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第3章科学让生命变得更加美好:兴趣成就天才

富兰克林自传

作者:本杰明•富兰克林 [全文阅读]
更新时间:2019/01/29

1. 我的兴趣就是我最好的老师

我很喜欢学习,并不只是因为我渴望用知识来充实自己,学习对我来说是一件很有乐趣的事。说句实话,直到现在我都不明白为什么有人会不喜欢学习,我相信每个人都有自己的兴趣,而兴趣就是我们最好的老师。

不知从什么时候开始,有人喜欢称我为“教授”,对于这个称呼我并不是很喜欢,因为我在科学上的成果,远远不及牛顿、亚里士多德等人的成就,这样的称呼让我诚惶诚恐。对于我在科学上的贡献,我认为那不过是我的一种爱好,因为这种爱好,所以我去尝试进行相关的研究。

我记得小时候我对机械就格外感兴趣,倒不是因为我喜欢手工,只是看着由自己创造出的不一样东西,会令年少的我感到无比高兴。我在选择书籍上也大多喜欢挑那些让我读起来感到高兴满足的来学习,例如我小时候对航海十分感兴趣,所以我阅读了大量的航海书籍,为了能看懂航海图,我还自学了大量的几何知识。

后来这种兴趣也被带到了工作中,记得我还在凯梅尔那里工作的时候,我为他制造了美洲第一台铜版印刷机,做这件事就和我对工作的兴趣有很大关系,所以就算是现在我如此老了,我依旧能记清楚该如何制造铅字和模版,因为喜欢那些玩意。

我还记得我父亲说过,如果不能坚持去做一件事情,那么做任何事情都不可能成功。我并不是想反驳这个观点,但我认为一个人对于没有兴趣的事情,确实极其难以坚持下去,比如我帮我父亲制造蜡烛。

当然我并非是个无趣的人,也并不是仅仅对工作和学习上的事情感兴趣,生活中许多有意思的事情都能勾起我的兴致。大概是1748年的时候,我就对蚂蚁这种常见的小动物产生了浓厚的兴趣。那一段时间里,我经常蹲在地上看着蚂蚁忙忙碌碌地工作着,它们虽然不能发声,但是他们却能够有条不紊地工作,我想它们之间肯定存在某种神奇的交流方式。

为此我设计了一个实验,用来证明蚂蚁是可以交流的:我将一只蚂蚁放进了一个蜜罐里,然后将这只蜜罐吊在了天花板上。我观察到这只蚂蚁在蜜罐中停留了片刻,它便爬出蜜罐,然后顺着天花板爬了下来,不一会我发现墙边出现了许多蚂蚁,他们一路朝着天花板上悬挂的蜜罐爬去。通过这个实验,我知道了蚂蚁之间确实存在某种特殊的联系,不过限于当时的条件我没有继续深入研究这个问题,不过我将自己的研究结果写信告诉给了一位瑞典的生物学家,让他继续我未完成的研究。

还有一次,我陪同一个朋友回家的时候,突然看到了一种比较罕见的天气现象——旋风。当时我们正骑马走在路上,突然看见一股小小的旋风在远处向我们两个人的方向移动,一路上旋风不停带起许多尘土,而且还在不断膨胀着。这种奇怪的旋风让我很好奇,我便停下来仔细观察起来。

当时的旋风很小,接近地面的一端只有水桶粗细,但越往上越粗,看上去有几层楼那么高。强烈的好奇心驱使我追逐这旋风,当时我想起有人说过,如果向龙卷风卷起的水柱开一枪,那么水柱就会破碎。为了证明这是否是真实的,于是我开始挥舞着马鞭向旋风抽去,想要将旋风打散,但没有任何的效果。

不知不觉间我跟着旋风一路跑进了树林中,这时候旋风开始迅速增大,不光是地上的尘土,就连地上的树叶和干树枝都被卷起来了。尽管此时旋风移动的速度已经很慢了,就算是步行都能赶上它,但旋风自身的旋转速度却很快,眼睛都无法分辨出被旋风裹住的树叶了。

就这样,我一直跟着旋风走了几百米,直到旋风已经能卷起一些死树上的树枝,我才不敢继续追赶。在结束了这场“追风行动”之后,我骑马返回朋友身边,他在那里已经等待我很长时间了,这让我感到有些歉疚,但是他却笑着说,在当地旋风十分罕见,这次估计是为了迎接我才出现的。我想我的朋友对于我的这种“怪癖”早已经习以为常了。

当然在学习的过程中,仅仅是有兴趣是远远不够的,我们还要有足够的观察力,注意身边那些容易让人忽视的东西。很多人知道,老年人的视力很差,看书和写文件时需要佩戴适合看近距离物体的眼镜,看较远物体的时候,则要换上适合看远距离物体的眼镜,极其麻烦。

60岁的时候也深深体会到了这种不便,有一天我在想,如果有一种眼镜既适合看远处的东西,又适合看近处的东西的话,那岂不是可以大大方便老年人的生活。最终这一灵感促使我发明了双光眼镜,它完全可以满足老年人的这种需要。就是生活中这么一件常见的事情,就促使我发明了一件极其有用的东西,我想这足以说明观察力对人的重要性。

我的发明创造并不仅仅局限于实用的物品方面,在艺术方面我也曾有所涉足,例如“玻璃琴”就是我的得意之作。我曾经在伦敦大剧院听过一次歌剧,当时有一种由玻璃杯组成的杯琴演奏,我被这种能发出悦耳声音的乐器深深吸引了。但是,这种杯琴的体积庞大,演奏很不方便,于是我便改造了杯琴,命名为“玻璃琴”。这是我最得意的一件发明,我经常带着玻璃琴在各种社交场合演奏,人们对这种乐器赞不绝口。

我的许多发明和创造,都来源于我对生活的仔细观察以及广泛的兴趣。当然,我从来没有想过要靠这些东西发家致富,我认为人的创造是上帝赋予的才能,因此我们有必要将自己发明的东西和其他人分享,这样社会才能不断进步。

2. 第一次撰写气流报告就可以与气象学家媲美

自然科学是一门博大精深的学问,相对于宗教中的虚无缥缈,我更相信世界上的一切都有某种联系,不论是迎面而来的风,还是滋润万物的雨,这些都蕴藏着奇妙的自然学原理。

当我第一次接触自然科学的书籍时,就被其中描述的神奇的自然现象和原理所吸引了。

早在年轻时乘船从伦敦返回费城的途中,我就观察到了天气的突变,海豚身体颜色、光泽的变换等等,并且做过详细而准确的记载。自此之后,每当我航行的时候,都会将那些神奇的自然现象记录下来,这在某种意义上也可以看作是对我小时候当一名航海家的理想的补偿。

不谦虚地说,在自然科学研究方面,我可谓是颇有天赋,早在174310月我第一次写的气流报告,就被专家们一致认为可以和专业的气象学家撰写的报告相媲美,这份气流报告的内容大致如下:

1021日,星 期五,晚上9点,今晚费城的上空将出现月食。我打算观察它,但天公不作美,一场东北方来的暴风雨破坏了我这个计划。这场暴风雨在7点时到达费城,像往常一样带来厚厚的积雨云,整个城市都被笼罩在阴霾之中。可是,当邮差将波士顿的报纸送到时,我发现上面同样记述了一场风暴,以及风暴在当地造成的后果。可是,在波士顿竟然能清楚地观察到月食,而波士顿仅仅位于费城东北面400英里之处。”

“这样的现象令我感到迷惑,因为这场风暴在费城开始的时间很早,以致让我无法观测月食。可这场由东北方向刮来的风暴,应该在费城东北方向发生的时间更早,也就是说波士顿应该看不到月食。为了求证,我给波士顿的哥哥写了一封信,上面询问了当地风暴的时间。他告诉我说,夜晚11点时,这场风暴才到达他们那里,所以他们能够看清楚月食。之后,我又了解了其他地方风暴发生的时间,我发现在越是东北方向的地方,风暴发生得越迟。”

“根据这些证据,我对风暴的成因产生了一些假想,我想我能依靠一两件被人所熟知的事例加以解释。如果一条大型河流的水,在终端被一道闸门堵住了,开始的时候水会很平静。这时,将闸门打开,紧挨着闸门的水会先流动起来,而紧挨着先流动的水的水会接着流动,这样连续不断,直到这条河流的起点处的水流动起来,整条运河的水则开始全部流动起来。这里,所有的水都是向闸门的另一侧流动,不过,这些水流依次流动的时间确实是反向的。也就是说,从闸门开始,越是离起点远的地方,水流则越早。”

“再看一例,我们假设一个房间的空气是静止的,没有任何气流穿过房间。而后,在烟囱下燃起火,烟囱里的空气会因为受到热空气的原因而立刻上升,而紧挨着烟囱的空气,就会最先流入烟囱中,补充刚才被热空气“推走”的空气。接下来,房间里的空气都会陆陆续续地向烟囱里流去,一直到离烟囱最远的空气也流进去为止。就这样,产生了当时的东北风向的风暴。”

“我设想,当时在墨西哥湾或者附近什么地方,那里的空气因剧烈受热而稀薄上升,它原来的空间由它以北毗邻的较冷、较浓厚、较重的空气来补充,这一空气的流动又使更北部的空气也流过来,形成一股连续运动的气流,而我们的海岸线和内地的山脊使这气流呈东北方向运动,因为它们是东北—西南走向的。”。

我的这些观点最终得到了广大气象学家的认可。在进行科学研究的过程中,我尽量抱着严谨的态度去设想和推测,对于那些大多数人都想当然的事情,我也会去仔细求证,正是这种态度让我在那些大家习以为常的现象中发现了许多不为人知的奥秘。

在我看来,世界上本没有知识,而是人类通过一点一滴积累而成,科学知识也是一样。正因为是逐渐积累,所以知识是没有尽头的,永远会有新知识取代旧知识,即使我们习以为常的现象,在用不同的眼光去分析之后,也能发现新的科学原理。

1752年的时候,我还在给卡德瓦拉德·科尔登的信中,谈到了空气和光的理论,我想我有必要将这封信的内容公布出来,和大家分享其中的一些内容:

“我必须承认,光对于我来说是一无所知的,我根本无法理解这种奇特的物质。不过,那种假定称为光的物质微粒连续不断地被从太阳表面快得惊人地送出的学说并没有使我满足,我相信真实的情况并不是这样的。如果真的如这个理论所说,哪怕光的物质微粒再小,那么它也将具有超过大炮发射出24磅重的炮弹的力量,这可能吗?”

“冒昧地说一句,难道我们不能把光现象更为合适地解释为:假定宇宙空间充满着一种微妙的有弹性的流质,当它静止时,是看不见的,但它的震颤则影响到了视觉,如同空气的震动影响耳朵这种器官一样。就拿声音作为例子来说,我们并没有想象一座大钟所发出的响亮的微粒循直线飞向耳朵,那么我们为什么一定要想象有光亮的微粒离开太阳,直奔眼睛呢?”

这些话只不过是我在私人信件中悄声所说的,相信我们不会像可怜的伽利略那样被宗教法庭指责为散布异端邪说。反对正统学说会是危险的。虽然在当时已经有人提出了光波理论,但我不相信那些被誉为和上帝一样存在的结论,我有自己的见解以及自己认为的更合理的新理论,哪怕这样做在当时会触怒一些当时的“正统”学者。

总的来说,怀疑、探索和创新是我对科学的态度,如果没有这些,人类的思想将会停滞不前,永远不会有新事物出现。

3. 得出各种“电学”结论时,我比挣到钱还高兴

我对科学最大的贡献,就在于对电学的研究。人类一直以来对“闪电”的恐惧都没有消失过,古希腊神话中闪电被誉为宙斯的武器,用来惩罚世间的罪人。正是人类对电的这种恐惧,勾起了我的好奇心,可以说我之所以会研究“闪电”,并非是我有志于在电学领域取得什么成就,而只是对“闪电”这种神奇的物质感兴趣而已,同时我所得到的大多数研究结果,也全都是兴趣使然。

1746年秋天,我在英国见到了斯宾士的电学实验表演,结束后他向我赠送了一套电学仪器,这其中就包括一个叫作“莱顿瓶”的神奇容器,它可以释放或者储存电,我一时间对这种东西的研究达到了痴迷的地步,那时,除了工作我大多数时间都用在这上面。

1748年,我雇用了哈利·霍尔作为商业上的合伙人,我的印刷厂、报纸等事业都交给了他代为打理,从此我就有更多的时间去研究神奇的电学了。

经过许多实验,我清楚了“莱顿瓶”的作用和原理,得出了以下结论:“电火花并非是由摩擦而产生的,而是被收集起来的。电确实是一种在物质中弥漫着的,又能被其他物质,特别是水和金属所吸引的基本元素”;“电火是永远不会被毁灭的”;莱顿瓶的全部力量和它的使人受震撼的威力,都在瓶子的玻璃中间,至于和瓶的内外两面相接触的金属片,只能起到发出电和收到电的作用,换言之,从一面发出,另一面接收。在我看来,电是一种在平常条件下以一定比例存在于一切物质中的元素,是一种单纯的‘流质’。”

通过推理,我还发现既然电是一种单纯的“流质”,那么,当玻璃受到摩擦时,电就流入玻璃内,使它带“正电”;而当琥珀受到摩擦时,电就从琥珀流出,使它带“负电”。相应地,“莱顿瓶”内外两面的电荷也被定名为正电与负电,或阳电与阴电,我用正号“+”和负号“-”来表示它们。

1749年,我在上述结论的基础上提出了“一流论”,我认为,世间所有的自然物体中都含有电,电只有一种,物体的正负电决定于其含电多少。当物体中所含的电超过了正常含量即含电太多了时,称此物带正电;如果少于正常含量即含电太少了时,称此物带负电。电可以用正、负符号来区别,但不能把它们看作是截然不同的两种流体。

我进行电学实验的消息后来在费城传开,许多人来到我的家中,要求我表演“奇迹”,一时间我的家中成了拥挤的“科学馆”。为了让我的朋友们也来分享一下这种热闹的气氛,我在玻璃作坊定制了一些玻璃棒分发给他们,这样一来,他们的家也成了参观者络绎不绝的“科学馆”。

当然,我的研究并不仅限于理论上的空谈,我还利用带电体之间的吸引力和斥力的作用,制造了一个简单、灵敏的机械装置,我称那个小东西为“电轮”。这个机械能够将电能转化为机械能,以每分钟50周的速度旋转。

这些研究让我对大气中的闪电产生了兴趣,只不过因为后来我的工作日渐繁忙,所以当时没能进行更加深入的研究,直到后来我得以在繁重的工作中脱身,对闪电的研究才又重新被我提上了议程。

4. 捕获“闪电”是我一直以来的梦想

闪电可能是人类认识到的最早的自然现象之一,在那震耳欲聋的声音和壮观的光现象下,闪电的威力深深刻在人类的脑海里。经过对“莱顿瓶”的研究,我开始思考闪电和电火花之间的区别,当时有一些人已经宣称,闪电和电火花可能是同一种东西,不过这遭到了教会的反对。教会的人相信,闪电是神圣的,是不可制造的,它只存在于天外的上帝之手中。虽然我对教会的观点不敢苟同,但是我不会去贸然断定究竟谁对谁错,于是我打算通过客观的观察和试验来验证事情的真相。

费城的雷雨天气很多,这方便我更好地观察闪电,通过大量观察,我发现了闪电和电火花的相同之处,而且通过实验对这些相同之处做了总结:1.都产生耀眼的强光;2.光的颜色十分相似;3.都具有弯曲的方向;4.迅疾地运动;5.都会被金属所吸引;6.都有爆炸声;7.存在于水或冰中;8.撕裂或震动通过的物体;9.击毙动物;10.熔化金属;11.使可燃物着火;12.有硫磺味。

为了向世人证明这一论断,让人们走出“天火”迷信,我决定亲自动手捕捉“天火”。

为了捕捉闪电,我先是做了一个特殊的风筝,这个风筝的骨架是由两根质量很轻的杉木钉成的十字架,再用一块丝绸的四个角分别固定在十字架的四角上。在做完这一切之后,我又将一根细铁丝固定在竖着的那条杉木的顶端,使铁丝超出风筝顶部约20厘米,以作为捕捉“天火”的“诱饵”,最后我将控制风筝的丝线与铁丝的末端相连,并且在风筝线上系了一把铜制钥匙,好用它将电引到“莱顿瓶”中。

17527月的一天,天空阴云密布,这可是暴风雨来临的前兆,我期待已久的绝佳的机会到来了。我叫上了儿子威廉,拿着“莱顿瓶”和早已制作好的特殊风筝,跑到自家附近的田野上捕捉“天火”。

由于当时风势正猛,所以我和威廉没费什么力气就将风筝放到了空中。不一会,电闪雷鸣、狂风暴雨席卷而来,我和威廉在风雨中尽力将风筝放高放稳,现在想来,当时那副场景实在有些滑稽,不过我们父子二人却乐在其中。

雨越下越大,我和威廉的衣服很快就被淋湿了,我把风筝线交给儿子,同时还用一块干绸巾将威廉的手与风筝线隔离开。我让威廉拉着风筝线躲进旁边的稻草屋里,而我则自己站在铜钥匙的旁边准备接收雷电所放出的电。

突然,一道耀眼的闪电在天空中划出一个“之”字,紧接着几声震耳的脆雷声滚滚而来,威廉在我的嘱咐之下紧紧拉着风筝线。威廉忽然激动地向我叫起来:“爸爸,‘天火’来了!看风筝线!”我将目光转移到风筝线上,看到线上的根根纤维都竖了起来。

这时候我着了魔一般,试图用手靠近铜钥匙,说时迟那时快,一道电光划过,我的身体瞬间发麻起来。这时候我的心思全都放在了捕捉“天火”上,根本无心理会自己被电击的痛苦,我让威廉从袋子里拿出早就准备好的“莱顿瓶”,随后我用“莱顿瓶”上的金属球接近铜钥匙,将电存储在其中。就这样,我们成功捕获了所谓的“天火”。

现在想来,我发现当时的自己真的是太过疯狂了,那样的试验无疑是十分危险的,我没有在试验中丧命,完全是侥幸逃脱。后来我听说在我做过这个试验之后,一个叫李赫曼的俄国科学家为了证明我的试验的真实性,重现了那次实验,但他却不幸被电死了,这着实令我伤心了一段时间。

证明了闪电只不过是自然界中比较剧烈的放电现象之后,我开始思考如何避免闪电雷击给人类带来的种种灾难。当年9月,我将一根铁竿竖在我屋子上面,然后在下端绑了两个铃铛,一直延伸到我的屋里。我这样做可不是为了好玩,而是为了试验我的理论,我相信闪电是可以被预防的。

一天夜里,我被楼梯上响亮的劈啪声惊醒了。我跳了起来,开门出去,我能感觉到铃铛内的铜球不是像往常一样颤动,而是被支开,离开两只铃有一定的距离。突然,我看到铃铛上发出一道火光,有很响亮的劈啪声从一只铃传到另一只铃,看上去有我的手指般粗细,这时,整个楼梯亮如白昼,亮到人们可以捡得起一根针来。

这样的实验让我知道,闪电并不可怕,只要予以适当的引导,恐怖的闪电也会被化解。当我将自己对闪电的研究在英国皇家学会宣读后,几乎是马上就在当年的《学会记录》上发表了。1753年,皇家学会以“神奇的电学实验和观察”授予我哥德弗雷·科普利爵士金质奖章。

获得这些荣誉对我来说并不是最开心的事情,最令我骄傲的是不久之后具有实用价值的避雷针便研制成功了。1760年第一个避雷针安装在费城的一所大厦顶部,此后20年的时间里,仅仅是费城就安装了四百多个。就连曾经对我研究闪电反对呼声最高的教堂,也都安装上了避雷针。

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