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電的本質的發現 (§11-1 靜電感應)

【資料來源:數理化通俗演義 梁衡/著】

第三十四回

絕聰明 揮毫落祇成魔方

最勇敢 舉手向天攫雷電

─電的本質的發現

上回說到法國化學家拉瓦錫被推在斷頭台上,雖有許多人求情,可那把無情的大鍘刀還是從空而降,這位現代化學的創始者便人頭落地。自拉瓦錫死後,他開創的化學事業就和電的發現與研究連在一起,所以我們現在先來補講一個電的故事。

話說1750年5月,英國皇家學會突然收到一篇論文,說天上的雷電和我們在實驗室媦素臻ㄔ耵犒q是一回事,還列舉了十二條相同處,如:放光、有聲、能點燃易燃物、能殺傷動物等等。還說到電是通過金屬的尖端釋放傳遞的,因此為使建築物免遭雷理,可以在屋頂上裝一個尖鐵棒,再以金屬線接地,電就被引入地下。那皇家學會的會員們大都是天文、力學、數學方面的專家,他們研究的是那些高深的題目,但是化學卻是

剛剛起步,這電學乾脆就還不算一門學問呢。學會秘書看看這篇文章想,這大概又是什麼江湖騙子的法術,再一看作者,是一個十分陌生的名字,寄出地址呢?美洲的賓州,秘書不看猶可,一看隨即就啪地一聲扔到紙簍堨h了。讀者,你知道為什麼這樣?原來那英國當時正稱霸世界,無論政冶、經濟、科學各方面它都不把別人看在眼堙C當時的世界上根本我還沒有個美國。美洲大陸原是印第安人在這堨@代居住,1492年哥倫布發現這塊新大陸,英國便立即派來了探險隊。1607年英國又向這堿˙漱F第一批移民,開始在這媗Q佔殖民地。就說秘書剛才看到的賓州吧,它原來哪有什麼名字,不過是一塊荒地。

1681年英王查理二世將這塊土地賜給一個叫威廉.賓的業主,這樣便由此得名了。連這種半開化的地方也配向皇家學會送科學論文?這文章能進皇家學會的紙簍也就算是高攀了。

你道這個大膽送論文的人是誰?他叫本杰明.富蘭克林(1706一1790)。當時他雖然名不驚人,可後來他倒成了電學的開門鼻祖。這人聰明絕頂而又極有志氣。小時因家貧不能上學,就跟開印刷所的哥哥當學徒,這倒使他有機會讀到許多最新的書。他見幾個大人寫稿辦報,自己也寫了稿子,晚上悄悄投到哥哥的門縫堙A署名卻是莎倫絲、多吉德夫人,有一段時間這些文章天天見報,人們天天議論這才華橫溢的夫人,卻不見她來領稿酬。他後來大了就獨立辦報、辦廠,但是位那聰明還是多得無處發泄。一個冬夜他外出歸來時,抱起床上的小女兒吻一吻,她那小臉蛋竟凍得冰涼!當晚他通宵末睡,天亮時竟發明出一種新式火爐,歐美那種散熱率極低的老式壁爐一下就被淘汰了。到現在我們用的鐵火爐基本上還是他設計的樣子。一天他在家婼衎,夫人在廚房堣S忙又亂,還烤糊了一隻雞。第二天他就在自己廚房頂上鑿了一個洞,上面裝了一個小風車,用皮帶連著下面的肉叉,製成了一個自動烤肉機。一次乘船,他見船速太慢,就叫水手將貨物向後移,船頭微微抬高,果然速度大快,他由此又研究了船的快慢與它吃水多少的關係。但是只可惜這堿O落後的殖民地,沒有像皇家學會那樣的科學團體,沒有許多科學家可以相互研討,他只是自己一人摸索。好在他極聰明,發明這些總像玩一樣的輕鬆。

一天富蘭克林的朋友洛根前來看他,一進門卻把雙手藏在背後神秘地說:"富蘭克林,今天我讓你看一件東西,叫你知道世界上還有比你更聰明的人。"

"當然,世界上聰明人多得很,我算老幾?不過我倒想看看你帶來了什麼聰明玩藝兒。"

洛根將手向前一攤,原來是一本新出的雜誌,堶捱优O些方格子,格里填滿數字。他說:"你看這是魔方格子,那數字不管橫加豎加,它們的和總是一致的。"富蘭克林不看猶可,一看哈哈大笑:"這有什麼了不起,我這堣]有幾張自製的魔方格子,你看這張,不管橫豎都有八個數呢。"附表一:

52 61 4 13 20 29 36 45
14 3 62 51 46 35 30 19
53 60 5 12 21 28 37 44
11 6 59 54 43 38 27 22
55 58 7 10 23 26 39 42
9 8 57 56 41 40 25 24
50 63 2 15 18 31 34 47
16 1 64 49 48 33 32 17

你聽我給你細說。只要你進了我這個魔方陣堙A就總跑不出260去。第一,不管橫、豎每行每列的和都是260;第二,你從下面兩角的對角各數四個數,成一段折線,則這折線上的八個數的和是260,而每條與這線平行的線上的八個數也都是260;第三,你從上面的兩角出發作這麼幾條折線,其和也是260;第四,你從左邊的兩角出發,這樣數,其和還是260;第五,你從右邊的兩角出發,這樣數,其和仍是260。不信你就試試,保你逃不出這260的網去。"富蘭克林說。

"魔高一尺,道高一丈,你這260有什麼了不起,你看這張魔方格子,是16個數的正方形,又比你多一倍。它不管橫加、豎加、對角加都是2056。"洛根說著真的又翻出一張表來。

這下富蘭克林可有點傻眼。不過他並不服氣,說:"且慢,現在咱們點燃一支煙,在這煙燃盡前,我立即再給你設計一張也是十六個數的魔方格子。"只見富蘭克林抽出支鉛筆,在一張空格紙上橫填豎寫,如點豆種瓜一般。一會兒那支煙還未著完,他便叫:"好了!我這格子縱橫相加也是2056,雖對角相加不是這個數,可是只要你在大方格內任意挖出一塊16個相連的格子組成的小方格,他們的和也是2056。"(其實這表埵釣漜梩えO錯的,讀者如有心可以一找,但這已是極不易了。)洛根這時方更佩服富蘭克林的才智。附表二:

200 217 232 249 8 25 40 57 72 89 104 121 136 153 168 181
58 39 26 7 250 231 218 199 180 167 154 135 122 103 90 71
198 219 230 251 6 27 38 59 70 91 102 123 134 155 166 187
60 37 28 5 252 229 220 197 188 165 156 133 124 101 92 69
201 216 233 248 9 24 41 56 73 88 105 120 137 152 169 184
55 42 23 10 247 234 215 202 183 170 151 138 119 106 87 74
203 214 235 246 11 22 43 54 75 86 107 118 139 150 171 182
53 44 21 12 245 236 213 204 181 172 149 140 117 108 85 76
205 212 237 244 13 20 45 52 77 84 109 116 141 148 173 180
51 46 19 14 243 238 241 206 179 174 147 142 115 110 83 78
207 210 239 242 15 18 47 50 79 82 111 114 143 146 175 178
49 48 17 16 241 240 209 208 177 176 145 144 113 112 81 80
196 221 228 253 4 29 36 61 68 93 100 125 132 157 164 189
62 35 30 3 254 227 222 195 190 163 158 131 126 99 94 67
194 223 226 255 2 31 34 63 66 95 98 127 130 159 162 191
64 33 32 1 256 225 224 193 192 161 160 129 128 97 96 65

暫時不說富蘭克林與朋友拼方格鬥智,卻說1745年11月科學史上出了一件值得紀念的大事。荷蘭萊頓大學的教授穆申布勒克和他的朋友阿利曼特、庫諾伊斯做了一個有趣的實驗。他們先用摩擦機產生電,再用金屬絲把電引入玻璃瓶內,可以看見閃電的火花。於是這三人就想,能不能將電儲存起來呢?他們將瓶內灌滿水,接通導棧,再繼紐搖動摩擦機,卻看不見一個火花。這時庫諾伊斯像是要把電撈出來來一樣,一隻手端起瓶子;另一隻手到水瓶堨h探摸,突然他大叫一聲,覺得右臂一陣麻脹,猛然縮回手來。可以說這庫諾伊斯一下便佔據了一個世界第一:他是世界上第一個被人工電打著的人。穆申布勒克立即由此得到啟發,將玻璃瓶貼了錫箔製成了能儲存電的瓶子。

真是說者無心,聽者有意。穆申布勒克等人只是想實驗一下摩擦主電,而富蘭克林聽說了這個實驗,1746年到波士頓看望老母親時,又親眼看到了這種實驗,這聰明人立即想到天上的雷電經常打死人畜,也能放出閃光,天上地下的兩種電是不是一回事呢?這年富蘭克林已經整整四十歲了,而且已經成了當地恨有名氣的出版商,當上了州議員,可是在科學發現的誘惑下,他立即又像變成了一個十幾歲的孩子。自從波士頓探親回來後,他的妻子就成天抱怨她的廚房埵A也不得安寧了。

鹽、缽、醋罐常會不翼而飛,被富蘭克林拿去"生電"。這還不算,富蘭克林每天還冥思苦想著,怎樣在打雷下雨時把天上的電引下來,好親眼看看,親手試試。可是在當時,雷電是天火啊,誰敢這樣去想?妻子聽說富蘭克林竟敢有這樣的狂想,一邊桌前枕邊地苦勸他不要去冒犯上帝,一邊又在背後虔誠禱告,求上帝千萬原諒自己的丈夫。

1752年6月,終於盼來了一個大雷雨的天氣。這天下午富蘭克林正在家娷\弄著那些瓶瓶罐罐,金屬導線,突然一陣風撲來,窗戶被搖得嘎嘎直叫,窗帑飛起如一面狂舞的大旗。他探頭一看,見西邊天上的烏雲就如潑了一天墨汁,如浪如濤般地壓了過來。他不覺喜上心頭,忙叫一聲:"威廉,準備行動。"一會兒就領著兒子,架著一架用絲綢製成的大風箏迎著狂風向野外奔去。

富蘭克林選了一塊廣闊的草地,將風箏向天空徐徐放去。漸漸地一張桌面大的風箏已變成一本書似地一個小點,又像是升向雲海堛漱@葉小舟,被顛著、搖著,在遠處怯生生地回望著自己的主人。突然一道閃電劈開雲層,在天空划了一個"之"字,接著嘎蹦一聲脆雷,那如銅錢般的雨點就瓢酒盆潑般地傾了下來。富蘭克林轉身一看,草地上正有一間牧人用過的舊房,忙招呼兒子站到房門堙A讓他拉緊風箏線,這樣靠近手的一節線就不會因淋濕而導電。這一切都是精心設計好了,風箏是綢子製的,不怕雨淋,線是麻繩很結實,靠手的一節又換成綢帶,不導電,麻繩與綢帶間用金屬線掛一把銅鑰匙。富蘭克林站在屋簷下緊張地注視著西邊的天空,只見電光閃過一道又是一道,雷聲一聲更比一聲辨亮。他想,這些雲海堛"天火"今天不知肯不肯乘我的這個風箏小船來到人間作一回客。多少年來人們與它要不就是隔天遙望,要不就是被它的震怒嚇得關門閉戶,還從沒有過一次促膝相見,握手言歡呢。他正這樣想看,突然威廉大叫:"爸爸,快看!"他順著兒子的手指一看,那拉緊的麻繩,本來是光溜溜的,怎麼現在突然怒髮衝冠,那些細纖維一根一根都直豎起來。富蘭克林到底聰明,他眼睛一轉,突然高興地喊道:"天電引來了!"因為毛皮摩擦帶電時細毛也會豎起,這說明風箏線上已有電了。他一邊囑咐兒子小心,一邊用手握成拳頭慢慢接近那把銅鑰匙。突然他像被誰推了一把,跌倒在地上,渾身發麻。他顧不得疼痛,也不知道害怕,喊著:"是他來了,他乘著風箏下來了!我們握手了!"(還算富蘭克林幸運,第二年一個叫李赫曼的俄國人也學著富蘭克林做這個實驗,當場就被電打死了。)當富蘭克林從地上一骨碌爬起來,將帶來的萊頓瓶接在鑰匙上,果然這瓶媕x存了電,而且這電也有火花,可以點燃酒精燈,可以用它做各種電氣實驗。天電、地電原來一個樣!一會兒雨停雲散,富蘭克林收了風箏,和兒子抱著藏有雷電的萊頓瓶,就像釣到一條大魚一樣高高興興地回家去了。

且不說富蘭克林回家後妻子怎樣地埋怨,怎樣訴說她在家媥慞憡怕。他一回家就爬上房頂豎起一根數丈長的鐵棒,下面連上銅線,一直伸到土堙C這便是世界上第--個避雷針。聰明的富蘭克林,從風箏引電想到房頂上用鐵棒引電,再直接導入地內,房屋自然不會遭雷擊了。於是這個小小的避雷針立即風靡一時,傳到英國、法國、德國.,傳遍歐洲、美洲。凡高一點的房子都安上了這個裝置。這根小針不知救了多少人的命。

面對這一事實,1756年,那個當初對他的論文連看都不願看一眼的英國皇家學會,在富蘭克林沒有辦申請手續的情況下,就主動授予他皇家學會正式會員的稱號。

富蘭克林發明的那根通天小針傳到世界各地我們且不細說,單說它傳到英國卻又引出一段奇怪的故事。前面我們說過,那美洲本是英國的殖民地,英國對美洲人民只知掠奪、壓迫,那顧他們的什麼利益。所以美洲的一些州就聯合起來向英國抗爭,並且派富蘭克林作為代表去倫敦談判。這種談判拖了很長時間毫無結果。1776年乾脆爆發了一場燭立戰爭,富蘭克林也是獨立宣言的五位簽字者之一。那英王眼見美洲十三個州聯合起來,用武力將自己的勢力一天天地擠了出來,成立了美利堅合眾國。可是,隔著一個大西洋,鞭長莫及,氣得又是咬牙,又是跺腳,想方設法要出這口惡氣。一天,英王喬治三世在宮前草坪上散步,正生著悶氣,一抬頭看到克攸王宮頂上那根尖尖的避雷針,不由又想起富蘭克林這個鬧獨立的罪魁,便立即把大臣們召來發狠道:"富蘭克林帶領美洲人造反了,我們還用他發明的避雷針,真是不顧國趾,你們難道就能咽下這口氣?我命令,從明天開始把全國的避雷針都拆掉!"

陸下,這避雷針可真的是一件有用的東西,自從裝上它,全國的雷擊事件就基本絕跡了。您忘了,我們的火藥庫還是您親自組織人裝針保護的。"幾個開明些的大臣連忙據理解釋。

"那就把針的尖頭改成圓球形的。反正不能照富蘭克林那個樣子。自古以來,圓就表示完美無缺!"

"可是圓的不如尖的能引電啊!"

"我是國王,我說圓的好,就是圓的好!"大臣中有那不懂科學的,就極力奉承,有那知道個中利害的,就連忙去英國皇家學會,請他們出面說句話,這時皇家學會的會長正是普林格爾,他一聽這事真是哭笑不得,連忙進宮來見英王說:"陛下,許多事情都得聽您的,可是這事涉及自然規律,實在不能照您的話去辦啊。"

國王一聽更是暴跳如雷:"在別國我可以不管,只要在英國,自然規律也要聽我的!想不到你身為皇家學會的會長,竟不顧國家榮譽,也替富蘭克林說話!現在有兩條路由你選,要麼以你的名義發表聲明,說避雷針製成球形最合理,要麼我就撤掉你這個會長的職!"

正是:

自然規律算什麼!

是尖是圓由我定。

令出如山誰敢抗?

怎奈雷電卻無情。

普林格爾原以為他進宮一勸,國王就會收回成命,再不幹這些蠢事,誰知連他自己也被牽連了進去,不覺腦門上沁出細細的一層汗珠。畢竟結果如何,且聽下回分解。


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