熱愛科學(2 / 3)

當時有很多人猜測,雷雨時的閃電和人工製造的電,可能是一碼事,可就是沒有辦法證明它。

不過,穆申布勒克教授和阿利曼特教授並沒有這個打算,他們隻是想證實吉爾伯特有關電的實驗罷了。

教授們對這次實驗並不滿足,因為他們發現,由摩擦而產生的電,一下子就漏光了。

可是怎樣才能使電積蓄起來,不讓它逃跑呢?

按照穆申布勒克的設想,要把電儲存起來,必須用一種不導電的物體,也就是說,用一種絕緣體作為容器,而在容器裏又必須有導體。他知道,水是導體,玻璃是絕緣體。

因此他在玻璃瓶裏放上半瓶水,然後把一條金屬線的一頭浸在水裏,另一頭接在摩擦機上。

摩擦機轉了半天,什麼現象也沒有顯示。教授失望地搖了搖頭,看來失敗之神已經站在實驗室的門口了。

阿利曼特對穆申布勒克看了一眼,意思叫他不必再轉動摩擦機了。可就在這時候,他們的朋友庫諾伊斯碰巧把一隻手放在摩擦機上,另一隻手伸到水裏。

這一下可出現了奇跡:隻聽庫諾伊斯一聲驚叫,連忙把兩手縮了回去,原來他的全身通電了。也許我們可以這樣說,這電不僅通過了庫諾伊斯的全身,也傳向了全世界。

這是世界上第一次人工製造的電,並且還使人產生觸電的感覺。由於這次實驗是在萊頓大學做的,人們就把這次實驗用的儀器命名為萊頓瓶。人們也因此對電產生了全新的認識,第一次知道了電的威力。

這是一個史無前例的新發現,頓時萊頓瓶成為科學界和其他學界的話題中心,風靡整個歐洲。

一些江湖醫生利用它治療各種疾病,趁此大發橫財;另一些人則利用它做魔術,從中牟利。他們都覺得萊頓瓶和點金術差不多,利用它能獲得一筆不菲的錢。

富蘭克林對這個實驗也非常感興趣。

1746年,富蘭克林到波士頓探望他的母親,在那裏親眼看到了一個驚人的實驗。

那實驗的儀器是由玻璃管和一塊羊皮組成的。玻璃管在羊皮上摩擦一會兒,便產生靜電,然後淩空地把它放在碎紙片上邊。

說也稀奇,紙片一遇上玻璃管,仿佛孩子見到了媽媽似的,一下子都跳了起來,把玻璃管團團圍住。

富蘭克林被這奇妙的實驗吸引住了。

在這以前,他已經知道,歐洲的科學家們把電分為兩種,一種是由玻璃和絲綢摩擦而產生的陽性電,另一種是由鬆香和呢絨或毛皮摩擦而產生的陰性電。

他可能也知道,各種物體經摩擦生電後,能吸引比較輕盈的東西,而且這種吸引力還能轉移到其他物體上。不過把這理論付諸實踐,他還是第一次看到。

1746年秋天,富蘭克林第一次看到英國學者斯賓士的電學實驗表演,並得到了斯賓士贈送的一套電學儀器。從此以後,他便開始了他的電學實驗。

富蘭克林的電學實驗首先從萊頓瓶開始,不到幾個月,從實驗中有了不少的新發現,解決了當時電學中亟待解決的問題。

此前,科學家們一直推測,萊頓瓶之所以能放電,是瓶中金屬箔、金屬線的摩擦所致。

通過實驗,富蘭克林得出了新的結論:電是一種單純的流質。從而初步解答了電由何處來和萊頓瓶的作用等問題。

富蘭克林的理論,否定了此前科學家們關於萊頓瓶之所以能發生強烈的放電的解釋。這也就把萊頓瓶實驗的神秘麵紗揭開,將其置於一個可以為人理解的科學基礎上了。

富蘭克林的這個結論,為19世紀法拉第對電介質所作的進一步研究,打下了堅實基礎。

回到費城後,他開始做著各種有關電的實驗。他的好朋友朗思先生從倫敦給費城圖書館寄來一套能充電的玻璃管,於是,富蘭克林讓費城的玻璃廠仿製了好幾套這樣的管子,分贈給跟他一樣愛好鑽研的朋友。

“共讀會”有一個會員是手藝高超的銀匠師傅,他還特地為富蘭克林設計了一架摩擦機。

他經常同朗思通信,隻要在實驗過程中有一點新的發現,就向他的朋友報告。有時經過反複實驗,發現他上次給朗思信中敘述的實驗結果不太對頭,或者甚至是錯誤的,他就坦率地承認。他寫道:

又做了幾次實驗,我發現了一些新的現象。

這些現象,根據我前幾次給你信中提到的原理,目前我沒法解釋。因此,我對我以前作出的假設,產生了懷疑,甚至感到慚愧。過去我竟對這些假設說得那樣肯定。

通過一次又一次的實驗,多少個我們自己建立起來的理論,不得不由我們自己來推翻!

富蘭克林還不斷地幫助和他誌同道合的朋友,在通往科學的大道上,攜手共進。

這一段時間,按富蘭克林自己的說法,是他一生中最愉快的時期。他整天埋頭在科學研究裏,幾乎和外界隔絕。

他閱讀著他可能搞到手的一切有關電的資料,做著他那簡陋的設備所能提供的實驗。

他甚至把鹽缸、醋瓶也當做儀器。這就無怪他的妻子在做飯時經常會發現,那些裝調味品的瓶瓶罐罐不翼而飛了。繼續進行科學實驗

富蘭克林想去搞他癡迷的科學實驗。可是費城的人民信任他,愛戴他,需要他為人民大眾做許多事情,因此到了1748年,他連自己主編的報紙《賓夕法尼亞新聞》以及那份題名為《窮理查年鑒》的曆書,都和他開辦的最後一所印刷房一起,轉讓給了別人。

從此,42歲的富蘭克林除了獻身於科學研究外,還得從事公益事業。富蘭克林在費城擔任過不少公職,如郵局局長、議會書記、治安官、市參議員等。隻要市政機構有個空缺,人們就不由自主地想到富蘭克林,推薦他去填補這個空位。

富蘭克林給自己立下一條原則:凡是委任他的公職,隻要能力能勝任,他絕不推諉。例如,他曾連續當選為市參議員達十次之多,雖然他從沒有花費時間和精力去競選過。

戰爭結束後,熱心的朗思從倫敦寄來一整套萊頓瓶的各種配件。同時,富蘭克林也買下了一位名叫斯彭司博士從蘇格蘭帶回來的同樣儀器。

這一下富蘭克林家經常高朋滿座,有的熱心地幫助他做實驗,有的懷著好奇心來瞧熱鬧。

富蘭克林根據萊頓瓶的原理,製成了世界上第一隻蓄電器。它用11塊普通窗玻璃做成,玻璃的兩麵貼上薄薄的鉛片,玻璃和玻璃之間的距離為兩寸。

它們垂直地排列在絲質的繩子上,並且用粗鉛絲做成的鉤一邊一個把它們鉤住。這些玻璃板的兩個表麵,代表兩個極,一麵是正極,另一麵是負極。

他把鉤在正極一麵的鉤子用鏈子連接起來,負極一麵的也連接起來,然後在鏈的末端各安上金屬絲,分別接在摩擦機或者起電盤的兩極上,這樣,最原始的蓄電器便做成了。可是當時他還不知道這個玩意兒對人類有什麼用處。

富蘭克林認為,既然電是一種單純的流質,那麼,當玻璃受到摩擦時,電就流入玻璃,使它帶正電。而當琥珀受到摩擦時,電就從琥珀流出,使它帶負電。

相應地,萊頓瓶內外兩麵的電荷也被定名為正電與負電,或陽電與陰電,並用正號和負號來表示它們。這是電學上的一個創舉。

富蘭克林是第一個把電分為正電和負電來解釋實驗的人。這不僅是名稱上的問題,而且是概念上的深化。

如果把富蘭克林說的流質改稱電子,並將流動方向倒過來,因為電子實際上是從琥珀流向玻璃,那麼他這個猜測在本質上是正確的。

富蘭克林這一創舉使電學開始走向準確的定性的方向。他對萊頓瓶的研究使科學界正確地了解了它的作用,並認識了絕緣體在電學中的重要性。

後來,法國科學家庫倫發現電荷間相互作用力的有名定律就是從富蘭克林這一概念出發的。這是富蘭克林在電學上的一大貢獻。

富蘭克林還利用充電體之間靜電的吸力和斥力的作用,製造了一個很簡單,但又異常靈敏的機械,稱為“電輪”。在這個機械裏,輕圓盤以每分鍾50周的速度旋轉,實際是不斷地把電能轉化為機械能。這個發明預示著現代的電動機的出現。

這時夏天來臨了,氣溫一天高似一天,他的朋友建議他把實驗暫停一個時期,等秋涼後再繼續進行。富蘭克林同意了。他倒不是怕天氣熱,他感到他費了九牛二虎之力做成的蓄電器,除了滿足一些上他家來的“觀眾”的好奇心外,說不上有什麼其他的用處。

有時,富蘭克林甚至有些後悔自己浪費了這麼多寶貴的時間。為了消除富蘭克林的失望情緒,朋友們主張在實驗暫告結束以前,舉行一次野餐。他們選擇費城郊外樹林裏一處小河畔作為野餐地點。

那天,富蘭克林和他的朋友們帶著食物籃、烤肉架、活火雞等,還有被富蘭克林認為對人類沒有什麼用處的蓄電器,來到了河岸上。

他們把蓄電器放在小河的彼岸,然後用一條金屬絲,直接從蓄電器插入河中。他們自己卻從附近的一座橋上,走到河岸的另一邊。他們先把油布鋪在地上,然後安排好餐具和炊具。

由於天氣炎熱,有人提議在野餐開始前,煮一壺咖啡解渴。於是大夥兒提水的提水,搭爐子的搭爐子,有的撿幹柴,有的拾枯葉,一下子就把煮咖啡的準備工作做好了。

他們故意不帶火種,隻在枯葉上灑些酒精,拿河水作為導體,把另一條金屬絲插入水中,利用對岸蓄電器發出來的火花,使酒精燃燒。要不了多久,各人的麵前都斟上了一杯香噴噴的咖啡了。接著他們又利用蓄電器把火雞殺死;在烤爐架下的火沒有生起以前,就把通電的金屬絲直接接在烤肉架上。

這一天,他們盡情地歌唱,坦率地交換意見,不論是科學的,還是哲學的。最後朋友們彼此祝酒,並為英國、荷蘭、法國和德國的科學家的健康幹杯。

在當時,雷電這種具有巨大破壞性的可怕的自然現象的本質是什麼,對人們來說還是一個謎。流行的看法是,它是“上帝之火”、天神發怒,也有人猜測雷電是毒氣在天空爆炸。

富蘭克林雖然也曾經信服過氣體爆炸說,但是他現在又有了自己新的看法。這與他的一次偶然實驗有關。

有一次,富蘭克林把幾十隻萊頓瓶連在一起想加大放電量,可是給他幫忙的妻子一不小心碰到了萊頓瓶的金屬杆。隻聽到“轟”的一聲響後,一大團火花閃過,妻子被電擊倒在地。這次意外使富蘭克林深深認識到了電的威力。當時的一幕,也常常顯現在他的眼前。

經過查閱大量有關雷電的資料後,他心裏產生了一個大膽的想法:雷電絕對不是自己原來認為的氣體爆炸,一定是一種放電現象。隻是當時他沒有想出一種切實可行的辦法來證明這個推論。

就在那年下半年,富蘭克林還從實驗和觀察中,對天空中的閃電和摩擦而產生的電流作了比較,發現的共同點有很多。如:都有光,光的顏色相同,光線都產生曲折,運動迅速,可由金屬傳導,爆炸時發出響聲,存在於水和冰中,通過物體時能使物體分裂,殺傷動物,熔化金屬,燃燒易燃的物質,含有硫黃味。

此外,他還發現“電流易被尖形的金屬棒吸收”。他在實驗記錄中寫道:

眼前我還沒法證明天空的閃電是否也有這種特性。不過它既然同摩擦而產生的電有了12點相同之處,看來這一種特性也不可能被排除。

1750年5月,富蘭克林在給朗思的信中,提到了金屬棒尖端的奇妙特性。

這時,富蘭克林對避雷針已經有了初步的設想,可是他當時隻考慮到利用尖端容易吸收電流的原理,打算把天空的雷電引導下來,以為這樣就可以免遭雷擊,而沒有想到在尖端金屬棒下端接上一條地線,把雷電導入地下。

經過兩個月的反複實驗和觀察,他寫了一篇題為《電的性質和效力之探討及1749年從費城幾次實驗中獲得使建築物、船隻等免遭雷擊的方法》的論文。

在這篇論文中,他已經注意到,在利用尖端把天空的閃電吸引下來的同時,必須有一條金屬線,把電導入地下,這樣才能使地麵建築物免遭雷擊。

富蘭克林把這篇論文寄給朗思,作為他對朗思贈送給他成套儀器的酬謝。熱心的朗思讀了這篇文章後,深深地為他那遠隔大西洋的朋友在科研上取得的成果而高興。

朗思滿懷喜悅地把論文送到倫敦皇家學會,誰知那些驕傲的學會會員連看都不看一眼,就把論文擱在一邊。當時的英國正處於不可一世的稱霸時期,到處侵犯,不是同這個國家爭奪海上霸權,就是同那個國家搶奪殖民地。

在這種情景下,必然會使某些英國人產生一種高人一等的優越感。尤其是那些自命不凡的頭麵人物,他們怎麼能容忍一個“半開化”的殖民地的屬民比他們更高明呢。

朗思整整等了大半年,卻沒有從倫敦皇家學會那裏得到任何有關論文的消息。他已經沒有再等下去的耐性了。

1751年春天,朗思出資把富蘭克林的論文印成小冊子,命名為《電學實驗集》,並請富蘭克林的一位可靠的老朋友福瑟吉爾博士寫了一篇序言。

這是近代科學史上第一本係統的電學理論著作,出版後很是暢銷,富蘭克林的名字也逐漸被人們所熟悉。

後來,小冊子流傳到法國,立刻引起法國各界人士的注意,一時間富蘭克林的名字竟成了新奇事物的同義詞。

法國國王路易十五還特地請了法國著名科學家,當著他的麵,按照富蘭克林的論文的示意做實驗給他看。

研究農業科技

作為一個科學家,富蘭克林的興趣是多方麵的。他在鄉下買了幾畝田,開始做農業試驗。他買的是貧瘠的土地,長不好莊稼。

農民們笑他是傻瓜,他們望著他的背影說:“瞧這個老好人,花錢買了沒人要的田,還當撿了寶貝呢。”這倒是真的,自從有了這些田地後,富蘭克林隻要抽得開身,總到這裏來和土地打交道。他在田地上種植的莊稼品種很多,一畝田裏總有四五種。

有一天,一些農民看到他抓了幾把泥土,小心翼翼地裝進口袋,帶回家去。於是他們互相擠眉弄眼,掩著嘴笑:“這一回他準拿泥巴回去炒著吃呢。”

過了幾天,富蘭克林推著一輛裝著一袋袋石灰的手推車來到田間。他請農民們幫著他把石灰均勻地撒在田裏,然後在那裏豎起一塊木牌,上麵寫著:“此地已撒過石灰。”

農民們對他的舉動感到很奇怪,不免又在背後議論紛紛。

經過春天的幾次和風細雨,奇跡出現了:那片撒過石灰的田裏,長出了茁壯的青苗,幾乎把木牌都淹沒了。從老遠望去,綠油油的特別顯眼。

農民們看得發呆了:原來這位專啃書本的“呆子”還真有兩下子。所以當下一次富蘭克林來到田裏的時候,農民們都圍了上來,帶著尊敬的表情,向他問長問短。

富蘭克林從不壟斷知識。他告訴農民,植物也和人一樣,各有各的胃口,有的愛酸性的土壤,有的愛堿性的土壤。他分析了這裏的泥土,發現含酸量太高,不適於一般莊稼的生長。石灰對酸性有中和作用,它使土壤發生變化,或者說使土壤適合莊稼的胃口,加速了它們的成長。

“原來是這樣!”農民們這才知道,這個“呆子”一點兒也不呆,他不僅啃書本,還能把書本裏的知識付諸實踐。

富蘭克林買下的田地,除了那些“爛田”外,還有長滿了雜草的荒地,而且盡是坑坑窪窪,高低不平。

可是當富蘭克林把這些雜草鋤掉以後,發現下麵竟是肥沃的黑土,有三尺多深。而像這樣的“荒地”,極目看去,一望無際。麵對著這樣荒蕪的沃土,富蘭克林深為痛惜。

美洲的移民越來越多,因而對糧食的需求量也隨之增加。如果把這些荒地好好地耕種起來,不但可以使本州的人民吃飽,而且還可以將糧食作為對外貿易的商品。

可是在當時,殖民地當局除了搜刮當地的財富外,對提高農業產量一點兒也不重視。

他們由著農民墨守傳統的耕種方法,到秋收時節能收割多少就算多少,從沒想過從大自然手裏多爭取一些收獲。

富蘭克林知道,一般來說,農民不像商人那樣會動腦筋,性格也不及商人靈活。不過他們講究實際,如果你想用話去說服他們,那是白費口舌,一定要拿出實例來,才能使他們信服。

於是他擴大耕種麵積,做著種種農業試驗。他非常注意肥料對農作物的作用。在18世紀中葉,自然談不上使用化肥,可是富蘭克林盡可能把他自己學到的農業知識,在農田裏進行試驗。要是試驗有了成效,他便邀請農民們來參觀,並向他們介紹有關的農業知識。

1748年秋天,他做了一次播種的試驗:他在同一塊田裏播下了牧草和紫雲英的種子。他把那塊田一分為二,一半播下一磅半的牧草種子,另一半播下四磅的紫雲英種子。

過了四天,紫雲英的種子發芽了,而牧草卻隔了六天才發芽。於是他得出了一個結論:種子密集的地方,對霜的抵抗力比種子稀少的地方要強。

富蘭克林把農業當做一門科學,並且在他籌辦的專科學校裏也設有農業課。後來,富蘭克林又把弗吉尼亞州的高粱樣品和種子分贈給當地的農民,使高產的種子在賓夕法尼亞州安家落戶。他出使法國時,又把歐洲的黃柳和萊茵河畔的葡萄帶回來,廣泛地移植在美國各地。

除了農業以外,富蘭克林對小到像螞蟻那樣的生物,也很感興趣。他根據觀察的結果,認為螞蟻是一種具有傳遞信息能力的小昆蟲。他對鴿子的生活,也作過一番研究。他於1750年給塞繆爾·約翰遜的一封信中寫道:我造了一隻鴿棚,掛在屋外的牆上。那鴿棚隻能容納6對鴿子。

富蘭克林選了一對精壯的小鴿子飼養著。鴿子長得很快,而且正常地繁殖著。可是當它們繁殖到第七對的時候,鴿棚裏就掀起了戰爭:身強力壯的老鴿子把幼小的鴿子攆了出去,逼著它們另覓新居。

後來富蘭克林又另做了一隻大鴿棚,分20個鴿房,這樣被攆出來的鴿子才有了安身之處,就是鄰居家被攆出來的鴿子也都遷進了新居。

揭示雷電秘密

富蘭克林知道,要想證明自己的理論,最有力度的就是用事實說話,可是怎樣才能證實閃電就是電的本質呢?