物理史話之從蒼天那裡取得了雷電富蘭克林

在我們講過的那麼多數學家和物理學家之中,從事政治的人並不多。雖然牛頓曾經擔任造幣廠廠長長達三十多年,但是與我們今天要講的這位比起來,還是遜色很多。當今的世界格局是一超多強的局面,這個一超就是美國。作為一個立國二百多年的年輕國家,是如何從只有十三個殖民地一步步走到如今的超級大國的,這與它們的政治體制有很大的關係。而這個政治體制的提出者和確立者,正是我們本文的主角。法國經濟學家杜爾戈評價他說:從暴君那裡取得了民權。但是他還有另一個本事,也是杜爾戈評價的:從蒼天那裡取得了雷電。他就是美國開國三傑之一的本傑明·富蘭克林。

物理史話之從蒼天那裡取得了雷電富蘭克林

本傑明·富蘭克林

本傑明·富蘭克林於1706年出生在還是英國殖民地的美國馬薩諸塞州的首府波士頓。他的父親是一名英格蘭的移民,在1683年移居波士頓。到了波士頓之後,主要從事製造蠟燭和肥皂的工作。老富蘭克林有十七個孩子,本傑明是他最小的孩子。本傑明出生的時候,老富蘭克林都快50了。本傑明·富蘭克林(以下簡稱富蘭克林)8歲的時候開始上學,雖然成績優異,但是由於家中孩子太多,父親的收入無法負擔他讀書的費用。所以,他到10歲時就離開了學校,回家幫父親做蠟燭。富蘭克林一生只在學校讀了這兩年書。12歲時,他到哥哥詹姆士經營的小印刷所當學徒,自此他當了近10年的印刷工人,但他的學習從未間斷過,他從伙食費中省下錢來買書。同時,利用工作之便,他結識了幾家書店的學徒,將書店的書在晚間偷偷地借來,通宵達旦地閱讀,第二天清晨便歸還。他閱讀的範圍很廣,從自然科學、技術方面的通俗讀物到著名科學家的論文以及名作家的作品都是他閱讀的範圍。1736年,富蘭克林當選為賓夕法尼亞州議會秘書。翌年擔任費城副郵務長。1743年,他開始籌備一家學院,八年後學院成立,即為賓州大學的前身。1748年,富蘭克林退出了他的印刷生意,不過他仍然能從他的合夥人手中分得印刷店可觀的利潤,亦因此有時間進行他各項發明和研究,當中包括了他對電的研究。據說,在1752年,富蘭克林進行了他的著名的風箏實驗。1776年,70歲高齡的富蘭克林參加了第二次大陸會議,並負責《獨立宣言》的起草工作。隨後前往法國,長期擔任美國駐法大使。1787年,他參加美國憲法的制定工作,成為唯一同時簽署美國三項最重要法案文件(《獨立宣言》、《1783年巴黎條約》、《美國憲法》)的建國先賢。富蘭克林還是反對蓄奴的先驅。1790年,富蘭克林溘然長逝,費城人民為他舉行了葬禮,兩萬人參加了出殯隊伍,為富蘭克林的逝世服喪一個月以示哀悼。富蘭克林被埋葬在費城第五大道憲法中心附近。

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富蘭克林的墓碑,上面寫的職業是:印刷工

富蘭克林對物理學的貢獻主要在電學方面,是探索電學的先驅者之一。為了深入探討電運動的規律,富蘭克林創造了許多專用名詞如正電、負電、導電體、電池、充電、放電等現在都成了世界通用的詞彙。他借用了數學上正負的概念,第一個科學地用正電、負電概念表示電荷性質,並提出了電荷不能創生、也不能消滅的思想。富蘭克林當時是這麼做這個實驗的:他讓A、B兩人分別站在木箱上,用萊頓瓶分別使他們帶上玻璃電和松香電,又讓A、B向站在地上的第三個人C放電,結果都有火花閃現。但是如果A、B帶電後先互相握手,再向C放電,結果都沒有火花閃現。富蘭克林由此發現玻璃電和松香電可以互相抵消,於是總結出電荷有兩類,他把玻璃電叫做正電,把松香電叫做負電,分別用"+"、"-"符號來表示。並提出了電的單流體學說,他認為:每個物體都有一定量的電,電只有一種。摩擦不能創造出電,只是使電從一個物體轉移到另一個物體上,它們的總電量不變。物體上帶過量電的稱為帶正電,不足的稱為帶負電。這就是著名的"電荷守恆定律"

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電荷守恆定律

在1749年到1751年間,富蘭克林仔細觀察和研究了雷、閃電和雲的形成,提出了雲中的閃電和摩擦所產生的電性質相同的推測。1752年他在費城進行了震動世界的電風箏實驗:在雷電交加的情況下,利用風箏將大氣電收集到萊頓瓶中,使其充電,由此證明了他所提出的"閃電和靜電的同一性"的設想。(不過美國Discovery頻道的《流言終結者》節目曾經有一期專門針對富蘭克林的"風箏實驗"做過驗證,結論是:如果富蘭克林真的把手靠近導下了雷電的鑰匙,他將會被直接殺死。所以富蘭克林是否真的做過這個實驗,還存疑。但是這並不妨礙富蘭克林在電學上的顯著成就)根據這一理論和他對尖端接地導體放電現象的發現,1750年提出了關於避雷針的建議。這一建議首先於1852年在法國馬利大學得到應用。避雷針的發明不僅可以防止閃電所招致的嚴重危害,同時也破除了迷信,揭示了自然力的真實性質。

物理史話之從蒼天那裡取得了雷電富蘭克林

著名的風箏實驗

富蘭克林還發明瞭老年人用的,即能看清楚近處又能看清楚遠處的事物。改良了取暖的爐子,能夠節省四分之三的燃料。最先解釋清楚北極光。

最後,面值為100的美元上面的人物頭像正是富蘭克林。

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面值100的美元


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