电学史上的富兰克林,富兰克林做过哪些实验

怀疑！本杰明·富兰克林可能从来没有和他的儿子做过放风筝的实验！图:中学课本对放风筝实验的描述。图:富兰克林是否做过放风筝实验，当时没有留下文字记录。由此可见，富兰克林的实验远没有那么可怕。2003年，北卡罗来纳州的历史学家汤姆·塔克(Tom Tucker)试图根据那个时代的材料重复富兰克林的风筝实验，但失败了几次，因此他认为富兰克林根本没有做过任何风筝实验。

富兰克林有哪些实验？

本杰明·富兰克林（1706-1790）是美国国父（之一）及杰出的科学家，他有很多重要的科学发现，比如著名的“风筝实验”，在这个实验里富兰克林在雷雨天放风筝，把天上的电引到莱顿瓶里存起来，然后证明和地上用摩擦起电方式生的电是一样的，从而证明了天上的电就是地上的电。在雷雨中放风筝的富兰克林。这里再介绍一个不是那么有名，但也同样有意思的实验——油膜实验。

这个实验最早我是在温伯格的书——《亚原子粒子的发现》——中读到的。温伯格说把一滴油滴在水面上，它在扩张到一定面积之后将停止扩散，然后我们根据油膜的面积就可以直接估算出“原子/分子”的厚度（单分子油膜的厚度）。单分子油膜形成示意。这个实验就是富兰克林的油膜实验，这听上去很简单，属于一个在厨房就可以动手试一试的实验，但一旦动手，你会发现水盆里的油膜很难分辨，让人怀疑这个实验是否真的可行。

根据历史记载，这个实验是富兰克林在英国伦敦南部的一个湖里做的。他往湖水里倒了一勺橄榄油（大约5立方厘米），然后发现湖面上的油膜最终扩张为大约半英亩（2000平米），根据这些数据我们可以计算出油膜分子的厚度是大约2.5纳米。伦敦南部的Mount Pond，富兰克林发现一勺油能使这个湖面的四分之一平静下来。

富兰克林的年代，近代原子论还没有诞生。富兰克林做这个实验的目的也不是估算“原子、分子”的尺寸，实际上富兰克林也没有做这个计算，2.5纳米是我们根据他的实验数据算出来的。他当年做这个实验的目的是为了验证，往水里倒油能够平息水里的波浪。这个命题在今天看来是很“突兀”的，但在富兰克林的年代似乎是海上水手们的常识，也是普林尼，普鲁塔克等古典作家曾经讨论过的现象。

富兰克林真正了不起的是以实验科学家特有的“求证”和“怀疑”精神，把这个实验在陆地上的湖泊又做了几次。他发现油膜会在湖面上迅速扩散，并真的具有平息湖水中波浪的作用。富兰克林推测油膜粒子和水粒子是互相排斥的，因此油在水面上无法积聚在一起而会迅速地扩张开来，用今天的话来说就是往水里加油，油膜覆盖在水面上，会降低表面的表面张力系数，这导致水面波浪幅度的降低。

一杯几乎装满的黑咖啡和一杯卡布奇诺，由于卡布奇诺上面飘着一层奶泡——这层奶泡是增加咖啡和奶泡之间的吸引力的——导致黑咖啡比卡布奇诺更容易被晃出来，洒在桌上。真正用这个方法测量分子尺寸要等到瑞利勋爵（1842-1919）和艾格尼斯（Agnes Pockels，1862-1935）。瑞利勋爵在自家浴缸里放了0.81毫克橄榄油，然后测量出单分子膜的厚度是1.63纳米，艾格尼斯是个自学成才的女物理学家，她在自家厨房里利用一个浅水槽拉出了单分子油膜，并计算出油膜的厚度是1.3纳米。

本杰明·富兰克林真是用风筝发现的电吗？

存疑！本杰明·富兰克林也许从来就没有和他的儿子一起做过放风筝的实验！图：中学课本中对风筝实验描述图富兰克林是否做过放风筝实验，在当时也没有留下任何文字记录。最为详细的叙述还是来自一位名叫约瑟夫•普里斯特利的转述。他声称富兰克林口头告诉过他关于风筝实验的详细情况，但其实也没有其它的佐证能够证明。富兰克林在1752 年10 月写给柯林森的信中介绍了他的风筝实验。

风筝的主体是两根交叉的雪松木条，上面系着一条丝绸手帕。风筝的顶端伸出一根细金属丝，连接着一条长长的绳子。在绳子末端、接近富兰克林手持处的位置，系有一把金属钥匙，钥匙下面连接着另一条丝绸手帕。风筝放飞时，富兰克林的手就抓着这条丝绸手帕。整个装置虽然非常简单，却可以驯服大自然的力量。风筝高飞时，一旦闪电击中风筝顶端的金属线，绳子就将电流传送到金属钥匙上。

然后，钥匙与富兰克林就构成了一个“莱顿瓶”，可以传输、储存电荷。闪电释放的电荷一旦被引入莱顿瓶，就可以看出它与当时科学家使用的静电并没有什么不同。由此可见，富兰克林的这个实验远没有那么可怕。由于富兰克林手握的那条丝绸手帕对于他的生命安全而言有至关重要的作用（富兰克林认为，正是因为这条丝绸手帕，电荷将驻留在那把钥匙上），因此他建议后来的实验者最好站在小型建筑物内，以保证身体和手握的丝绸手帕不会被暴风雨淋湿。

这个实验的危险是显而易见的。富兰克林在风筝实验中把自己完全暴露在闪电面前，极有可能遭遇生命危险。1753 年7 月，科学家乔治·里奇曼（George Richman）试图在圣彼得堡的公寓里实施富兰克林的风筝实验，结果不幸意外身亡，用生命的代价证明了这个实验的可怕。里奇曼的讣告不仅介绍了他在科学界的声望，还告诫人们电学实验的危险性不可忽视。

里奇曼受过良好的教育，是俄罗斯科学院圣彼得堡科学中心的会员，他的去世是科学界的一大损失。正如讣告所指出的，他很清楚“后果”，但他“希望抓住一切机会”，测量出“雷雨云”携带的电量。里奇曼的死亡以及实验显而易见的危险性，让有些人不禁怀疑富兰克林根本没有在暴风雨中完成他的风筝实验。这种疑虑直到今天也没有被打消。

在2003年的时候，北卡罗来纳州的一位历史学家汤姆•塔克，按照那个时代的材料，想重复富兰克林的风筝实验，但是几次都没有成功，因此他认为富兰克林根本没有做过风筝的实验。在富兰克林这里，“放风筝绑钥匙”其实只出现在他的设计中，兴许是因为他的光环太多了，大家都直接把设计当做已经发生了的事实，口口相传，就变成了他通过风筝实验发现的电。

这就是名人效应。另一个例子是华盛顿，他从来没有砍倒过一棵樱桃树。其实稍微懂点物理和电学的人，仔细看看这个故事就会发现很多漏洞。按照流传的版本，如果富兰克林真的做了这个实验，恐怕就不会有后来的故事了。因为闪电会把他送到上帝面前。即使这个故事的真实性不够，也掩盖不了这样一个传奇人物对科学的贡献。看看当今世界流行的避雷针和避雷设施。不管本杰明有没有做过那个实验，都不能抹杀他在研究闪电方面对人类的巨大贡献。