人間的普羅米修斯
在希臘神話故事中,天神普羅米修斯把天上的火種盜取到人間,給人類帶來光明和溫暖,卻觸怒了主神宙斯,被下令用鐵鏈鎖在高加索的崖壁上,每日遭受神鷹啄食肝臟,但他忍受巨大的痛苦,始終無悔。最后被大力神赫拉克利斯解救。到了18世紀(jì)中葉,凡人富蘭克林因率先嘗試馴服雷電,將這一“天火”帶到人間,被譽為“人間的普羅米修斯”。
富蘭克林所處的時代,正值資本主義上升時期,也是自然科學(xué)蓬勃發(fā)展的時期。17世紀(jì)中葉以來,西歐出現(xiàn)了許多偉大的科學(xué)家,在力學(xué)、光學(xué),磁學(xué)和熱學(xué)等領(lǐng)域都有了一些成就,相形之下,電學(xué)顯得落后。那時的電學(xué)實驗還只限于用貓皮摩擦火漆棒、電能發(fā)生電火花、人接觸電火花后感到震動等。對于電是什么、它的運動方式如何等問題,尚無進一步的探索。喜好觀察、實踐的富蘭克林進行了大量實驗,成為近代電學(xué)的奠基人。
在他之前,科學(xué)界對靜電現(xiàn)象知之甚少。1731年,英國科學(xué)家格雷(1670—1736年)首次發(fā)現(xiàn)有些物體能傳電,有些則不能,這樣,就把導(dǎo)體和絕緣體區(qū)別開來了。他發(fā)現(xiàn)金屬能傳電而絲線則不能。他還注意到尖端放電,從而想到電火花和雷電是不是一樣的東西。1734年,法國科學(xué)家杜飛(1689—1739年)發(fā)現(xiàn),將摩擦后帶電的兩根琥珀棒或兩根玻璃棒懸掛起來,它們會互相排斥;可是帶電的琥珀棒和帶電的玻璃棒則會彼此吸引,如果使它們互相接觸,它們二者將失去電的性質(zhì)。杜飛由此得出結(jié)論:電分為“琥珀電”和“玻璃電”兩種,同性相斥、異性相吸。
其后在1745年,荷蘭萊頓大學(xué)的馬森布羅克(1692—1761年)和德國的克萊斯特(1700—1748年)各自發(fā)明了后來稱為“萊頓瓶”的蓄電池的最早形式;同時,格里凱發(fā)明的靜電起電機在18世紀(jì)得到改進,它通過連續(xù)轉(zhuǎn)動的摩擦隨時可以方便地得到靜電。這兩項電學(xué)儀器的發(fā)明,使得科學(xué)家可以得到并積蓄電以供進行許多電學(xué)現(xiàn)象的觀察。但那時人們對于萊頓瓶的瓶體本身(玻璃)、水和金屬線在起電與放電過程中起什么作用還一無所知。1746年秋天,富蘭克林第一次看到英國學(xué)者斯賓士的電學(xué)實驗表演,并得到了斯賓士贈送的一套電學(xué)儀器,其后便開始了他的電學(xué)實驗。尤其是在1748年雇用了哈利·霍爾為工頭和合伙人之后,曾一度很大程度上從商務(wù)活動中脫身出來專心進行實驗。
他的電學(xué)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(fā)現(xiàn),解決了當(dāng)時電學(xué)中急待解決的問題——萊頓瓶的作用和原理,得出了極為重要的結(jié)論:“電火花并非由摩擦而產(chǎn)生的,而是被收集起來的。電確是一種在物質(zhì)中彌漫著的,又能為其他物質(zhì),特別是水和金屬所吸引的基本要素”!半娀鹗怯肋h不會被毀滅的”①。萊頓瓶的全部力量和它的使人受震的威力,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,只能盡到發(fā)出電和收受電的功能,換言之,從一面發(fā)出,另一面收受。即,電是一種在平常條件下以一定比例存在于一切物質(zhì)中的要素,在他看來,電是一種單純的“流質(zhì)”。從而初步解答了電由何處來和萊頓瓶的作用等問題,否定了在此之前科學(xué)家們關(guān)于萊頓瓶之所以能發(fā)生強烈的放電是由于瓶中之水或金屬箔金屬線所致的推測,也就把萊頓瓶實驗的神秘面紗揭開,將其置于一個可以為人理解的科學(xué)基礎(chǔ)上了。富蘭克林的這個結(jié)論為19世紀(jì)法拉第(1791—1867年)對電介質(zhì)②所作的進一步研究打下了基礎(chǔ)。