世界上几乎每个中学生都知道，曾经有一位在雷雨天气中不顾个人安危，放飞一只线上系有钥匙的风筝，从而发现闪电也是电的人——本杰明·富兰克林。当我们再大一点的时候，不禁要问：“这种说法合理吗？”富兰克林是如何在风雨中操纵风筝，而没有触电烧焦的呢？
01
电场领域先驱富兰克林
在美国历史上，有几位大名鼎鼎的“富兰克林”。一位是美国独立运动的领导人，美利坚开国三杰之一，本杰明·富兰克林；一位是富兰克林·皮尔斯，美国第12任总统；还有一位是富兰克林·德拉诺·罗斯福，美国第32任总统。今天我们要介绍的就是100美元面钞上的这位——本杰明·富兰克林。
1746年，作为印刷商和《穷查理历书》出版商的富兰克林相当富裕。有一天，他看到了苏格兰杂耍艺人亚当·斯宾塞医生在公开场合表演一个被称作“电吻”的社交把戏：在表演中，一位女士把没有带手套的手放在一个旋转的玻璃球上，当她的男友或追求者靠近去亲吻这位女士时，顿时就会爆发出火花，当然也会伴随着欢笑。富兰克林从此就被“电”深深的迷住了。
为此，他买下了莱顿大学教授、荷兰科学家彼得·范·马申布罗克制作的“莱顿罐”（现代电学中电容器的雏形）。它有一个普通果酱罐、锡箔、铜棒等组成，在果酱罐的底部铺上一层锡箔，罐口配上蜡封软木塞，中间穿过一个连接短链条的铜棒。链条里面与锡箔杰出，铜棒顶端有个鼓起的铜球。当摩擦各种物体产生的静电作用到外部的铜球时，静电就经铜球存储在管子里。富兰克林对此沉迷不已，并与英国皇家学会会员的彼得·克林森经常保持科学通信。这些信件集结成为了《电的实验与观察》一书，该书1751年首次出版，便被翻译成多种语言，为富兰克林赢得了从业余科学家到电学领域自然科学家的声誉。
在书中，他认为电是从高电荷向低电荷流动，实验鉴定并命名了正电荷和负电荷、导体及绝缘体。同时，他提出了一个验证“闪电”与“电”是否一样的实验。他写道，“要确定云是否带电？可以在一个高塔的顶端，设置一个足够容纳一个人和一个电架的岗亭。从电架中央支起一个铁杆，弯出门外，然后再垂直向上6~9米，顶端弄得很尖。如果电架保持干净和干燥，当经过的云层很低时，站在架子上的人可能会通电，产生火花，铁杆将云中的电火引导他身上。”
02
首次人类对云地闪实验
富兰克林的电学理论，很多科学家表示不着边际。但是，法国国王路易·十五却十分感兴趣，他鼓励科学家去尝试这个实验并确认其理论。
1752年5月10日，法国的布丰伯爵托马斯·弗朗索瓦·狄阿里巴勇敢站出来挑战。他在巴黎北边的玛丽村竖起了一根12米长的尖尖的金属杆，下面插进一个空酒瓶，然后等待暴风雨的到来。当暴雨云层从头顶飞过，金属杆被闪电击中后，他的一位助手手拿铜丝前去查看。正如富兰克林预测的结果：他招来了火花，烧伤了手指，还产生了一股硫磺味。
实验证明，闪电与人造的电是一样的。这次实验也是人类对云地闪的首次探索和研究。于是，整个夏天，法国的科学家们以一种近乎迷恋的态势在一直重复这个实验。
一夜之间，富兰克林成为了欧洲炙手可热的名人，1756年，富兰克林入选英国皇家科学院，被授予代表最高荣誉的科普利奖章。而他，却没有放飞任何风筝。
03
致命的雷电风筝实验
最早记载“风筝实验”的是1752年10月19日的致《费城报》的一封信。信中介绍了一个实验，但却从来没说富兰克林做过这个实验。
“用两根轻杆交叉成十字，支住一块手绢的四个角，杆的顶端附上一根尖铁丝……在线的末端系上丝带并绑上一把钥匙。拉线的人必须站在门内，确保不被淋湿。雷雨云一经过风筝上面，尖的铁丝就能引下电火。”请注意，在这个实验里，闪电并不直接击中风筝。其想法是让风筝接近云层，将电荷从大气系统沿风筝线引下来。然后实验者用手指关节去触摸钥匙，将电荷导入地下。
显然，这是一个危险到足以致命的实验。
现代科学显示：雷电所蕴藏的能量在极短的时间释放出来，其瞬间功率巨大。超级闪电发生时，两端平均电压可达1000万伏，平均电流10万安培，功率可达10亿千瓦，甚至更高（我国最大的三峡水电站的装机容量才2240万千瓦，闪电的瞬间功率大约是三峡水电站的50倍左右）。
但是，闪电的放电时间极短，平均持续时间0.25秒，一次闪电的能量约7万千瓦·时（度）。
有一个人在尝试重复这个实验时丢了性命，他就是俄罗斯物理学家里奇曼。1753年，里奇曼在圣彼得堡放风筝时被“金属杆中窜出的一个拳头般大小、蓝白色火球”击倒，再也没有起来。
04
富兰克林放风筝了吗？
1752年10月1日，富兰克林从费城写信给英国皇家学会会员彼得·克林森，在信中他详细表述了实验实施的细节和操作性。似乎这些细节的表述，都显示他做过这个实验，不过这封信得到内容是“推荐英国皇家学会购买他发明的避雷针”。
1767年，关于富兰克林放风筝最详细的描述来自约瑟夫·普利斯特里，他声称富兰克林亲自告诉他这件事情。
2003年，美国北卡罗来纳州，艾索瑟莫技术学院的讲师兼历史学家汤姆·塔克，准备重复富兰克林的风筝实验。首先，他试图利用富兰克林时代能找到的一些材料来复制实验。他严格按照描述试了几次，但风筝就是飞不起来。然后，他再用现代风筝尝试，还是不行。
富兰克林放风筝了吗？那个屹立在闪电中的威武的形象是真的吗？
更多的人相信富兰克林是放了风筝，但是他没有成功放飞风筝。因为，在信中，富兰克林只是提到把风筝在雷雨云经过时放起来，并没有提到闪电。
从另一个角度讲，很幸运，他没有成功。站在雨里的只是一个浑身湿淋淋的科学胖子，而不是一个被10万伏闪电击中的焦炭。如果真的是那样，24年后的富兰克林，无法亲自签署美利坚合众国的《独立宣言》，美国百元大钞上的头像又该是谁呢？或者，更为严重一点，蝴蝶效应引发美国根本就不存在，可口可乐、KFC、阿迪达斯、GOOGLE也不曾存在......
富兰克林也许从来就没有做过风筝实验，也没有任何期刊记载有这件事情。但是，他对科学探索的孜孜以求一直鼓舞着一代又一代“对科学好奇”的年轻人，不是吗？
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“一个雨中湿淋淋的科学胖子”，是不是很有画面感，您是怎么看待这件事的呢？欢迎在本文留言区里留言，同小伙伴一起交流。关注我们，和“趣科学、暖文化”做朋友。
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