书城科普读物站在巨人肩上-从富兰克林谈电物理学
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第1章 自我介绍(1)

我是本杰明·富兰克林,1706年1月17日出生在北美洲的波士顿。我的父亲原是英国漆匠,当时以制造蜡烛和肥皂为业,生有10个孩子,我排行第八。我8岁入学读书,虽然学习成绩优异,但由于家中孩子太多,父亲的收入无法负担我读书的费用,所以,到10岁时我就离开了学校,回家帮父亲做蜡烛,我一生只在学校读了两年书。12岁时,我到哥哥詹姆士经营的小印刷所当学徒,自此我当了近10年的印刷工人,但我的学习从未间断过。我从伙食费中省下钱来买书,同时,利用工作之便,结识了几家书店的学徒,将书店的书在晚间偷偷地借来,通宵达旦地阅读,第二天清晨便归还。我阅读的范围很广,从自然科学、技术方面的通俗读物到著名科学家的论文以及名作家的作品。

但还是常常设法从父亲的监督下躲避参加,独自一人留在印刷所,在练习写作和读书中自得其乐。在16岁那年,我偶然读到一个名叫特莱昂的人写的一本宣传素食的书,从此打算实行素食。当时,詹姆士尚未结婚,他和印刷所的学徒们都在一家饭店包饭,我的素食使得那家人为我们备餐时很不方便,我因此而受到哥哥的责怪。终于有一天,我向哥哥提出,把每月伙食费的一半交给我,由我自己来办理伙食,詹姆士马上就同意了。这样,我每顿饭以一块饼干或一片面包,一把葡萄干或一块苹果馅饼和一杯清水充饥,由此从伙食费中省出钱来买书。而且,每到吃饭的时间,詹姆士和其他人离开印刷所以后,我就草草吃过东西,然后利用剩下来的时间读书。素食使我获得了买书的钱和看书的时间,我的学习进度加快了。

就是在当学徒的这段时期里,我把在写算学校曾两度考试不及格的算术学了一遍,用的是柯克的算术书,又读了赛勒和舍尔梅的关于航海的书,从这些航海的书里,我接触到了几何学知识。我还读了洛克的《人类的悟性》和波尔洛亚尔派的作者们写的《思维的艺术》。我的学习日渐深入。

也就是在这一时期里,我在改进自己文体的同时,注意到了论证方式的改进。一次,我偶然在一本英语语法书的后面发现了两篇关于修辞法和逻辑的简短介绍,其中关于逻辑的那篇在结尾时举了一个用苏格拉底对话法进行论辩的实例,我立即对此产生了兴趣。此后不久,我买了一部色诺芬的《苏格拉底回忆录》加以研读。书中记载的苏格拉底运用对话法进行论辩的实例深深吸引住了我。从此,我放弃了自己生硬反驳和武断立论的辩论方式,而效法苏格拉底,用一个谦逊的、对事物抱有怀疑的人的口吻发问。我发现这种方法常常使自己的对手,即便是“很有学识的人”也不得不让步,直到陷入窘境,而使自己和自己的论点获得往往是不应得的胜利。但几年以后,我又逐渐放弃了这种辩论术,而只保留了用谦虚的语句表达个人意见的习惯。在那以后,每当提出什么可能引起争论的意见时,我从不用“一定”、“无疑”等表示肯定语气的字眼,而宁愿用“我猜想”、“我料想”、“为了什么理由”、“在我看来这件事好像是”等等。后来,在我漫长的一生中,有许多场合我需要说服他人接受我的意见,而大多时候我都如愿以偿,这恐怕是大大得益于我的论辩技巧上的研究改进。

1723年我离开了波士顿,先后到费城的基未尔印刷所和英国伦敦的帕尔未和瓦茨印刷厂当工人。1726年秋,我回到费城,这时我已掌握了精湛的印刷技术,开始独立经营印刷所,印刷和发行《宾夕尼亚报》,并出版了《可怜的李查历书》,当时该书被译成12种文字,行销于欧美各国。1727年秋,在费城我和几个青年创办了“共读社”,组织了小型图书馆,帮助工人、手工业者和小职员进行自学。每星期五晚上,讨论有关哲学、政治和自然科学等问题。这时我还不到30岁,通过刻苦自修,我已经成为一位学识渊博的学者和启蒙思想家,在北美的声誉也日益提高。在我的领导下,“共读社”几乎存在了40年之久,后来发展为美国哲学会,成为美国科学思想的中心。

1736年,我当选为宾夕法尼亚洲议会秘书。1737年,我担任费城副邮务长。虽然工作越来越繁重,可是我每天仍然坚持学习。为了进一步打开知识宝库的大门,我孜孜不倦地学习外国语,先后掌握了法文、意大利文、西班牙文及拉丁文。我广泛地接受了世界科学文化的先进成果,为自己的科学研究奠定了坚实的基础。

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。我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,随后我开始了电学的研究。为集中精力从事科学研究,我把印刷所委托给了别人。我在家里做了大量实验,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。在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,但都未获成功,学术界比较流行的是认为雷电是“气体爆炸”的观点。

在一次试验中,我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,但思维敏捷的我却由此而想到了空中的雷电。经过反复思考,我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,我写了一篇名叫《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。但我的设想竟遭到了许多人的嘲笑,有人甚至嗤笑我是“想把上帝和雷电分家的狂人”。

我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。我和我的儿子威廉一道,带着上面装有一个金属杆的风筝来到一个空旷地带。我高举起风筝,我的儿子则拉着风筝线飞跑。由于风大,风筝很快就被放上高空。刹那间,雷电交加,大雨倾盆。我和儿子一道拉着风筝线焦急地期待着,此时,刚好一道闪电从风筝上掠过,我用手靠近风筝上的铁丝,立即产生一种恐怖的麻木感。我抑制不住内心的激动,大声呼喊:“威廉,我被电击了!”随后,我又将风筝线上的电引入莱顿瓶中。回到家里以后,我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。我提出的关于天上和人间的电是同一种东西的假说,在自己的这次实验中得到了证实。

风筝实验的成功使我在全世界科学界名声大振。英国皇家学会给我送来了金质奖章,聘请我担任皇家学会的会员。我的科学著作也被译成了多种语言。我的电学研究取得了初步的胜利。然而,在荣誉和胜利面前,我没有骄傲,更没有停止对电学的进一步研究。

1753年,俄国著名电学家李奇曼为了验证我的实验,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,但我在死亡的威胁面前没有退缩,经过多次试验,我制成了一根实用的避雷针。我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,这根导线一直通到地里。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,违反天意会带来灾难,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。避雷针相继传到英国、德国、法国,最后普及世界各地。

我的研究范围极其广泛。在数学方面,我创造了八次和十六次幻方,这两种幻方性质特殊,变化复杂,至今尚为学者称道。在热学中,我改良了取暖的炉子,用这个炉子取暖可以节省3/4的燃料,它被称为“富兰克林炉”。在光学方面,我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。我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,我对气象、地质、声学及海洋航行等方面都有研究,并取得了不少成就。

我是一位杰出的社会活动家,我一生用了不少时间去从事社会活动。我特别重视教育,兴办图书馆、组织和创立多个协会都是为了提高各阶层人的文化素质。

美国独立战争爆发后,富兰克林参加了第二届大陆会议和《独立宣言》的起草工作正当我在科学研究上不断取得新成果的时候,由于英国殖民者的残暴统治,北美殖民地的民族解放运动日益高涨。为了民族的独立和解放,我毅然放下了实验仪器,积极地站在了斗争的最前列。1757~1775年,我几次作为北美殖民地代表到英国谈判。独立战争爆发后,我参加了第二届大陆会议和《独立宣言》的起草工作。1776年,当时已70高龄的我远涉重洋出使法国,赢得了法国和欧洲人民对北美独立战争的支援。1787年,我积极参加了制定美国宪法的工作,并组织了反对奴役黑人的运动。

电闪雷鸣是自古就存在的现象,人类一直认为雷鸣电闪是雷公电母在显示自己的威力,是上帝的灵光,是圣火、神火,宗教神学更是以此作为迫使教徒信服的有力证据。雷电确实给人类带来许多麻烦,它使森林起火燃烧,使高层建筑崩塌,甚至雷击杀人。现在人类已经知道雷电就是云层放电的结果,使用避雷针可以使高层建筑物免遭雷击……

人类是怎样认识电的呢?故事还得从古代工匠们的劳作说起。

情。后来中国的《博物志》一书中记载了木梳梳头或穿脱丝绸及毛皮质料衣服时,都会出现“噼噼啪啪”的声响和火星闪烁的现象。公元6世纪时,古希腊学者也研究了这种现象。

自此之后,1000多年过去了,人们还是没有看到实实在在的电存在。直到1600年前后,英国女皇的御医吉尔伯特仔细研究了摩擦吸物的现象,并做了进一步的实验之后,才发现许多物质经摩擦后都能吸引轻微物体。

他认识到这种“琥珀之力”应当蕴藏在一切物质之中。他根据希腊文琥珀的词根,创造了“电”这个新名词。把“顿牟掇芥,解结有光”之类归结为电现象,这是吉尔伯特在电学上的重大贡献。

吉尔伯特死后的第二年,电的发现才取得一点小小的进展,德国著名物理学家格里克研制出一架会摩擦起电的简单机器。他首先给硫磺球安上一根转轴,然后装到机器上使之旋转,旋转时用手与它发生摩擦,硫磺球就会带上电。这时再与别物接触,就会生出电火花。后来,牛顿又用玻璃球代替易碎的硫磺球,制成了真正的感应起电机。

有了摩擦起电机,人们就具备了深入研究电现象的最基本的条件。1729年,英国人格雷发现电可以传输,他通过实验证明了电可以沿金属导线从一个物体传到另外的物体上,但不能沿丝线传输。根据这些实验,格雷把所有物体分为两类:电的导体和非导体。