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第7章 科學讓生命變得更加(2)

1752年的時候,我還在給卡德瓦拉德·科爾登的信中,談到了空氣和光的理論,我想我有必要將這封信的內(nèi)容公布出來,和大家分享其中的一些內(nèi)容:

“我必須承認,光對于我來說是一無所知的,我根本無法理解這種奇特的物質。不過,那種假定稱為光的物質微粒連續(xù)不斷地被從太陽表面快得驚人地送出的學說并沒有使我滿足,我相信真實的情況并不是這樣的。如果真的如這個理論所說,哪怕光的物質微粒再小,那么它也將具有超過大炮發(fā)射出24磅重的炮彈的力量,這可能嗎?”

“冒昧地說一句,難道我們不能把光現(xiàn)象更為合適地解釋為:假定宇宙空間充滿著一種微妙的有彈性的流質,當它靜止時,是看不見的,但它的震顫則影響到了視覺,如同空氣的震動影響耳朵這種器官一樣。就拿聲音作為例子來說,我們并沒有想象一座大鐘所發(fā)出的響亮的微粒循直線飛向耳朵,那么我們?yōu)槭裁匆欢ㄒ胂笥泄饬恋奈⒘kx開太陽,直奔眼睛呢?”

這些話只不過是我在私人信件中悄聲所說的,相信我們不會像可憐的伽利略那樣被宗教法庭指責為散布異端邪說。反對正統(tǒng)學說會是危險的。雖然在當時已經(jīng)有人提出了光波理論,但我不相信那些被譽為和上帝一樣存在的結論,我有自己的見解以及自己認為的更合理的新理論,哪怕這樣做在當時會觸怒一些當時的“正統(tǒng)”學者。

總的來說,懷疑、探索和創(chuàng)新是我對科學的態(tài)度,如果沒有這些,人類的思想將會停滯不前,永遠不會有新事物出現(xiàn)。

3.得出各種“電學”結論時,我比掙到錢還高興

我對科學最大的貢獻,就在于對電學的研究。人類一直以來對“閃電”的恐懼都沒有消失過,古希臘神話中閃電被譽為宙斯的武器,用來懲罰世間的罪人。正是人類對電的這種恐懼,勾起了我的好奇心,可以說我之所以會研究“閃電”,并非是我有志于在電學領域取得什么成就,而只是對“閃電”這種神奇的物質感興趣而已,同時我所得到的大多數(shù)研究結果,也全都是興趣使然。

1746年秋天,我在英國見到了斯賓士的電學實驗表演,結束后他向我贈送了一套電學儀器,這其中就包括一個叫作“萊頓瓶”的神奇容器,它可以釋放或者儲存電,我一時間對這種東西的研究達到了癡迷的地步,那時,除了工作我大多數(shù)時間都用在這上面。

1748年,我雇用了哈利·霍爾作為商業(yè)上的合伙人,我的印刷廠、報紙等事業(yè)都交給了他代為打理,從此我就有更多的時間去研究神奇的電學了。

經(jīng)過許多實驗,我清楚了“萊頓瓶”的作用和原理,得出了以下結論:“電火花并非是由摩擦而產(chǎn)生的,而是被收集起來的。電確實是一種在物質中彌漫著的,又能被其他物質,特別是水和金屬所吸引的基本元素”;“電火是永遠不會被毀滅的”;萊頓瓶的全部力量和它的使人受震撼的威力,都在瓶子的玻璃中間,至于和瓶的內(nèi)外兩面相接觸的金屬片,只能起到發(fā)出電和收到電的作用,換言之,從一面發(fā)出,另一面接收。在我看來,電是一種在平常條件下以一定比例存在于一切物質中的元素,是一種單純的‘流質’。

通過推理,我還發(fā)現(xiàn)既然電是一種單純的“流質”,那么,當玻璃受到摩擦時,電就流入玻璃內(nèi),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(nèi)外兩面的電荷也被定名為正電與負電,或陽電與陰電,我用正號“+”和負號“-”來表示它們。

1749年,我在上述結論的基礎上提出了“一流論”,我認為,世間所有的自然物體中都含有電,電只有一種,物體的正負電決定于其含電多少。當物體中所含的電超過了正常含量即含電太多了時,稱此物帶正電;如果少于正常含量即含電太少了時,稱此物帶負電。電可以用正、負符號來區(qū)別,但不能把它們看作是截然不同的兩種流體。

我進行電學實驗的消息后來在費城傳開,許多人來到我的家中,要求我表演“奇跡”,一時間我的家中成了擁擠的“科學館”。為了讓我的朋友們也來分享一下這種熱鬧的氣氛,我在玻璃作坊定制了一些玻璃棒分發(fā)給他們,這樣一來,他們的家也成了參觀者絡繹不絕的“科學館”。

當然,我的研究并不僅限于理論上的空談,我還利用帶電體之間的吸引力和斥力的作用,制造了一個簡單、靈敏的機械裝置,我稱那個小東西為“電輪”。這個機械能夠將電能轉化為機械能,以每分鐘50周的速度旋轉。

這些研究讓我對大氣中的閃電產(chǎn)生了興趣,只不過因為后來我的工作日漸繁忙,所以當時沒能進行更加深入的研究,直到后來我得以在繁重的工作中脫身,對閃電的研究才又重新被我提上了議程。

4.捕獲“閃電”是我一直以來的夢想

閃電可能是人類認識到的最早的自然現(xiàn)象之一,在那震耳欲聾的聲音和壯觀的光現(xiàn)象下,閃電的威力深深刻在人類的腦海里。經(jīng)過對“萊頓瓶”的研究,我開始思考閃電和電火花之間的區(qū)別,當時有一些人已經(jīng)宣稱,閃電和電火花可能是同一種東西,不過這遭到了教會的反對。教會的人相信,閃電是神圣的,是不可制造的,它只存在于天外的上帝之手中。雖然我對教會的觀點不敢茍同,但是我不會去貿(mào)然斷定究竟誰對誰錯,于是我打算通過客觀的觀察和試驗來驗證事情的真相。

費城的雷雨天氣很多,這方便我更好地觀察閃電,通過大量觀察,我發(fā)現(xiàn)了閃電和電火花的相同之處,而且通過實驗對這些相同之處做了總結:1.都產(chǎn)生耀眼的強光;2.光的顏色十分相似;3.都具有彎曲的方向;4.迅疾地運動;5.都會被金屬所吸引;6.都有爆炸聲;7.存在于水或冰中;8.撕裂或震動通過的物體;9.擊斃動物;10.熔化金屬;11.使可燃物著火;12.有硫磺味。

為了向世人證明這一論斷,讓人們走出“天火”迷信,我決定親自動手捕捉“天火”。

為了捕捉閃電,我先是做了一個特殊的風箏,這個風箏的骨架是由兩根質量很輕的杉木釘成的十字架,再用一塊絲綢的四個角分別固定在十字架的四角上。在做完這一切之后,我又將一根細鐵絲固定在豎著的那條杉木的頂端,使鐵絲超出風箏頂部約20厘米,以作為捕捉“天火”的“誘餌”,最后我將控制風箏的絲線與鐵絲的末端相連,并且在風箏線上系了一把銅制鑰匙,好用它將電引到“萊頓瓶”中。

1752年7月的一天,天空陰云密布,這可是暴風雨來臨的前兆,我期待已久的絕佳的機會到來了。我叫上了兒子威廉,拿著“萊頓瓶”和早已制作好的特殊風箏,跑到自家附近的田野上捕捉“天火”。

由于當時風勢正猛,所以我和威廉沒費什么力氣就將風箏放到了空中。不一會,電閃雷鳴、狂風暴雨席卷而來,我和威廉在風雨中盡力將風箏放高放穩(wěn),現(xiàn)在想來,當時那副場景實在有些滑稽,不過我們父子二人卻樂在其中。

雨越下越大,我和威廉的衣服很快就被淋濕了,我把風箏線交給兒子,同時還用一塊干綢巾將威廉的手與風箏線隔離開。我讓威廉拉著風箏線躲進旁邊的稻草屋里,而我則自己站在銅鑰匙的旁邊準備接收雷電所放出的電。

突然,一道耀眼的閃電在天空中劃出一個“之”字,緊接著幾聲震耳的脆雷聲滾滾而來,威廉在我的囑咐之下緊緊拉著風箏線。威廉忽然激動地向我叫起來:“爸爸,‘天火’來了!看風箏線!”我將目光轉移到風箏線上,看到線上的根根纖維都豎了起來。

這時候我著了魔一般,試圖用手靠近銅鑰匙,說時遲那時快,一道電光劃過,我的身體瞬間發(fā)麻起來。這時候我的心思全都放在了捕捉“天火”上,根本無心理會自己被電擊的痛苦,我讓威廉從袋子里拿出早就準備好的“萊頓瓶”,隨后我用“萊頓瓶”上的金屬球接近銅鑰匙,將電存儲在其中。就這樣,我們成功捕獲了所謂的“天火”。

現(xiàn)在想來,我發(fā)現(xiàn)當時的自己真的是太過瘋狂了,那樣的試驗無疑是十分危險的,我沒有在試驗中喪命,完全是僥幸逃脫。后來我聽說在我做過這個試驗之后,一個叫李赫曼的俄國科學家為了證明我的試驗的真實性,重現(xiàn)了那次實驗,但他卻不幸被電死了,這著實令我傷心了一段時間。

證明了閃電只不過是自然界中比較劇烈的放電現(xiàn)象之后,我開始思考如何避免閃電雷擊給人類帶來的種種災難。當年9月,我將一根鐵竿豎在我屋子上面,然后在下端綁了兩個鈴鐺,一直延伸到我的屋里。我這樣做可不是為了好玩,而是為了試驗我的理論,我相信閃電是可以被預防的。

一天夜里,我被樓梯上響亮的劈啪聲驚醒了。我跳了起來,開門出去,我能感覺到鈴鐺內(nèi)的銅球不是像往常一樣顫動,而是被支開,離開兩只鈴有一定的距離。突然,我看到鈴鐺上發(fā)出一道火光,有很響亮的劈啪聲從一只鈴傳到另一只鈴,看上去有我的手指般粗細,這時,整個樓梯亮如白晝,亮到人們可以撿得起一根針來。

這樣的實驗讓我知道,閃電并不可怕,只要予以適當?shù)囊龑В植赖拈W電也會被化解。當我將自己對閃電的研究在英國皇家學會宣讀后,幾乎是馬上就在當年的《學會記錄》上發(fā)表了。1753年,皇家學會以“神奇的電學實驗和觀察”授予我哥德弗雷·科普利爵士金質獎章。

獲得這些榮譽對我來說并不是最開心的事情,最令我驕傲的是不久之后具有實用價值的避雷針便研制成功了。1760年第一個避雷針安裝在費城的一所大廈頂部,此后20年的時間里,僅僅是費城就安裝了四百多個。就連曾經(jīng)對我研究閃電反對呼聲最高的教堂,也都安裝上了避雷針。

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