中华学生百科全书-第441章
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门门功课都名列前茅。由于家中兄弟姊妹多,家庭经济困难,他只上了两年
公学、一年私塾就辍学了。11 岁的富兰克林整天在父亲的店铺里打杂。
12 岁时,富兰克林到大哥开的印书店去当学徒。做一名印刷工人。虽然
工作繁重,但他还是抓紧一切机会读了大量的书籍,开阔了自己的眼界,这
对他以后的一生都有很大的影响。
1723 年,17 岁的富兰克林告别了故乡波士顿,踏上了人生新的征途,自
己去闯天下了。在他 25 岁那年,富兰克林创办了美国历史上的第一个图书馆
——费城图书馆。他是那么喜欢读书,他曾经说过:“读书是我唯一的娱乐。”
富兰克林勤奋好学,27 岁时开始学习外文。不到 3 个月的时间,他就能
看法文书了。他又用了半年的时间学会了意大利文,接着又学会了西班牙文
和拉丁文。在他 40 岁左右,才开始致力于科学技术研究。
1745 年冬天,电学界传出了一个惊人的消息。德国的科学家克莱斯特和
荷兰的科学家马森布罗克几乎同时发现了电震现象和制作了莱顿瓶。电是什
么呢?看不见、摸不着、稍纵即逝、一瞬而过,所以人们无法保存,用起来
很不方便。莱顿瓶就是为电而造的一座“仓库”。莱顿瓶因诞生在莱顿城而
得名。它的构造是在玻璃瓶的内外表面都贴上锡箔,电荷经由一根黄铜链穿
过瓶塞进入瓶内,积累在锡箔上。当人接触到带电的莱顿瓶时,就会受到强
烈的电击。同时它还会产生出电火花和“噼噼啪啪”的爆裂声。莱顿瓶第一
次实现了使电可以人工控制的梦想,为人们进行电学研究创造了条件。
当时很多科学家都用莱顿瓶做过实验,富兰克林也是其中之一。他注意
到电火花发出的光和爆裂声,心想,这或许可能是一种非常微小的闪电和雷
鸣。要不然,从另一个角度来看,天上威严的雷鸣电闪,恐怕就是由地球和
天空这整个行星所构成的巨大莱顿瓶中电的相互作用呢。
因此,富兰克林决定做一个实验。
1752 年 7 月的一天,天气闷热,天色很暗,富兰克林和他的儿子一起,
来到渺无人迹的旷野里。他们准备了一个大风筝,这个风筝是用丝绸做的,
风筝的顶端安有一段长长的铁丝,牵引风筝的是一根麻绳,绳的末端系着一
块绸带,在绸带和麻绳之间还挂了一把钥匙。他们还带来了一个莱顿瓶。突
然间天空乌云滚滚,雷声隆隆,捕捉天电的好时机到来了。他们立即行动起
来,风筝迅速地被放入高空。
随着风云积集,一道耀眼的闪电划破长空。一块雨云从风筝上空迅速地
滚了过去,倾盆大雨自天而降。富兰克林站在屋檐下仔细地观察着风筝的每
一个细节。他发现牵引风筝的绳索上毛茸茸的纤维一下子竖立了起来,就像
实验室中毛皮带电的情形一模一样。富兰克林小心地用手触了触钥匙,只听
“噼啪”一响,一个蓝色的电火花跳了出来,他的手腕一阵发麻。这说明,
风筝上的铁丝传导了雷电,被淋湿了的牵引线绳又把雷电传到了下面的金属
钥匙上。接着,富兰克林再把风筝升高一些,把钥匙接在莱顿瓶上,开始将
雷电储存起来。富兰克林的预言被证实了。闪电确实是一种放电现象,它和
实验室里的电火花完全一样。电闪雷鸣就是天空中的莱顿瓶在放电,雷雨云
是一个电极,大地是另一个电极。举世闻名的电风筝“费城实验”,打破了
天电的“圣火”之类的神话,科学地说明:雷的原因是电造成的。
在这次实验中,富兰克林真是侥幸,他深知这次实验有多危险,它可致
人于死命。但是,为了探求真理,他将个人的安危置之度外。第二年的 7 月
26 日,俄国的两位科学家为了重做这一试验,付出了生命的代价,被闪电当
场击死。
富兰克林的实验和观察导致了避雷针的发明。这是电学的首次重要应
用,也是当时唯一的应用。富兰克林建议在建筑物屋顶设置尖头金属杆,并
把与多属杆相连接的导线引到地面,这种避雷针能使云层安全放电,因而能
保护建筑物本身。1782 年,仅费城一地采用的避雷针就有 400 根。富兰克林
抵挡住了天神宙斯的大炮。200 多年过去了,避雷针仍然忠实地屹立在世界
各地的高大建筑物上。
富兰克林在电学理论方面也做出了不可估量的贡献。富兰克林创造了许
多电学用语,这些词汇在现代电学中仍然使用,例如:正电、负电、电池、
电容器、充电、放电、电击、电工、电枢、电刷、导体等等。
他根据实验提出了著名的“电荷守恒”概念,并用数学上的正负概念来
表示两种电荷的性质。他说明了电的来源和在物质中存在的现象,以及某些
电介质的特性。
富兰克林对科学的贡献远不止这些,他还有许许多多的发明创造,尤其
著名的是改进了火炉,发明了老年人戴的双焦距眼镜。他设计了一种结构合
理,既可节省燃料又容易散热的新式火炉,后来被命名为“富兰克林式”火
炉。火炉发明后,有人曾建议他申请专利权,并说:“您为人类造了福,所
以您应该拥有专利权,作为我们对您的发明的酬谢。”富兰克林却说:“不,
该受我酬谢的人可多着呢,难道我们在日常生活中享受别人的发明还少吗?
我觉得,要是我做出了一点小小的发明,我应该把这个发明慷慨地献给大家,
作为我享受别人发明的酬谢。”
富兰克林不仅是美国历史上的第一位科学巨人,他还是美国人民的伟大
儿子。在北美人民争取独立的斗争中,他不止一次出使伦敦,代表北美人民
的利益与英国殖民当局进行面对面的斗争,迫使英国废除强加在北美人民头
上的不合理条款。在美国独立战争期间,老年的富兰克林代表初建的美国出
使法国,为赢得法国的同情与支持取得了圆满的成功。因为人类已经进入了
理性的时代,有知识有觉悟的法国人完全拜倒在这位曾经驯服了空中闪电并
将它引到地面的伟人的脚下。美国的胜利诞生,大可归功于那只飞翔在雷雨
中的风筝!
1790 年 4 月 17 日,富兰克林与世长辞,终年 84 岁。美国人民怀着深切
的悼念之情,为他致哀 1 个月。富兰克林一生中曾担任过许多高级职位,但
是在自撰的墓志铭里,却自称“印刷工富兰克林”。
在晚年,他还对科学充满了希望,他曾这样写道:“科学的迅速发展使
我有时感到遗憾,我出生的太早了。”
应用数学巨匠——欧拉
如果你翻阅浩瀚的数学书籍,你将会在数学的几乎所有分支中见到他的
名字,其中有欧拉公式、欧拉多项式、欧拉常数、欧拉积分和欧拉线等。他
研究了数学领域中的微积分、微分方程、曲线曲面的解析几何与微分几何、
数论、级数和变分法,他把数学应用到整个科学领域之中。他虽然没有开 42
创新的学科,但他发明的众多数学方法,大大地巩固了微积分引来的众多数
学分支的基础,把数学向前推进了一大步。他,就是欧拉,1707 年 4 月 15
日生于瑞士的著名数学家。
欧拉是古往今来最多产的数学家,他的著作数量不仅在 18 世纪世界数学
界首屈一指,而且在历史上也很少有数学家能和他相匹敌。有人统计,在欧
拉一生的大部分年代里,他每年都以大约 800 页左右的速度,发表着高质量
的独创性的研究文章,由此而获得的奖金几乎成了他的固定收入。欧拉活着
的时候共发表了 530 本(篇)著作;在他死后的 47 年中,俄国彼得堡大家又
陆续出版了他的许多遗稿,从而使他的著作量达到 886 本(篇)之多。
也许有人会这样认为,欧拉之所以能取得如此丰硕的成果,一定是他出
生在“世代书香”之家,有着得天独厚的研究条件;同时具备健康的身体,
且天才过人。其实欧拉恰恰不具备这些条件。他出生在瑞士一个牧羊人家庭
里,他的成绩完全靠自己的勤奋所得。他 15 岁在当地大学毕业,18 岁开始
发表数学论文,19 岁就在数学研究方面获得了法国科学院的奖金。
欧拉年轻时,随数学家约翰学习数学。1725 年,约翰的儿子尼古拉应俄
国皇帝彼得大帝的邀请,去彼得堡旅行,欧拉随同前往。从此,欧拉留在了
彼得堡科学院。在那里为了制订出测时系统,过于劳累地观测太阳,他于 1735
年右眼失明。1766 年又因过度劳累和不适应俄国气候,他另外一只眼睛也瞎
了。他在全盲中度过了 17 个年头。但是,这一点没有阻止他进行工作,甚至
连工作进度也没有减慢,因为他有非凡的记忆力,能把几黑板的东西都装在
脑子里。就这样他口述,别人记,硬是写出了 400 本(篇)高质量的著作,
占了他一生著作中的一半。除了坚毅勤奋之外,欧拉取得成果的另一重大因
素,是他善于把数学研究伸入自然科学领域的深处。17 世纪,代数、解析几
何和微积分的巨大进展,使数学一下子渗入了自然科学之中;相反,自然科
学也给数学提供了一系列深奥而引人入胜的问题,亟待人们去解决。欧拉从
自然科学中选择数学研究题目,用抽象的数学予以解决,让数学为自然科服
务,从而获得了无穷无尽的研究乐趣,取得了众多的研究成果。
例如:在流经古城哥尼斯堡的一条河心,有两个小岛,连接小岛与河岸
修有 7 座相连的桥。人们在长期的生活实践中产生了这样一个想法:“能不
能每座桥只通过一次,并且,一次走遍 7 座桥而最后又回到出发点?”很多
人对这个问题进行了研究,但谁都没能得出结果。
欧拉对这一问题进行了探讨。他用以点、线确定地点的构图法,证明了
人们的设想是不可能的,从而结束了这场关于“7 桥问题”的探讨。接着,
他又把“7 桥问题”归入“位置几何学”领域,为位置几何学奠定了基础,
发展成了我今天我们所说的拓扑学。
在欧拉的时代,人们为了改进各种乐器的音响效果,千方百计地寻求着
乐器设计新方案。欧拉把这一需要作为自己数学研究的选题。
为了使乐器设计家们便于掌握运用他求得的声音传播数据,欧拉还用数
学方法建立了声音在空气中传播时的模型,进行了关于声音的谐振研究,发
现了共振现象。为了探索音乐的和谐与否,欧拉还探索了粗细可变弦问题。
欧拉的众多研究成果,都是像他解决“7 桥问题”、声学问题的成果一
样,从自然科学之中选定题目,为解决现实生活需要而研究获得的。
欧拉的一生,虽然没有像别的伟大数学家那样,开辟出新的数学分支,
但别的伟大数学家也没有一人像他那样,善于把抽象的数学与自然科学结合
起来。难怪有人称他为“方法发明家”,又有人称他为“应用数学巨匠”。
著名的卡文迪许实验室
在英国剑桥大学内,有一栋古色古香的 3 层楼房,这就是举世闻名的被
称为“世界物理学发源地”的卡文迪许实验室。
卡文迪许实验室是为纪念英国著名的物理学家、化学家卡文迪许而建造
的。从 1871 年至今,已培养出 20 余位诺贝尔物理学奖金获得者,是当今世
界最著名的科学研究中心之一。
卡文迪许 1731 年 10 月 1 日生于法国尼斯,父亲是英国贵族。卡文迪许
两岁的时候,他的母亲就去世了。不久,他的父亲带着一家人从法国迁居到
英国。1749 年,卡文迪许考入剑桥大学。1753 年,他去了巴黎,在那里研究
物理学和数学。但不久,他又回到英国,定居伦敦,从事科学研究,并在物
理学、化学方面做出了重要的贡献。
在物理学方面,卡文迪许被称为有史以来最伟大的实验科学家之一。
他用物理实验方法测得了基本物理常数——万有引力常数 G,验证了牛
顿于 1666 年发现的万有引力定律,确定了地球的平均密度。
当时,由于缺乏具有足够灵敏度的检测工具,在实验室条件下测出物体
之间的微弱引力是十分困难的。卡文迪许在英国地质学家米歇尔制作的扭转
天平进一步完善了的基础上,又对这一装置做了重要改进,从而完成了历史
上第一个测得万有引力常数的“卡文迪许实验”。这一实验从 1797 年夏开始,
于 1798 年完成,测得的结果与今天通过实验测出的 G 很接近。在万有引力常
数确定以后,就可以得知 1 公斤重的物体在地球上所受的引力。因此,卡文
迪许第一个算出了地球的质量约为 6×1021吨,与今天测得的地球质量 5.983
×1021 吨十分吻合。当时有一位科学家曾称誉