四、电磁光统一记
1.天电地电是一家
古时候,人们对电闪雷鸣这一惊心动魄的大自然奇观产生了许多神秘的看法。在我国曾有“雷公”、“电母”之说,在西方人们则把雷电说成是“上帝之火”。它能劈开树木、击毙人和牲畜,甚至烧毁高塔和宝殿;当有人受到雷击时,就被看作是上帝的惩罚。
然而,到了18世纪中叶,有一个自学成才的科学家却向这些说法提出了挑战,他就是富兰克林(1706-1790)。富兰克林只上过两年小学,失学后在他父亲开的蜡烛作坊里帮工。他一有空闲,就坐下来读书。父亲见他如此酷爱读书,就把他送进了印刷所当徒工。他天天与书打交道,抽空阅读了很多书。富兰克林还有一个放风筝的爱好,而且玩法与众不同。他喜欢在水里放风筝,把线系在腰间,一边游泳,一边看着风筝在空中飞翔。
1746年的一天,英国的斯宾士博士在美国波士顿举行了一次公开的电学表演。坐在观众席上的已近40岁的富兰克林,也被这种神奇的实验吸引住了。回到家里,他就用斯宾士送给他的几件仪器做起实验来。他还设法让伦敦的朋友四处购买电学仪器和图书。他简直对电着了迷,甚至把自己经营的印刷所也出让给了别人。
几年中,他通过一系列实验发现电是一种存在于物质中的“要素”,它可以从一个物体转移到另一个物体,一物体得到电后就带了阳电,而同时另一物体则失去了电,这样它就带了阴电。他还发现带有不同电的两物体接触时,就会产生明显的电火花,这火花、响声多么像天空中的“上帝之火”啊!经过反复的实验和思考,最后富兰克林认定“上帝之火”也是一种电,是一种大自然中的电,天上的电和地上的电是一回事。
富兰克林把这一想法写成论文,寄给了英国皇家学会去讨论。想不到却受到了权威们的嘲笑,他们说:“真是痴人说梦!纯属无稽之谈!”年近50岁的富兰克林并不因此而灰心丧气,他想若让这些人心悦诚服,就必须把天空中的雷电捕捉下来。怎样才能把雷电引到地面上来呢?他一连想了几天,也没有找到一个好办法。
有一天,他正在为此而百思不得其解的时候,看见儿子正准备到野外放风筝,此时此刻,他回忆起了少年时代在湖中放风筝的情景,想着、想着突然一个大胆的设想产生了,何不用风筝把雷电引下来呢?他很清楚跟这个怪物打交道是十分危险的,但是为了探求真理,即使牺牲生命,他也在所不惜。
1752年7月的一天,美国费城上空,乌云滚滚,雷声隆隆,一场大雨即将来临。就在这个时候,富兰克林和他的儿子来到野外,将一只大风筝放上了天空。风筝是用丝绸做的,顶端安了一根细铁丝,风筝用一根麻绳牵引着,绳的末端拴着一把铁钥匙,再在钥匙孔里系上一条丝带。他们就用这根丝带拉着风筝。
开始,并没有什么异常现象发生。当倾盆大雨从天而降,带着雷电的云飘到风筝上空时,富兰克林发现绳索上原来松散的纤维,全向四周直立起来,他马上把钥匙和莱顿瓶接触,将雷电储存起来。然后他用金属叉去碰莱顿瓶,立即就迸发出了电火花。他们高兴地喊道:“天上的电捉到了!”
这就是著名的“费城实验”。富兰克林冒着生命危险,揭穿了人类有史以来有关雷电的古老神话,证
明了电闪雷鸣不过是大自然的一种放电现象,把“上帝”和雷电分了家。这一发现轰动了欧洲。
富兰克林在实验的基础上还发明了避雷针。由于它能有效地保护建筑物免于雷击,所以避雷针很快就传到了世界各地。1780年,英王乔治三世因为富兰克林是美国独立战争中的风云人物,就想判处他“尖头避雷针”的死刑。他亲自下令把王宫等地的尖头避雷针砸掉,统统换上圆球形的,并且迫使持反对