牛顿环的发现
眼是人的五大感官之一。人类通过视觉观察和认识自然界比用其他感官更直接，更富有色彩。光学仪器的产生，使人类的视野更加扩展，它帮助人们克服视觉器官的局限性，大大丰富了感性认识的内容，在广度和深度上大大地增强了人类的认识能力，使感性认识更加精细。
就在研究颜色理论的过程中，牛顿对改进折射望远镜发生了兴趣。在牛顿所处的时代，最好的折射望远镜可以目测到土星的神秘形状的变化，但是望远镜的色差严重影响着观测的精确性。所谓色差是指星球发出的白光经过望远镜时，由于组成白光的各种色光的折射率不同，结果造成星球的像的模糊，在像的边缘总有一圈颜色。在牛顿之前的许多科学家，都绞尽脑汁想办法去掉这讨厌的色差，但由于缺乏理论根据，最后谁也没有成功。在牛顿提出了白光形成的新理论后，他自己马上把这一理论运用到改进望远镜上。他经过多次实验研究，从光的反射与光的颜色无关出发，于1668年制成了反射式望远镜，这台望远镜是一个大口径的旋转抛物面反射镜，它将天体成的像作为平面反射镜的虚构物，平面反射镜成的实像再经短焦距的目镜放大，供人观察。
反射式望远镜有效地避免了色差，成像清晰，又由于它的物镜口径较大，所以它的分辨本领较高，可以进一步看清天体的形态，用这种望远镜也可观察到了木星的卫星和金星蚀等。1671年，牛顿又制成了一台更大型的反射望远镜，他把这台花费了很多心血的望远镜献给了英国皇家学会，得到了极高的评价。
颜色理论作为牛顿发表的第一项科学成就，并没有得到一致的赞同。当时公认的杰出光学家惠更斯就曾怀疑过运用这种理论能否解释所有的颜色现象。自然哲学教授帕底误解了它的大部分内容以致看不到它的价值。而自居皇家学会要位的胡克的评论更令人失望，他只是称这种理论为一种“假说”，并指出这种“假说”在解释薄板的颜色这个问题上所存在的缺点。
为了回答胡克提出的问题，牛顿又做了一系列实验，在实验过程中，他又发现了牛顿环现象。
牛顿取来两块玻璃镜，一块是4.27米望远镜用的平凸透镜，另一块是15.24米望远镜用的大型双凸透镜，在双凸透镜上放上平凸透镜，让它的平面朝下，然后慢慢地把它们压紧，接触点的周围就形成一组明暗相间的同心圆环。压力渐渐增大，圆环的中心陆续出现各种颜色，然后再把上面的玻璃慢慢抬起，使之离开下面的玻璃体，于是这些颜色又在圆环中心相继消失。在压紧玻璃体时，在别的颜色中心最后出现的颜色，初次出现时看起来像是一个从周边到中心几乎均匀的色环；再压紧玻璃体时，这色环会逐渐变宽，直到新的颜色在其中心出现，而它就成为包在新色环周围的色环；再进一步压紧玻璃体时，这个环的直径会不断增大，而其周边的宽度会减少，直到另一种新的颜色在最后一个色环的中心现出……如此继续下去，第三、第四、第五种以及随后不断在中心现出的别种颜色，并成为包在最内层颜色外面的一组色环，最后的一种颜色是黑色的圆点。反之，若是抬起上面的玻璃镜，使其离开下面的透镜，色环的直径就会缩小，其周边宽度则增大，直到它的颜色陆续到达中心，后来它们的宽度变得相当大，这样就更容易认出和识别出它们各自的颜色了。在透镜接触点处所形成的透明中心点之后，接着出现的是蓝色、白色、黄色和红色，其中蓝色比较暗淡。紧接着包在这些色环外面的色环的颜色次序是紫色、蓝色、绿色、黄色和红色，只是绿色的量很少，似乎比其他颜色显得模糊暗淡得多。第三组色环的顺序是紫、蓝、绿、黄和红色。在此以后，是由红色和绿色所组成的第四组色环，以后的各组色环越来越变得模糊不清了，到三轮以后，它们终于成为一片白色了。
牛顿不仅在如此周密的观察基础上作了详尽的定性描述，而且进一步作了仔细的定量计算，得出亮环的半径的平方是由奇数所构成的算术极数，暗环的半径的平方是由偶数所构成的算术级数。利用年顿的这一结论，在知道了凸透镜的半径后，就可以算出暗环和亮环出现地点的空气层厚度。在牛顿的实验装置下，空气层厚度从接触点向外连续增大，所以会看到交替出现的暗环和亮环。因为不同颜色的光对应于不同的波长，所以不同颜色的亮环半径也就略有不同，结果就会看到类似彩虹一样的色环了。
勤奋出天才
牛顿是一位杰出的科学家，他成功地进行了把白光分解为光谱色的实验和揭示了颜色之谜，奠定了近代光学的基础。他的伟大还远不在此，他完成了经典力学体系而奠定了近代物理学的基础；他由于确定了万有引力定律而奠定了近代天文学的基础；他还发明了微积分而为高等数学奠定了基础。牛顿作出了如此众多的开创科学新时代的重大发现，在人类发展科学知识的征途中，建立了永垂万世的功勋。
牛顿为什么会有这样杰出的科学成就呢？也许有人认为这完全是因为牛顿天资聪明、才能出众，但牛顿自己并不同意这种看法，他说：“我只是对一件事情很长时间，很热心地去考虑罢了！”这句话是很有道理的，我们并不否认天赋的作用，也不回避牛顿在青年时代已与众不同，可是勤奋地学习，废寝忘食地工作，专心致志地长时间思考，这种后天的实践，才是他成功的主要原因。
少年时代的牛顿并不太聪明，在学校里常常遭人冷眼，学习成绩低劣。但在为此而受人侮辱后，牛顿决心甩掉“劣等生”的帽子，开始发奋读书。牛顿是“勤奋”两字的最好实践者，他深明勤奋的意义和价值，他更为后人留下了勤奋的记录和榜样。牛顿孜孜不倦，顽强坚韧所取得的成功，正是他勤奋工作的写照。
富兰克林静电实验
电，在科学与信息技术高度发达的今天，对我们每个人都是如此熟悉。不要说工厂里巨大的电炉，机井旁的电动机，铁道上的电动机车，就是在我们的日常生活中，电器已悄悄地走进各家各户。电灯、电话、电视、电冰箱已随处可见，就连厨房里也有电饭锅、电炒锅之类的电家伙。现代化的生活离不开电，现代工农业生产也离不开电，现代科学技术更是离不开电！
对我们人类来说，电是如此的重要和神奇，可它却是无形的，除了被电击以外，我们既看不见它，也摸不着它。那么，人类是怎样认识电和懂得使用电的呢？这确实是一个很吸引人的问题。
电学的发展历史告诉我们，人类关于电的知识，是从发现摩擦过的琥珀吸引草屑开始，经过两千多年的广泛探索和逐步积累，才达到今天的水平的。人类对它的认识，是靠实验一点一点地前进和逐渐深入的。
电学的系统研究始于1600年，从吉尔伯特的工作开始的，这一时期的实验都集中于静电方面，许多物理学家置身于自然界的种种现象之中，不顾个人生命的安危，为探求真理，谱写了一曲曲动人的篇章。
古代人对电的认识
一个原来不带电的物体，经过摩擦以后，就能吸收质量轻小的物体，这是我们今天人所共知的最起码的静电现象。这一现象和西方一样，也是很早就被中国古代劳动人民发现了。但是，人们当时由于文化知识及认识水平的低下，并没有对这一现象给予确切的解释和说明，其实，这就是我们今天所说的摩擦起电现象。
“瑁吸衤若”是在西汉末年，人们发现的最早的摩擦起电现象。“瑁”就是我们今天所说的玳瑁，是一种海生爬行动物，外形跟龟非常相似，它的甲壳呈现黄褐色，非常光滑，上面长有黑斑，是一种绝缘体，但经过摩擦后就能带电，然后把它靠近轻小的物体，如纸屑、草屑等，它就能将这些轻小物体给吸走，有时甚至能将纸片、草屑等吸到它的上面。当时，人们发现了这种现象，感到非常奇怪，不可思议。人们对这种奇怪现象的解释五花八门，各式各样，这其中似乎有一定道理的解释是东汉王充的观点。
王充认为，经过摩擦后的玳瑁之所以能够吸引轻小物体，是因为玳瑁和这种物体具有相同的“气性”，从而能够相互感动的缘故。后来，人们发现，经过摩擦后能够吸引微小物体的现象并不是玳瑁所独有的。摩擦后的琥珀能够吸引草屑。人们用漆木制成的梳子梳理头发，头发会被梳子吸引而显得稀疏、蓬松。质料不同的内衣和外衣发生摩擦时会有微小的“噼啪”声，甚至在人们脱衣服时会在空气中产生小火花。所有这些现象，都可以用摩擦起电来解释。可见，中国早在公元前后就发现了摩擦起电现象。这些远古的发现，正是人们认识电的伟大开端。
早在公元前16至11世纪的殷商时代遗留下来的甲骨文中，人们就发现有雷字。西周时代的青铜器上也有电字。这说明，人们对雷电现象的认识也是很遥远的。在我国古代，人们对于雷电的传说是非常神秘，而且富有迷信色彩。当人们听到天上传来的隆隆雷声时，他们会紧张地躺到某个角落里。因为他们认为，雷是天神发怒时的表现，雷声是天神的怒吼声，那伴随雷声的亮光是天神高举的火把。也有人认为，雷电是阴阳两气斗争的产物，因为他们发现有云才有雷。隆隆雷声是阴阳两气相互作用的声音，阴阳两气相互作用同时还会产生一种闪光。闪光若击中人，人就会死掉；击中树木，树木就会折断；击中房屋，房屋就会倒塌。还有人认为雷电就是火，它可以烧焦人的头发、皮肤和草木。
总之，雷电在古代大多数人们眼中是神奇又有威力的伟大力量，他们像对待上帝一样，敬畏它，任凭它的摆布和主宰。与此同时，也有一部分人注意到，雷电在它肆意地宰割大自然的时候，似乎并不是千篇一律的，它对金属物质、漆器、皮革等物质产生不同的效果，这些物质对雷电引起的电流和升温效果极不相同。这一发现，可以说是近代电学中关于导体和绝缘体概念的萌芽。
第一台起电机的诞生
17世纪，人们开始了对电的系统研究。开始的时候，人们对电的研究还只限于静电方面。当时，摩擦起电是人们获得电的惟一方法，要做较大型的电学实验，需要大量的电，仅靠手工摩擦物体所带的那点电还太微小。所以，人们在这一需要的压力下，努力地想办法来改进当时的摩擦起电工具。第一台摩擦起电机是德国的马德堡市的市长盖里克发明的，大约是在1660年。
盖里克是一个多才多艺的人，当过35年马德堡市的市长，对科学研究很感兴趣。1650年他发明了抽气机，后来又用它做过著名的马德堡半球实验，证明了大气压力的强大。1660年左右，他开始进行研究摩擦起电，在实验中，他感到用手摩擦很费事，于是，他想，用什么办法能省一点儿事呢？经过多日的思考和准备之后，他终于制造出了省事的摩擦起电机。这台在当时最大的摩擦起电机可以说是历史上第一台“起电机”。
盖里克的摩擦起电机实际上就是一个非常大的带有一根长柄的硫磺球。这个起电机在今天看起来是多么的简单，但在当时已经是一个了不起的发明，它标志着科学研究手段的进步。盖里克把大块的硫磺用木棒敲成细小的碎块后，放进一个足够大的球状玻璃瓶中，然后给这个玻璃瓶加热，使里边的硫磺熔化，硫磺熔化后再向其中不断地添加，直到熔化了的硫磺充满烧瓶，然后向瓶中插入一根木柄，最后停止加热。把瓶搁置到阴凉处冷却，过一段时间后，硫磺冷却了，把烧瓶打碎，就得到了一个比脑袋还大的黄色带柄的硫磺球。盖里克把硫磺球放在一个木制的托架上，用一只手握住木柄使硫磺球绕轴旋转，另一只手按在球面上，手掌与硫磺球产生摩擦，从而产生了电。
盖里克用这个摩擦起电机做了许多有意思的实验。他把摩擦过的硫磺球从架子上取下来，手拿着它的轴，把羽毛吸引到它上面后，羽毛又被排斥而离开它。他拿着硫磺球排斥羽毛，不让羽毛落下，使羽毛在空中飘浮，羽毛张开着，在某种程度上像活的一样。他在试验中发现，这羽毛喜欢靠近它前面任何物体的尖端，并且能够让它粘着任何物体的突出部分。但是，如果在桌子上放一支点着的蜡烛，把羽毛驱赶到离烛火上方约一掌宽的距离时，羽毛便突然后退，并飞向带电的硫磺球。这些实验表明，盖里克已经观察到物体的尖端对电的特殊作用以及烛火能使羽毛失去电的作用。
人类创造的东西，总是从简单到复杂，盖里克的摩擦起电机虽然简单，但他却用它观察到了许多重要的实验现象，而且它是人类制造的第一个起电机器，他为后人创造出更大型、更先进的起电机，提供了一种方法，因此，它的意义也是不容低估的。
导体的发现
摩擦起电机的出现，为实验研究提供了电源，对电学的发展起了重要作用。经过英国和德国科学家们改进的摩擦起电机，效力和威力都有提高，能够产生强大的火花，特别是能从人身上产生出火花来，引起了世人的惊奇。这种由人工产生的新奇的电现象，也引起了社会的关注。不仅一些王公贵族观看和欣赏电的表演，连一般老百姓也受到吸引。特别是在18世纪40年代的德国，整个社会都对电的现象产生了兴趣，普遍渴求电的知识，电学讲座成为广泛要求，演示电的实验吸引了大量的观众，甚至大学上课时的电学演示实验，公众都挤进去看，以至于达到把大学生挤出座位的地步。
就在这风靡世界的电的热潮中，许多科学家都致力于电学的基础研究，他们做了大量的实验来验证自己发现的电现象，同时也在这些实验中探索着电的新世界。
在电的实验研究中，迈出重要一步的是英国人斯蒂芬格雷。这重要的一步是：发现了导电现象。格雷生于英国的一个手工艺家庭，精于工艺。1703年～1716年间致力于天文观测工作，被誉为是细心而可靠的观测者。1707年，剑桥大学一位教授请他帮助建造新天文台，这期间他有机会看到别人做电学实验，很感兴趣，于是他自己也试着做，这时他已是年过40的人了，他在电学上的贡献，则是在60岁以后作出的。
1731年，他用玻璃作为摩擦带电体来起电。他手里拿着一根长的空心玻璃管，从头至尾地摩擦它后，发现玻璃管能够吸引羽毛，这说明玻璃管已经带电。如果当初盖里克知道玻璃是一种良好的带电体，他就不必剥去硫磺外面烧瓶的玻璃了。格雷又把管子的两端用软木塞塞起来，摩擦玻璃管的一头。这时，一件奇怪的事情发生了：软木塞也能吸引羽毛，可是他并没有摩擦软木塞呀！格雷马上意识到，是摩擦玻璃管时产生的电传输到软木塞上了。
电果真能够传输吗？为了检验自己的判断，格雷又做了一个实验。他把一根细棒插入玻璃管顶端的软木塞里，细棒的另一端扎上一个象牙球。然后开始摩擦玻璃管，在摩擦玻璃管时不让手碰到软木塞、细棒和象牙球，可是当摩擦一段时间后，桌子的羽毛竟被吸附到象牙球上了。这样看来，电可以传输，这是毫无疑问的。
电可以传输，那么它到底能够传输多远呢？这是接下来要解决的问题。格雷又把象牙球吊在一条绳索上，绳索的另一端拴在玻璃管的软木塞，然后用一些丝线把绳索悬挂在工作室顶篷的钉子上，当他再摩擦玻璃管时，象牙球仍然能够吸引羽毛。于是他加长绳索的长度，不断地重复着他的实验。直到绳子的长度达到30.48米时，象牙球仍然能吸引羽毛。他用越来越长的绳索继续实验，最后丝线由于承受不住绳子的重量都断了，但对羽毛的吸引力是同样的。格雷于是又想到会不会是象牙球有什么特殊的魔力，他把象牙球去掉，换上其他的东西，先把房里的火铲拴上，然后再换上火钳、拨火用的铁棍、水壶等，结果都同样能吸引轻小的羽毛。哇！电的威力真大，能传输到这么远的距离，那么，它到底能传输多远，格雷决心要弄个明白。
为了能拴住更长的绳索，格雷改用粗铜丝代替丝线把绳索县挂到天棚上，然后继续摩擦他的玻璃管。没想到，无论他怎样长时间地摩擦玻璃管，象牙球也不能吸引羽毛，甚至玻璃管本身也不再吸引羽毛了。这表明，玻璃管上的电没有通过绳索传到小球上，格雷猜想，可能电是通过铜丝和铁钉跑掉了。进一步实验后，他发现，电通过金属比通过丝绸时更易于传导，因此，他把电容易通过的物体（如金属）叫做导体，而把电难以通过的物体（如蚕丝）叫做非导体。导体的发现是电学发展中的一次质的飞跃，它使静止的电从一个物体传到另一个物体上，使电学的发展迈出了非常重要的一步。
格雷为了检验这一理论，做了一个非常有趣的实验。他用结实的绳子将一个小孩吊在屋子的顶篷上，孩子的下面放一些羽毛，用摩擦过的玻璃管接触孩子的胳膊，不一会儿，羽毛就吸附在孩子手上和身上，这说明了人体也是导电体。
莱顿瓶的发明
在电学的发展中，极其重要的一步是莱顿瓶的发明。莱顿瓶是德国的克莱斯特和荷兰物理学家穆欣布罗克于1745～1746年发明的。
电是看不见摸不着的东西，怎样才能将它保存起来呢？18世纪40年代和50年代初，起电装置的改善和大气电现象的研究，吸引了物理学家们的广泛兴趣。1745年，普鲁士的克莱斯特利用导线将摩擦所产生的电荷引向装有铁钉的玻璃瓶，当他用手触及铁钉时，受到猛烈的一击。这一事实给了科学家们很大的启发，它告诉人们：装在玻璃瓶中可以储存电！
与此同时，荷兰莱顿大学的物理学教授穆欣布罗克在和助手进行电学实验时，看到好不容易聚集起来的电，很快就在空气中消失，感到很可惜，他想寻找一种保存电的方法。有一天，他将一根枪管悬挂在空中，用起电机和枪管连接上，然后再从枪管中引出一根铜线，将它浸入盛有水的玻璃瓶中，他让助手拿着玻璃瓶，自己在一旁使劲地摇着起电机。他的助手用一只手拿着玻璃瓶，另一只手不留神碰到了枪管上，他猛烈感到一次强烈的电击，大喊了一声，几乎要跳了起来，手里的玻璃瓶也差一点儿掉到地上。穆欣布罗克与助手换了一下，让助手去摇起电机，自己一只手拿瓶子，另一只手去碰枪管，当然，他也不会例外，也遭到了同样的电击。
事情发生以后，穆欣布罗克在给一位法国朋友的信中报告了这个可怕的偶然发现。他说：“我愿意告诉您一个新的、十分可怕的实验，希望你自己千万不要去做。当我把容器放在左手上，试图用右手从充电的铁柱上引出火花时，突然，我的手受到了一下力量很大的打击，使我的全身都震动了，手臂和身体产生了一种无法形容的恐怖感觉。一句话，我以为我命休矣。”他还向朋友表示，就是把整个法兰西给他，也不愿再受到这样一次可怕的打击。看来这种打击是很恐怖的。
尽管这个实验是十分可怕的，但却使穆欣布罗克得到了一种存储电荷的方法。把带电体放在玻璃瓶内可以把电保存下来，后来，人们把这个能储存电的瓶子称为“莱顿瓶”，这个实验称做“莱顿瓶实验”。“莱顿瓶”是因莱顿城而得名的。莱顿瓶发明后，人们在使用的过程中逐步地对它进行修改，使其功能及外形设计都日渐完好。凡经修改后的莱顿瓶内外表面都被贴上金属箔，瓶内装了水，瓶盖上插一个金属杆，杆上端附一个金属小球，下端用一金属链子同内表面连接起来。
莱顿瓶的发明，不仅为储存电提供了一种有效的方法，也为进一步开展静电实验创造了良好的条件。
揭开雷电之谜
电震现象的发现，轰动一时，这大大地增加了人们对莱顿瓶的关注。莱顿瓶能产生强烈的电击和火花，也引起了王公贵族和一般市民的兴趣，他们喜欢观看这种新奇的玩意儿，并乐于亲身体验一下电击的滋味。所以在当时的欧洲，时兴表演电学实验，不仅在实验室、集会厅表演，而且还在街头表演；有些人竟以此为业，带着摩擦起电机和莱顿瓶以及一些简单的器具，到处表演。穆欣布罗克的警告起到了相反的作用，人们在更大规模地重复着这种实验，简直成了娱乐游戏。
有人用莱顿瓶做火花放电杀老鼠的表演，有人用它来点酒精和火药。其中规模最大、最壮观的一次示范表演是法国人施莱特在巴黎圣母院前做的。施莱特邀请了法国路易十五的皇室成员临场观看表演。他调来了700个修道士，让这700名修道士手拉着手排成长长的一队，队列从头到尾长达900英尺，大约有275米，可见，队伍是何等的壮观。施莱特从容地指挥着这700名修道士，开始了他的表演。他让排头的一位修道士用手拿着莱顿瓶，排尾的修道士手握莱顿瓶的引线，接着他让莱顿瓶放电，就在这一瞬间，700个修道士因受电击几乎同时跳起来，场面看起来非常滑稽可笑，在场的人无不为之目瞪口呆。施莱特以令人信服的证据向人们演示了电的巨大威力。
18世纪欧洲盛行的这种电震表演，为电学知识的普及铺平了道路，它使许多人开始对电有了初步的了解。美国的富兰克林就是看到了欧洲人到美洲街头上作这种表演而走上电学研究的道路的。
莱顿瓶的发明使电获得了更大的名声。欧洲进行电实验的消息越过重洋，传到了美国，传到了费城。
1746年6月的一天，美国费城的最繁华的中心街道旁挤满了围观的人群。人们正在观看来自苏格兰的史宾斯博士表演“奇怪的戏法”——一种电的实验。其实，史宾斯的表演极为简单，他将利用摩擦产生的电通过导线引入莱顿瓶，然后再把瓶内的电用导线引出来，使导线短路而产生电火花。当人们看到一股股长长的火花出现时，无不感到惊叹。挤在人群中间的本杰明富兰克林也惊讶地看着这一切。“嘿！这可真是个了不起的发明！”兴趣广泛、精力充沛的富兰克林当时已有40岁，他积极地想弄一个莱顿瓶来，也研究一下它的功效。
1746年，英国伦敦的一个商人、皇家学会会员考林森通过邮寄向美国费城的本杰明富兰克林赠送了一只莱顿瓶，并在信中向他介绍了使用方法。富兰克林对此极有兴趣，他先对莱顿瓶的功效和放电现象进行了深入分析，等把一切都搞清楚了之后，便开始利用这个神奇的瓶子开始进行一系列的静电实验。
有一天，他在家里研究起莱顿瓶来，他把摩擦起电机产生的电用导线引入莱顿瓶，然后开始让莱顿瓶放电，用放电时产生的电火花来杀伤动物。由于杀伤动物需要很大的电力，所以得不断地摇动摩擦起电机，他自己手忙脚乱地操作这一系列的动作，于是他对站在一旁观看的夫人说：“来，你来替我摇这机器。”富兰克林夫人接过摩擦起电机的手柄开始摇起来，摇着摇着，一不小心手将莱顿瓶碰翻，一股强大的火花随之闪现出来，富兰克林夫人当场被击倒在地。这一重重的电击险些夺走夫人的性命，她整整在床上躺了一周。富兰克林在后悔、后怕的同时又联想到了一种现象，他想到天空中打雷时的闪电，当暴风雨来临的时候，伴着轰隆隆的雷声的闪电会将树木击倒，这威力也是够大的了。那么，莱顿瓶中的险些夺走夫人生命的电会不会同天上的雷电是一样的呢？嗯，太像了！为了解开这一个疑团，他决定做一个大胆的尝试。
本杰明富兰克林出生于波斯顿的一个贫苦家庭里，他的父亲经营蜡烛制造以维持家中众多人口的生活。富兰克林从小喜欢读书，但是他只读了两年书，12岁时便到他的同母异父的哥哥詹姆士的印刷所当学徒。渴求知识的愿望使他选择了自学成才的道路。他充分利用印刷房和书店的联系这一条件，如饥似渴地阅读了大量书籍。1723年，他因与哥哥在工作中发生争执而到费城当印刷工。在费城他与朋友们组成了“共读社”进行自学，并将其发展为一个教育青年的学院（宾夕法尼亚大学前身），后来他任该校董事40余年，1731年，他倡议并建成了北美第一个图书馆，并兼任许多社会公职。本杰明富兰克林是一个杰出的政治家和科学家。
在富兰克林的时代，人们对电的了解还是不够多，对天上的雷电更是迷惑不解，他们惧怕雷电，少数人认为雷电是“毒气爆炸”，多数人则认为是“上帝之火”。人们望着阴云密布的天空中，闪闪发光的雷电，心中充满了恐怖，充满了疑惑。那么，雷电究竟是什么呢？它那么高高在上地发生在天空中，人们够不着，也摸不到，要想研究它，就要把它引到地上来。这可太难了，多少人连想都不敢想。
莱顿瓶现象使富兰克林自然地想到天空中的闪电是否具有电的本质。他决心弄清楚雷电的电与莱顿瓶中的电究竟有什么区别。富兰克林整日整夜地想着他的宏伟计划。可是，怎么能把天电引到地上呢？他坐在屋前的旷野边，望着高高的苍穹，却想不出一个办法来。突然，他看见远处一群孩子正在你追我赶地放风筝，一个个风筝在高高的天空中飘来飘去，一个比一个飞得高，孩子们正在比试着……有了，风筝！就是它，它可以把天上的雷电引下来。
富兰克林开始着手制作他的风筝。他和儿子一起到郊外拾来一些杉树枝，风筝就用杉树枝做骨架，扎成菱形，然后蒙上一层不易湿透的绸子，风筝的上端装了一根一英尺长的尖铁丝，把它和牵风筝的亚麻线系在一起，亚麻线的下端接在一段不长的丝绳上，以便将风筝拉住，丝绳的末端拴一把金属钥匙。
1752年7月，在费城下大雷雨的一天，46岁的富兰克林领着儿子急急忙忙来到牧场，把准备好的风筝使劲地抛向了天空，口中喊道：“飞吧！”儿子威廉手里拿着线团使足了劲往前跑，风筝在大雨倾盆的空中张开了。本杰明富兰克林从儿子手中接过了风筝线说：“给我，你到那边避避雨。”说着，雨却越下越大。“咱们一起到那边棚子檐下观察吧。”威廉拉着爸爸一起到附近的一所棚子的檐下进行观测。他们用手紧紧握住风筝下边的丝绳，怕它被雨点打湿了，因为丝绳牵着风筝。父子俩在屋檐下紧紧地盯着暴风雨中的风筝，不一会儿，风筝飞入了一块雷云之中，闪电在它周围闪烁，雷声隆隆，但没发生任何情况。威廉焦急地望着爸爸：“怕是这种办法不灵吧？爸爸。”富兰克林看看儿子，沉着地回答说：“再等等，咱们先不要放弃，说不定一会儿就会有奇迹发生。”一会儿，闪电又出现了，“啪”，闪电击中了风筝框上的金属线。突然，亚麻线上有几处散开的纤维直竖了起来，而且能够被手指吸引，是一种看不见的力量使它这样。富兰克林用食指靠近钥匙圈，骤然间，一些电火花从他的食指上闪过，与摩擦生电时产生的电火花一样。他抱起儿子大喊到：“电，天电捕捉到了！”富兰克林被这巨大的兴奋激励着，竟然忘记了这猛烈的电击所带来的身体上的不适。很幸运，闪电很弱，他没有受到什么伤害。
天电就这样被勇敢执著的父子给引下来了。这个实验非常清楚地证明了天空中的闪电就是一种放电现象，只不过其规模更大，更有声势罢了。
天电终于引下来了，但是富兰克林并没有就此善罢甘休。没过几天，又是一个雷雨交加的傍晚，他带着儿子，拿着事先准备好的莱顿瓶和他的风筝来到郊外，和上次一样，他们还要继续实验，不过，这次不是尝试，而是要把天电引到莱顿瓶中，拿回去研究它。当“劈啪”一声响过后，一朵蓝色的火花从铁钥匙头上跳了出来。他的手臂一阵发麻，“快，把莱顿瓶拿来！”威廉迅速地递过来事先准备好的莱顿瓶，他把风筝上的钥匙串和莱顿瓶连接起来。他惊喜地看到莱顿瓶充电了。电在瓶里积蓄起来。他们高兴地把它拿回家告诉夫人：“这是天上的电啊，我要用它来做实验，看看它和地上的电有什么不同。”
富兰克林用天电做的第一个实验是用它引燃物体。他将莱顿瓶中的天电进行放电，当有火花产生时，把事先准备好的酒精拿来，酒精在电火的引燃下，熊熊地燃烧起来了。接着用它来做杀伤动物的实验，先用它来杀伤火鸡。在实验的时候，他一不小心用手触到了天电，富兰克林当场晕了过去，当他醒来时，看着周围惊慌失措、为他难过地亲人们，他却说了一句笑话：“好家伙，我本想电死一只火鸡，结果差点儿电死一个傻瓜。”一句开心的话，引出了大家脸上的笑容，也反映了富兰克林为科学研究不顾个人安危的献身精神。天电就是电，这是确定无疑的了。
富兰克林的风筝实验震惊了全世界。几千年来，人们只知道雷公电母的神话传说：要是人做了坏事，触怒了天神，就会雷声隆隆，电光闪闪，把树木烧焦、房间击塌、人畜打死。人们畏惧神灵的威力，只能祈求上帝保佑。如今，富兰克林揭示了雷电的真正面目，证明了雷电不是什么天神作法，而是天上带电的云相遇而产生的一种强烈的放电现象。富兰克林为科学事业不顾个人安危的献身精神，也激励着同时代人的奋斗热情。当富兰克林父子费城实验的消息传到俄国圣彼得堡以后，俄国科学院院士里赫曼和罗蒙诺索夫也来做这个实验，他们想把天电大量地引到地上来，因此他们的装置已不是简单的莱顿瓶和一只带有钥匙串的风筝。他们设计并制作了一种叫“雷机”的装置，想用它来把天电引下来。
他们把导线的一端接到实验室的实验电器上。1753年7月26日，当一场大雷雨即将来临时，坐在雷机旁的里赫曼俯身看雷机上的仪器的指针，刹那间，一个球形闪电突然从仪器跳到里赫曼头上，当场将他击毙。等罗蒙诺索夫闻声赶到时，已经为时太晚，无法挽救了。里赫曼就这样献出了自己宝贵的生命，成了探索电学事业的第一位献身者。
避雷针的发明
若能把天电引到地上来，它可以服务于人类，听从人类的指挥。但是人们更多的是领教了天电给人类带来的危害，多少高楼建筑在夹着隆隆雷身的电火中，顷刻间化为乌有，有多少无辜的生命死于天电所引起的熊熊烈火之中。人们面对着这灾难的深渊，畏惧、诅咒都无济于事。
我国古代的劳动人民在长期的实践中早就观察到了一种特殊的现象：尖端物体在大气中有时会在它的周围产生火花。人们常常发现，夜晚作战时长矛的尖端有亮光发出，这就是尖端放电现象。今天我们知道，尖端放电是由于空气中的大气电场在物体各部分感生的电荷分布不平衡所造成的。在物体的尖端部分，感生电荷特别集中，形成了局部强电场，强电场达到可以击穿空气的时候，空气就会发光、放电。
富兰克林在证实了雷电就是电以后，并没有为他的惊人发现而自我陶醉，他要将他的知识造福于人类。他想，既然天上的电与地上的电是一样的，那就可以设法“驯服”它，不让它随意施虐，危害人类。富兰克林根据尖端放电的原理，大胆地向世人宣告，在建筑物的外面最高的地方装一个不必太大的铁棒，它就会把雷电引向能容大量电荷的大地，从而可以保护建筑物免受雷击。于是，人们纷纷在墙壁或烟囱上装上一根铁棒，棒的下端连接一根用绝缘材料包裹的金属线，这根长长的金属导线连通到地下。这样，当雷电轰鸣时，天上的电就会被这个金属棒吸引，顺着导线直通到地底，从而保证建筑物安然无恙。富兰克林把这根金属棒称为“避雷针”。不久以后，避雷针在德国、法国、英国出现了。就连起初猛烈攻击避雷针是侵害神意的教会，最后也在教堂上安装了避雷针，至今它仍是千万幢楼房和高塔的“保护神”。
避雷针的发明是18世纪物理学实验取得的一个极大的成功，也是电学研究第一次找到了实际的应用。一根针，驯服了雷电，破除了迷信，不知拯救了多少生命，使多少房屋建筑免遭焚毁和破坏。富兰克林对人类社会的这一贡献，人们是永远不会忘记的。人们称颂他“把上帝和雷电分了家”。
电是我们今天最熟悉的事物之一，我们今天可以随意自如地应用它，让它为人类造福，这是因为我们了解了电的现象，认识了电的本性。但是，在认识电的漫长征途上却涌现许许多多可歌可泣的勇于为科学献身的科学家们。他们吃苦耐劳、勤于探索的精神，正是我们应该具备的。人类对大自然的认识还远远没有结束，许多未知领域的大门等待着你们去叩开。所以，从现在开始，你们就应该以科学前辈为榜样，努力学好科学文化知识，培养坚强的意志和为科学贡献一切的精神，准备去迎接21世纪的挑战。
孟德尔豌豆实验
科学发展到今天，人类探索生命运动规律的奥秘，已经不仅仅是认识它，利用它，而且还要改造它，控制它，甚至神话般地创造它。
正是现代遗传学这门新兴的学科，为人类揭示了生物的遗传规律。它告诉我们，只要实现生物之间的基因重组和转移，就有可能按照人类的需要创造出自然界从来没有的生物新品种。那么，谁又会想到，这门新学科的创始人竟然是19世纪奥地利的一个普通的基督教神父？置身于宗教法规森严的“神”的世界，约翰孟德尔竟能为“人”创造出未来科学发展的美好天地。从20世纪70年代起，遗传工程的发展为在新世纪实现人工合成生命物质和创造新生命，开辟了十分诱人的前景。
最早的遗传意识
中国有句古语叫做“种瓜得瓜，种豆得豆”。子女酷似双亲，虽然不是惟妙惟肖完全相同，但这其中已经揭示了生物遗传性的存在。人们从古时候就注意到了孩子像父母的这种遗传现象。例如，年轻的父亲没有白发，也无胡须，其子与他一样，可是等上了年纪时却都长出胡须来，变成了白头翁。这真是不可思议。
长期以来，人们对这个问题的看法众说纷纭，19世纪对遗传性盛行的一种解释是“泛生论”。“泛生论”者认为在雄性体上存在着一种物质，这种物质是遗传性的载体，叫精液。精液在全身各部分形成并在血管中流动，精液通过雌雄交配进入雌性体。子女酷似双亲，就是因为精液在身体各部分形成，所以也就反映出该部分的性状。“泛生论”是由亚里士多德和其他一些古希腊人设想出来的，他们把它作为进化变异的基本机制，他们认为进化是许多世代“获得性状”积累的结果；“用进废退”使身体发生了变化。比如说，体育运动者发达的肌肉，而且这些变化可以传给子代，只要在全身形成的精液反映出这些变化，子代的性状就会表现出这些变化。“泛生论”也为19世纪的一些生物学家所接受。
后来，又有人提出了“种质”学说，这个学说区分了“种质”和“体质”两个概念，“种质”是指那些性细胞和产生性细胞的细胞，“体质”是指构成身体所有其余部分的体细胞。在繁殖过程中，“种质”自身永世长存，“体质”只是作为保护和帮助“种质”繁殖自身的一种手段而附带地由“种质”所产生。这种观点与“泛生论”形成鲜明的对照。支持“种质”说的人们为了证实自己的观点做了许多实验，虽然这些实验是很粗放的，但对以后的遗传学发展有相当大的影响。
现代遗传学之父孟德尔
遗传学的基本原理是在19世纪由孟德尔发现的，他是奥地利修道院中的修道士，他的实验和著作是科学研究的卓越典范，作为一个伟大的科学家，孟德尔的一生将永远留在我们的记忆中。
在奥地利西里西亚地区，靠近奥得河上游有一个小村庄叫海因赞多夫村，村子的最西头住着安东孟德尔一家。约翰孟德尔是这个贫苦家庭中的惟一男孩，安东孟德尔和罗赛恩夫妇俩视小约翰为掌上明珠，他们指望着儿子有朝一日能出人头地，摆脱这世世代代都是农奴的贫苦生活。
1833年夏季的一个夜晚，劳累了一天的村民们大多都已酣然入睡。村子里静悄悄的，突然，安东孟德尔的屋子，响起了一阵轻轻的叩门声。10岁的约翰孟德尔打开屋门，也惊喜地叫了起来：“是您，托玛斯先生！”原来，这位面容和蔼可亲的绅士是小约翰正在上学的本地拉波尼克初级中学的校长，他是位既富有同情心又富有责任心的优秀教育者。那么，他深夜来访是要干什么呢？安东夫妇用猜疑的目光看着这位可亲可敬的绅士。“孟德尔先生，您的儿子很有天才，我怕我的学校会贻误他的宝贵前程。”托玛斯先生垦切地和安东孟德尔夫妇俩交谈着。原来，他深夜来访的目的是为了说服约翰孟德尔的父母同意儿子转到一所当地很有名气的高级中学——特洛堡大学预科学校去读书。可是，他们实在太穷了，除了家门口那个小园子以外，他们几乎没有一寸土地，平日只能靠打短工和租种地主家的地来维持全家人的生活。
生长在这个被称为“多瑙河之花”的美丽村镇里，约翰孟德尔从小就对大自然、对四周围的花草树木都产生了强烈的兴趣。他的外祖父和父亲都是出色的园丁，有一手果树嫁接和植物栽培方面的精湛技艺。尤其是父亲安乐，除了种地之外，他几乎把自己所有剩余时间都花在家门口的小园子里。从幼年起，孟德尔就跟着父亲在园子里修剪花木，栽培果树，还种养了好多珍贵的奇花异草。在他幼小的心灵里，早就埋下了爱惜自然界一草一木的种子，他时常在心里产生了一个又一个疑问：“为什么各种植物会有不同的大小、形状？”“为什么花朵会有各种不同的颜色？”“为什么棉花的棉铃有的狭长，有的短阔？”童年的好奇使他对美妙无比的大自然产生了急于探索的愿望。进了托玛斯的学校后，他对自然科学的热爱有增无减。
托玛斯十分喜爱约翰孟德尔，不仅仅是因为约翰聪明好学，门门功课都是优等，甚至比别人超出很多。根据他对约翰的了解，他确认这个孩子有独创的特殊才能，他将来会在自然科学方面创造出奇迹来，将会去探明大自然隐而未显的秘密。他认为，在那所具有二百多年悠久历史的预科学校里，约翰孟德尔会成长为一名卓越的科学人才，那里有丰富的自然科学藏书和博物馆，优秀的师资和无与伦比的客观条件将会对约翰今后的前途产生决定性的影响。
19世纪的欧洲，政府和学校都受到教会控制。学校当局只重视拉丁语、法律和历史等课程的学习，认为学习自然科学是不体面的事。而托玛斯却是个热心于自然科学的人，他知道孟德尔从小就聪明过人，勤奋好学，四年就学完了小学的全部课程，一年前是以第一名的成绩考入了自己的这所初级中学的。他很快就注意到了孟德尔是个自然科学的天才，他下定决心要把这孩子送到预科学校，去接受更严格的教育。
经过校长的劝说和约翰的恳求，安东夫妇最后决定，与其把孩子拴在自己的身边，倒不如让他去做自己喜欢做的事情。他们同意了校长的安排，决定将孟德尔送到更高一级的预科学校去读书。小约翰高兴得跳了起来，可是他哪里知道，父母的这一决定给他们的家里带来了很大的困难！事实上把儿子送到学费昂贵的预科学校去念书，安东夫妇实在是难以负担。无奈，儿子的宝贵前程就是他们的一切希望。他们想尽了一切办法，省吃俭用只凑够了约翰出远门上学的路费，他们根本无法保证每月寄钱去学校供孟德尔吃穿。
在特洛堡大学预科学校学习期间，孟德尔的生活异常艰苦，他没有钱，父母也根本没有钱寄给他，他吃的面包和牛油还是父母托人从家里带过来，他食不果腹，常常遭受饥饿的折磨，但他仍咬紧牙关，靠自己非凡的毅力来努力学习每一门功课。即使这样，他的学习生活也很难维持下去，贫穷的家境总是没有幸运的转机。有一年，他的家乡遭受严重灾害，收成很不好，父母为了供养儿子读书和维持一家人的生活，不得不离家在外服劳役。不幸的是，在劳役中一棵倒下的树干将父亲打倒在地，正压胸部，从此孟德尔的父亲失去了劳动能力。真是上天不睁眼啊！这样，家里再也无法供给孟德尔任何费用上学了。从此，不到十六岁的孟德尔只得自谋生路，依靠给别人当家庭教师的收入来维持学习。
1840年，孟德尔以优异的成绩从特洛堡大学预科学校毕业。在他的毕业证书上，写着的几门功课都是优秀。但是，穷困潦倒的家庭根本不可能继续供他上学，当时的孟德尔多么想到奥尔米茨大学哲学院继续深造，攻读自己喜爱的自然科学和哲学，但是，他因没有找到家庭教师的职位而失去继续上学的最后可能。他眼看着其他比自己成绩差的同学一个个走进了大学的殿堂。忧虑、悲伤，加上因饥寒交迫造成的极度虚弱，孟德尔病倒了，在床上整整躺了一年。
1841年，孟德尔用了妹妹的嫁妆钱进了奥尔米茨大学哲学院继续深造，在这里，孟德尔除了学习自己热爱的自然科学各门基础课外，他还同时学习德国古典哲学。在学习中，孟德尔迷恋上了黑格尔的辩证法思想和康德的宇宙理论。两位先哲的理论对他科学世界观的形成，起了很大的作用。
两年以后，钱又用完了，为生活所困，孟德尔含着眼泪离开了学院。命运迫使他只能走一条路：找一个不必为糊口而日夜操心的职业。
在布尔诺城修道院里，有一个美丽的植物园，这里一年到头草木葱茏，花香四溢。这是一个用科学的方法经营的花园，种有许多珍贵的奇花异草。植物园旁边，还有一个收藏丰富的植物标本室。这两处地方是修道院的神父克拉塞和泰勒两人苦心经营起来的。他们俩都是奥地利有名的植物学家。白天，这里是他们进行花木栽培等科学实验的场所，夜晚，神父们便聚集在这里探讨各种学术和政治问题。
其实，在这座修道院所在的布尔诺城是该地区科学文化的中心，许多神父都是奥地利颇有名气的学者。主教纳帕是大学教授，对哲学、语言学和数学、生物学等都颇有研究。其他神父也都是布尔诺哲学院或是大学预科学校的专职教师。
1843年9月，修道院里新来了一位年轻的见习修士。他身材矮胖，额高嘴阔，一双天真善良的蓝眼睛藏在镜片后面，总是闪烁着好奇、沉思的目光，他就是约翰孟德尔。被生活所迫放弃学业后，他感到惟有到修道院工作才能保证温饱。他给自己取了个教名叫“格里戈尔”，他下决心在这里度过安贫乐道的一生。当然，孟德尔的内心十分痛苦，因为他不得不放弃自己所酷爱的自然科学和哲学，而整日里去攻读那些枯燥无味的神学，并且清心寡欲地为“上帝”祈祷终生。这年，他只有21岁。可是没过多久，孟德尔就比较适应修道院的生活了，这里的一切远非想像的那么恐怖，他的心情渐渐地放松下来，他发现，在修道院里，他不仅不用为生活奔波，亦能摆脱经济上的困扰，而且同样可以深造。其实，他十分幸运地跨入了另一扇科学院的大门。修道院里丰富的藏书、知识渊博的老师，为他创造了如同奥尔米茨大学哲学院一样的良好环境。他完全可以利用这些条件钻研他喜爱的自然科学。由于从小对生物的特别爱好，修道院中的那座植物园和植物标本室是孟德尔最喜欢的去处。他的大部分时间都是在这里度过的。克拉塞神父也十分喜欢这个虚心好学的年轻人，经常向孟德尔传授植物学和果树栽培学知识，指导他做植物杂交实验。就这样，孟德尔通过名人的指导，再加上自己的勤奋努力，靠自学的方式不遗余力地弥补了自己知识上的不足。
但在另一方面，为了在修道院里生存下去，孟德尔不得不硬着头皮啃那一大堆枯燥晦涩的神学课程，如教义学、教会史、宗教法、神学和伦理学等。四年后，孟德尔修完了修道院规定的神学的全部课程，又经过一年的见习，被正式提升为神父，负责教会医院的传教工作。但是，他最感兴趣的还是修道院里的那个小植物园和标本室，一有空闲，就跑到那里去摆弄花草，搞一些植物杂交实验。
孟德尔是一个做事认真的人，在他所负责的教会医院的传教工作中，他讲解得非常认真、努力，表现出了具有传道、授业的特殊才能。正巧，修道院附近的策涅姆大学预科学校需要一个教物理学和博物学的代理教师。主教纳帕看中了这个思想敏锐、活泼好动、勤学上进的年轻人。一天，主教把孟德尔叫到身边说：“年轻人，去传授自然科学知识给学生们，你看怎样？”这正中孟德尔的下怀，他早就想离开这里，换一个工作环境。因为他患有一种轻微的神经质疾病，每当在医院里传教，看到病人的痛苦状时，便会极度恐惧，他非常想换一种事情去做，这样也许更能发挥自己的才能。教师生涯也许能摆脱神学的缠绕，他愿意把自己十分喜爱的自然科学知识传授给学生们。
一般来说，在预科学校当教师，必须受过大学教育并通过教师过关考试，而孟德尔没有任何资格。但他学识渊博，待人谦虚，讲课生动、形象，深受学生们的爱戴。每到节假日，学生们便来到修道院，和孟德尔探讨各种问题。孟德尔带着学生们到植物园，教他们学习植物杂交技术，讲解植物花草的有关生物知识。对每一个学生来说，这位和蔼可亲的教士，既是良师，又是益友。
1850年夏天，孟德尔来到维也纳大学参加教师转正考试，出乎他的意料，他竟然没有通过这次考试，孟德尔充满自信的眼中流露出了迷惑和不解，但挫折并不能动摇他的意志，他接连参加了两次考试，但都失败了。原来他的富于独创性见解的答卷，超过了主考官们所能理解的水平。他们在孟德尔的自然科学试卷上写着这样的评语：“该考生对这门课程的传统知识不够理解，他使用自己的语言，表达自己的观念。”囿于传统知识的圈子内，主考官们当然不能理解这位未来优秀科学家的真知灼见。但是，皇天不负苦心人，英才终究会有人欣赏，维也纳大学的物理学教授、物理学评卷人被他的顽强精神所感动，同时也十分欣赏他的物理天赋。1851年暑假，他写信给纳帕主教，建议送孟德尔到维也纳大学学习。同年十月，孟德尔来到了这所梦寐以求的高等学府。
维也纳大学的进修，对孟德尔来讲是从天上掉下来的好事，在他的一生中，这段学习生活无疑是最幸福的。在这里，他犹如久旱的禾苗贪婪地吮吸着知识的雨露和养分。作为一个进修生，他的学习时间不像其他学生那么宽裕，他分秒必用，为此，他放弃一切娱乐活动和节假日休息时间。除了必修课外，他还大量阅读最感兴趣的数学、物理学和生物学方面的书籍。就这样，孟德尔仅用了两年时间就学完了一般学生需要用三年多时间才能学完的全部课程。
维也纳大学是欧洲有名的大学，这里集中了一大批优秀的科学家，其中有著名的物理学家——“多普勒效应”的发现者多普勒，著名物理学家、数学家爱汀豪森，欧洲最优秀的植物学家翁格尔等人。孟德尔分别在他们的手下学习和工作过。在他们那里，不仅学到了一个科学家所必须具备的娴熟的实验操作技巧和敏锐的观察能力，而且还在研究方法上得到了训练。比如，爱汀豪森的用数学方法解决自然科学研究问题的思想，为以后孟德尔进行遗传实验时创立独特的数学统计方法提供了强有力的思想基础。
在维也纳深造期间，对孟德尔影响最大的是翁格尔教授。这位进化论的先驱者，经常努力地向自己的学生灌输物种变异与进化的思想。这极大地鼓舞了孟德尔敢于同传统势力作斗争的勇气。翁格尔关于植物杂交与变异的理论也为孟德尔以后形成自己的遗传理论打下了基础。正是在这些名师的熏陶和指导下，孟德尔受到了系统、严格的科学训练，奠定了全面的知识基础，学到了大科学家独特的研究方法，并且获得了在修道院里所不能获知的科学信息，了解了科学发展的状况和突破口。这一切都是他日后作出重大科学发现的潜在因素。在孟德尔的一生中，维也纳大学的进修，是他科学生涯的重大转折。
科学研究的典范
孟德尔以优异的成绩结束了维也纳大学的学习生活。他满载而归地回到了布尔诺后，被聘为布尔诺高等技术学院的助教，教物理学和生物学。那年，他32岁。
在学院里，孟德尔以其自身的优秀品质和渊博的学识很快地博得了教授们的好感。气象学家耐塞尔教授尤其喜欢这个勤奋、厚道的年轻人。他们早已成了好朋友，两人经常在一起切磋交流各自在不同领域里的研究体会。有一天，耐塞尔教授来到修道院，两人在修道院的林荫道上谈着学术界的各种问题。孟德尔把教授带到花园里，去看看教授所关心的他的豌豆实验。
穿过林荫道，绕过五彩缤纷、香气袭人的花圃，他们走进一块狭长的、种满了豌豆的园地。这块地约35米长，7米宽。看上去虽然比较贫瘠，但一排排豌豆却长势喜人。孟德尔看见这一串串嫩绿、饱满的豆荚，高兴得合不拢嘴，他把这些豌豆比做他的儿女。孟德尔的做法引起众人的不理解，有人对他进行讥讽，说他行为“反常”，有人说他只不过是为了消遣而已，作为孟德尔的好朋友，耐塞尔也不理解他为什么要这样痴迷，但是，教授相信孟德尔的所作所为，还是很支持他的实验。孟德尔看着教授疑惑的脸，知道他心里想着什么。“我将年复一年地观察这些豌豆的子子孙孙们，通过实验找出植物遗传的规律性。”孟德尔对教授这样说。他毫不理会庸人们的嘲笑。他心中早有定数：要解决植物的形态和花的颜色等根据什么法则传递给后代的问题。
在我们开始进行自然科学研究之际，仅糊里糊涂地做实验是没有意义的。我们首先必须考虑好要解决什么问题，用什么做材料，采取什么样的方法进行实验以及如何处理其结果等。这些都是事先计划好并根据它来开展研究。孟德尔就是出色地处理这些问题的典范。
对于生物性状遗传问题的探讨，孟德尔早就十分关注了。还是在18世纪中叶，科学家们就开始进行动植物的杂交实验，当时是围绕“杂交能否产生新种的问题”。到了18世纪末期，这个问题解决了，杂交实验的结果打破了神创说者的“物种不变论”。到了19世纪，关于动植物的杂交研究又进一步朝两个方向发展，一个方向是园艺学家或植物育种专家为了提高农作物的产量，通过杂交悉心培育优良的新品种；另一个方向则是理论研究，探索生物遗传与变异的奥秘，即：生物性状的遗传是否有规律可循？许多生物学家的实验得出同一结论：似乎是有规律可循。但是究竟是什么规律？为什么会产生这种有规律的遗传现象？这些问题成了当时生物学家迫切需要解决的重大课题。孟德尔决定向这个课题发起冲击，进行一种豌豆杂交实验。
孟德尔为什么会选择这个研究课题呢？当然除了他从小对植物和园艺的爱好外，更重要的是，在著名的植物学家翁格尔的指导下，孟德尔懂得，确定研究课题的关键是寻找当代科学发展的突破口，解决迫切需要解决的重大课题，才可能得到前人所没有得到的重大发现。
豌豆实验
1856年春，孟德尔向修道院要了植物园中一块废弃不用的荒地，种植和栽培了豌豆、菜豆、玉米、草莓等，他还饲养了蜜蜂、家鼠等小动物，以便能从中挑选能进行动植物遗传杂交试验的材料。经过反复实践，他确定豌豆是最适宜做杂交实验的。孟德尔从种子商那儿得到了许多品种优良的豌豆，花了两年时间进行选种，从中选出了一系列具有单一性状的优良品系用于实验。他认识到每次实验必须要注意单一性状。例如，种子的性状，而不是整个植株。他选了22个性状稳定的品种，又选出了其中7对性状可以明显区分的，如黄色和绿色的叶子，高茎和矮茎，光滑种子和皱皮种子，豆荚饱满的和不饱满的等等。他在实验中发现：用于杂交实验的品系的子代的某一特定性状总是类似于亲代。
豌豆是自花授粉进行繁殖的，植株的结构使某一朵花的花粉通常落到同一花朵的柱头上而发生受精作用，这叫自花授粉。然而杂交也比较容易做到。孟德尔打开一花芽，在花粉散落之前就除去雄蕊，从而防止自花授粉，然后他给这朵花授以另一朵花的花粉。在一次实验中，孟德尔用结饱满种子的植株与结皱缩种子的植株进行杂交，由此研究种子性状的遗传。实验结果非常明确：产生饱满种子的植株不管作为父本还是母本，子一代（F1）杂种植株全部都结出饱满种子。皱缩性状看来是被饱满性状的显性所掩盖了。孟德尔发现他选定研究的七种特征都是这样的情况。在每次试验中，F1杂种只出现两个相对性状中的一个，孟德尔把这类性状（饱满种子、黄色豌豆和腋生花等）称为显性性状，而那些在F1杂种不能显现的性状（皱缩种子、绿色豌豆和顶生花等）称为隐性性状。
后来，科学家们发现，一个性状对另一个性状呈显性是常见的，但不是绝对的现象。某些情况下有“不完全显性”，即子一代杂种是两个亲体的中间类型。例如，开深红花的金鱼草植株与开白花的植株杂交，产生的子一代杂种的花都呈粉红色。产生这种结果的原因很简单，因为粉红色花的红色素比深红色花的红色素要少，而白花中则一点红色素也没有。双亲的某个性状都出现在子一代中的例子也很多，这称为“共显性”。例如，一个人从双亲那里继承了A型和B型血型，从而同时表现出A和B的血型。A和B两种血型特有的物质（抗原）同时存在于这个人的血液中。
孟德尔种下了子一代杂种结出的种子，等它长成植株后使其自花授粉。在饱满种子和皱缩种子两种植株杂交的子二代植株上结出的同一荚果内同时出现了饱满和皱缩两种种子。他统计了这些种子的数目，其中有5474颗是饱满的，1850颗是皱缩的，这个比值是2.96：1，非常接近于3：1.于是孟德尔又继续做了其他的杂交实验，结果都得出同样的比值，在每一次试验中，子二代出现的显性性状通常是隐性性状的3倍。
孟德尔接着准备研究子二代的饱满种子和皱缩种子是否真实遗传的问题。他又在试验地上播种了子二代种子，等长成植株后对它们进行自花授粉。结果，皱缩种子长成的植株自花授粉后只产生皱缩的豌豆。但是，饱满种子的情况则十分不同。尽管从外表上看它们很难区分，但这些饱满种子却有两种类型：其中1/3的种子，种植后长成的植株只产生饱满种子；其他2/3长成的植株产生饱满和皱缩的种子，比值为3：1.这说明1/3的饱满种子（或者说子二代全部种子的1/4），是真实遗传的，其余2/3（或者子二代全部种的一半）像子一代杂种，它们长成的植株结出饱满和皱缩种子的比例为3：1.孟德尔又用其他性状做这个实验，其结果都完全相同。在每个试验中表现出隐性性状的子二代植株是真实遗传的，它们的种子所产生的子三代植株与亲本是完全相同的。但是，表现出显性性状的植株却有两类：1/3是真实遗传的，另外2/3产生的子三代中，显性和隐性性状的比例为3：1.也就是说，子代性状产生了分离现象，而且这种分离还遵循着一定的规律。
以上所谈到的孟德尔的实验都是涉及单个性状二者择一的表达。如果同时考虑两个性状将会有怎样的结果呢？孟德尔继续用豌豆做他的实验。他用种子饱满而呈黄色的豌豆植株与种子皱缩而呈绿色的植株进行杂交。结果如预期的那样，子一代（F1代）的所有豌豆都是饱满和黄色的，再用子一代的植株（都是饱满和黄色的）进行杂交，在子二代即“孙子”代中，出现了令人感兴趣的结果。对他的实验结果，孟德尔曾考虑到有两种可能：第一种可能是来自亲体的性状将一起传递；第二种可能是这些性状将彼此独立地遗传。孟德尔以他特有的洞察力从这些可能的选择中作出了他的预测。如果第一种可能是正确的，即来自亲体的性状一起遗传，那么子二代只有两种种子：饱满——黄色和皱缩——绿色，根据单性状遗传的规律，它们的比例将是3：1.如果第二种可能是正确的，即性状独立遗传，那么将有四种种子：饱满——黄色（两种显性性状）、饱满——绿色（显性——隐性）、皱缩——黄色（隐性——显性）、皱缩——绿色（两种隐性性状），它们的比例将是9：3：3：1，孟德尔从他的实验地中发现他的子二代豌豆确实有四种类型：其中314颗是饱满——黄色，108颗是饱满——绿色，101颗是皱缩——黄色，32颗是皱缩——绿色。这个结果非常接近他所预计的9：3：3：1的比例，因此孟德尔断定，植物的不同性状是独立地传递的。
孟德尔在解释他的豌豆实验时，他引用了一个新的生物学概念叫“因子”，他把生物的相对性状归根于因子所决定，这些因子就是现在所说的基因。这些基因可通过配子从亲代传递给子代。孟德尔在两种性状的各种组合中证实了独立遗传规律。他在亲体同时有三个不同性状的实验中也证实了这个定律，这个实验称为“三因子杂交”。
考虑两棵豌豆植株间进行杂交，其中母体的植株是饱满——黄色——紫花，而父体的植株是皱缩——绿色——白花。那么，他们的子一代杂种就是三基因杂合体，由于显性的作用，它结饱满——黄色种子并开紫花。如果这三对基因自由组合，那么三杂合体植株将以相同的概率产生8种配子，来自两个亲体的8种配子之间随机结合，将有27种遗传性状组成。因为显性的作用，这27种遗传性状组成将减少到8种植株，它们之间预期的比例如下：27饱——黄——紫；9饱——黄——白，9饱——绿——紫；9皱——黄——紫；3饱——绿——白，3皱——黄——白；3皱——绿——紫；1皱——绿——白。孟德尔在实验中所得到的数据的比例与这个比例完全相符。
孟德尔花了整整8年的时间，从春到秋，天天都全神贯注，小心翼翼地观察着他的豌豆实验，仔细记录每一代“子孙”的各种特点，此外，孟德尔还做了大量繁琐的工作，据统计在长达8年的实验中，他一共栽培了数以千计的豌豆植株，进行了350次以上的人工授粉，挑选了一万多颗各种性状的种子。
豌豆实验证实了孟德尔所预想的结果。于是治学态度严谨的他又用玉米、菜豆等植株品种做杂交实验，以便确定在豌豆属里发现的遗传规律是否也适用于其他植物品种。直到实践证明，他的结论可以推广到一般品种才肯罢休。
孟德尔遗传规律
1865年2月8日下午，在布尔诺高等技术学院的一座小房子里，正在举行布尔诺自然科学研究会例会。研究会的秘书长耐塞尔教授站起来向大家宣布：“今天，将由格里戈尔神父报告他的关于植物杂交试验的新结果。”穿着黑色修士长袍，腋下夹着一叠论文的孟德尔缓步走上讲坛。他那双灰蓝色的眼睛里闪出自信、真诚的目光。
“植物的遗传和变异有两条规律可循。”当孟德尔宣布了这个结论后，全场鸦雀无声，在座的每一个人都把专注的，满怀兴趣的，但又是疑惑的目光投向讲坛。孟德尔顿了顿，继续言辞清晰地讲下去：