三十九 樸素的見(jiàn)解與奇妙的方法：電學(xué)
北美人偶而也可能僅僅因為他們不象歐洲人那樣有學(xué)問(wèn)而在物理學(xué)上有所發(fā)現。由于對科學(xué)思想中的正統道路的無(wú)知，他們反而可能自由地按照事實(shí)所指示的方向探索。這并不能構成理論科學(xué)的堅實(shí)傳統的基礎，但是在北美的條件下，這樣的做法并非絕不可能推動(dòng)物理學(xué)前進(jìn)。在物理學(xué)這樣一門(mén)需要知識積累的科學(xué)中靠樸素之見(jiàn)取勝需要很高的天才，但是至少有一個(gè)北美殖民地的人做到了這一點(diǎn)，他就是本杰明·富蘭克林。
富蘭克林的思想概念當然是從牛頓的實(shí)驗科學(xué)發(fā)展出來(lái)的，可是，富蘭克林并沒(méi)有熟讀過(guò)牛頓派的經(jīng)典作品，而且也從來(lái)沒(méi)有這樣夸過(guò)口。富蘭克林是否讀過(guò)牛頓的《光學(xué)》，證據很不確切；各種事實(shí)都說(shuō)明富蘭克林缺少能夠讀懂牛頓《原理》一書(shū)這一類(lèi)深奧著(zhù)作的數學(xué)知識。他對任何一門(mén)自然科學(xué)進(jìn)行深造所具備的理論知識都是不足夠的。
在北美以及在外國對富蘭克林都有許多不盡不實(shí)的贊美之詞，把他同一些最偉大的數學(xué)和物理學(xué)理論家相提并論，這反而遮蓋了他的實(shí)際成就。約翰·亞當斯聲言富蘭克林的聲望“比萊布尼茲或牛頓、弗雷德里克或伏爾泰的聲望傳得更遠”。查塔姆勛爵在英國上議院贊揚說(shuō)，“他的學(xué)識和智慧受到全歐洲人們的景仰，足以和我們的波義耳和牛頓平起平坐?！?/span>偉大的化學(xué)家約瑟夫·普利斯特利稱(chēng)贊富蘭克林在風(fēng)箏實(shí)驗中的發(fā)現“也許是自伊薩克·牛頓爵士的時(shí)代之后最偉大的發(fā)現”。在富蘭克林死后，加在他身上的沒(méi)有分寸的溢美之詞就更多了，反而掩埋了他的特殊的天才。
事實(shí)上，富蘭克林的成就說(shuō)明了天真的想法成勝了學(xué)問(wèn)。富蘭克林在物理學(xué)上之所以有非凡的成就，可以從卡德瓦拉德·科爾登失敗的原因看出端倪?？茽柕鞘羌~約的一位官員，我們在上文已經(jīng)提過(guò)他從事博物學(xué)的工作。他追求歐洲式的偉大。在《物質(zhì)運動(dòng)原理》（一七五一年）一書(shū)中，他宣稱(chēng)要提出一種關(guān)于萬(wàn)有引力“原因”的理論，從而繼續牛頓的工作乃至超過(guò)牛頓?？茽柕遣⒉痪邆鋵?zhuān)門(mén)的學(xué)識和自成體系的才華，又沒(méi)有和其他學(xué)有專(zhuān)長(cháng)的物理學(xué)家共同切磋（缺少這個(gè)條件是難以在數學(xué)物理領(lǐng)域中取得偉大成就的）。但是，他卻大言不慚地聲稱(chēng)“已經(jīng)發(fā)現行星和替星運動(dòng)的真正原因，并從而推演出了一切現象的原由，其確切程度同各種最準確的觀(guān)察資料契合無(wú)間”。他還高興地解釋說(shuō)，所有這些成就的取得只需應用“算術(shù)和三角的普通定理，無(wú)需求助于圓錐曲線(xiàn)或任何其它知識”。和科爾登相反，富蘭克林毫不妄想他能在牛頓的數學(xué)世界中有所作為，他只是企圖解釋某些特定的現象。如果科爾登是住在歐洲接近于古老學(xué)術(shù)中心的地方，他的工作也許會(huì )有更高的質(zhì)量；但是如果是在那種環(huán)境下，富蘭克林的工作可能根本不會(huì )進(jìn)行。
富蘭克林是以電學(xué)而得到物理學(xué)家的名聲的，他也只有在電學(xué)這個(gè)領(lǐng)域中才作出了具有持久意義物理發(fā)現。富蘭克林的電學(xué)發(fā)現并沒(méi)有寫(xiě)成學(xué)術(shù)論文，也不是一項關(guān)于電的（更不是關(guān)于一切物質(zhì)的）性質(zhì)、來(lái)源和成因的大理論的小前提，他關(guān)于電學(xué)的文章內容廣泛而龐雜。他的著(zhù)名的題為《在北美費城所作的關(guān)于電學(xué)的實(shí)驗和觀(guān)察》的書(shū)實(shí)際上是一批書(shū)信的匯編，內容十分松散，以至于有的讀者懷疑它根本不是供出版用的。它在美國也遲至一九四一年才正式出版。
漢弗萊·德維爵士說(shuō)：“他力求清除有關(guān)這一問(wèn)題的神秘和隱晦之處。他所寫(xiě)的東西對于門(mén)外漢和哲學(xué)家都同樣合適，他把有關(guān)細節寫(xiě)得富有趣味，明白曉暢、文采斐然而又簡(jiǎn)潔?！?/span>即使今天讀來(lái)，對這部涉及如此根本的問(wèn)題的著(zhù)作竟能寫(xiě)得如此通俗而不帶數學(xué)性，也會(huì )感到不勝驚訝，這本書(shū)是富蘭克林的科學(xué)聲望的基礎，但是它讀來(lái)更象是一本家常菜譜或業(yè)余魔術(shù)指南而不象一篇物理學(xué)論文。他在一封重要的信中對于“尖形物體導致或消除電火的奇異效果”作了如下的描寫(xiě)：把一個(gè)直徑為三、四英寸的鐵球放置于清潔干燥的玻璃瓶口。從天花板上吊下一根細絲線(xiàn)正對瓶口，線(xiàn)上懸掛一枚其大小如同兒童游戲用彈子的軟木球，絲線(xiàn)的長(cháng)度正好能使軟木球落在鐵球上。然后將鐵球通電，軟木球即被排斥，推開(kāi)到四或
在富蘭克林的時(shí)代，還有可能用廚房里的器具來(lái)進(jìn)行重要的電學(xué)實(shí)驗，因為這門(mén)學(xué)科當時(shí)還處于孩提時(shí)期，尚未開(kāi)始帶有數學(xué)性。在十七、十八世紀取得重要進(jìn)展的各門(mén)科學(xué)之中，電學(xué)的歷史最短。和天文學(xué)或一般數學(xué)物理學(xué)相比，電學(xué)中要學(xué)的東西最少，或者說(shuō)不必知道很多東西。由于當時(shí)它看來(lái)尚無(wú)實(shí)際應用意義，于是可以放手進(jìn)行漫無(wú)目的的好奇的探索。富蘭克林對電學(xué)的興趣無(wú)論如何決不象當時(shí)某些人那樣帶有“實(shí)用性”，當時(shí)有些人預言電可以成為醫學(xué)中的萬(wàn)應靈藥，而富蘭克林對此是懷疑的。他最大的優(yōu)越性在于他的思路是業(yè)余式的和非學(xué)術(shù)性的。和許多作出了發(fā)現的北美人一樣，他對于他所將看到的事情所知甚少，但是正因為如此，他能看到許多東西。
當富蘭克林于一七四六年后開(kāi)始對電學(xué)發(fā)生興趣時(shí)，他對于歐洲已經(jīng)做過(guò)的研究工作所知甚少。有一次他到波士頓去旅行，無(wú)意中看到了一次“電氣表演”，他回到費城后很高興地發(fā)現費城圖書(shū)館協(xié)會(huì )從彼得·柯林遜處收到了一些玻璃管。于是他就和三位業(yè)余愛(ài)好者一起，重做了他所看到的實(shí)驗。那三個(gè)人中最積極的是埃比尼澤·金納斯利。這是一個(gè)有圣職的浸禮會(huì )牧師，但是從未登上過(guò)布道壇。按富蘭克林所說(shuō)，這是“一位聰明的鄰居，由于沒(méi)有工作，我鼓勵他進(jìn)行表演賺錢(qián)”。另外兩位是菲利普·辛格（1703～1789），他的職業(yè)是銀匠，以及托馬斯·霍普金森（1709～1751），是位律師，也即是富有創(chuàng )造性的弗蘭西斯·霍普金森的父親。這兩人后來(lái)都成為美國科學(xué)研究會(huì )的發(fā)起人。至于他們各自在這個(gè)重要的初期實(shí)驗階段所起作用則頗難斷定，其原因部分是由于富蘭克林的敘述并沒(méi)有表現得特別謙虛。但是，這一組偶然湊合在一起的人中沒(méi)有一個(gè)可以稱(chēng)得上是位“物理學(xué)家”，也沒(méi)有一個(gè)擁有大學(xué)學(xué)位，而按照英國的標準，他們之中甚至沒(méi)有人堪稱(chēng)為知識分子。這批費城的業(yè)余電學(xué)家對歐洲物理學(xué)家的研究工作一無(wú)所知。當辛格“發(fā)明”一種簡(jiǎn)單的電機（一個(gè)在鐵軸上旋轉的玻璃圓球，可以產(chǎn)生摩擦，收集電流）時(shí)，他們認為這是一項新奇而重要的事情：這比摩擦玻璃管的“疲勞工作”是一大改進(jìn)。但是類(lèi)似辛格“發(fā)明”的這種機器在英國早已使用，而且已成為歐洲大陸電學(xué)研究者常用的器具。
看來(lái)，宮蘭克林對于歐洲早期電氣研究工作的了解僅僅來(lái)自他同倫敦友人彼得·柯林遜的通信，而這也很有限。富蘭克林向柯林遜報告說(shuō)，他和他的費城合作者們正在觀(guān)察“我們覺(jué)得新鮮的奇特現象”。但是，他無(wú)從知道這些究竟是真正的新發(fā)現還是歐洲科學(xué)家早已注意到的事物。此后富蘭克林致柯林遜的信件（后來(lái)收集起來(lái)成為關(guān)于電學(xué)的著(zhù)作）仍然帶有這種令人不安的味道，好象是位不知道是否己有別人到過(guò)他新發(fā)現的土地的探險家的札記。
如果富蘭克林十分了解歐洲科學(xué)家已有的成績(jì)的話(huà)，他也許就沒(méi)有足夠的膽量提出他那異常大膽而簡(jiǎn)單的設想：電不論是從哪里產(chǎn)生，都是一種單一的流體。這就是富蘭克林的基本電學(xué)發(fā)現，他根據他所認為的電流方向，把兩種形式的電簡(jiǎn)單稱(chēng)為“正電”和“負電”。
在歐洲，關(guān)于這一問(wèn)題已有頗為深奧的研究，“進(jìn)展”到夏爾。弗朗索瓦·迪費的那種比較復雜的理論：有兩種截然有別的電流，它們彼此很不相同，其中的一種我稱(chēng)之為“玻璃電”，另一種我稱(chēng)之為“樹(shù)脂電”。第一種是玻璃、水晶、寶石、獸毛、羊毛和其它許多物體所帶的電。第二種是琥珀、硬樹(shù)脂、樹(shù)膠、絲、線(xiàn)、紙張和其它許多物體所帶的電。
富蘭克林對于迪費的分類(lèi)法似乎毫無(wú)所知。他直接從自己的觀(guān)察出發(fā)，得出了他那劃時(shí)代的假設，即所有的電都是一種單一的流體。即使富蘭克林已經(jīng)知道歐洲科學(xué)家們把人引上歧途的分類(lèi)法？他也仍然可能會(huì )提出他自己的簡(jiǎn)單的解釋。但富蘭克林為人的特點(diǎn)不是大膽，而是合乎情理。對于這樣一個(gè)人，那樣做需要有相當大膽的想象力。所以，更為可能發(fā)生的情況是，他根本不敢提出他的革命性的觀(guān)察結果。
幸而據我們對富蘭克林作品的了解，我們知道他讀了他的歐洲同代人的著(zhù)作之后想法如何。富蘭克林從歐洲標準電學(xué)著(zhù)作（其中許多是彼得·柯林遜寄到費城圖書(shū)館協(xié)會(huì )的）中學(xué)到了許多正統的思想和通用的語(yǔ)匯。從此，他本人的洞察力失去了新鮮感。早在一七四八年，他就表現出了一種寧愿從書(shū)本中而不是從觀(guān)察中學(xué)習的傾向，他開(kāi)始象他的歐洲同代人一樣地看待事物。一七五一年在倫敦出版了一本收有四篇富蘭克林關(guān)于電學(xué)的通信的小冊子，其中包羅他在這一問(wèn)題上的幾乎全部的基本貢獻。甚至較有見(jiàn)識的歐洲科學(xué)家也擔心富蘭克林在學(xué)得他們的那一套學(xué)問(wèn)之后，也會(huì )很快就停滯不前，難以作出比他們更多的發(fā)現。電容器原理的發(fā)現者和萊頓電瓶的發(fā)明者彼得·范·穆森布魯克就曾這樣警告過(guò)富蘭克林。一七五九年，他收到富蘭克林來(lái)信，要求得到一些關(guān)于電學(xué)的書(shū)籍，他在復信中敦促富蘭克林“繼續完全按照你閂己的創(chuàng )見(jiàn)做實(shí)驗，從而走出一條和歐洲人截然不同的道路，只有這樣，你才肯定會(huì )發(fā)現許多世紀以來(lái)物理學(xué)家們未曾看到過(guò)的東西?！?/span>遺憾的是，到了這個(gè)時(shí)候，富蘭克林已經(jīng)成為電學(xué)方面的“飽學(xué)之士”，錯誤已經(jīng)鑄成。
所以，富蘭克林關(guān)于電學(xué)的著(zhù)作并未能擺脫北美殖民地科學(xué)敘述性、局限性的窠臼。富蘭克林的運氣一向不錯，他湊巧碰上這樣一門(mén)學(xué)科，而在這門(mén)學(xué)科里缺乏數學(xué)根底不足以構成缺陷，實(shí)際上，科學(xué)知識貧乏卻成了優(yōu)越條件，漫無(wú)目標的好奇心可以結出碩果，總之，他的事跡并不能提供足夠的根據，可以讓杰斐遜夸口說(shuō)北美已經(jīng)造就出了堪與舊世界偉大物理學(xué)家媲美的人物、更不足以說(shuō)明北美可以為理論性的基本科學(xué)發(fā)現提供肥沃的土壤。如果它說(shuō)明了什么問(wèn)題的話(huà)，那就是，它提供了和這相反的答案。殖民時(shí)期的北美在自然科學(xué)方面未能有其它發(fā)現，這一事實(shí)只能突出地表明富蘭克林在這一領(lǐng)域的發(fā)現是偶然的，不足以構成典型。
富蘭克林最使公眾傾倒并在美國民間傳說(shuō)中備受渲染的成就，和牛頓物理學(xué)的純凈境界更是相距甚遠，這項成就便是他證明了閃電和電的同一性并因此而發(fā)明了避雷針。富蘭克林著(zhù)名的電風(fēng)箏實(shí)驗并非一種基本理論性的發(fā)現。在富蘭克林的書(shū)信中已經(jīng)提出了“尖點(diǎn)的力量”和“電是單一流體”的理論，風(fēng)箏實(shí)驗只不過(guò)把這二者巧妙地加以實(shí)際應用而已。這是應用科學(xué)和機械發(fā)明的結合，至于閃電與電的同一性，歐洲人早已有此猜想，但是他們沒(méi)有方法加以證實(shí)而已。富蘭克林的貢獻是一個(gè)簡(jiǎn)單的裝置，正如他自己所說(shuō)，“是任何一個(gè)電學(xué)家部可能想到的”，但是，不知怎么搞的，歐洲的物理學(xué)家卻沒(méi)有想到這一點(diǎn)，而一心忙于他們的“電氣機”、他們的實(shí)驗室試驗以及互相之間的理論性論爭。
當查爾斯頓的約翰·
在富蘭克林建議要對這一假設作明顯和唯一結論性的試驗之后，有幾個(gè)歐洲人就開(kāi)始進(jìn)行嘗試。他們甚至有可能在富蘭克林取得成功之前就按他的設想做出成果。
阿貝·諾萊是法國最“高明”和最有學(xué)問(wèn)的物理學(xué)家之一，也是兩種電流理論的主將之一。他斷然否定這種直接求助于“單純”觀(guān)察的做法。富蘭克林在他的《自傳》中詳細敘述了諾萊（他已經(jīng)因為富蘭克林在《關(guān)于電學(xué)的實(shí)驗和觀(guān)察》一書(shū)中沒(méi)有提到他的名字而大為惱怒）“起初不能相信這一研究結果竟然來(lái)自北美，并聲言這肯定是他在巴黎的敵人為了詆毀他的學(xué)說(shuō)而作的捏造。以后，他聽(tīng)說(shuō)在費城確有富蘭克林其人（對此他是懷疑的），他就寫(xiě)作并出版了一本書(shū)信集，其中主要是寫(xiě)給我的信件，竭力為他自己的理論辯護，否認我的實(shí)驗和由此得出的論點(diǎn)的有效性?！?/span>但是，富蘭克林仍然拒絕卷入只能由觀(guān)察解決的問(wèn)題上的爭吵。他說(shuō)，“我的文章敘述了實(shí)驗的做法，任何人都可以重做并加以檢驗核實(shí)，如果它不能得到核實(shí)，誰(shuí)也就無(wú)權為它辯護……我終于決定讓我的文章自生自滅，我認為最好是把我在公務(wù)之余能抽出的時(shí)間用于做新的實(shí)驗，而不必就已經(jīng)做過(guò)的實(shí)驗爭論不休”。
富蘭克林十分急于把他的想法付諸實(shí)用，就在他提出要進(jìn)行實(shí)驗以測試閃電和電的同一性的同一封信中（甚至在進(jìn)行實(shí)驗和他的假設得到證實(shí)之前），他就已經(jīng)談?wù)摫芾揍?。他在一七四九年從費城寫(xiě)信說(shuō)：“如能證實(shí)事情確是如此的話(huà)，那么，是否可以把'尖點(diǎn)的力量’的知識用之于為人類(lèi)服務(wù)，以便保護房屋、教堂、船舶等免遭雷擊呢？其辦法是在這些建筑物的最高部分安裝一個(gè)形尖如針的鐵殺，該鐵條應鍍金以防銹，在鐵殺的底部連以鐵絲，從建筑物的外面通到地面，或繞著(zhù)船上的支桅索而下，從船邊延伸入水?！?/span>在一七五三年版的《窮理查的歷書(shū)》中，富蘭克林寫(xiě)了一段關(guān)于避雷針的文字，標題為《如何保護房屋等免遭雷擊》。避雷針很快就在北美得到推廣。雖然當地人對電的學(xué)術(shù)知識很少，但是和歐洲各大學(xué)術(shù)中心相比，那里的人們所學(xué)得的知識卻迅速地得到了更為廣泛的實(shí)際應用。我們沒(méi)有可靠的統計數字，但是大西洋兩岸的觀(guān)察家都注意到避雷針在北美的應用比在英國要廣泛得多。安德魯·伯納比牧師早一七五九年途經(jīng)弗吉尼亞時(shí)就注意到“這個(gè)地方比任何其它地方都更加肯定地證明了避雷針的有效性?！?/span>雖然建筑物受到雷擊的事件仍有時(shí)發(fā)生，但是避雷針的使用如此廣泛，所以很少聽(tīng)說(shuō)房屋被雷擊徹底破壞。伯納比希望北美的這一榜樣能鼓勵別國放棄宗教偏見(jiàn)，使用科學(xué)方法來(lái)保護人類(lèi)安全。
但是，即使在北美，避雷針的使用也曾受到宗教偏見(jiàn)和科學(xué)上保守思潮的阻礙，在一七五五年避雷針開(kāi)始使用后不久，波士頓受到了一場(chǎng)嚴重地震的打擊。托馬斯·普林斯牧師在他的布道書(shū)后增加了一章新的附錄，題為《地震：上帝的作為和他的義憤的象征》，希圖對此進(jìn)行解釋。他認為：“地上的鐵針立得越多，把空中的電吸出，那么地上就會(huì )充入更多的電……在波土頓，避雷針?lè )罕仍谛掠⒏裉m任何地方都多，而看來(lái)波士頓受地震的打擊也最慘重。嗚呼，世間萬(wàn)物均不能擺脫上帝萬(wàn)能之手！如果我們想避免它從空中來(lái)，我們就不能避免它從地下來(lái)。是的，而且它可能更加危險?！?/span>但是，懂得富蘭克林避雷針原理的明智的約翰·溫思
也許北美人的生活環(huán)境促使他們那樣做。富蘭克林一七七二年在倫敦寫(xiě)道：“雷雨在那里（指北美）比在歐洲要頻繁得多……在英國，這種做法（使用避雷針）進(jìn)展比較緩慢，門(mén)電造成的災害不那么頻繁，人們自然也不那么擔心它帶來(lái)的危害?！?/span>氣象學(xué)家告訴我們，雷雨在加拿大南部的頻率和在歐洲大致相同（一年之中平均大約有十一天），但是越往南走，這個(gè)頻率就越高，到了瀕臨墨西哥灣的各地，雷雨發(fā)生的頻繁程度就提高到將近七倍（平均一年中約有七十二天）。所有這些數字都是粗略的，而且在十八世紀，天氣和現在也可能不同。但是，這些材料已足以使我們推想在北美出現雷電的次數比在歐洲更頻繁。至少，對于散布在一個(gè)他們還不甚了解的大陸的北美居民來(lái)說(shuō)，雷電似乎具有更大的威脅。
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