偶看新闻南国早报数字报刊今天.:美国人：开拓历程·9-2
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三十九 朴素的见解与奇妙的方法：电学
北美人偶而也可能仅仅因为他们不象欧洲人那样有学问而在物理学上有所发现。由于对科学思想中的正统道路的无知，他们反而可能自由地按照事实所指示的方向探索。这并不能构成理论科学的坚实传统的基础，但是在北美的条件下，这样的做法并非绝不可能推动物理学前进。在物理学这样一门需要知识积累的科学中靠朴素之见取胜需要很高的天才，但是至少有一个北美殖民地的人做到了这一点，他就是本杰明·富兰克林。
富兰克林的思想概念当然是从牛顿的实验科学发展出来的，可是，富兰克林并没有熟读过牛顿派的经典作品，而且也从来没有这样夸过口。富兰克林是否读过牛顿的《光学》，证据很不确切；各种事实都说明富兰克林缺少能够读懂牛顿《原理》一书这一类深奥著作的数学知识。他对任何一门自然科学进行深造所具备的理论知识都是不足够的。
在北美以及在外国对富兰克林都有许多不尽不实的赞美之词，把他同一些最伟大的数学和物理学理论家相提并论，这反而遮盖了他的实际成就。约翰·亚当斯声言富兰克林的声望“比莱布尼兹或牛顿、弗雷德里克或伏尔泰的声望传得更远”。查塔姆勋爵在英国上议院赞扬说，“他的学识和智慧受到全欧洲人们的景仰，足以和我们的波义耳和牛顿平起平坐。”伟大的化学家约瑟夫·普利斯特利称赞富兰克林在风筝实验中的发现“也许是自伊萨克·牛顿爵士的时代之后最伟大的发现”。在富兰克林死后，加在他身上的没有分寸的溢美之词就更多了，反而掩埋了他的特殊的天才。
事实上，富兰克林的成就说明了天真的想法成胜了学问。富兰克林在物理学上之所以有非凡的成就，可以从卡德瓦拉德·科尔登失败的原因看出端倪。科尔登是纽约的一位官员，我们在上文已经提过他从事博物学的工作。他追求欧洲式的伟大。在《物质运动原理》（一七五一年）一书中，他宣称要提出一种关于万有引力“原因”的理论，从而继续牛顿的工作乃至超过牛顿。科尔登并不具备专门的学识和自成体系的才华，又没有和其他学有专长的物理学家共同切磋（缺少这个条件是难以在数学物理领域中取得伟大成就的）。但是，他却大言不惭地声称“已经发现行星和替星运动的真正原因，并从而推演出了一切现象的原由，其确切程度同各种最准确的观察资料契合无间”。他还高兴地解释说，所有这些成就的取得只需应用“算术和三角的普通定理，无需求助于圆锥曲线或任何其它知识”。和科尔登相反，富兰克林毫不妄想他能在牛顿的数学世界中有所作为，他只是企图解释某些特定的现象。如果科尔登是住在欧洲接近于古老学术中心的地方，他的工作也许会有更高的质量；但是如果是在那种环境下，富兰克林的工作可能根本不会进行。
富兰克林是以电学而得到物理学家的名声的，他也只有在电学这个领域中才作出了具有持久意义物理发现。富兰克林的电学发现并没有写成学术论文，也不是一项关于电的（更不是关于一切物质的）性质、来源和成因的大理论的小前提，他关于电学的文章内容广泛而庞杂。他的著名的题为《在北美费城所作的关于电学的实验和观察》的书实际上是一批书信的汇编，内容十分松散，以至于有的读者怀疑它根本不是供出版用的。它在美国也迟至一九四一年才正式出版。
汉弗莱·德维爵士说：“他力求清除有关这一问题的神秘和隐晦之处。他所写的东西对于门外汉和哲学家都同样合适，他把有关细节写得富有趣味，明白晓畅、文采斐然而又简洁。”即使今天读来，对这部涉及如此根本的问题的著作竟能写得如此通俗而不带数学性，也会感到不胜惊讶，这本书是富兰克林的科学声望的基础，但是它读来更象是一本家常菜谱或业余魔术指南而不象一篇物理学论文。他在一封重要的信中对于“尖形物体导致或消除电火的奇异效果”作了如下的描写：把一个直径为三、四英寸的铁球放置于清洁干燥的玻璃瓶口。从天花板上吊下一根细丝线正对瓶口，线上悬挂一枚其大小如同儿童游戏用弹子的软木球，丝线的长度正好能使软木球落在铁球上。然后将铁球通电，软木球即被排斥，推开到四或
在富兰克林的时代，还有可能用厨房里的器具来进行重要的电学实验，因为这门学科当时还处于孩提时期，尚未开始带有数学性。在十七、十八世纪取得重要进展的各门科学之中，电学的历史最短。和天文学或一般数学物理学相比，电学中要学的东西最少，或者说不必知道很多东西。由于当时它看来尚无实际应用意义，于是可以放手进行漫无目的的好奇的探索。富兰克林对电学的兴趣无论如何决不象当时某些人那样带有“实用性”，当时有些人预言电可以成为医学中的万应灵药，而富兰克林对此是怀疑的。他最大的优越性在于他的思路是业余式的和非学术性的。和许多作出了发现的北美人一样，他对于他所将看到的事情所知甚少，但是正因为如此，他能看到许多东西。
当富兰克林于一七四六年后开始对电学发生兴趣时，他对于欧洲已经做过的研究工作所知甚少。有一次他到波士顿去旅行，无意中看到了一次“电气表演”，他回到费城后很高兴地发现费城图书馆协会从彼得·柯林逊处收到了一些玻璃管。于是他就和三位业余爱好者一起，重做了他所看到的实验。那三个人中最积极的是埃比尼泽·金纳斯利。这是一个有圣职的浸礼会牧师，但是从未登上过布道坛。按富兰克林所说，这是“一位聪明的邻居，由于没有工作，我鼓励他进行表演赚钱”。另外两位是菲利普·辛格（1703～1789），他的职业是银匠，以及托马斯·霍普金森（1709～1751），是位律师，也即是富有创造性的弗兰西斯·霍普金森的父亲。这两人后来都成为美国科学研究会的发起人。至于他们各自在这个重要的初期实验阶段所起作用则颇难断定，其原因部分是由于富兰克林的叙述并没有表现得特别谦虚。但是，这一组偶然凑合在一起的人中没有一个可以称得上是位“物理学家”，也没有一个拥有大学学位，而按照英国的标准，他们之中甚至没有人堪称为知识分子。这批费城的业余电学家对欧洲物理学家的研究工作一无所知。当辛格“发明”一种简单的电机（一个在铁轴上旋转的玻璃圆球，可以产生摩擦，收集电流）时，他们认为这是一项新奇而重要的事情：这比摩擦玻璃管的“疲劳工作”是一大改进。但是类似辛格“发明”的这种机器在英国早已使用，而且已成为欧洲大陆电学研究者常用的器具。
看来，宫兰克林对于欧洲早期电气研究工作的了解仅仅来自他同伦敦友人彼得·柯林逊的通信，而这也很有限。富兰克林向柯林逊报告说，他和他的费城合作者们正在观察“我们觉得新鲜的奇特现象”。但是，他无从知道这些究竟是真正的新发现还是欧洲科学家早已注意到的事物。此后富兰克林致柯林逊的信件（后来收集起来成为关于电学的著作）仍然带有这种令人不安的味道，好象是位不知道是否己有别人到过他新发现的土地的探险家的札记。
如果富兰克林十分了解欧洲科学家已有的成绩的话，他也许就没有足够的胆量提出他那异常大胆而简单的设想：电不论是从哪里产生，都是一种单一的流体。这就是富兰克林的基本电学发现，他根据他所认为的电流方向，把两种形式的电简单称为“正电”和“负电”。
在欧洲，关于这一问题已有颇为深奥的研究，“进展”到夏尔。弗朗索瓦·迪费的那种比较复杂的理论：有两种截然有别的电流，它们彼此很不相同，其中的一种我称之为“玻璃电”，另一种我称之为“树脂电”。第一种是玻璃、水晶、宝石、兽毛、羊毛和其它许多物体所带的电。第二种是琥珀、硬树脂、树胶、丝、线、纸张和其它许多物体所带的电。
富兰克林对于迪费的分类法似乎毫无所知。他直接从自己的观察出发，得出了他那划时代的假设，即所有的电都是一种单一的流体。即使富兰克林已经知道欧洲科学家们把人引上歧途的分类法？他也仍然可能会提出他自己的简单的解释。但富兰克林为人的特点不是大胆，而是合乎情理。对于这样一个人，那样做需要有相当大胆的想象力。所以，更为可能发生的情况是，他根本不敢提出他的革命性的观察结果。
幸而据我们对富兰克林作品的了解，我们知道他读了他的欧洲同代人的著作之后想法如何。富兰克林从欧洲标准电学著作（其中许多是彼得·柯林逊寄到费城图书馆协会的）中学到了许多正统的思想和通用的语汇。从此，他本人的洞察力失去了新鲜感。早在一七四八年，他就表现出了一种宁愿从书本中而不是从观察中学习的倾向，他开始象他的欧洲同代人一样地看待事物。一七五一年在伦敦出版了一本收有四篇富兰克林关于电学的通信的小册子，其中包罗他在这一问题上的几乎全部的基本贡献。甚至较有见识的欧洲科学家也担心富兰克林在学得他们的那一套学问之后，也会很快就停滞不前，难以作出比他们更多的发现。电容器原理的发现者和莱顿电瓶的发明者彼得·范·穆森布鲁克就曾这样警告过富兰克林。一七五九年，他收到富兰克林来信，要求得到一些关于电学的书籍，他在复信中敦促富兰克林“继续完全按照你闩己的创见做实验，从而走出一条和欧洲人截然不同的道路，只有这样，你才肯定会发现许多世纪以来物理学家们未曾看到过的东西。”遗憾的是，到了这个时候，富兰克林已经成为电学方面的“饱学之士”，错误已经铸成。
所以，富兰克林关于电学的著作并未能摆脱北美殖民地科学叙述性、局限性的窠臼。富兰克林的运气一向不错，他凑巧碰上这样一门学科，而在这门学科里缺乏数学根底不足以构成缺陷，实际上，科学知识贫乏却成了优越条件，漫无目标的好奇心可以结出硕果，总之，他的事迹并不能提供足够的根据，可以让杰斐逊夸口说北美已经造就出了堪与旧世界伟大物理学家媲美的人物、更不足以说明北美可以为理论性的基本科学发现提供肥沃的土壤。如果它说明了什么问题的话，那就是，它提供了和这相反的答案。殖民时期的北美在自然科学方面未能有其它发现，这一事实只能突出地表明富兰克林在这一领域的发现是偶然的，不足以构成典型。
富兰克林最使公众倾倒并在美国民间传说中备受渲染的成就，和牛顿物理学的纯净境界更是相距甚远，这项成就便是他证明了闪电和电的同一性并因此而发明了避雷针。富兰克林著名的电风筝实验并非一种基本理论性的发现。在富兰克林的书信中已经提出了“尖点的力量”和“电是单一流体”的理论，风筝实验只不过把这二者巧妙地加以实际应用而已。这是应用科学和机械发明的结合，至于闪电与电的同一性，欧洲人早已有此猜想，但是他们没有方法加以证实而已。富兰克林的贡献是一个简单的装置，正如他自己所说，“是任何一个电学家部可能想到的”，但是，不知怎么搞的，欧洲的物理学家却没有想到这一点，而一心忙于他们的“电气机”、他们的实验室试验以及互相之间的理论性论争。
当查尔斯顿的约翰·
在富兰克林建议要对这一假设作明显和唯一结论性的试验之后，有几个欧洲人就开始进行尝试。他们甚至有可能在富兰克林取得成功之前就按他的设想做出成果。
阿贝·诺莱是法国最“高明”和最有学问的物理学家之一，也是两种电流理论的主将之一。他断然否定这种直接求助于“单纯”观察的做法。富兰克林在他的《自传》中详细叙述了诺莱（他已经因为富兰克林在《关于电学的实验和观察》一书中没有提到他的名字而大为恼怒）“起初不能相信这一研究结果竟然来自北美，并声言这肯定是他在巴黎的敌人为了诋毁他的学说而作的捏造。以后，他听说在费城确有富兰克林其人（对此他是怀疑的），他就写作并出版了一本书信集，其中主要是写给我的信件，竭力为他自己的理论辩护，否认我的实验和由此得出的论点的有效性。”但是，富兰克林仍然拒绝卷入只能由观察解决的问题上的争吵。他说，“我的文章叙述了实验的做法，任何人都可以重做并加以检验核实，如果它不能得到核实，谁也就无权为它辩护……我终于决定让我的文章自生自灭，我认为最好是把我在公务之余能抽出的时间用于做新的实验，而不必就已经做过的实验争论不休”。
富兰克林十分急于把他的想法付诸实用，就在他提出要进行实验以测试闪电和电的同一性的同一封信中（甚至在进行实验和他的假设得到证实之前），他就已经谈论避雷针。他在一七四九年从费城写信说：“如能证实事情确是如此的话，那么，是否可以把'尖点的力量’的知识用之于为人类服务，以便保护房屋、教堂、船舶等免遭雷击呢？其办法是在这些建筑物的最高部分安装一个形尖如针的铁杀，该铁条应镀金以防锈，在铁杀的底部连以铁丝，从建筑物的外面通到地面，或绕着船上的支桅索而下，从船边延伸入水。”在一七五三年版的《穷理查的历书》中，富兰克林写了一段关于避雷针的文字，标题为《如何保护房屋等免遭雷击》。避雷针很快就在北美得到推广。虽然当地人对电的学术知识很少，但是和欧洲各大学术中心相比，那里的人们所学得的知识却迅速地得到了更为广泛的实际应用。我们没有可靠的统计数字，但是大西洋两岸的观察家都注意到避雷针在北美的应用比在英国要广泛得多。安德鲁·伯纳比牧师早一七五九年途经弗吉尼亚时就注意到“这个地方比任何其它地方都更加肯定地证明了避雷针的有效性。”虽然建筑物受到雷击的事件仍有时发生，但是避雷针的使用如此广泛，所以很少听说房屋被雷击彻底破坏。伯纳比希望北美的这一榜样能鼓励别国放弃宗教偏见，使用科学方法来保护人类安全。
但是，即使在北美，避雷针的使用也曾受到宗教偏见和科学上保守思潮的阻碍，在一七五五年避雷针开始使用后不久，波士顿受到了一场严重地震的打击。托马斯·普林斯牧师在他的布道书后增加了一章新的附录，题为《地震：上帝的作为和他的义愤的象征》，希图对此进行解释。他认为：“地上的铁针立得越多，把空中的电吸出，那么地上就会充入更多的电……在波土顿，避雷针泛比在新英格兰任何地方都多，而看来波士顿受地震的打击也最惨重。呜呼，世间万物均不能摆脱上帝万能之手！如果我们想避免它从空中来，我们就不能避免它从地下来。是的，而且它可能更加危险。”但是，懂得富兰克林避雷针原理的明智的约翰·温思
也许北美人的生活环境促使他们那样做。富兰克林一七七二年在伦敦写道：“雷雨在那里（指北美）比在欧洲要频繁得多……在英国，这种做法（使用避雷针）进展比较缓慢，门电造成的灾害不那么频繁，人们自然也不那么担心它带来的危害。”气象学家告诉我们，雷雨在加拿大南部的频率和在欧洲大致相同（一年之中平均大约有十一天），但是越往南走，这个频率就越高，到了濒临墨西哥湾的各地，雷雨发生的频繁程度就提高到将近七倍（平均一年中约有七十二天）。所有这些数字都是粗略的，而且在十八世纪，天气和现在也可能不同。但是，这些材料已足以使我们推想在北美出现雷电的次数比在欧洲更频繁。至少，对于散布在一个他们还不甚了解的大陆的北美居民来说，雷电似乎具有更大的威胁。