很感动,临别的时候拍着他的肩头说:“这是一块等待开垦的处女地,先生确有兴趣,就来参战吧!”
    富兰克林怀着跃跃欲试的心情回到费城。真是无巧不成书,几天以后,他的一位通信朋友、英国皇家学会会员科林逊从伦敦寄来一只莱顿瓶,赠给费城图书馆,并且附有实验说明。这只莱顿瓶是经过改进的,里外都衬有金属箔,电的性能更明显。科林逊是一位植物学家,他不远千里寄赠莱顿瓶,足见这项发明当时影响很大。富兰克林喜出望外,立刻邀请几位挚友动手试验起来。当时谁也没有料到,这位40 出头的新兵,一年以后竟成为电学研究的主将。
    起初,他模仿斯宾士的表演,做了一些简单的试验,一一应验。没多久,他就有了好几项有价值的新发现。为了集中全部精力投入电学研究,富兰克林索性把印刷所也出让了。朋友们听说他改行搞电学了,都觉得奇怪。他们远道赶来观看试验,经常把家里挤得满满的,连丽德也成了热心的观众。富兰克林常请客人们即席登场,当实验助手。他还自备原料,在玻璃厂吹制了各种瓶子和试管分赠好友,发动更多的人参加研究。通过反复实验,细心揣摩,富兰克林对静电特性渐渐有了独到的见解。有一次,他叫两位朋友并立在绝缘板上,他自己却站在地上。左边的朋友用手摩擦一个玻璃管,使它带电。右边的朋友再用手指接触玻璃管,也带上电。然后他伸出双手分别和两位朋友接触,只要气候干燥,接触的时候就会看见电火花。但是,他发现如果两位朋友在和他接触以前互相触摸一下,就不会出现电火花。这个现象在客人们看来有点像耍魔术,而富兰克林却得到很大启发。1734 年,法国人杜法伊(1689~1739)发现,摩擦玻璃棒和摩擦胶木棒所产生的电特性不同,同电相斥,异电相吸。这样,杜法伊就断定电的本质有两种。富兰克林对这个观念一直有疑问,现在终于找到答案了。他确认:电的本质只有一种。每个物体都带有一定量的电质,定量不足带“玻璃电”,如果过量就带“树脂电”。他并且用正负符号表示这两种电荷,这和“失去电子带正电,得到电子带负电”的现代解释已经很接近。富兰克林用这种观念圆满解释了实验,他指出摩擦玻璃管的朋友失去电质带负电,另一个朋友带正电。两位朋友互相接触以后,电质重新平衡,所以不带电了。他根据这个实验提出了著名的电荷守恒原理,就是在任何一种绝缘体系中,总电量是一定的。富兰克林因此成为电学史上第一个正确阐述电的性质的人。
    富兰克林用莱顿瓶也做了不少新实验。他发现用尖头的东西接近莱顿瓶铁杆,会闪现比较强的电火花。如果换成圆钝的根,火花就很弱。他还用仪器证明了莱顿瓶内外两层所带的电正好极性相反,数量相等。这些新发现使富兰克林非常兴奋,也受到很大鼓舞。但是莱顿瓶也给他带来过麻烦。有一次,他把几只莱顿瓶联在一起,来加大电容量。不料,实验时候守在一旁的丽德不小心碰了一下莱顿瓶,只听得“轰”的一声,一团电火闪过,丽德被击中倒地,面色惨白,后来足足躺了一个星期。这次惊险的意外事故给富兰克林留下深刻的印象,他始终也忘不掉。也正是这个印象,使他联想到空中的雷霆闪电。
    坚定的信念以前的人对雷电的认识还很愚昧。一千多年以前,我国杰出的唯物主义哲学家王充指出雷电现象并不是“天怒”,也没有什么“雷公”,而是一种自然现象。他还猜测到这是“阴阳分争”的结果。当然,王充当时指的是阴阳之气的“分争”,和我们今天所说的阴阳电不是一回事,但是他在一千多年以前能够认识到这一步,是很了不起的。不过由于科学水平和文化交流的限制,王充的见解没有引起广泛注意。在富兰克林时代,西方普遍相信“雷电是上帝发怒”的说法。一些不信上帝的有识之士,试图解释雷电的起因,但是都没有成功。学术界比较流行的,是荷兰学者布尔哈维的观点,认为雷电是“气体爆炸”。
    丽德被莱顿瓶击伤这件事,使富兰克林开了窍。那震耳的轰鸣,惊心动魄的闪电,不正和空中的雷电很相象吗?经过反复思考,富兰克林毅然断定:雷电也是一种放电现象,它和实验室里人工产生的电一样,都能够产生光和声音,点燃物体,熔化金属,破坏磁性,杀伤生物。这个见解无疑是人类对电的认识的一大进步,在当时起了振聋发聩的作用。
    在这以前,为了感谢科林逊赠送莱顿瓶的友情,富兰克林曾经把自己的电学实验心得整理成文,寄到伦敦。这位植物学家深为朋友的研究成果感到喜悦,他把论文送到皇家学会。可惜论文没有引起那些身居高位的权威们的注意,因为富兰克林当时在电学界毫无名气。皇家学会会刊也拒绝刊载。
    科林逊在回信里遗憾地谈起这个情况,丽德忍不住把那些权威老爷骂了一顿。富兰克林却并不介意,他相信珍珠就是在尘土里也终究会发光的。几天以后,他给伦敦寄出了第二篇论文,大胆地宣布了自己的科学假设。文章的题目就叫《论天空闪电和我们的电气相同》。
    富兰克林不愧是散文大师,这篇学术论文写得既严谨洗炼,又很有文采。
    科林逊读后赞叹不止,立刻送交皇家学会讨论。遗憾的是,旧的习惯势力相当顽固,论文在皇家学会传阅以后,得到的仍是一阵嘲笑。有人甚至奚落说:“这位先生竟想把上帝和雷电分家,真是痴人说梦!”
    正是“高山流水,知音难得”。唯独科林逊和另一位朋友懂得论文的价值,为了不使富兰克林的论文被埋没,他们多方奔走,终于说服了伦敦一家出版商,把它刊印出来。这位有眼力的出版商后来赚了一大笔钱。
    富兰克林得知这个情况,大受感动。他陆续又写了许多关于电学的论文寄给朋友。1751 年,他的论著合集《电学的实验和研究》在伦敦出版,这是近代科学史上第一部系统的电学理论著作。书刚问世,没有引起广泛注意,但是没过多久,就在英国畅销起来。书中有趣的实验和独到的解释吸引了许多读者,人们读后耳目一新。
    好书是没有国界的,《电学的实验和研究》不胫而走,不久就传到法国。
    法兰西一个著名哲学家首先对这本书发生兴趣。在他的倡导下,书被译成法文,在巴黎出版。一位哲学家首先发现书的价值,这个事实是意味深长的。
    恩格斯在《自然辩证法》一书中说:“一个民族想要站在科学的最高峰,就一刻也不能没有理论思维。”这是千真万确的。也正是这个道理,我们现在提倡科学工作者要懂得辩证法,提倡哲学家和自然科学家结成联盟。
    具有讽刺意味的是:对于一本电学的最新著作,法国的哲学家看出了它的价值,可是法国的电学家却跳出来反对。在判断一种新的科学理论或者学说的时候,一个平庸的科学家常常不及一个有头脑的哲学家来得正确。巴黎皇家学院的罗勒院长,是一位热衷电学的自然哲学教授。他脱离实践,因循守旧,著有《电学理论》一卷,风行一时。这个人不但比富兰克林资格老、学术地位高,而且还有一群盲从的信徒。他看到法文版《电学的实验和研究》的论述和自己的理论针锋相对,大为恼怒。罗勒不相信书是北美人所著,断定是巴黎的宿敌虚构的,用来拆他的台。这位院长大概肝火很旺,涵养也欠佳。当他打听到波士顿确有富兰克林这个人的时候,怒不可遏。他连篇累犊地写了大量文章和信札,为自己的谬论辩护,并且对富兰克林进行人身攻击。
    一天,富兰克林从外面回来,丽德满脸忧虑地递给他一本刚从巴黎寄来的新书。丽德不懂法文,但是她看了封面上印的富兰克林的漫画,感到不安。
    富兰克林诧异地打开书一看,原来是罗勒院长的文章和公开信的合集,全部是针对他的电学理论和他本人的。对于这种诋毁,富兰克林觉得有必要进行回击。这将是一场远隔重洋的笔战。
    当天夜晚,富兰克林在灯下笔卷狂澜,撰写回击文章。凭他的文才和学识,要战胜论敌,扫尽罗勒院长的威风,是不难的。但是当他写到一半的时候,却改变了主意。富兰克林一向不愿把自己的学术观点强加于人,他在书中曾经写过这样的话:“我让这些见解在世界上去碰碰运气。如果它正确,真理和事实将会支持它;如果它是谬误,就理所当然地被撇在一边。”
    富兰克林放下手中的笔走到窗前,凝望着繁星闪烁的夜空,沉思起来。
    他觉得,自己的结论都是从实验中得出的,可以用事实进行检验。书中的推论也没有强迫别人接受,没有申辩的必要。是非曲直,广大读者自有公论。
    而更重要的是,前面还有很多事要做,与其打一场无休止的笔墨官司,不如全力去搞新的实验。就这样,他决定对巴黎来的攻击置之不理。他后来始终没有回敬过罗勒院长一个字。
    关于这件轶事,后来爱因斯坦(1879~1955)同一位科学史家曾经很感兴趣地谈起过。那位科学史家很佩服富兰克林的人格,称赞他没有陷入盲目的争论。爱因斯坦对这件事却只同意一半,他认为,“要避免个人的勾心斗角是对的,但是一个人为自己的思想辩护,那也是重要的。”事实上,他们两个人的话都是对的。富兰克林并没有放弃自己的科学信念,他不是用语言而是用行动来捍卫它,甚至不惜冒生命危险。
    勇敢的实验富兰克林认为,要证明自己的理论,最有力的是用事实说话。怎样才能证实闪电和电的本质相同呢?他想到了孩子们玩的风筝。如果在下雷雨的时候把风筝升到空中,或许能证实这一点。因为如果闪电是电,它就会沿着湿风筝线传导下来。
    风筝最早起源在我国,古人称做纸鸢,在南北朝的时候已经出现,大约在公元16 世纪才传到西方。1752 年7 月的一天,富兰克林在费城进行了轰动一时的风筝实验。
    那是夏天一个阴霾密布的日子,暴风雨就要来临。富兰克林和他儿子威廉用一块大丝绸手帕做成一只风筝。他们在十字形的风筝骨架上装上金属丝,用来接引天空中的闪电。父子俩带着风筝和一只莱顿瓶来到野外。威廉握着线团,富兰克林拿着风筝,他们紧张地期待着,希望雷雨早些降临。丽德不安地在家里倚窗眺望。平日她最怕打雷,这时候心头更是被一种莫名的担心震慑着。
    远处不时传来低沉的雷鸣,每一声都像战鼓那样敲在丽德的心上。
    作为一个电学家,富兰克林深知这次实验有致命的危险,但是他这时已经把个人安危置之度外。
    不一会,雷声越来越近,狂风呼啸着卷过一团团乌云。富兰克林把风筝抛到风中,大声叫喊:“跑!”
    威廉在旷野里拼命地奔跑起来,风筝扶摇直上,升到空中,紧接着大雨倾盆,雷电交加。
    富兰克林眼里闪烁着兴奋的光芒,狂奔起来。他追上威廉,接过风筝线,拉着儿子躲进旁边一所建筑物。这时候他们的外衣已经湿透了。富兰克林掏出一把铜钥匙,系在风筝线的末端。
    只见风筝穿进带有雷电的云层。闪电在风筝上闪烁,雷声隆隆。但是什么也没有发生。
    儿子沉不住气了,他说:“爸爸,恐怕这次是白费功夫了。”
    “我们要坚持下去,不要放弃,”富兰克林回答说。
    突然,一道闪电掠过。风筝线上有一小段直立起来,被一些看不见的力移动着。富兰克林觉得他的手有麻木的感觉,就把手指靠近铜钥匙。顷刻之间,钥匙上射出一串电火花。
    “哎哟!”富兰克林叫喊了一声,赶紧把手离开钥匙。无限的欢乐也像电流一样,顿时传遍他的全身。他喊起来:“威廉!我受到电击了!现在可以证明:闪电就是电!”幸运的是这次传下来的闪电比较弱,富兰克林没有受伤。
    杰出的预言被证实了!闪电确实是一种放电现象,它和实验室里的电火花完全一样!富兰克林顾不得危险,他用一块丝绢裹住已经湿透的风筝线,让钥匙直接给莱顿瓶充电。威廉看到瓶上电火花闪烁,惊喜得张大了眼晴。他一点没有想到,那震撼山岳的雷霆,随时都可能落在他们头上。
    事后,富兰克林用莱顿瓶收集的闪电,进行了一系列实验,证明它的性质同用起电机产生的电荷完全相同。富兰克林怀着激动的心情向科林逊报告了实验结果。他在信里是这样写的: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,而风筝和绳索就完全带了电,绳索上的松散纤维向四周直立开来,可以被靠近的手指所吸引。当雨点打湿了风筝和绳索,以致电火可以自由传导的时候,你可以发现它大量地从钥匙向你的指头流过来。从这个钥匙,可以使莱顿瓶充电,用所得到的电火,可以点燃酒精,也可以进行平常用摩擦过的玻璃球或玻璃管来做的其他电气实验:于是带着闪电的物体和带电体之间的相同之点就完全显示出来了。
    风筝实验的消息引起了全世界科学界的轰动。富兰克林的电学理论终于取得了决定性的胜利。他的著作被译成意大利文、德文、拉丁文,在全欧洲得到了公认。
    在科学的真理面前,罗勒院长的谬论不攻自破,被学术界所抛弃。罗勒这个人后来也渐渐地被人们遗忘了。英国皇家学会的权威们作了反省,他们对两年前不屑一顾的论著重新评议,做了实验,果然—一应验。这些身居高位的科学泰斗们,不由得对书的作者刮目相看。他们笑容可掬地给富兰克林送来金质奖章,并且邀请他当皇家学会会员。
    制服雷电风筝实验的成功,启发了富兰克林,可以设法把天空中的电引到地下,避免发生雷击灾害。正当富兰克林进行这种试验的时候,从俄国传来了利赫曼(1711~1753)被雷电击毙的消息。
    利赫曼是俄国著名的电学家,曾经在1745 年发明静电计。为了验证富兰克林的实验,他们把一根大约两米长的铁杆固定在屋顶,一根和铁杆相连的金属导线通入屋里,导线末端连着一根金属棒和测电荷的棉线,当导线带电的电候,棉线会和金属棒分开。1753 年7 月的一天,科学院正在开会,利赫曼看到就要下雷雨,急忙赶回家。他请了一位画家同行,以便当场给画家介绍实验情况,好给就要付印的出版物绘制插图。当他们走进房间的时候,利赫曼瞥了一下窗子说:“雷电还远,没有危险”,然后走近仪器,察看静电计。就在这一刹那,画家看见从金属棒发出一团拳头大小、淡蓝色的火球,利赫曼躲闪不及,被击中前额。只听得一声开炮那样的巨响,利赫曼没有来得及喊叫就向后倒下!画家的上衣被撕成碎片,也受了伤。利赫曼的好友俄国科学家罗蒙诺索夫(1711~1765)事后伤心地写着:“他用悲惨的实验说明,雷电的力量是可能避免的,铁杆应该竖在雷电可能打到的空旷的地方。”
    利赫曼的遇难引起了整个科学界的震惊。这是做强电试验的第一个牺牲者,代价惨重。富兰克林不过是幸免罢了。
    消息传出,许多人对雷电试验产生了戒心。但是富兰克林没有退缩,利赫曼的死更激起了他发明避雷针的决心,也使他省悟到雷电的确是可以避免的。
    富兰克林夜以继日地工作着,在盛夏还没有结束的时候,他终于试制成一根实用的避雷针。他把一根几米长的铁杆,用绝缘材料固定在屋顶,杆上紧拴着一根粗导线,一直通到地里。当雷电袭击房子的时候,它就沿着金属棒通过导线直达大地,房屋建筑完好无损。富兰克林做了许多避雷针,分送给他的朋友和邻居,建议他们装在屋顶上。
    第二年,避雷针开始在勃兰地兹试用。像许多新发明一样,起初的情况并不顺利。
    不少居民听信教会和保守势力的蛊惑,认为装在屋顶的尖杆是不祥的东西,冒犯了上帝,会带来旱灾,就在黑夜偷偷地把避雷针拆了。然而,科学最终战胜了愚昧。一场挟着雷电的狂飙过后,神圣的教堂着火了,而装有避雷针的房屋却全都平安无事。
    事实粉碎了宗教的谎言,它证明了雷电不是上帝的意志,上帝是不存在的,人定胜天!避雷针很快推广开来。1762 年避雷针传入英国,1769 年传入德意志,到1784 年,全欧洲的高楼上都竖起了金属杆。
    雷电终于被制服了。这是科学的胜利,也是全人类共同努力的结果。除了富兰克林、利赫曼外,还有许多人为它作出了不可磨灭的贡献。

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