追寻物理本质：富兰克林的电学探索

电的探索发现

科学终将战胜愚昧

富兰克林1706年1月27日生于波士顿一个工人家庭，由于家庭贫寒，10岁便辍学回家做工，12岁起在印刷所当学徒、帮工，但他刻苦好学，在掌握印刷技术之余，还广泛阅读文学、历史、哲学方面的著作，自学数学和4门外语，潜心练习写作。他说：“读书是我唯一的娱乐。”他常常在做完一天的工作后，到印刷厂的图书室阅读各种各样的书籍。有时看得入迷，直到夜幕降临，焦急的母亲来工厂找他，他才回家。所有这一切为他在一生中取得多方面的成就打下了坚实的基础。

1746年，一位英国学者在波士顿利用玻璃管和莱顿瓶表演了电学实验，富兰克林怀着极大的兴趣观看了他的表演，并被电学这一刚刚兴起的科学强烈地吸引住了，心中激起了探求欲望，他买下了全部展品，他在伦敦英国皇家学会结识的朋友柯林森得知后，又给他寄来了大批书籍、电学著作和某些摩擦起电的设备。富兰克林和费城哲学会的朋友们一起进行了许多电学实验和理论探索，研究了两种电荷的性能，说明了电的来源和在物质中存在的现象。

风筝实验

18世纪以前，人们还不能正确地认识雷电到底是什么。当时人们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曾试图解释雷电的起因，但从未获得成功，学术界比较流行的观点是认为雷电是“气体爆炸”的现象。在一次试验中，富兰克林的妻子丽德不小心碰到了莱顿瓶，一团电火闪过，丽德被击中倒地，面色惨白，足足在家躺了一个星期才恢复健康。这虽然是试验中的一起意外事件，但思维敏捷的富兰克林却由此而想到了空中的雷电。他经过反复思考，断定雷电也是一种放电现象，它和在实验室产生的电在本质上是一样的。于是，他写了一篇名叫《论天空闪电和我们的电气相同》的论文，并送给了英国皇家学会。但富兰克林的伟大设想遭到了许多人的嘲笑，有人甚至嗤笑他是“想把上帝和雷电分家的狂人”。富兰克林决心用事实来证明一切。1752年6月的一天，阴云密布，电闪雷鸣，一场暴风雨就要来临了。富兰克林和他的儿子威廉一起，带着装有一个金属杆的风筝来到一个空旷地带。富兰克林高高举起风筝，他的儿子则拉着风筝线飞跑。由于风大，风筝很快就被放上了高空。刹那，雷电交加，大雨倾盆。富兰克林和他的儿子一起拉着风筝线，父子俩焦急的期待着，此时，刚好一道闪电从风筝上掠过，富兰克林用手靠近风筝上的铁丝，立即掠过一阵恐怖的麻木感。他抑制不住内心的激动，大声呼喊：“威廉，我被电击了！”随后，他又将风筝线上的电引入莱顿瓶中。回到家里以后，富兰克林用雷电进行了各种电学实验，证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。富兰克林提出的关于天上和人间的电是同一种东西的假说，在他自己的这次实验中得到了光辉的证实。风筝实验的成功使富兰克林在全世界科学界的名声大振。英国皇家学会给他送来了金质奖章，聘请他担任皇家学会的会员。他的科学著作也被译成了多种语言。他的电学研究取得了初步的胜利。然而，在荣誉和胜利面前，富兰林没有停止对电学的进一步研究。1753年，俄国著名电学家利赫曼为了验证富兰克林的实验，不幸被雷电击死，这是做电实验的第一个牺牲者。血的代价，使许多人对雷电试验产生了戒心和恐惧，但富兰克林在死亡的威胁面前没有退缩，经过多次试验，他制成了一根实用的避雷针。他把几米长的铁杆，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，它就沿着金属杆通过导线直达大地，房屋建筑完好无损。1754年，避雷针开始应用，但有些人认为这是个不祥的东西，违反天意会带来旱灾，就在夜里偷偷地把避雷针拆了。然而，科学终将战胜愚昧。一场挟有雷电的狂风过后，大教堂着火了，而装有避雷针的高层房屋却平安无事。事实教育了人们，使人们相信了科学。1752年富兰克林的论文集《电学实验与研究》出版，特别是风筝实验的报告轰动了欧洲，使人们看到电学是一门有广大前景的科学，避雷针也成了人类破除迷信征服自然的一项重要技术成果，推动了电学、电工学的发展。避雷针相继传到英国、德国、法国，最后普及世界各地。

富兰克林与儿子做风筝实验(www.xing528.com)

富兰克林曾把多个莱顿瓶连接起来，储存更多电荷，他用实验证明莱顿瓶内外金属箔所带电荷数量相等，电性相反。1747年5月25日他在给柯林森的信中，提出了电的单流质理论，并用数学上的正负来表示多余或缺少这种电流质。他还认为摩擦起电只是使电荷转移而不是创生，所生电荷的正负必须严格相等——这个思想后来发展为电学中的基本定律之一——电荷守恒定律，他利用这一理论说明了带介质的电容器原理。

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。在热学中，他改良了取暖的炉子，可以节省3/4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-25℃的低温，创造了蒸发制冷的理论。此外，他对气象、地质、声学及海洋航行等方面都有研究，并取得了不少成就。在大气电学方面揭示了雷电现象的本质，被誉为“第二个普罗米修斯”。

富兰克林

富兰克林逝世

富兰克林人生的最后一个冬天是在亲人环护中度过的。1790年4月17日，晚上11点，富兰克林溘然逝世。那时，他的孙子谭波尔和本杰明正陪在他的身边。4月21日，费城人民为他举行了葬礼，两万多人参加了出殡队伍，为富兰克林的逝世服丧一个月以示哀悼。富兰克林就这样走完了他人生路上的84度春秋，静静地躺在教堂院子里的墓穴中，第一块墓碑立于富兰克林逝世时，碑文是：印刷工本杰明·富兰克林。第二块墓碑是群众在他逝后立的，碑文是：“从苍天处取得闪电，从暴君处取得民权”。两句碑文概括了他一生中的两件辉煌的事业。