袁方

本杰明·富蘭克林是一個多才多藝的人，他是作家、政治家、外交家、發(fā)明家、出版商、新聞人……也是科學家，在電學方面做出了開創(chuàng)性的貢獻。

大家都知道富蘭克林在雷雨中放風箏，證明了閃電就是一股巨大的電流的故事。但是，幾乎沒人知道，他還做過許多其他有關電的實驗。

在做“風箏”實驗前，富蘭克林就設計了一個“崗亭實驗”。事實上，他的名聲之所以傳遍整個歐洲，主要來自“崗亭”而不是“風箏”。

“崗亭實驗”的提出和傳播

在富蘭克林的時代，人類對雷電的本質(zhì)還不了解。1746年，富蘭克林開始研究電學，做了一系列實驗，提出了如“正極”“負極”“電池”等術語。但是因為他所生活的美國那時還是英國的殖民地，世界科學研究的中心在歐洲，所以從1747年5月25日開始，富蘭克林把自己的研究成果陸續(xù)以寫信的方式發(fā)給了他的好朋友彼得·柯林森。（柯林森是英國皇家學會會員，對科學有著廣泛的興趣。）在1750年7月29日致柯林森的信中，富蘭克林提出了“崗亭實驗”。

在那時，費城沒有足夠高的高塔或尖頂能讓富蘭克林設置崗亭，但他寫在信中的設想、計劃和具體細節(jié)，全歐洲都知道了。在柯林森的幫助下，這封信及其后來的信件被編成一本名為《富蘭克林在美洲費城所作的電學實驗和觀察》的小冊子在英國出版。

后來，這本小冊子由一位名叫托馬斯·戴利巴德的科學家譯成了法文。這個時期的法國，有閑階層對于科學很感興趣，男男女女都在鉆研氣象學、天文學、植物學、化學，而且樂此不?！，F(xiàn)在，人們急切地閱讀著富蘭克林的小冊子。

在巴黎的社交集會和凡爾賽宮廷中，法國國王路易十五身邊的社交圈里議論紛紛：富蘭克林的實驗能夠由別人來做嗎？“崗亭實驗”能行嗎？在路易十五的支持下，一位人稱實驗哲學大師的德洛爾先生被選中來做“跳舞的蜘蛛”“帶電的肖像”等電學實驗的演示。

做完演示實驗，戴利巴德和德洛爾承認，在所有的費城實驗中，他們唯獨沒有做過“崗亭實驗”。這個實驗非常危險，很可能失敗，但也最刺激，他們?nèi)滩蛔∫欢ㄒ觥?/p>

致柯林森的一封信

在某個高塔或尖頂上設置一種崗亭，崗亭內(nèi)要能容納一個人和一個電氣架。

架子上豎一根尖頭的鐵桿（因為尖頭會吸電火）。鐵桿彎過來，通出門外，向上豎起6米～9米高，另有一根鐵桿從崗亭里直通地下。崗亭里還有一根金屬導線，一頭連在接地的鐵桿上，另一頭連著一個帶石蠟把手的金屬環(huán)。

暴風雨來臨時，用它將兩根鐵桿連在一起，其目的是為電荷流向大地提供一條通道，以免造成傷害。如果電氣架能夠保持清潔干燥，掠過的烏云會使站在上面的人帶電并引起放電，鐵桿會將云層中的電火引到他身上。一旦發(fā)現(xiàn)有任何危險（盡管我認為不會有危險），就讓此人站到崗亭的地板上，抓著金屬環(huán)上的石蠟把手，時不時地去靠近鐵桿。這樣，如果鐵桿帶電的話，火花就會從鐵桿往金屬導線跳去，不會傷害到人。

——富蘭克林

1750年7月29日

避雷針的雛形

在高處立一根金屬桿，雷暴云來臨時，就可以把云里的電荷通過金屬桿引下來。如果金屬桿和大地是絕緣的，電荷留在桿里跑不掉，就可以用來做電學實驗，從而證明閃電是放電現(xiàn)象。這也就是避雷針的雛形。

在法國的初次實驗

戴利巴德選擇了巴黎以北約40千米的一個叫作馬魯拉的村子。在村邊的一個園子里，他豎起一根粗約2.5厘米、高約12米的尖頭鐵桿。鐵桿安置在一個木質(zhì)平臺上，為了絕緣，平臺架在四個空酒瓶上，酒瓶緊緊扎在大木樁上。圍繞著鐵桿造了一個木頭掩體，剛好能躲進一個人。一個名叫科菲爾的老兵被指定在此值班——負責看管崗亭，在暴風雨來臨時，不顧自身安危，去完成某些指令。

1752年5月10日下年，科菲爾發(fā)現(xiàn)烏云壓頂，天空下起了小雨，不祥的隆隆聲從天邊響起。按照指令，科菲爾走近崗亭，握住絕緣把手，拿起一根長長的銅導線。暴風雨更近了，他用導線去碰鐵桿，火花四濺，還有一股硫黃的臭味（氣味其實來自臭氧，那是放電的一種副產(chǎn)品）。極度恐懼中，他扔下了導線，大聲叫喚村里的牧師。牧師趕到了，看到?jīng)]什么危險，他也拿起導線去碰鐵桿。他連碰了6次，每次都引出了火花。然后，他把導線搭在鐵桿上，念起了《主禱文》和《萬?，斃麃啞?。雖然他一點兒都沒有覺察到自己手臂上的瘀傷和衣服上的“硫黃味”，但他回家途中遇到的村民都十分驚訝地注意到了。到家后，牧師馬上寫了一封快信寄給戴利巴德，讓科菲爾送去，信中寫道：“戴利巴德先生，我向您宣布一個您所企盼的消息：實驗完成了……在數(shù)人到場的情況下，我在4分鐘內(nèi)連試了6次……本來我還想再試下去，但暴風雨消失了?！?/p>

后來，德洛爾、布封等人先后在巴黎重復了該實驗，轟動一時，人們紛紛來圍觀“天火”，富蘭克林在法國一舉成名，這個實驗被稱為“費城實驗”——富蘭克林當時人在費城。

付出生命的代價

“崗亭實驗”在法國多次成功。但是，在俄羅斯，一位科學家犯了一個致命的錯誤，并為之付出了生命的代價。

在圣彼得堡，物理學家喬治·里奇曼在自己家建造了一個被稱為“雷機”的裝置。即使在那些完全知道他們是在研究閃電而不是雷的人中間，他也堅持這樣稱呼他的裝置。這個裝置在設計上多多少少復制了“崗亭”，但里奇曼沒有準備一個絕緣平臺。

1753年夏，里奇曼正在圣彼得堡科學院為一次演講作準備。忽然，窗外一片雷雨云正從北方迅速移來，他看到后立即與朋友索科洛動身回家。他們聽見遠處的雷聲，注意到并沒有下雨。

到家后，里奇曼站到他的“雷機”旁，準備用一根針狀電極和一個裝著部分銅配件的盛水容器完成一些實驗。他站在離鐵桿約30厘米的地方，專心觀察著針狀電極。不久，索科洛先生看到，一個藍白色的火球，直徑二三厘米，從鐵桿飛向里奇曼的前額，里奇曼一聲未吭地仰天倒下了。隨后，火球炸開了，像一顆小型炮彈。當索科洛跑上去幫忙的時候，房間里滿是煙霧。

一名醫(yī)生趕來對里奇曼進行檢查。他已經(jīng)死了，一下子就被電流擊穿了，而且可能沒有任何痛苦。他的前額上有一個明顯的紅點。“雷”的電力穿過他的身體，進入地板。他的腳和腳趾發(fā)青，一只鞋跟燒焦了一半。富蘭克林得知后，對此評論說：“這個不幸的意外事故確立了關于雷電的新學說；有了這個教訓，從此以后，許多生命將會得到拯救。教訓是要在高房子上安裝避雷針，讓雷電有一條入地的通路。”

里奇曼的運氣太差，他用絕緣層隔斷了通路，卻將自己的身體留在雷電的回路中。富蘭克林的運氣好，他放的風箏上系有一把大鑰匙，鑰匙下連著一根金屬線，一直通到放在地下的萊頓瓶。他抓住的只是系在鑰匙上的另一根引繩，而沒有全力抓住主繩。但是，無論如何，在雷雨天放風箏畢竟是十分危險的，同學們千萬不可仿效。

“風箏實驗”

1752年10月19日，富蘭克林在《賓夕法尼亞公報》上刊登文章報告“風箏實驗”：用絲綢手帕做一個風箏，風箏上方固定一根金屬絲，在風箏繩子的末端系一條絲綢帶子，在繩子和絲綢帶子交接的地方綁一把鑰匙。在有雷電的時候，人躲在屋里通過門、窗放風箏，手拽著絲綢帶子，注意不要讓雨把絲綢帶子打濕，也注意不要讓風箏繩子碰到門框或窗框。繩子被雨打濕后，就會把雷暴云里的電引導下來，因為絲綢帶子是干的，不能導電，電荷都聚在了鑰匙上，這時如果用指關節(jié)碰鑰匙，就會冒火花，這樣就證明了它的確是帶電了。這些電荷還可以收集起來做其他實驗。