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，也是自然科學蓬勃發(fā)展的時期。17世紀中葉以來，西歐出現了許多偉大的科學家，在力學、光學，磁學和熱學等領域都有了一些成就，相形之下，電學顯得落后。那時的電學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，成為近代電學的奠基人。

　　在他之前，科學界對靜電現象知之甚少。1731年，英國科學家格雷（1670—1736年）首次發(fā)現有些物體能傳電，有些則不能，這樣，就把導體和絕緣體區(qū)別開來了。他發(fā)現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，法國科學家杜飛（1689—1739年）發(fā)現，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。杜飛由此得出結論：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世紀得到改進，它通過連續(xù)轉動的摩擦隨時可以方便地得到靜電。這兩項電學儀器的發(fā)明，使得科學家可以得到并積蓄電以供進行許多電學現象的觀察。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者斯賓士的電學實驗表演，并得到了斯賓士贈送的一套電學儀器，其后便開始了他的電學實驗。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活動中脫身出來專心進行實驗。

　　他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(fā)現，解決了當時電學中急待解決的問題——萊頓瓶的作用和原理，得出了極為重要的結論：“電火花并非由摩擦而產生的，而是被收集起來的。電確是一種在物質中彌漫著的，又能為其他物質，特別是水和金屬所吸引的基本要素”。“電火是永遠不會被毀滅的”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中的要素，在他看來，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，否定了在此之前科學家們關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基礎上了。富蘭克林的這個結論為19世紀法拉第（1791—1867年）對電介質②所作的進一步研究打下了基礎。

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　�、俅颂幩�說的水指含有雜質的普通水，純水是不傳電的。“電火花”、“電火”即現代所稱的電。

　　②電介質，不導電的物質。電介質通常用來使帶電體和其他部分隔絕，慣稱“絕緣材料”。

　　富蘭克林又認為，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，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，萊頓瓶內外兩面的電荷也被定名為正電與負電，或陽電與陰電，并用正號“＋”和負號“－”來表示它們。這是電學上的一個創(chuàng)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”，并將流動方向倒過來（因為電子實際上是從琥珀流向玻璃），那么他這個猜測在本質上是正確的。富蘭克林這一創(chuàng)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，并認識了絕緣體在電學中的重要性。1788年法國科學家?guī)靷悾?736—1806年）發(fā)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(fā)的。這是富蘭克林在電學上的一大貢獻。

　　1749年，他在上述結論的基礎上提出了有名的“一流論”（或譯為“單流質說”的電學理論），反對杜飛將電分為“玻璃電氣”和“琥珀電氣”兩種截然不同的流體的“二流論”（或譯為“雙流質說”）。富蘭克林認為，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太多或含電太少。當物體中所含的電超過了正常含量即電太多了時，稱此物起了正電。如果少于正常含量即電太少了時，稱此物起了負電。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。這是電學史上第一個明確的、前后一致的電學學說。

　　富蘭克林還利用充電體之間靜電的吸力和斥力的作用，制造了一個很簡單、但又異常靈敏的機械，稱為“電輪”。在這個機械里，輕圓盤以每分鐘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(fā)明預示著現代的電動機的出現。

　　富蘭克林進行電學實驗的消息在費城傳開后，許多人來到富蘭克林的家中觀看“奇跡”。把他的小小實驗室擠得水泄不通。“為了讓我的朋友們來分擔一些這種擁擠，我在玻璃作坊定制了一些玻璃棒分發(fā)給他們，這樣我們終于有了好幾個表演者了”。富蘭克林的朋友們幫他向來觀者演示摩擦生電等電學現象，其中有的還獨立地得出了些電學上的小小發(fā)現。

　　富蘭克林在進行了大量電學實驗后，已經走到了他對大氣電學作出重大發(fā)現的邊緣。

　　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么，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(fā)怒，也有人猜測雷電是毒氣在天空爆炸。格雷關于電火花和雷電屬于同一性質的猜想，沒有能夠用實驗證明。富蘭克林要來作這一偉大而危險的嘗試了。

　　就在他從這一時期最早的電學實驗得出了單流體說的結論的同時，1747年7月11日，他就已經看到了“尖形物體在吸入和放出電火上的神奇效果”。此后，費城和賓州的公共事務占去了他一段時間。到1748年9月29日他得以從商務活動脫身，并遷入了在雷斯街和第二街拐角處的新居。那以后，如富蘭克林自述的：“我將自由自在地沒有其他任務，而只愿于自己想干的，并享受被我視為莫大幸福的東西：有閑暇去讀書、研究、做實驗，同那些愿意尊稱我是朋友或熟人的那些才華橫溢、可敬的人作廣泛的交談。”

　　1749年11月7日，富蘭克林在他的實驗記錄中記下了“……電的流質同閃電在這樣一些方面是一致的。1．發(fā)光；2．光的顏色；3．彎曲的方向；4．迅疾的運動；5．由金屬而發(fā)生；6．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．硫磺味。電流質被尖狀物吸引。我們不知道閃電是否只有這一特性。但鑒于它們在所有我們已經作過比較的各方面都相一致，它們就可能在這一點上一致嗎？讓我來做這個實驗。”

　　在柯林森把他的一封信送到1750年5月的《紳士雜志》發(fā)表前幾周，富蘭克林已有了如何利用這一發(fā)現的想法，“然而，在關于尖狀物放出或吸引電火的實驗中，有一些東西尚未完全得到解釋，對它，我想在下一封信中再來提出解釋。因為尖狀物的原理非常奇特，而它們的效果的確神奇；根據我在實驗中的觀察，我認為，房屋、船只、甚至塔和教堂可以借助它們的作用得到有效保護，免受電殛；因為如果在氣候儀、風向標、教堂的紡錘狀尖頂，塔尖或桅桿頂部不是像通常那樣裝上木質或鐵質的圓球，而是裝上一根8到10英尺長的鐵桿，頂端逐漸變尖如針一般，并鍍上防銹物，或分成數個尖那會更好，我想電火會在它到來達到一殛之時前靜靜地被從云中吸出，在尖上會有亮光出現，如同船上的桅頂燈光一般。這似乎可能是異想天開，但目前請讓它得到傳閱，直到我寄來詳盡的實驗報告。”這是富蘭克林最早的關于避雷針的建議，當時他沒想到需要一條地線。

　　1750年7月29日，富蘭克林通過柯林森，正式公開地向英國皇家學會提議進行證明雷電是電的實驗。而在此之前9個月，他已自己決定了要做這實驗。“為決定雷電是否放電現象，我提議在方便之處做一個實驗。”并詳細介紹了實驗方法：“在某一高塔或塔尖頂上放置一種守望棚，大小足夠容納一個人和一個電座①。在電座中央樹一根鐵竿，將這鐵竿彎起來通到門外，然后垂直豎起20到30英尺高，頂端十分尖銳。如那電座保持干凈和干燥，人站在座上，當雷雨云經過時放出電和火花，鐵竿將把火從云中吸向他。如果擔心那人會有危險（雖然我認為沒有危險），可讓他站在棚里地板上，不時地用金屬線圈去接近鐵竿，那金屬線圈的一端有皮帶，他用一根蠟做的把握著它，那鐵竿受電后將從鐵竿傳往線圈而無害于他。”富蘭克林當時還不清楚這種實驗的危險性。1750年圣誕節(jié)前兩天，他準備用電來殺死一只火雞時，他的一只手和身體的其他部位遭到電擊，使他有幾分鐘失去知覺，肩上的麻木感直到次日早上才恢復。

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　　①指絕緣體。

　　英國皇家學會對富蘭克林的提議未予重視。英國的電學家福瑟吉爾·沃森作序的富蘭克林的論文的小冊子以《本杰明·富蘭克林在美洲費城所作的電學實驗和觀察》為名發(fā)表了（1751年）。

　　富蘭克林的新思想在法國引起了更大的興趣。富蘭克林的小冊子被譯為法文發(fā)表（1752年年初），科學家們和公眾都為之激動，法國國王還親自觀看了“實驗哲學大師M·德·洛爾為他演示的“費城實驗”。一些科學家決定進行富蘭克林提議的更大規(guī)模的實驗。1752年5月10日下午2點20分，達里巴爾和六位同道在巴黎郊區(qū)馬爾利地方的一座花園里用40英尺的鐵竿從地面吸引雷電，隨著一聲開槍射擊般的聲響，實驗成功。富蘭克林的想法不再是推斷。

　　在費城，圣誕節(jié)前的危險事件并沒有嚇倒富蘭克林。當再次從費城和賓州的公共事業(yè)——創(chuàng)辦一所新學院和一所新醫(yī)院——脫身后，富蘭克林的注意力重又回到雷電和電的問題上來。1752年7月，他冒著生命危險，在費城做了一次轟動當時科學界的用風箏吸取天電的實驗。

　　以下就是關于這次實驗的記述：

　　“由于同這次如此重大的發(fā)現（或許是伊薩克·牛頓爵士以來最偉大的）的每一情節(jié)都將給所有我的讀者以快樂，我將努力地傳遞我從最高權威那里得到的若干新細節(jié)來滿足他們。

　　“在出版了他的驗證他關于電和雷電是一回事的假說的方法后，博士等著在費城筑起一座塔尖（在基督教教堂），以便將他的觀點付諸實驗，而不是想象用一個大致差不多高度的尖頭竿子來達到那目的。這時，他忽然想到借助一只普通的風箏，他就可以比利用隨便什么尖塔更好地深入雷電區(qū)了。所以，他準備了一大塊絲帕和用來展開絲帕的適當長度的兩根相互交*著的棍子，他抓住第一場就要到來的暴風雨的機會步行到田野上去，在那兒有一座棚子可以用于他的目的。但是由于害怕在科學上不成功的嘗試往往招來的嘲諷，他沒有將他想要進行的實驗告訴任何人，除了他的兒子以外。他兒子將幫助他放出風箏。

　　“風箏升了起來，在它顯示出帶電以前，過了相當長的一段時間。一塊很有放電希望的云籠罩了它，但沒有任何反應。最后，就在他開始對他的努力感到絕望的時候，他觀察到麻繩上一些松散的線直立了起來，相互讓開，仿佛它們被定在了一個共同的導體上。注意到了這一充滿希望的現象，他立即將他的指關節(jié)伸向鑰匙（讓讀者去判斷他在那一刻感受到的極度喜悅吧），發(fā)現就這樣完成了。他感覺到了十分明顯的電火花。其他的人也成功了，甚至在繩子被淋濕前，因此這事實就平息了所有的紛爭。當雨淋濕了風箏的繩子時，他收集到了大量的電火花。這事發(fā)生在1752年6月，法國電學家證明了同一理論的一個月后，但在他聽說了他們所做的實驗之前。”

　　這段話是富蘭克林的朋友、英國皇家學會的普利斯特里寫下的——富蘭克林自己沒有公開描述過這事。普利斯特里是在富蘭克林眼皮底下寫的，一定親耳聽到了富蘭克林說的關于此事的情況，寫出的草稿也經富蘭克林過了目。普利斯特里前文所說的“最高權威”即指富蘭克林本人。

　　當年9月，富蘭克林就“豎起了一根鐵竿把雷電引入我的屋子里，以便對它做一些實驗，用兩只鈴在鐵竿受電時引起注意”。

　　他在附近的鐵匠鋪定做了一根9英尺長的頂端尖削的鐵桿，把它安放在煙囪頂上。鐵桿的下端拴上鵝的翎管那么粗的金屬線，然后將金屬線沿樓梯引到屋子里的金屬水泵上，而水泵是通向地下的。他又把屋里的那段金屬線分成兩股，兩股線的終端相距6英寸，各掛上一只小鈴，兩只鈴的中間，用絲線吊著一只小銅球。當金屬線有電流通過時，鈴上的銅球就會響起來。

　　他寫道：“在頻繁地從上方的鈴吸取火花和為電瓶充電后，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，我察覺到那銅球不是像往常那樣在鈴之間顫動，而是被支開，離開兩只鈴有一定的距離；當那火通過時，有時候很響亮、迅疾的劈啪聲從一只鈴到另一只鈴，有時候呈一條連續(xù)不斷、濃稠的白色溪流，看上去有我的手指般粗細，這時，整個樓梯亮如白晝，人們可以撿得起一根針來。”

　　那些鈴在富蘭克林的家里響了好些年。

　　看來，盡管他豎起那根鐵竿主要是來取電做實驗，但他也想到了用它來保護自己的房屋。10月1日他寫給柯林森的信中談了風箏的事后，加上了一段附言，言及了避雷針：“我很高興聽說我的實驗在法國取得成功，及他們開始在他們的建筑物上使用尖狀物。在那以前，我們已經在我們法院和市政大樓的屋頂安裝了。”這是最早的關于避雷針實際應用的信息。

　　富蘭克林在電學上的重大貢獻對當時的普通人來說是奇跡，而對科學家們來說，富蘭克林成了電學上的巨匠。從法國傳來了對他的贊揚；他關于電風箏的敘述12月21日在英國皇家學會宣讀，并幾乎是馬上就在當年的《學會記錄》上發(fā)表。1753年7月，哈佛大學授予他名譽文學碩士學位，耶魯大學在同年9月，威廉學院和馬利學院在1756年4月也步了哈佛的后塵；1753年11月30日，皇家學會“以其神奇的電學實驗和觀察”授予他哥德弗雷·科普利爵士金質獎章。他的電學論文被譯成法文、德文（1758年）和意大利文（1774年）。在整個歐洲，他成了萬眾矚目的世界名人。

　　富蘭克林作出了科學史上最富戲劇性的猜想之一并證明了它，為人類用孩童玩具那樣簡單的一把鑰匙開啟了當時人們心目中不可知的宇宙的最黑暗、最可怕的門中的一扇，使人們不僅有可能預防雷殛這一最難以預測的災禍之一，而且還可能馴服它、利用它，難怪有人稱他是“新的盜取天火的普羅米修斯”。