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电子科学发明家



内容提要


  这是一部电子名人传合集。它包括:电学先驱富兰克林、电学大师法拉 第、电报发明家莫尔斯、长途电信奠基人开尔文,电磁理论创立人麦克斯韦、 电话发明家贝尔、发明大王爱迪生、无线电发明家马可尼和波波夫、电子管 发明家德福雷斯特等十人。
  本书用生动的笔触描写了这十个电子科学技术巨人是怎样成才的。同 时,通过他们一代传一代的科学活动,把电子科学技术发展的历史清晰地展 现出来。最后附有详细的《电子科学技术史和人物年表》。它既是一本丰富 多采的人物传记,又是一部形象的电子科学技术发展史。
  
序 言


  当我作为本书的第一个读者,一口气读完它之后,心情久久不能平静下 来,思绪万千,感受很深。这的确是本值得一读的好书,特别是青年读者们 值得一读。
  科学家、发明家的传记我读过不少,可是多是孤立地只讲一个人的事迹。 而松鹰同志这本《电子科学发明家》却把十位卓越的科学家、发明家的传记 串联起来,从他们的科学技术活动中,向我们展示了电子技术发展的历史。 它非常鲜明地告诉我们,科学技术的创造发明就是一场接力赛,一代继承一 代、一代高于一代地向前发展。牛顿有句名言:“如果说我看得远,那是因 为我站在巨人们的肩上。”电子技术的发展,正是依靠这些巨人们,一个接 一个地发展到了今天。为了赶超世界科学技术的先进水平,摆在我们面前的 一项艰巨任务,就是要有一大批青年,站到巨人们的肩上,有所创造发明, 成为中国的新的一代巨人。用传记来叙述科学技术发展史,必将能激励更多 的青年努力攀登科学技术高峰。我认为科学家的传记,采取这种方式来写是 值得提倡的。
  有人说,科学和技术不是因果式的父子关系,而是相辅相成的。我赞同 这种看法。这本书也恰恰说明了其中的道理。电子技术的发展,既离不开科 学家的研究成果,也缺不了发明家的技术创造。麦克斯韦的电磁理论导致了 马可尼发明无线电通信;而爱迪生发明电灯又引出了“爱迪生效应”的发现, 以后才有弗莱明、德福雷斯特的真空二极管、三极管的发明。所有这些事实, 都说明了科学和技术是相辅相成的,都很重要,都需要巨人。我国的四化建 设需要科学家,也需要技术发明家。社会上那种只重视科学家、不重视技术 发明家的偏见,看来是存在的。我们的青年,要按照四化的需要、自己的天 赋和志趣,选择自己的道路,做一个科学家还是做一个发明家。我认为四化 建设需要一大批科学家,同时需要更多的技术发明家。这本书给我们的这点 启发,也许很重要。
“从小爱科学,长大攀高峰”,这是新长征时期的广大青少年的志愿,
是出科学技术巨人的基础。广泛地阅读科普读物(包括科学家、发明家传记 等),积极地参加科技活动,是大有助于实现“爱科学”、“攀高峰”这一 志愿的。多读些科学家、发明家的传记,能向这些前辈巨人学习很多东西。 我们常说:“有志者事竟成。”他们的事迹,正好证明了这一点。这本书介 绍的十位科学家、发明家都是有大志的人,刻苦钻研、艰苦奋斗的人,又是 在青年时代就大有成就的人。我们的青年读者,希望你们把握住十几岁、二 十几岁这个黄金一般可贵的年华,向科学技术冲刺吧!希望你们能从这十位 先驱者身上获得力量,在新长征中做出更大的贡献!



周孟璞


1980 年六月二十日于成都

电子科学发明家

攫雷电于九天的人


  在科学技术史上,电子科学技术是比较年轻的,它只有二三百年的历史, 但是现在已经广泛应用在工业、农业、国防和生活等各个方面,成为现代科 学技术中最重要的一个领域。每一门科学技术都有它的开路先锋,每一个民 族都有自己的巨匠。电子科学技术的诞生和发展,也是人类智慧长期积累的 结果,有无数科学发明家为它作出了杰出贡献。在这些先驱者中,值得首先 介绍的是一位著名的美国科学家、政治家,名叫本杰明·富兰克林(1706-
1790)。 本杰明·富兰克林不但是美利坚民族的科学和文学之父,也是十八世纪
电学史上一位叱咤风云的闯将。这个染匠的儿子曾经冒着生命危险从天空攫 取闪电,在西方第一个揭开雷电之谜,并且首次阐明了电的性质,为近代电 学研究奠定了基础。

印书学徒


  1717 年盛夏的一天,一艘满载甜酒的荷兰三桅帆船,正驶向北美殖民 地。船将到波士顿的时候,天色骤变,海湾里波涛汹涌,白浪滔天。三桅帆 船颠簸得很厉害,船员们紧张地注视着海面。忽然,一个红头发的水手指着 右舷远处,惊呼起来:“伙计们,快看!”
  大家顺着他手指的方向,看见一只小木船在浪涛里沉浮着,象一片落叶, 随时都可能被吞没,上面隐隐约约还有几个孩童在挥手。情况看来十分危急, 三桅帆船立刻改变航向,顶着风浪向小船驶去。大约一刻功夫,小船清晰可 见。大家意外地发现,小船上有四五个赤膊的孩子,个个精神抖擞,喜笑颜 开,丝毫没有呼救的意思。为首的少年约莫十一二岁,又黑又胖,正稳坐船 头,“一、二、一”地指挥着伙伴们划桨。
  “孩子们!快上大船,太危险啦!”荷兰水手大声地喊着。“没关系, 你们自己当心吧!”浪涛中传来小“水手”们快活的回话。
  巨浪一排排涌过来,只听见小“船长”一声“加油”,孩子们划得更勇 猛了。小船在波峰浪谷间一起一伏,仿佛在向大海挑战。风卷着漫天乌云, 大海咆哮着。海水象小山一样从头顶盖过,小家伙们却拼命地划着、划着, 脸上洋溢着和大海搏斗的无穷乐趣??三桅帆船上的人都为这群勇敢的孩子 们惊叹不已,有的担心,有的赞扬,还有的挥着帽子致意。一位水手打赌说, 驾舟的小黑胖子,将来一定能够成为世界上最优秀的船长。
这黑胖蛮勇的小“船长”,就是本杰明·富兰克林。他后来没有象那个
荷兰水手预言的那样当船长,却成了美国开国时期最伟大的科学家、政治家 和作家。
1706 年,富兰克林出生在波士顿。他的父亲为人和善,能歌会画,是个
虔诚的新教徒;原是英国染匠,1685 年为了逃避宗教迫害,从英格兰远渡重 洋移居北美殖民地,以制造蜡烛和肥皂为业。富兰克林同胞兄弟姊妹共十人, 他排行第八,是男孩中最小的一个。他出生的时候父亲已经五十一岁,是“老 来子”。
富兰克林从小聪明好学,八岁进公校读书,门门功课都名列前茅。父亲
曾经想让富兰克林受高等教育,把他培养成神学家,但是家累太重,不得不 放弃这个打算。富兰克林只上了两年公学、一年私塾就辍学了。十一岁的富 兰克林成天在家帮老父剪烛芯,擦印模,在店里打杂。
波士顿东临大西洋,是个风景优美的港口。富兰克林在海边长大,很喜
欢游泳、潜水,船也划得很好。他常常率领一群小伙伴,驾着帆船在海上追 波逐浪,大家都推他当“船长”,听他指挥。大海的熏陶,使富兰克林从小 酷爱自由,养成不怕风浪、不畏强暴的性格。他这时最大的理想是去航海。 父亲很了解儿子的心愿,但是富兰克林有个哥哥远航海外,多年没有下 落,由于担心他重蹈覆辙,所以一直不准他离家。为了给富兰克林挑选一个 合适的职业,父亲操了不少心。他带富兰克林去学过砌砖、制刀、铜匠等手 艺,可是都没有学成。他想让富兰克林继承家业,但是富兰克林对它偏偏毫 无兴趣。怎么办呢?他后来发现儿子很爱读书,小家伙一有零钱就向书店跑, 特别喜欢读名人列传、航海小说,于是决定让富兰克林去学印刷。他把十二 岁的富兰克林送到大儿子詹姆斯开的印书店去当学徒。从此,富兰克林和印
刷业结下了不解之缘。

  印书学徒的生活是艰苦的。詹姆斯性情暴躁,唯利是图。他完全把这个 同父异母的小兄弟当做廉价劳动力,排字、背纸、送书、跑腿,富兰克林样 样都得干。据富兰克林《自传》里说,詹姆斯很容易发怒,动辄“鞭挞交加”。 富兰克林容忍了这一切,因为他在这里有机会读到许多难得的书籍。每当夜 深人静的时候,他就躲进搁楼,兴趣盎然地翻阅刚装订好的新书。他结识了 几个其他书店的学徒,也经常带一些行俏书给他看。借书条件有两个:一是 不准玷污;二是期限只有一个晚上,否则第二天清晨店主查书的时候会以为 被偷了。富兰克林为了读完一本好书,常常彻夜不眠。几年里,他博览群书, 从许多文学、哲学名著和科技读物中汲取了丰富的知识,其中不少书对他一 生的事业有很大影响。培根(1561-1626)①说过:历史使人明智,诗歌使人 俊秀,数学使人严密,科学使人深刻,伦理学使人庄重,逻辑修辞学使人善 辩:所有这些,都能陶冶性格。这段话用在富兰克林身上是非常恰当的。他 攻文学,练写诗,习算学,研究航海术,多有所得。一些启蒙思想著作,在 他心中播下了争取自由、反对暴政的种子,对他后来很有影响。特别是希腊 史学家色诺芬(约前 430-约前 354)的《苏格拉底言行回忆录》一书,富兰 克林读后很受启发,终生难忘。他很佩服苏格拉底(前 469-前 399)的辩论 法,后来和人争辩的时候,从不武断下结论,多用谦虚的言辞,在反复诘问 中求得真理。
富兰克林学习勤奋,进步很快。他学诗不久就写了几首俚曲,赢得不少
小读者。富兰克林从此就想望将来当个诗人。父亲知道后大泼冷水,告诉他 说,“自古诗人多是乞丐”,富兰克林这才打消了当诗人的念头。有一次, 他写信同友人辩论妇女教育问题,信被父亲看见,指出信中说的虽然在理, 但是文章松散拖沓,不能切中要害。富兰克林听后,心中折服,发奋练笔。 正象一首诗中写的那样,“宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来”。富兰克林 下了一番苦功夫研习散文,果然大见成效。他当时见到一本英国出版的《时 评报》很有文采,就用它做作文范本,反复朗诵,细心揣摩。为了加深印象, 他先把报中好文章改成诗歌,几天以后又从诗歌改写成散文,有时还把原文 次序颠倒,自己来编写。不出半年,他的文笔大有长进。富兰克林后来成为 美国著名的作家,“下笔千言,势撼山岳”,是和这段努力分不开的。
当时,正好詹姆斯筹办了一份报纸,名叫《新英格兰新闻》,是北美第
二家报纸。报上常登一些文学小品,很受读者欢迎。十五岁的富兰克林也很 想一试。他断定哥哥如果知道是他写的稿子绝不会采用,于是用另一种笔迹 抄出来,不署名,半夜里悄悄放在印刷所门口。第二天早晨,詹姆斯发现匿 名文稿,请一些常在报上写文章的朋友评定,都一致称赞是佳作,有位诗人 还断言它出自名家手笔。文章印出来以后反响热烈,富兰克林喜出望外。以 后他经常匿名投稿,都在报上发表了。时间一长,詹姆斯感到纳闷,很想见 见这位不愿披露姓名的“名家”是什么模样,他在半夜里悄悄躲在印刷所门 后,当他发现写稿人竟是富兰克林的时候,大吃一惊。詹姆斯并不欣赏小兄 弟的文才,他所算计的只是生财之道。这个印书店老板不但不付稿酬,还要 富兰克林继续无偿提供稿子,而日常劳役丝毫不减少。富兰克林本来就富有



① 培根是英国著名的哲学家。马克思曾经称他是“英国唯物主义和整个现代实验科学的真正始祖”。培根
针对封建神学和经院哲学的蒙昧主义,曾经提出“知识就是力量”的口号,对促进科学知识的发展起过巨 大作用。

反抗精神,加上詹姆斯平日一贯以店主自居,不顾手足之情,对他要求过分, 兄弟俩冲突越来越激烈,最后终于决裂。在忍无可忍的情况下,富兰克林决 计脱离印刷所,另寻生路。当时他和詹姆斯的合同没有满,不能脱身,而且 詹姆斯通知波士顿所有的印刷厂,都不得收留富兰克林。富兰克林几经周折, 才摆脱了控制。
  1723 年十月一个薄雾的早晨,富兰克林瞒着老父和詹姆斯,在一位朋友 的帮助下,偷偷搭上一艘去纽约的商船,离开了波士顿。这时富兰克林正好 十七岁,他把全部财产——多年积累的一捆藏书变卖了作为路费。
  船启碇离港。富兰克林凝眸望着波士顿的城廓渐渐远去,在心里默默地 说:“告别了,印刷所!告别了,故乡!”在波士顿,他度过了难忘的少年 时代,学到了宝贵的启蒙知识,也种下了反抗暴戾的种子。如今,他要自己 去闯路子了!船在蓝色的波涛里鼓帆南下,望着飞翔的海鸥,富兰克林不由 心旷神怡,感到一种获得自由的喜悦。他的心潮也象海涛一般在翻滚。
  
              天涯海角


经过三天三夜的航行,船到纽约。 富兰克林在这里人地生疏,奔走了几天也没有找到工作。后来他辗转到
当时北美最大的城市和金融中心费城。那时,纽约、费城之间陆路交通不便, 他是从水路去的。船先是沿海南下,当转向内河的时候,突然狂风大作,白 浪滔天,船上旅客险些遇难。后来大家登上一个小岛才得救。这次旅程,一 路上历尽艰辛,饱受磨难,等最后乘另外的船抵达费城港口的时候,富兰克 林浑身透湿,蓬头垢面,衣袋里只剩一枚银币。他买了三只长条形的大面包, 手里拿一只,腋下夹两只,一边吃一边走,模样十分滑稽。当时恰好有个少 女在窗前看到富兰克林的狼狈相,感到很好笑。富兰克林发觉后,自惭形秽, 也跟着笑了起来。那姑娘名叫丽德,长得端庄秀美,是小康人家的女儿,后 来成了他的朋友。


  富兰克林凭着印刷技能和文才,在丽德的帮助下,很快在费城一家印刷 厂找到工作。两年以后,他和丽德定了终身。但是小伙子生性好动,渴望干 一番事业。不久,富兰克林在同事的鼓动下,怀着挣一笔钱办印刷业的向往, 远渡大西洋,到了英国。可是英国并不是他想象中的天堂。他在伦敦混了十 八个月,一个钱也没有赚到。富兰克林先后在两家印刷厂当排字工,每天累 得筋疲力尽。他生活在最下层,和各种人物结交,议论时局,诋毁宗教,探 讨学问,生活放荡不羁。在伦敦的贫民窟里,富兰克林尝尽了资本主义社会 的艰辛,也学到许多书本上学不到的东西,在思想和性格上受到很大的磨练。 英国当时正处在工业革命前夕,排字、印刷已经有明确分工,富兰克林在印 刷技术和机械上也增长了一些新知识。
由于生活颠沛,放浪形骸,富兰克林在伦敦渐渐忘了同丽德的婚约。他
在一年半的时间里只给丽德寄过一封短信,并且说不知哪天才能回去,不料 因此铸下大错。1726 年十月,富兰克林两手空空回到费城,丽德在绝望之下 已经另嫁他人。富兰克林后悔莫及。他无家可归,只好进费城一家印刷厂重 新当排字工人。他用在伦敦学到的新技术自创字模,制成了一种新式铜版印 刷机。不久,他因为不堪厂主的剥削,和友人合伙开设印刷厂,年轻的富兰 克林开始了自己的事业。
富兰克林的青年时代,正是美利坚民族形成的初期,美国还没有诞生。
当时北美大西洋沿岸十三州是英国的殖民地,政治上受英国统治,经济上也 受英国控制,民族矛盾相当尖锐。殖民地的新兴资产阶级要求参加政权和保 卫财产,人民群众也起来反抗殖民主义的统治和压迫,整个北美正处在觉醒 的前夜。随着殖民地经济的发展,北美出现了统一的市场,费城、纽约、波 士顿等地也发展成繁荣的商业城市。费城和纽约之间修建了公路,交通发达 起来,殖民地和海外的贸易以及殖民地之间的经济和文化联系也日益密切。 所有这些,都为北美资本主义的发展准备了条件。富兰克林生活在这种资本 主义上升的大变动时期,又来自市民阶层,受资产阶级启蒙思想影响,敢作 敢为,顺应了时代的潮流,因此他的事业发展很快。
  第二年秋天,二十一岁的富兰克林组织了青年自学团体“共读社”。参 加的多是好学上进的年轻人,有工人、鞋匠、技师、诗人以及自学成才的数 学家等。他们每星期五在旅馆集会,每人轮流提出议题,展开讨论,内容涉
  
及科学、政治、文学、哲学等。富兰克林是“共读社”的中坚和领袖,他要 求大家不问职业和宗教信仰的差别,互相敬重,以探求真理为己任,不意气 用事,不进行诡辩。一个二十一岁的青年能够表现出这样的才干,是很难得 的。富兰克林日后成为美国开国时期最著名的社会活动家和科学家,并不是 偶然的。
  富兰克林在厂里兢兢业业,苦心经营,再加上“共读社”社友们多方支 援,他的印刷业渐渐兴旺起来,不久又创办了一份报纸《宾夕法尼亚新闻》。 富兰克林的印刷技术和散文才能得到了充分的发挥。报纸发行不到几个星 期,就以印工精良,文笔清新、泼辣闻名,销路很好,受到社会各界的好评。 这样一来,富兰克林既发展了印刷业务,又有了舆论阵地,一举两得。1729 年在两位挚友的资助下,富兰克林开始独自经营印刷厂。当时费城市民要求 增印纸币的呼声很高,反映了新兴资产阶级的要求。但是银行和大资本家坚 决反对,两种意见相持不下。富兰克林在“共读社”里以纸币为题,进行了 热烈讨论。他把大家的意见归纳起来,写了一篇《略论纸币的性质和必要性》 在报上发表,文中引证 1723 年宾夕法尼亚省一度发行纸币,刺激了商业繁 荣、就业不断增加的事例,极力赞助市民的要求。这篇文章一发表,舆论急 剧变化,增印纸币的声势大壮,反对的意见被击败。
议会最后通过了增印纸币的提议,为了表彰富兰克林宣传的功劳,决定
把印纸币的特权授予他的印刷厂。这件事给富兰克林带来莫大的收益,他不 但获得政治声誉,而且还清了债务,在经济上自立起来。新纸币发行以后, 收效显著,促进了经济的繁荣。费城的商业、建筑和人口都随着增加,富兰 克林的印刷所也有了很大的发展。
第二年,二十四岁的富兰克林结了婚。说来也巧,他娶的不是别人,竟
是过去的未婚妻丽德。原来丽德当初受女友撺掇,误嫁给一个名叫罗泽斯的 陶器商,婚后发现他另有所欢,品质恶劣。丽德整天悲戚,郁郁寡欢,生活 很不幸。她后来和罗泽斯断绝夫妻关系,分居两地。富兰克林知道这些情况 以后,悔恨交集,前去看望丽德。两人一见面,泪如雨下。那时罗泽斯因为 挥霍无度破了产,已经远逃西印度群岛。富兰克林冒着风险和丽德举行婚礼, 终于破镜重圆。丽德温柔贤淑,勤俭操持。她跟富兰克林结婚以后,把家庭 和印刷所事务料理得井井有条,富兰克林从此在事业上多了一个得力助手。

筚路蓝缕


  中国有句古话,叫做“筚路蓝缕,以启山林”,比喻创业的艰苦就象架 着车,穿着破衣去开辟山林一样。富兰克林的事业也是这样开始的。当时北 美是英国的殖民地,经济很落后。美国民族正处在摇篮里,还没有自己的文 化和科学。富兰克林在婚后不久,倡导创办了北美第一所图书馆。这是美国 历史上一件开天辟地的事。当时富兰克林只有二十五岁。
  起初,这件事是在“共读社”上提出的。社友们每次讨论的时候,都感 到手边参考书籍不够。富兰克林灵机一动,建议大家把自己的藏书搬到社里 来,让社友们共同浏览。第二天,一座小“图书馆”就成立了。书架上大小 图书,琳琅满目,大家翻阅起来很方便。可是好景不长,因为没有专人管理, 随便拿取,图书有减无增,没多久“图书馆”就瓦解了。这个尝试虽然失败 了,却给人很大启发。他们总结经验教训,由富兰克林主持,用“共读社” 名义发起募捐,请一位著名律师协助,成立了费城图书馆,也是北美第一座 民办图书馆。首批读者五十人,按规定每人先交纳四十先令①开办费,以后
每年再捐十先令。图书馆成立以后,从海外购来一批图书,每周开放一次, 捐款者可以自由借阅,但是要按照规定期限送还。费城图书馆成
立以后,读者越来越多,有人把家里的藏书也捐赠给图书馆。消息传开,
各地纷纷仿效,也建立起图书馆来,大大促进了北美草创时期的文化传播。 几年以后,依靠政府的资助,把图书馆改成公立的。从此,图书馆就成为人 们进行学习和科学研究所不可或缺的文化机构。
富兰克林既是图书馆的创始人,又是最热心的读者。不论刮风下雨,他
每天都要到图书馆去看书。他曾经说:“读书是我唯一的娱乐。我从不把时 间浪费在酒楼茶肆或者哪种无聊的游戏上。”富兰克林非常珍惜时间,他有 一句名言,直到今天还是人们的座右铭:“你热爱生命吗?那么请别浪费时 间,因为时间是组成生命的材料。”
一天,图书馆从国外买来一捆装帧别致的新书。富兰克林很有兴趣地翻
阅起来。但是当他打开书的时候却皱起了眉头:书里全是他不懂的外文。富 兰克林这时已经二十七岁,他下决心要掌握外语。那时,欧洲有大量劳苦群 众为了逃避赋税、战祸到美洲来谋生,学外语的条件很好。富兰克林先学法 文,三个月左右就能够看书了。接着,他又学意大利文。和他一起学习的还 有一位朋友,那小伙子是个棋迷,每天课后都要拉着富兰克林下几盘,常常 耽误学习。富兰克林不愿浪费时间,就想了个办法,他和对方约定,每次只 下一盘,胜者为师,或对话提问,或文法造句,可以随意命题,考核对方。 谁不守约,就取消下次对弈。两人棋艺本来不相上下,所以互有胜负。富兰 克林就用这个办法把那个小伙子的学习积极性调动起来。他们切磋琢磨,进 步很快,不到半年意大利文就过关了。
外语学习常常有相通的地方,富兰克林在学会法文和意大利文以后,乘 胜前进,紧接着又学会了西班牙文,可以直接阅读塞万提斯(1547-1616)① 的原著。有一天,富兰克林心血来潮,想试一试难度最大的拉丁文。他幼年 曾经在学校学过一年拉丁文,有些基础,只是多年没有用,已经忘得差不多



① 英国旧辅币名。1971 年二月十五日英国政府宣布英镑实行十进位制,把过去实行的十二便士等于一先令、
二十先令等于一英镑,改为一英镑等于一百便士。

了。出乎意料的是,他拿来一本拉丁文书浏览,由于通晓了几国文字,融会 贯通,居然十有八九都可以读懂!富兰克林又惊又喜,从这里他体会到,所 有的学问只要勤学苦练,入门之后,循序渐进,就一定会有成效。
  几年以后,富兰克林作了费城的邮政代表。他整顿邮务,改革市政,发 起成立救火会,热心社会福利事业。也就是在这时,他开始致力研究科学技 术。富兰克林注重实验和观察,重视科学技术的实用价值,认为科学和技术 应当造福人类。这个观念导致他后来在科学技术上作出重大贡献。
  富兰克林最早的科学活动,是发明新式火炉。这种火炉结构新颖,使空 气进入炉膛前先经过预热,可以增高炉温,节省燃料。新火炉试制成功以后, 他的一位开铸铁厂的朋友仿制出售,深受市民欢迎。宾夕法尼亚省长很赏识 这项发明,要给富兰克林专利权。富兰克林婉言谢绝了,他认为应当把自己 的发明贡献给社会,不能用来谋取个人的私利。
  富兰克林这种通过科学和发明为他人服务的哲理,对后来美国的科学史 发生了深刻影响。1734 年,富兰克林在费城创建了美国第一个科学团体“北 美增进有用知识哲学会”。他的科学活动从此进入盛期,其中贡献最大的是 电学研究。
  
电学领域的垦荒者


  虽然我国商代甲骨文就有雷电的记载,古希腊人也早发现琥珀的静电特 征,但是人类认清电的本质,驾驭它来为我们造福,不过是近两百多年的事。 富兰克林诞生的时候,电学几乎还是一片荒地。在这以前,对电学作过 探索的学者寥若晨星。我国东汉的王充(27-约 97)算是一个,他在《论衡》 里解释过雷电。不过王充主要是哲学家,没有对电作进一步研究。到了十六 世纪,英国的一位御医威廉·吉尔伯特(1540-1603)发现除了琥珀外,其他 多种物质摩擦以后也能够吸引轻的东西,他首先使用了“电”的名称。但是 电究竟是什么,这位御医也只好摇头了。以后,在十七世纪整整一百年间, 电学只有一项发明,那就是奥托在 1650 年用硫黄制成一台简陋的静电起动 机。这台仪器很原始,起电的时候要用手来摩擦。十八世纪以前的电学,不
过就是这样。 到了富兰克林时代,电学才走出襁褓。
1745 年冬天,电学界传出一个激动人心的消息:德国的克莱斯特
(1700-1748)和荷兰的马森布罗克(1692-1761),几乎同时发现了电震现 象。克莱斯特用铁杆插在潮湿的玻璃瓶里,用摩擦起电机使铁杆带电。他的 手无意中碰到铁杆,突然感到全身剧烈颤动,几乎昏倒在地。他把这个情况 告诉一位同事以后,不久,又听到荷兰莱顿城的马森布罗克也遇到类似情况。 马森布罗克的瓶中装有水,电震程度更厉害,以至他写信告诉一位朋友的时 候还心有余悸。那位朋友照着他所说的一试,结果同样可怕,电震的时候还 发出响声。这就是有名的“莱顿瓶”和电震现象。这一发现使人们对电产生 了崭新的认识。从前人们只把琥珀吸芥等静电现象当做有趣的游戏,莱顿瓶 第一次向人们显示了电的威力,并且也是第一次可以把电荷储存起来。它象 春雷一样把电学惊醒了!
第二年,一位名叫斯宾士的英国学者来波士顿讲学,表演电学实验,主
要仪器就是莱顿瓶和几根供摩擦起电用的玻璃管。富兰克林恰巧有事到波士 顿,他怀着极大的兴趣观看了斯宾士的表演。虽然实验并不完善,而且有的 现象斯宾士本人也不能解释,但是在富兰克林眼前却展现出一个崭新的领 域。富兰克林当时已经四十岁了,他象年轻人一样兴冲冲地拉着斯宾士问长 问短。学者很感动,临别的时候拍着他的肩头说:“这是一块等待开垦的处 女地,先生确有兴趣,就来参战吧!”
富兰克林怀着跃跃欲试的心情回到费城。真是无巧不成书,几天以后,
他的一位通信朋友、英国皇家学会会员科林逊从伦敦寄来一只莱顿瓶,赠给 费城图书馆,并且附有实验说明。这只莱顿瓶是经过改进的,里外都衬有金 属箔,电的性能更明显。科林逊是一位植物学家,他不远千里寄赠莱顿瓶, 足见这项发明当时影响很大。富兰克林喜出望外,立刻邀请几位挚友动手试 验起来。当时谁也没有料到,这位四十出头的新兵,一年以后竟成为电学研 究的主将。
  起初,他模仿斯宾士的表演,做了一些简单的试验,一一应验。没多久, 他就有了好几项有价值的新发现。为了集中全部精力投入电学研究,富兰克 林索性把印刷所也出让了。朋友们听说他改行搞电学了,都觉得奇怪。他们 远道赶来观看试验,经常把家里挤得满满的,连丽德也成了热心的观众。富 兰克林常请客人们即席登场,当实验助手。他还自备原料,在玻璃厂吹制了
  
各种瓶子和试管分赠好友,发动更多的人参加研究。通过反复实验,细心揣 摩,富兰克林对静电特性渐渐有了独到的见解。有一次,他叫两位朋友并立 在绝缘板上,他自己却站在地上。左边的朋友用手摩擦一个玻璃管,使它带 电。右边的朋友再用手指接触玻璃管,也带上电。然后他伸出双手分别和两 位朋友接触,只要气候干燥,接触的时候就会看见电火花。但是,他发现如 果两位朋友在和他接触以前互相触摸一下,就不会出现电火花。这个现象在 客人们看来有点象耍魔术,而富兰克林却得到很大启发。1734 年,法国人杜 法伊(1689-1739)发现,摩擦玻璃棒和摩擦胶木棒所产生的电特性不同,同 电相斥,异电相吸。这样,杜法伊就断定电的本质有两种。富兰克林对这个 观念一直有疑问,现在终于找到答案了。他确认:电的本质只有一种。每个 物体都带有一定量的电质,定量不足带“玻璃电”,如果过量就带“树脂电”。 他并且用正负符号表示这两种电荷,这和“失去电子带正电,得到电子带负 电”的现代解释已经很接近。富兰克林用这种观念圆满解释了实验,他指出 摩擦玻璃管的朋友失去电质带负电,另一个朋友带正电。两位朋友互相接触 以后,电质重新平衡,所以不带电了。他根据这个实验提出了著名的电荷守 恒原理,就是在任何一种绝缘体系中,总电量是一定的。富兰克林因此成为 电学史上第一个正确阐述电的性质的人。
富兰克林用莱顿瓶也做了不少新实验。他发现用尖头的东西接近莱顿瓶
铁杆,会闪现比较强的电火花。如果换成圆钝的棍,火花就很弱。他还用仪 器证明了莱顿瓶内外两层所带的电正好极性相反,数量相等。这些新发现使 富兰克林非常兴奋,也受到很大鼓舞。但是莱顿瓶也给他带来过麻烦。有一 次,他把几只莱顿瓶联在一起,来加大电容量。不料,实验时候守在一旁的 丽德不小心碰了一下莱顿瓶,只听得“轰”的一声,一团电火闪过,丽德被 击中倒地,面色惨白,后来足足躺了一个星期。这次惊险的意外事故给富兰 克林留下深刻的印象,他始终也忘不掉。也正是这个印象,使他联想到空中 的雷霆闪电。

我让这些见解去碰碰运气


  当时欧美人对雷电的认识还很愚昧。前面提到一千多年以前,我国杰出 的唯物主义哲学家王充就指出雷电现象并不是“天怒”,也没有什么“雷公”, 而是一种自然现象。他还猜测到这是“阴阳分争”的结果。当然,王充当时 指的是阴阳之气的“分争”,和我们今天所说的阴阳电不是一回事,但是他 在一千多年以前能够认识到这一步,是很了不起的。不过由于科学水平和文 化交流的限制,王充的见解没有引起广泛注意。在富兰克林时代,西方普遍 相信“雷电是上帝发怒”的说法。一些不信上帝的有识之士,试图解释雷电 的起因,但是都没有成功。学术界比较流行的,是荷兰学者布尔哈维的观点, 认为雷电是“气体爆炸”。
  丽德被莱顿瓶击伤这件事,使富兰克林开了窍。那震耳的轰鸣,惊心动 魄的闪电,不正和空中的雷电很相象吗?经过反复思考,富兰克林毅然断定: 雷电也是一种放电现象,它和实验室里人工产生的电一样,都能够产生光和 声音,点燃物体,熔化金属,破坏磁性,杀伤生物。这个见解无疑是人类对 电的认识的一大进步,在当时起了振聋发聩的作用。
  在这以前,为了感谢科林逊赠送莱顿瓶的友情,富兰克林曾经把自己的 电学实验心得整理成文,寄到伦敦。这位植物学家深为朋友的研究成果感到 喜悦,他把论文送到皇家学会。可惜论文没有引起那些身居高位的权威们的 注意,因为富兰克林当时在电学界毫无名气。皇家学会会刊也拒绝刊载。
科林逊在回信里遗憾地谈起这个情况,丽德忍不住把那些权威老爷骂了
一顿。富兰克林却并不介意,他相信珍珠就是在尘土里也终究会发光的。几 天以后,他给伦敦寄出了第二篇论文,大胆地宣布了自己的科学假设。文章 的题目就叫《论天空闪电和我们的电气相同》。
富兰克林不愧是散文大师,这篇学术论文写得既严谨洗炼,又很有文采。
科林逊读后赞叹不止,立刻送交皇家学会讨论。遗憾的是,旧的习惯势力相 当顽固,论文在皇家学会传阅以后,得到的仍是一阵嘲笑。有人甚至奚落说: “这位先生竟想把上帝和雷电分家,真是痴人说梦!”
正是“高山流水,知音难得”。唯独科林逊和另一位朋友懂得论文的价
值,为了不使富兰克林的论文被埋没,他们多方奔走,终于说服了伦敦一家 出版商,把它刊印出来。这位有眼力的出版商后来赚了一大笔钱。
富兰克林得知这个情况,大受感动。他陆续又写了许多关于电学的论文
寄给朋友。1751 年,他的论著合集《电学的实验和研究》在伦敦出版,这是 近代科学史上第一部系统的电学理论著作。书刚问世,没有引起广泛注意, 但是没过多久,就在英国畅销起来。书中有趣的实验和独到的解释吸引了许 多读者,人们读后耳目一新。
  好书是没有国界的,《电学的实验和研究》不胫而走,不久就传到法国。 法兰西一位著名哲学家首先对这本书发生兴趣。在他的倡导下,书被译成法 文,在巴黎出版。一个哲学家首先发现书的价值,这个事实是意味深长的。 恩格斯在《自然辩证法》一书中说:“一个民族想要站在科学的最高峰,就 一刻也不能没有理论思维。”这是千真万确的。也正是这个道理,我们现在 提倡科学工作者要懂得辩证法,提倡哲学家和自然科学家结成联盟。
  具有讽刺意味的是:对于一本电学的最新著作,法国的哲学家看出了它 的价值,可是法国的电学家却跳出来反对。在判断一种新的科学理论或者学
  
说的时候,一个平庸的科学家常常不及一个有头脑的哲学家来得正确。巴黎 皇家学院的罗勒院长,是一位热衷电学的自然哲学教授。他脱离实践,因循 守旧,著有《电学理论》一卷,风行一时。这个人不但比富兰克林资格老、 学术地位高,而且还有一群盲从的信徒。他看到法文版《电学的实验和研究》 的论述和自己的理论针锋相对,大为恼怒。罗勒不相信书是北美人所著,断 定是巴黎的宿敌虚构的,用来拆他的台。这位院长大概肝火很旺,涵养也欠 佳。当他打听到波士顿确有富兰克林这个人的时候,怒不可遏。他连篇累牍 地写了大量文章和信札,为自己的谬论辩护,并且对富兰克林进行人身攻击。 一天,富兰克林从外面回来,丽德满脸忧虑地递给他一本刚从巴黎寄来 的新书。丽德不懂法文,但是她看了封面上印的富兰克林的漫画,感到不安。 富兰克林诧异地打开书一看,原来是罗勒院长的文章和公开信的合集,全部 是针对他的电学理论和他本人的。对于这种诋毁,富兰克林觉得有必要进行
回击。这将是一场远隔重洋的笔战。 当天夜晚,富兰克林在灯下笔卷狂澜,撰写回击文章。凭他的文才和学
识,要战胜论敌,扫尽罗勒院长的威风,是不难的。但是当他写到一半的时 候,却改变了主意。富兰克林一向不愿把自己的学术观点强加于人,他在书 中曾经写过这样的话:“我让这些见解在世界上去碰碰运气。如果它正确, 真理和事实将会支持它;如果它是谬误,就理所当然地被撇在一边。”
富兰克林放下手中的笔走到窗前,凝望着繁星闪烁的夜空,沉思起来。
他觉得,自己的结论都是从实验中得出的,可以用事实进行检验。书中的推 论也没有强迫别人接受,没有申辩的必要。是非曲直,广大读者自有公论。 而更重要的是,前面还有很多事要做,与其打一场无休止的笔墨官司,不如 全力去搞新的实验。就这样,他决定对巴黎来的攻击置之不理。他后来始终 没有回敬过罗勒院长一个字。
关于这件轶事,后来爱因斯坦(1879-1955)同一位科学史家曾经很感兴
趣地谈起过。那位科学史家很佩服富兰克林的人格,称赞他没有陷入盲目的 争论。爱因斯坦对这件事却只同意一半,他认为,“要避免个人的勾心斗角 是对的,但是一个人为自己的思想辩护,那也是重要的。”事实上,他们两 个人的话都是对的。富兰克林并没有放弃自己的科学信念,他不是用语言而 是用行动来捍卫它,甚至不惜冒生命危险。

著名的风筝实验


  富兰克林认为,要证明自己的理论,最有力的是用事实说话。怎样才能 证实闪电和电的本质相同呢?他想到了孩子们玩的风筝。如果在下雷雨的时 候把风筝升到空中,或许能证实这一点。因为如果闪电是电,它就会沿着湿 风筝线传导下来。
  风筝最早起源在我国,古人称做纸鸢,在南北朝的时候已经出现,大约 在公元十六世纪才传到西方。1752 年七月的一天,富兰克林在费城进行了轰 动一时的风筝实验。
  那是夏天一个阴霾密布的日子,暴风雨就要来临。富兰克林和他儿子威 廉用一块大丝绸手帕做成一只风筝。他们在十字形的风筝骨架上装上金属 丝,用来接引天空中的闪电。父子俩带着风筝和一只莱顿瓶来到野外。威廉 握着线团,富兰克林拿着风筝,他们紧张地期待着,希望雷雨早些降临。丽 德不安地在家里倚窗眺望。平日她最怕打雷,这时候心头更是被一种莫名的 担心震慑着。
远处不时传来低沉的雷鸣,每一声都象战鼓那样敲在丽德的心上。 作为一个电学家,富兰克林深知这次实验有致命的危险,但是他这时已
经把个人安危置之度外。
  不一会,雷声越来越近,狂风呼啸着卷过一团团乌云。富兰克林把风筝 抛到风中,大声叫喊:“跑!”
威廉在旷野里拼命地奔跑起来,风筝扶摇直上,升到空中,紧接着大雨
倾盆,雷电交加。 富兰克林眼里闪烁着兴奋的光芒,狂奔起来。他追上威廉,接过风筝线,
拉着儿子躲进旁边一所建筑物。这时候他们的外衣已经湿透了。富兰克林掏
出一把铜钥匙,系在风筝线的末端。 只见风筝穿进带有雷电的云层。闪电在风筝上闪烁,雷声隆隆。但是什
么也没有发生。
儿子沉不住气了,他说:“爸爸,恐怕这次是白费功夫了。” “我们要坚持下去,不要放弃,”富兰克林回答说。 突然,一道闪电掠过。风筝线上有一小段直立起来,被一种看不见的力
移动着。富兰克林觉得他的手有麻木的感觉,就把手指靠近铜钥匙。顷刻之
间,钥匙上射出一串电火花。 “哎哟!”富兰克林叫喊了一声,赶紧把手离开钥匙。无限的欢乐也象
电流一样,顿时传遍他的全身。他喊起来:“威廉!我受到电击了!现在可 以证明:闪电就是电!”幸运的是这次传下来的闪电比较弱,富兰克林没有 受伤。
  杰出的预言被证实了!闪电确实是一种放电现象,它和实验室里的电火 花完全一样!


  富兰克林顾不得危险,他用一块丝绢裹住已经湿透的风筝线,让钥匙直 接给莱顿瓶充电。威廉看到瓶上电火花闪烁,惊喜得张大了眼睛。他一点没 有想到,那震撼山岳的雷霆,随时都可能落在他们头上。
  事后,富兰克林用莱顿瓶收集的闪电,进行了一系列实验,证明它的性 质同用起电机产生的电荷完全相同。富兰克林怀着激动的心情向科林逊报告
  
了实验结果。他在信里是这样写的: 当带着雷电的云来到风筝上面的时候,尖细的铁丝立即从云中吸取电
火,而风筝和绳索就完全带了电,绳索上的松散纤维向四周直立开来,可以 被靠近的手指所吸引。当雨点打湿了风筝和绳索,以致电火可以自由传导的 时候,你可以发现它大量地从钥匙向你的指头流过来。从这个钥匙,可以使 莱顿瓶充电,用所得到的电火,可以点燃酒精,也可以进行平常用摩擦过的 玻璃球或玻璃管来做的其他电气实验:于是带着闪电的物体和带电体之间的 相同之点就完全显示出来了。
  风筝实验的消息引起了全世界科学界的轰动。富兰克林的电学理论终于 取得了决定性的胜利。他的著作被译成意大利文、德文、拉丁文,在全欧洲 得到了公认。
  在科学的真理面前,罗勒院长的谬论不攻自破,被学术界所抛弃。罗勒 这个人后来也渐渐地被人们遗忘了。英国皇家学会的权威们作了反省,他们 对两年前不屑一顾的论著重新评议,做了实验,果然一一应验。这些身居高 位的科学泰斗们,不由得对书的作者刮目相看。他们笑容可掬地给富兰克林 送来金质奖章,并且邀请他当皇家学会会员。
  
人定胜天


  风筝实验的成功,启发了富兰克林,可以设法把天空中的电引到地下, 避免发生雷击灾害。正当富兰克林进行这种试验的时候,从俄国传来了利赫 曼(1711-1753)被雷电击毙的消息。
  利赫曼是俄国著名的电学家,曾经在 1745 年发明静电计。为了验证富兰 克林的实验,他们把一根大约两米长的铁杆固定在屋顶,一根和铁杆相连的 金属导线通入屋里,导线末端连着一根金属棒和测电荷的棉线,当导线带电 的时候,棉线会和金属棒分开。1753 年七月的一天,科学院正在开会,利赫 曼看到就要下雷雨,急忙赶回家。他请了一位画家同行,以便当场给画家介 绍实验情况,好给就要付印的出版物绘制插图。当他们走进房间的时候,利 赫曼瞥了一下窗子说:“雷电还远,没有危险”,然后走近仪器,察看静电 计。就在这一刹那,画家看见从金属棒发出一团拳头大小、淡蓝色的火球, 利赫曼躲闪不及,被击中前额。只听得一声开炮那样的巨响,利赫曼没有来 得及喊叫就向后倒下!画家的上衣被撕成碎片,也受了伤。利赫曼的好友俄 国科学家罗蒙诺索夫(1711-1765)事后伤心地写着:“他用悲惨的实验说明, 雷电的力量是可能避免的,铁杆应该竖在雷电可能打到的空旷的地方。”
利赫曼的遇难引起了整个科学界的震惊。这是做强电试验的第一个牺牲
者,代价惨重。富兰克林不过是幸免罢了。消息传出,许多人对雷电试验产 生了戒心。但是富兰克林没有退缩,利赫曼的死更激起了他发明避雷针的决 心,也使他省悟到雷电的确是可以避免的。
富兰克林夜以继日地工作着,在盛夏还没有结束的时候,他终于试制成
一根实用的避雷针。他把一根几米长的铁杆,用绝缘材料固定在屋顶,杆上 紧拴着一根粗导线,一直通到地里。当雷电袭击房子的时候,它就沿着金属 捧通过导线直达大地,房屋建筑完好无损。富兰克林做了许多避雷针,分送 给他的朋友和邻居,建议他们装在屋顶上。
第二年,避雷针开始在勃兰地兹试用。象许多新发明一样,起初的情况
并不顺利。 不少居民听信教会和保守势力的蛊惑,认为装在屋顶的尖杆是不祥的东
西,冒犯了上帝,会带来旱灾,就在黑夜偷偷地把避雷针拆了。然而,科学
最终战胜了愚昧。一场挟着雷电的狂飙过后,神圣的教堂着火了,而装有避 雷针的房屋却全都平安无事。
事实粉碎了宗教的谎言,它证明了雷电不是上帝的意志,上帝是不存在
的,人定胜天!
避雷针很快推广开来。1762 年避雷针传入英国,1769 年传入德意志,到
1784 年,全欧洲的高楼顶上都竖起了金属杆。 雷电终于被制服了。这是科学的胜利,也是全人类共同努力的结果。除
了富兰克林、利赫曼外,还有许多人为它作出了不可磨灭的贡献。

“我出生得太早了”


  风筝实验是富兰克林传记里最有光采的篇章。在随后的年月里,这位大 无畏的科学家继续战斗着。他一生的贡献是多方面的,一位传记作家曾经统 计过,有十九个科学技术领域留下了富兰克林的足迹。
  他研究过天花的传染,并且创办了美国第一所公立医院。他还发明了一 种双焦距透镜,在光学上也很有造诣。由于细心观察,他曾经发现不同颜色 的布块在阳光下吸热效应不同:颜色越深,吸热量越大;颜色越浅,对阳光 的反射越强。因此,富兰克林建议人们在夏天最好穿浅色衣服,比较凉爽。 这个发现现在看起来虽然简单,但是几乎花了一个世纪才被人们普遍接受。 为了促进北美的经济发展,富兰克林对农业很重视,他曾经试验用石膏粉做 肥料,也为有关部门提供产生沼气的方法。
  富兰克林对科学技术的兴趣很广泛,在天文、地质、地磁、气象、化工、 机械,直到钟表、乐器上都有所发现和发明。而且可贵的是,这一切大多是 业余搞的。他无论走到哪里,都没有放弃过科学研究活动。1758 年,他作为 北美殖民地的外交代表去伦敦,在繁忙的外交事务中,还同几位英国化学家 合作,研究通过蒸发获得低温的方法。在往返英美的渡海航行中,他仔细观 察过海洋的暖流活动,并且认真测量了它们的流速和水温。
富兰克林不愧是美国民族开国时期的一位巨人。他既是杰出的科学家,
又是著名的政治家、外交家和宣传家。他二十六岁编著的《理查历书》,在 美国流传很广,历时三十年不衰。历书采撷了不少民间谚语,通俗易懂,妇 孺都喜欢读,在北美家喻户晓。书中有许多箴言,比如“常用的钥匙永远光 亮”、“滴水可以穿石”、“只要每天砍伐,小斧可以砍倒大树”、“勤勉 为幸运之母”、“空袋难以自立”、“宁忍饥而勿负债”等,劝人勤勉自立, 艰苦创业,反映了美国早期新兴资产阶级的思想。在他的后半生中,北美经 历了一场轰轰烈烈的民族解放运动。他最初曾经希望和英国妥协,后来在人 民革命潮流的推动下,他站到了斗争的最前列,在美国摆脱殖民统治和争取 自由解放的运动中起了重要的作用。1776 年他参加了美国《独立宣言》的起 草工作。起草委员会共有五人,执笔者是激进思想家杰弗逊(1743-1826)。 这个宣言是北美殖民地民族解放的一面旗帜,在独立运动中起了巨大的组织 群众和鼓舞人心的作用。
美国独立以后,富兰克林作为美利坚合众国首任大使到巴黎,为美国革
命争取到重要的国际援助。这时他已经是七十岁的老人了。他的科学和政治 业绩,使他誉满全球。据记载,当时“巴黎的权贵仕女,都以一瞻丰采,一 聆言论为荣。”富兰克林在法国的九年间,除履行外交公务外,他和欧洲的 科学家也建立了广泛的联系。
  富兰克林晚年撰写了许多著述、回忆录,情感真切,气势磅礴,开了美 国散文的先河,在美国文学史上占有重要一页。他对科学的最新发展也很关 心。1783 年他目睹第一次氢气球


飞行试验以后,立刻写信给英国友人积极进行宣传,对人类征服天空的努力 表现出很大热情。1785 年,富兰克林从法国载誉归来。他尽管已经八十高龄, 还担任了宾夕法尼亚州最高行政会议议长,参加了制定美国第一部宪法。他 一生的最后几年兼任废除农奴促进会会长,为解放黑奴竭力奔走。

  1790 年四月十七日,这位不知疲倦的老人与世长辞,享年八十四岁。美 国人民怀着深切的悼念之情,为他致哀一个月。富兰克林出身在工人家庭, 一直和劳动人民保持着密切联系。他始终以当过一名普通印刷工而感到自 豪。他一生中担任过许多高级职位,但是在自撰的墓志铭里,却只自称“印 刷工富兰克林”。富兰克林获得了后世的爱戴和崇敬。科学史家在提到他名 字的时候,都怀着深深的敬意。一些杰出的艺术家,也为他立碑塑像。他是 伟大的,也是平凡的。他的伟大寓于平凡之中。法国十九世纪的雕塑大师罗 丹,曾经在《罗丹艺术论》里,这样评价一座有名的富兰克林胸像:
  这里还有富兰克林的像:迟钝的神情,肥肥的下垂的面颊——是一位老 工人。使徒般的长发,温和善良的性情——是一位很得民心的劝导者,这就 是诚实的理查(就是富兰克林的名字)。固执的阔额,向前倾着:这是坚毅 的标志;富兰克林以他的苦学、进取,成为著名的学者,到后来解放祖国, 证明了这种坚毅。眼中和嘴边的表情有些刁猾——乌东(塑像作者——引文 者注)没有因为富兰克林浑身粗笨而受骗,他猜透了这个发迹的心计家的深 谋远虑的现实主义,猜透了这个盗取英国政治秘密的外交家的狡猾。
这就是活生生的近代美国的祖先之一。
  从 1706 年到 1790 年,这位杰出的人物经历了几乎整整一个世纪。他是 美国资产阶级上升时期科学和文化的代表,也是十八世纪电学的象征。法国 一位政治家曾经评论他“攫雷电于九天之上,夺强暴于权威之手”,是一点 不过誉的。在这一百年间,经过许多科学发明家的辛勤耕耘,沉睡了几千年 的静电学终于发芽开花,结出了累累硕果。这当中,值得指出的人很多,而 富兰克林的电学理论和风筝实验,是其中最有代表性的发现。正是他,揭开 了近代电学研究的序幕。
在晚年,富兰克林还是信心百倍地展望了科学的未来。他是这样写的:
“科学的迅速发展使我有时感到遗憾——我出生得太早了。我们不能设想, 人类驾驭大自然的能力在一百年、一千年以后,能够达到什么样的高度。我 们也许能够学会克服地球引力,举起庞然大物;农业能够提高劳动生产率, 使产量倍增;疾病可以有效地预防,大大延长人类的寿命。”
富兰克林的预言,不是正在变成现实吗?

电磁理论的奠基人——法拉第


  电磁理论的创立,是十九世纪科学史上一次振奋人心的革命。它突破物 理学的传统观念,揭示出电磁现象的本质,预见了电磁波,使电子科学技术 有了飞跃的发展。
  这次革命改变了世界文明的面貌,对近代科学技术产生了极其深远的影 响。现在广泛应用的无线电通信、广播、雷达、传真、电视、遥测、遥控, 以及其他许多崭新的技术,都是它的直接产物。爱因斯坦曾经高度评价说, 这“是物理学从牛顿以来的一次最深刻和最富有成效的变革。”
  这场变革的主要奠基人,是一个铁匠的儿子、英国伟大的物理学家、化 学家迈克尔·法拉第(1791-1867)。

铁匠的儿子


  1804 年一个仲夏的早晨,伦敦街头走来一个报童。他个子瘦小,眉清目 秀,虽然穿着打了补丁的衣服,看上去却挺精神。他肩挎一包报纸,一面啃 着一小块面包,一面快活地哼着歌曲。
报童走进一家点缀着绿荫的庭院,停了下来。
  他从挎包里取出一份印工精良的报纸,在镶着铜牌的大门上敲了几下。 当时报纸在英国还是一种奢侈品,只有豪门贵族才购买,一般家庭大多是租 阅,每周取送一回。
在等候开门的片刻,报童的目光落在身旁的栏杆上,他忽然停止了唱歌。
一个有趣的问题在他脑海闪过:“如果我的头伸进栏杆里,而身子还在栏杆 外,那我究竟应该算在栏杆哪一边呢?”
正当这个报童在凝神思索的时候,不料大门打开了。他躲闪不及,脑袋
被重重地碰了一下。他的“栏杆难题”没有找到答案,脑门上却鼓起一个青 包,惹得开门的女仆和过路人都哈哈地笑起来。
这位闹笑话的报童,就是十三岁的迈克尔·法拉第。
  当时目睹这幕喜剧的人谁也没有想到,就是这个被窘得面红耳赤的穷孩 子,日后竟成了英国最负盛名的大科学家。
是的,历史上有许多杰出人物,出身都很贫寒。他们从小饱经生活的忧
患,没有受过良好的学校教育,但是靠着顽强的自学,登上了科学和文化的 高峰。
富兰克林的父亲是染匠,安徒生(1805-1875)的父亲是鞋匠,康德
(1724-1804)的父亲是皮匠,瓦特(1736-1819)的父亲是木匠??法拉第 也是一位工匠的儿子。
  1791 年九月二十二日,法拉第出生在英国纽因敦城一个普通的铁匠家 庭,祖上有爱尔兰血统。法拉第的父亲是一个吃苦耐劳、笃信宗教的人,名 叫法拉第·詹姆士。一家六口,靠他打铁为生,相当艰苦。
  法拉第的童年生活没有留下更多的记载。根据他自己后来回忆,他的童 年是在饥饿中度过的,有时候一个面包要当一星期的口粮。
  法拉第五岁那年,全家为生活所迫,辗转来到伦敦,在一家马车行楼上 租了两间小屋,定居下来。父亲工作的铁匠铺就在附近,法拉第常去送饭。 铁匠们打铁的景象,那铿锵的锤声、通红的炉火、劳动的欢乐,给法拉第留
  
下了终身难忘的印象,他对父亲的铁匠铺一直怀着深厚的感情。法拉第后来 成为名驰海外的科学家的时候,还常常谈起“我很喜欢铁匠铺,以及关于铁 匠的一切事情”,并且自豪地宣称“我的父亲就是一个铁匠。”
  由于家境贫苦,法拉第小小年纪就开始谋生。他十三岁就到伦敦布兰埠 街的一家书店当送报童,专给租报的人家送取报纸,还在店里打杂。他性情 活泼,很爱思考,那次脑门被撞就是这样引起的。
  书店老板乔治·里波见这位铁匠的儿子工作勤快,又喜欢动脑筋,不久 就叫他学习装订书籍,兼管售书。装订工作对法拉第一生发生了很大的影响。 他千方百计地努力学习,一有空就读那些刚装订好的新书。和富兰克林少年 时期一样,法拉第靠着刻苦自学,获得了丰富的知识。书店成了他的启蒙学
校。
  法拉第最爱看的是《大英百科全书》,特别是吉尔伯特、富兰克林这些 先驱者的电学知识,使他受益不浅。对于其他的科普读物,法拉第也很感兴 趣。有一本名叫《科学对话》的小册子,写得饶有趣味,他最初的化学知识, 就是从这本书里汲取的。
  从十三岁到二十一岁,正是长知识、长身体的黄金时期。法拉第这个阶 段在书店当了八年学徒,等于上了八年学,这为他后来从事科学研究打下了 必要的基础。可以说,富兰克林和法拉第都是印刷业哺育出来的。
当然,法拉第和富兰克林也有不同的地方。富兰克林喜欢博览群书,文
学、哲理、天文、数学,无所不读。法拉第却更偏重科学技术,而且他从不 把兴趣局限在书本上。从最初开始,这位铁匠的儿子就表现出独立思考能力。 对于书里的结论,哪怕是著名权威的话,他也决不轻信。只要条件允许,他 总要设法亲自检验一番。法拉第很爱做实验,他的零用钱几乎全省下来买实 验用品。钱不够就想其他办法,有时候连饭桌上的食盐也被他拿来做实验了。 好在盐不贵,主人也不怎么计较。这种尊重事实、不迷信权威的特点,贯穿 在法拉第一生的科学研究活动中。正是这种可贵的精神,导致他后来在许多 领域里作出重大发现。

科学在召唤


  装订书、卖书的职业,使法拉第有机会接触许多科学界人士。1812 年初 秋的一天,一位常来买书的皇家学会会员送给
法拉第四张听讲券。讲座的地点在皇家学院,主讲人是皇家学院化学教
授戴维爵士(1778-1829)。当时,一般人都可以买票去听皇家学院的学术讲 座,这对普及科学知识无疑产生了良好影响。
  戴维当时不过三十五岁,却已是举世闻名的大化学家,一生发现建树极 多。他二十八岁创立电化学,尽管当时英法两国处在敌对状态,拿破仑还是 破例向他授了勋章。二十九岁那年,他用电解法发现了钾、钠元素;第二年 又分离出钡、锶、镁、硼等新元素,轰动了化学界。法拉第对戴维敬仰已久, 现在居然能够去聆听他的讲话,真是欣喜异常。这次听讲对法拉第来说,简 直是生活中的一件大事。
  这次演讲的题目,现在已经没法查考。有的书说,戴维讲的是在一块铁 上绕上通电线圈的实验。估计这种说法不可靠,因为电磁铁的发明是十年以 后的事情。不过根据戴维的研究活动推测,这次讲座同电学有关倒是很可能
  
的。这位化学大师早在 1801 年就对电很感兴趣。根据当时杂志的记载,他曾 经几次举行演讲,积极宣传伽伐尼效应①和伏打电池②这些新发现,并且亲自 用蛙腿进行表演。
  听讲那天,法拉第很早就去了,他坐在一个不引人注目的地方。整个讲 演厅座无虚席,连窗台上都坐满了听众。戴维站在马蹄形的大讲台前,讲得 有声有色,妙趣横生,他还不时躬身做些示范。法拉第屏息静听,而且作了 详细的记录。


  法拉第听完讲座回到书店,天已经很晚了。他兴奋得睡不着觉,就取出 一个崭新的笔记本,在昏暗的烛光下,把听讲记录誊抄整理出来。凡是可以 发挥的地方,他都根据自己的理解作了补充,还画了许多插图,注明戴维进 行的一些示范实验。
  当小伙子把笔记整理完毕的时候,东方已经发白。二十一岁的法拉第望 着拂晓矇眬的景色,心潮起伏,好象感到有一种强烈的力量在吸引着他,那 就是科学的召唤!
  不久,法拉第学徒期满,在另一家印书店当了正式的装订工。新主人德 拉罗舍脾气古怪,喜怒无常。法拉第对他没有多少好感。不过他倒很赏识这 个新来的装订工,他向年轻人保证,只要为他干到底,将来法拉第可以当书 店的继承人。
法拉第的理想不是当书店老板,他的心早已飞到科学领域。但是怎样进
入科学界呢?他不过是个装订工,既没有学历、文凭,也没有靠山。青年人 最后想到了戴维。他决定向这位大化学家求助。法拉第在作出决定的时候很 踌躇了一番。他同戴维素不相识,如果打个比喻的话,戴维当时处在科学的 金字塔顶,他不过是塔底一块普通的石头,戴维会理他吗?
经过几天的考虑,法拉第把那篇精心整理的讲演记录寄给了戴维,并且
附上一封恳切的信。他在信里诉说自己贫困的身世、对科学的憧憬,希望得 到一个能够接触技术的职位。青年人还表示,只要可以离开唯利是图的商业 工作,转到为人类造福的科学事业上来,不管待遇怎么低,他都乐意。
信寄出去以后,法拉第怀着惴惴不安的心情期待着,看是否能够得到回
音。想不到几天以后,他收到戴维的一张便条,约他去面谈。当时,法拉第 的心情是难以用语言来形容的,他马上赶到戴维的办公室。
原来戴维读了法拉第的信以后,被这个年轻人的身世和热情打动了。戴
维自己因为过早死了父亲,十五岁就辍学就业,当过药剂师的学徒,他的成 就也是全靠自学得来的。他从这个陌生的年轻人身上,看到了一种最宝贵的 东西——对科学的热爱和献身精神。为了帮助这个青年,他去和皇家学院的 总管商量。当时,皇家学院的编制已经满了。还算戴维面子大,总管同意考 虑,不过当他听说法拉第连中学都没有上过,就不客气地说:“叫他来洗瓶 子吧!”戴维显然觉得这过于屈才,没有马上同意。那个总管笑了笑说:“如



① 1786 年,意大利生物学家伽伐尼(1737-1798)在解剖青蛙的时候,发现蛙腿一接触金属就会发生颤抖。
这就是著名的伽伐尼效应。
② 意大利电学家伏打(1745-1827)受伽伐尼效应的启发,在 1800 年发明了世界上第一个化学电源。他把 若干银圆片、锌圆片和用电解液浸湿的布圆片依次迭加在一起,组成一个电堆,由于两种不同金属和布片 中的电解液发生化学作用产生了连续的电流。这个电堆在电学史上通常称做伏打电池。

果他真还有点用,一定会洗得不错;要是他不来,那就肯定是个废物了!” 戴维热情地接待了法拉第,把皇家学院的难处坦率地告诉了他。为了不 伤年轻人的自尊心,他没有提起总管的话。这位大师劝法拉第再慎重考虑一 下自己的理想,他诙谐地说:“科学好比一个性情怪癖的女子,你尽管对她
倾注满腔热情,可是得到的报酬却极其微小!” 戴维还安慰青年装订工说,书店的职业可以获得安定的生活,并且答应
他今后可以把皇家学院的全部图书的装订工作包下来。这对戴维说来,确实 已经尽了最大的努力了。
  法拉第听完戴维的话,很受感动。他完全理解戴维的好意,但是他立志 从事科学工作的决心却是坚定不移的。“我愿意等待!”他恭敬而坚定地这 样回答。
  1812 年的冬天,法拉第是在希望中度过的。正象俗话所说,“精诚所至, 金石为开”。几个月以后,皇家学院的实验室碰巧需要增补一个实验助手。 戴维征询法拉第的意见,法拉第毫不犹豫地接受了这个工作。1813 年三月, 英国皇家学院的会议文件,记载了戴维对法拉第的推荐意见。文件上写着: “迈克尔·法拉第是一个二十二岁的青年。根据戴维爵士的观察,这个人能 够胜任工作。他的习惯很好,上进心强,举止和蔼,十分聪明。”
在戴维的推荐下,法拉第正式踏进了科学界。这位铁匠的儿子、装订工,
后来竟成为英国科学界中一颗最亮的明星。

青出于蓝


  法拉第的愿望实现了,他进入皇家学院实验室,给戴维当助理实验员。 当时,他不过是一个热爱科学的青年,专业知识还少。但是他虚心好学,不 怕吃苦。他在实验室里洗刷器皿,搬运仪器,扫地抹桌,样样都干,很快就 得到大家的好感。
戴维当时正在研究氯的特征,很有创见。历来人们错误地认为氯是一种
氧化物,连大名鼎鼎的化学革新家拉瓦锡(1743-1794)也这样看。戴维却 用实验证明氯是一种元素,改正了这个错误。他在 1810 年十一月宣布了自己 的发现,但是传统学派却不承认,两种观点的论战持续了好几年。法拉第协 助戴维做了不少实验,他坚决拥护老师的新见解。在给一位持怀疑态度的朋 友的信里,他由衷地写着:“我热诚地信奉这个新学说,这是一点不奇怪的。 因为我亲眼看见戴维本人拥护它;我还见过他做出许多实验来验证和解释 它,使我不得不信服,进而钦佩他。”这大约是年轻的助手在学术上追随戴 维的第一件事。
  几个月以后,法拉第得到了一次非常难得的学习机会。 这一年秋天,戴维去欧洲进行学术考察,主要目的是同欧洲各国著名学者进 行学术交流,并且做些短期的研究工作。戴维三十三岁才结婚,妻子是一位 年轻的富孀,这次出国,他带着夫人同行。为了帮着操作实验和整理科学记 录,还需要一个能干的助手,戴维选中了法拉第。这对初出茅庐的助理实验 员来说,意义是重大的。
  1813 年十月,正是秋高气爽的日子。戴维一行三人启程离开伦敦。法拉 第有生以来第一次出海航行,他的心象长上翅膀一样,早已飞过英吉利海峡。 他们旅行的第一站是法国。当戴维夫妇和法拉第到达巴黎的时候,受到
  
法国科学界的盛情欢迎。戴维在巴黎逗留了几个月,一面讲学,一面跟法国 同行合作,进行学术研究。当时法国科学家从海藻里提取一种新物质,不能 断定是什么元素。戴维在法拉第协助下进行分析,只用了一周时间就测出这 种新元素的主要特性,并且命名为碘。问题解决得这样快,使法国化学界惊 叹不止。
  在巴黎期间,年轻的法拉第认识了不少法国著名的科学家,其中有两位 对他十分友好,那就是电学大师安培(1775—1836)和化学家盖—吕萨克(1778
—1850)。当时多数学者对戴维带来的助手并不注意,只有安培和盖—吕萨 克看出这个青年的价值不在他的老师之下,于是热情地给予指点。法拉第得 到机会亲自观摩这些大师的实验,吸取他们的科学方法,并且了解到科学发 展的最新水平,大开眼界。这种收获的价值实在是不可估量的。
  这次旅行长达一年半,除了巴黎外,从热那亚、日内瓦、佛罗伦萨直到 罗马,欧洲许多科学中心都留下了他们的足迹。戴维和欧洲科学界有广泛的 学术联系,他们每到一个地方都受到礼遇,法拉第也结交了很多知名学者, 学到不少新东西。
  1815 年春天,戴维夫妇和法拉第满载而归,回到英国。这次出国对法拉 第来说,它的意义可以说仅次于达尔文的环球旅行。法拉第后来在电学和化 学上获得成就,这次欧洲之行起了很大的作用。旅行给法拉第留下了难忘的 印象。他的日记,详细记载了戴维在各地的讲学内容、实验记录,以及各国 科学家的实验方法、风格特长;沿途所见的自然景色、风土人情,也引起他 莫大的兴趣。法拉第生性乐观,富于同情心,对大自然和生活在底层的劳动 人民怀着深切的热爱。无论是海涛、落日、火山、瀑布,还是巴黎的车夫、 佛罗伦萨的贫民、罗马的狂欢节,都深深地印在他的心里。二十二岁的法拉 第,更坚定了他献身科学、造福人类的信念。
一回到伦敦,法拉第就扎实地干起实验室工作来。他的主要任务是协助
戴维做实验,同时兼任皇家学院各位讲师的助教,在讲课的时候做示范表演。 法拉第的工作是紧张和劳累的,有时还有危险,但是他干得很尽职,也很愉 快。他从小就爱好实验,今天能够在英国最高级的实验室里工作,真是如鱼 得水,他的整个身心都投入了实验室的工作。
不过,法拉第不是一个盲目的实验家,他善于利用各种机会学习新知识。
这些机会是:他以助手资格参加皇家学院的讲习会,充分利用图书馆的资料, 向戴维和常来学院的著名科学家求教,等等。但是,他最好的老师,还是所 做的那些实验本身。在科学研究中,同样一个实验,不同的操作者,不同的 条件,常常会得出不同的结果;就是同一个结果,也可能得出不同结论。重 要的是要善于发现和正确判断。法拉第每次实验都一丝不苟。他对实验中的 各种现象极为敏感,善于捕捉那些偶然闪现的思想火花。不满足现成结论, 不迷信经典理论,总想探索新的东西,是他的最大特点。在实验面前,法拉 第是一个出色的探险家,是一个不倦的勘探者。
  在两三年时间里,经过实际锻炼,法拉第具备了出色的实验才能。在戴 维的指导下,他开始走上独立研究的道路。
  1816 年,二十五岁的法拉第初露锋芒,在《科学季刊》上发表了第一篇 化学论文。他当时还有些胆怯,这种初出茅庐的紧张,每一个发表处女作的 年轻人都能体会到。以后,法拉第陆续又写了几篇论文,都是关于化学方面 的。
  
  1818 年,法拉第写了一篇关于火焰的学术报告,大胆指出了名家理论的 谬误。这篇论文标志着法拉第科学上的准备时期已经结束。“名师出高徒”, 他在戴维的引导下,经过刻苦钻研,勤奋工作,终于成为一个年轻有为的化 学家。

电磁之谜


  1820 年物理学发生了一件大事:丹麦科学家奥斯特(1777-1851)发现 了电流的磁效应,第一次揭示出电和磁的密切联系。这件事刷新了电学史, 也改变了法拉第的研究方向。
  早在奥斯特以前,人们就发现一些奇怪的现象。1681 年夏天,一艘航行 在大西洋的商船遭到雷击,结果船上的三只罗盘全部失灵:两只退磁,另一 只指针倒向。还有一次,意大利一家五金店被闪电击中,事后发现一些钢刀 被磁化。由于当时连闪电的性质都没有搞清,这些现象谁也解释不了。一百 多年来,电磁之谜成了许多科学家探索的目标。
  奥斯特是个化学家兼外科制药专家,也是铝的发现者之一。他对电学很 感兴趣,一次在实验中意外发现,把通电的导线放在磁针上方,磁针竟会发 生偏转!这个发现在 1820 年七月二十一日公布以后,立刻引起了整个物理学 界的轰动。人们本来以为毫不相关的两种现象,竟有这样奇妙的关系。这个 发现成了近代电磁学的突破口,各国科学家纷纷转向电磁研究。象戴维和安 培这样的大师,也都兴奋得坐不住了。
二十九岁的法拉第同样被这个重大发现所吸引。他用极大的兴趣重复了
奥斯特的实验。果然,南北指向的磁针在通电导线下面会转成东西方向。这 个青年化学家久久地思索着:这是为什么呢?
许多科学家也都在苦苦地想这个问题。因为电流和磁针之间的作用力,
跟当时已经知道的哪一种力(万有引力、静电力、磁力)都不同。那些力都 表现为推或者拉(斥力、引力),而新发现的力却是一种传动作用。它的奥 秘在哪里?在它背后是否还有更深邃的内容呢?无论是奥斯特本人、安培、 戴维,还是别的电学专家,一时都解不开这个谜。
法拉第完全懂得这个发现具有不可估量的意义。他决心沿着奥斯特打开
的缺口,作进一步的探索。在戴维的鼓励下,青年化学家毅然闯进了电磁学 这个未知的领地。
既然现有的理论解释不了新事实,法拉第决定从实践中寻求答案。他把
收集到的有关电磁现象的资料,仔细地进行比较研究,并且一一用实验来重 新检验。实验进展很快,也很有趣。1821 年夏天,他在《哲学年报》上发表 了有关电磁研究进展的论文。在这篇论文中,法拉第把电流对磁针的作用力 称做“转动力”,虽然从理论上讲这也没有触及到本质,但是他却在实验中 巧妙地运用这种“转动力”,让一块磁铁绕着一条电流连续转动,或是使一 条载流导体绕磁铁不停地旋转。当时法拉第新婚不久,他常常请新娘在一旁 观看实验。当法拉第获得初步成功的时候,他欢乐得几乎手舞足蹈起来。一 位传记作家曾经这样描述:实验对于法拉第来说,无论在什么时候都好象孩 子那样的快活,不管这个实验是他本人做的,还是别人的发现。
  不久,安培发表了研究报告,原来这位法国学者在这以前也做过同样的 实验,并且确定电流具有磁性。安培是享有盛名的电学大师;法拉第还是个
  
新手,他能够同安培不谋而合,确实是可喜可贺的。 法拉第向戴维报告了他的实验成果。当时,戴维已经成为英国皇家学会
会长,他起初有些不信,因为法拉第一直受的是化学方面的训练。但是当他 重复法拉第实验的时候,果然一一应验。这位英国的科学泰斗也不由得暗暗 佩服。戴维从 1801 年开始关注电学,二十年来他在化学领域里硕果累累,对 电解也很有造诣,但是在电磁学上却没有什么发现。现在是后来居上,让学 生领了先。真是“青出于蓝,而胜于蓝”!
  初次成功使法拉第受到很大鼓舞,他信心更大了,决心为电磁学这门崭 新的科学当个开路先锋。根据大量的实验,他确信电和磁就象铜币的图案和 字样,是同一事物的两面。既然电流可以产生磁,那为什么磁不能产生电流 呢?1821 年秋季,法拉第在日记里写下了一个闪光的设想,“从磁产生电!” 想不到为了实现这一伟大的目标,法拉第经历了无数次失败,进行了长
达十年的实验研究。这是一次艰苦卓绝的攀登。
电子科学发明家的下一页
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