书城科普开拓进取的大科学家(走进科学丛书)
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第16章 富兰克林用风筝捕捉雷电

富兰克林(BenjaminFranklin,1706~1790)是美国著名的科学家、社会活动家,1706年1月17日诞生于美国波士顿的一个工人家庭。

富兰克林八岁上小学,聪明好学,成绩突出。因为家境贫困,十岁就退学,跟着父亲学做肥皂和蜡烛。12岁的时候,到哥哥詹姆士的厂里当印刷工。在这期间,他博览了许多有名的著作,不仅获得了丰富的科学文化知识,而且养成了良好的自学习惯。15岁已能写得一手好文章。1723年离开波士顿,到费城一家印刷厂当工人。后来去英国学艺,回国后制造成北美第一台铜版印刷机。1727年富兰克林组织了青年自学团体“共读社”,在这个基础上,于1731年创办了北美第一座图书馆。1743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”。1746年富兰克林开始走上了研究电学的道路。

1748年他出卖了他的印刷所,把全部时间致力于电的实验。1753年富兰克林发明了避雷针。同年,因为他在电学方面的出色成果,荣获英国伦敦皇家学会授予的柯普利金质奖章。1754年富兰克林取得美国麻省坎布里奇大学(现在的哈佛大学)文学硕士学位。他为自己“这样没有上过大学的人分享了大学里的荣誉”感到万分荣幸。1756年富兰克林被选为英国伦敦皇家学会会员。在美国独立战争期间,富兰克林积极参加反英斗争。参与1776年美国《独立宣言》的起草工作。1776年1785年出使法国,促成1778年法美同盟的缔结。1787年被选为制宪会议代表,极力主张废除农奴制度,为解决黑奴作出了很大贡献。

富兰克林对物理学的贡献主要在电学方面,是探索电学的先驱者之一。

一个偶然的机会,使40岁的富兰克林闯进了电学这块“待开垦的处女地”。1746年,英国学者斯宾士在波士顿做了一系列电学实验,激起富兰克林对电学研究的浓厚兴趣。斯宾士表演结束后,看到富兰克林流连忘返,就拍着他的肩膀说:“这是一块等待开垦的处女地,先生确有兴趣,就来参战吧!”他说完就把一部分仪器送给富兰克林。没过多久。富兰克林又收到一位朋友从伦敦寄来的一只莱顿瓶。富兰克林把这些仪器当做珍宝,成天摆弄,对放电等现象开展了全面的研究。

就在一个简单的放电实验中,富兰克林取得了第一个重要发现。他让A、B两人分别站在木箱上,用莱顿瓶分别使他们带上玻璃电和松香电;又让A、B向站在地上的第三个人C放电,结果都有火花闪现。但是如果A、B带电后先互相握手,再向C放电,结果都没有火花闪现。富兰克林由此发现玻璃电和松香电可以互相抵消,于是总结出电荷有两类,他把玻璃电叫做正电,把松香电叫做负电,分别用“+”、“-”符号来表示。这是一个重大的发现,它为定量研究电荷的性质打下了坚定的基础。富兰克林进一步提出,电荷不能创生,也不能消灭。只能从一个物体转移到另一个物体。他说:“电不因摩擦玻璃管而创生,而只是从摩擦者转移到了玻璃管,摩擦者失去的电和玻璃管获得的电严格相同。”富兰克林是物理学史上最早提出电荷守恒原理的人。

18世纪中叶,科学还没有揭开雷电现象的秘密,人们常把雷电同上帝发怒联系在一起。富兰克林是不信上帝的。他想揭开这个奥秘。1752年有一天,富兰克林正在用一连串莱顿瓶作实验,在一旁观看的妻子里德不小心碰了一下莱顿瓶,顿时电光闪起,她尖叫了一声倒在地上。富兰克林扶起妻子之后,为刚才发生的轰响和电光吸引住了,他联想到雷闪现象中的雷声和电光。于是设想天上的电很可能和地上的电是一样的。为了证明天电和地电是同一种物理现象,他设计了一个著名的捉天电的风筝实验。

1752年7月的一个雷雨天,富兰克林和儿子威廉一起来到野外,在一个棚子附近放起风筝来。这是一只特殊的风筝:用两根很轻的杉木条作成一个十字架,把一块丝绸手帕的四角扎在十字架的末端。一根尖细的铁丝固定在十字架上同水平方向垂直的木条的一端,使铁丝向上伸出一英尺或更多些;在牵引风筝的线的末端,系有丝绸带,再在丝绸带同风筝线相连结的地方,拴上一把钥匙。富兰克林用一只莱顿瓶来收集天电。在一次雷闪中,风筝线上的绒毛头竖了起来,同时钥匙和富兰克林的手指间闪出一串电火花。这时候受到猛烈电击的富兰克林忘却了雷击的痛苦,欣喜地向身旁的儿子喊道:“我受到电击了!现在可以证明:雷闪就是电。”接着,富兰克林通过钥匙,使莱顿瓶充了电,用来做电气实验。就这样,他终于揭开了雷电现象的神秘面纱,原来天电和地电是完全一样的。

富兰克林是一位富有科学远见的科学家。1783年当他看到巴黎的第一个气球实验成功的时候,有个人不屑一顾地问:“这有什么用呢?”富兰克林当即幽默地反问:“刚生下来的婴儿有什么用处?”

富兰克林的业绩遍及19个科技领域。例如,他从实验中发现,深色对阳光吸热大,浅色对阳光反射强,就提出冬天要穿深色衣服,夏天宜穿浅色衣服。1742年富兰克林发明了一种新式取暖炉,由于它省燃料,热效高,很快得到推广,人们叫它“富兰克林炉”。他发明的双焦距眼镜既可以看近处,又能够看远处,深受老年人的欢迎。他还用玻璃杯研制成一种“玻璃琴”,据说像贝多芬(1770~1827)、格林卡(1804~1857)、莫扎特(1756~1791)等大作曲家都为这种乐器谱过曲。

富兰克林只上过两年小学,怎么会有这样渊博的知识?原来他成功的秘诀就在于勤奋自学。

富兰克林常说:“读书是我惟一的娱乐。”富兰克林当印刷工的时候,天天和书打交道,读书上了瘾。他结识了几个其他书店的学徒,他们经常带一些新书给他看。为了不露破绽,书一点也不能弄脏;同时,晚上借的书,必须在第二天早上送还。因此,他经常在自己的房间里读到鸡鸣天晓。一到星期天,为了抢时间,富兰克林总是想方设法逃避去教堂做礼拜。有时候为了抓紧读书,连吃饭也成了累赘,于是,面包片或者饼干,再加杯白开水,就是他的正餐。富兰克林积极组织“共读社”,创办图书馆,有人觉得不可理解。富兰克林却深情地说,正是图书馆“补足了我失掉的高等教育”。

1790年4月17日,富兰克林与世长辞,终年84岁。人们遵照他的遗嘱,在墓碑上刻着“印刷工富兰克林”。