——富兰克林
（一）
富兰克林从少年时代开始就十分热爱自然科学。他勤奋好学，善于思考，遇到问题时总是喜欢追根问底。他涉猎的研究领域相当广泛，对天文、地质、生物、机械、化工、医学和光学等学科都有着浓厚的兴趣。但由于商务和政务活动繁忙，他难以坐在实验室里潜心从事科学研究。
不过，这并没有阻止他对自然科学的热爱。他经常将遇到的各种问题和有趣的现象记录在本子上，一有空就动脑动手，进行一些有意义的发明创造。
例如，富兰克林曾在儿时发明了一种调色板式的游泳加速器；在凯姆印刷所时，他研究制造了铜版印刷机；在《穷理查历书》中，他加入了许多有关天文历法的研究内容；他还发明制造了一种被广泛推广使用的“富兰克林火炉”；等等。虽然这些都是零零碎碎的小发明创造，但却解决了生活中的许多实际问题，也显示出富兰克林作为一个自然科学家的巨大潜质。
早在公元前600年左右，古希腊的一些哲学家就发现，摩擦过的琥珀可以吸引细小的物体。这说明，人类对电和磁的认识由来已久，但对于电和磁的系统研究却是17世纪以后的事了。
1731年，英国科学家格雷（1670-1736）首次发现了有些物体能传电、而有些物体则不能的现象，这样就粗略地将导体和绝缘体区别开来。同时，格雷还注意到尖端放电现象，从而开始猜测：电火花和雷电是不是一样的东西？
1734年，法国科学家查尔斯·杜飞（1689-1739年）发现，将摩擦后带电的两根琥珀棒或两根玻璃棒悬挂起来后，它们会出现互相排斥的现象；可是，将带电的琥珀棒与带电的玻璃棒接触后，它们就会彼此吸引；而如果令它们互相接触，二者还将失去电的性质。由此，杜飞得出结论：电可以分为“琥珀电”和“玻璃电”两种，而且同性相斥，异性相吸。
到了1745年，荷兰莱顿大学的马森布罗克（1692-1761年）和德国的克莱斯特（1700-1748年）又各自发明了后来被称为“莱顿瓶”的蓄电池的最早形式；同时，格里凯发明的静电起电机也在18世纪获得了改进，它通过连续转动的摩擦随时可以方便地得到静电。
这两项电学仪器的发明，令许多科学家可以得到并积蓄电以供进行一些电学现象的观察和实验。不过，那时的人们对于莱顿瓶的瓶体本身（玻璃）、水和金属线在起电与放电过程中起什么作用还一无所知。
1746年夏，富兰克林返回波士顿探望母亲，同时也为祭奠辞世一周年的父亲。回到家后，他发现家中早已修葺一新，摆上了考究的家具，但由于没有了堆积如山的皂烛，富兰克林感到有些陌生，于是便到街上闲逛。不曾想的是，富兰克林在街上一下子就被来自英格兰的阿奇博尔·斯宾塞博士精彩的魔术吸引住了。
斯宾塞博士的所谓魔术，其实就是最简单不过的电学实验：他用摩擦生电的玻璃棒令彩色的纸屑翩翩起舞，用简陋的发电装置发出绚丽夺目的火花，当场击毙活蹦乱跳的母鸡，或者点燃远处的酒精灯……这样一个个惊险的节目表演令周围的围观者目瞪口呆，不时地爆发出热烈的喝彩声和惊呼声。
富兰克林自然不会像那些围观者一样，但他的确被电的巨大魅力深深慑服了，并由此产生了许多想法和疑问：电到底是如何产生的？“玻璃电”与“琥珀电”有什么区别？电火花和闪雷是同一种东西吗？……
带着这些思考，富兰克林亲自拜访了斯宾塞博士，并与斯宾塞博士进行了彻夜长谈，随后他又花大价钱买下了斯宾塞博士所有的电学实验仪器和表演道具。
母亲对富兰克林的行为十分不解，对此，富兰克林认真地对母亲解释说：
“电是一种神奇的天赐之火。有了它，人间就会像天堂一样，充满了光明。”
（二）
富兰克林将这些实验仪器运到费城，然后便如法炮制地进行斯宾塞博士的“魔术”，观众就是“共读会”和“哲学会”的成员，还有他的一些好友和工人等。他们都对那美丽的电光和它产生的神奇力量惊叹不已，并认为这一研究必定前途无量，因此纷纷以各种方式支持富兰克林的工作。技术娴熟的银匠辛恩还设计出一台机器，这大大地减轻了富兰克林在进行摩擦生电时的劳动强度。
不到几个月，富兰克林就从实验中得到了不少新发现，解决了当时电学中急待解决的问题——“莱顿瓶”的作用和原理。从中，富兰克林得出了极为重要的结论：
“电火花并不是由摩擦产生的，而是被收集起来的。电的确是一种在物质中弥漫着的，又能为其他物质，尤其是水和金属所吸引的基本要素。”
同时富兰克林还认为，“电火是永远不会被毁灭的”，“莱顿瓶”的全部力量和它的受震的威力都在瓶子的玻璃中间。至于与瓶子内外两面相接触的金属片，只能尽到发出电和收受电的功能。换句话说，电是从瓶子的一面发出，从另一面收受，即：电是一种在平常条件下以一定比例存在于一切物质中的要素。在富兰克林看来，电就是一种单纯的“流质”。
通过实验和结论，富兰克林初步解答了电是从何而来以及“莱顿瓶”的作用等问题，否定了在此之前科学家们关于“莱顿瓶”之所以能够发生强烈的放电是由于瓶中之水或金属箔金属线所致的推测。也就是说，富兰克林将“莱顿瓶”实验的神秘面纱揭开了，并将其置于一个可为人们所理解的科学基础之上。
富兰克林的这个结论为19世纪法拉第（1791-1867）对电介质所作的进一步研究奠定了基础。
经过研究，富兰克林又认为：既然电是一种单纯的“流质”，那当玻璃受到摩擦时，电就会流入玻璃中，使它带“正电”；而当琥珀受到摩擦时，电就会从琥珀中流出，使它带“负电”。于是，富兰克林就相应地将“莱顿瓶”内外两面的电荷正式定名为正电与负电，或阳电与阴电，并用正号“＋”和负号“－”来表示它们。
这是电学史上的一个创举，富兰克林也成为世界上第一个使用正电和负电概念来解释电学实验的人，从而为电荷守恒定律的发现奠定了理论基础。同时，他对“莱顿瓶”的研究也使科学界正确地了解了它的作用，并认识到了绝缘体在电学中的重要作用。1788年，法国科学家库伦（1736-1806）发现电荷之间相互作用力的着名定律，就是从富兰克林的这一研究概念出发的。这是富兰克林在电学史上的一大出色贡献。
1749年，富兰克林又在上述结论的基础上提出了着名的“一流论”（“单流质说”的电学理论），反对杜飞将电分为“玻璃电”和“琥珀电”两种截然不同的流体的“二流论”（“双流质说”）。
富兰克林认为，所有的自然物体中都含有电，电只有一种，物体所带的正负电取决于其含电太多或含电太少。当物体中所含的电超过了正常含量，即电太多时，这种物体就起了正电；相反，如果少于正常含量，即电太少时，物体就起了负电。电虽然能用正负符号来表示，但不能把它们看作是截然不同的两种流体。这也是电学史上第一个明确的、前后一致的电学学说。
鉴于富兰克林在电学研究方面所做出的杰出贡献，他的名字被国际物理学界命名为公认的电量单位——若一个电荷处于真空中，在距离1厘米处有一个带同种电的点电荷，当它们之间的相斥力为1达因时，则该电荷的电量规定为1富兰克林。1富兰克林就等于现在通行的电量单位1/3·10-9库仑。
（三）
在进行了大量的电学实验之后，富兰克林其实已经走到了他对大气电学作出重大发现的边缘。不过，富兰克林并没有因取得的成绩而沾沾自喜。在给朋友的信中，他抒发了一个科学家勇攀高峰的精神和虚怀若谷的气度：
“……在进行这些实验时，我们建立了多少很快就被自己发现不得不摧毁的美妙体系啊！如果没有发现电的其他用途，这一点无论如何都不能忽视，即它能够有助于使一个骄傲的人变得谦虚……”
在当时，雷电这种具有巨大破坏性的可怕的自然现象的本质是什么，对人们来说还是一个谜。那时比较流行的看法认为它是“上帝之火”，是天神在发怒；也有人猜测雷电是一种毒气在天空爆炸。
为了弄清雷电的性质，富兰克林决定进行一次伟大而危险的尝试。
就在富兰克林从电学实验中得出“单流体说”结论的同时，1747年7月11日，他就已发现“尖形物体在吸入和放出电火上的神奇效果”了。此后，费城的一些公共事务占去了他一段时间。到1748年9月29日，富兰克林从商务活动中脱身，并迁入新居，此后的生活如富兰克林自述的那样：
“我将不再有其他的任务，只愿自由自在地想从事并享受被我视为莫大幸福的东西：有闲暇去读书、研究、做实验，同那些愿意尊称我是朋友或熟人的那些才华横溢、可敬的人进行广泛的交谈。”
经过一系列的实验研究，1749年11月7日，富兰克林在他的实验记录中写道：
“……电的流质同闪电在这样一些方面是一致的：发光；光的颜色；弯曲的方向；迅疾的运动；由金属而发生；有爆炸声；存在于水或冰中；撕裂或震动通过的物体；击毙动物；熔化金属；使可燃物着火；具有硫磺味。电流质被尖状物体吸引。我们不知道雷电是否具有这一特性，但鉴于它们在所有我们已经作过比较的各方面都相一致，它们可能在这一点上也是一致的。不过，还是让我来做一做这个实验吧。”
富兰克林的这一决定并不只是出于一时心血来潮，他的目的是要解决雷电的性质这一科学论题，以便让真理造福于人类。因为关于“尖形物体在吸入和放出电火上的神奇效果”的说法曾令他浮想联翩，由此还产生了制造避雷针的念头。他在给友人柯林斯的信中说：
“如果能证明事情的确如此的话，那么，是否可以把这一知识用于为人类服务，以便保护房屋、教堂、学校及船舶等免遭雷击呢？其办法就是在这些建筑物的最高处安放一个形如针尖的铁条，为了防锈，这种铁条应该镀上金。在铁条的底部连上铁丝，从建筑物的外面通到地面，或者绕在船上的支桅索而下，从船边延伸到水中。这似乎有些异想天开了，但目前请让它得到传阅，直到我寄来详尽的实验报告。”
这是富兰克林最早的关于避雷针的建议。
（四）
1750年7月29日，富兰克林通过柯林斯正式公开向英国皇家学会提议进行证明雷电是电的实验。而在这之前的9个月，富兰克林自己已经决定要做这个实验了。同时，他还详细地介绍了实验的方法：
“在某一处高塔或塔尖上放置一种守望棚，大小足够容纳一个人和一个电座。在电座中央竖立一根铁竿，将这根铁竿弯起来通到门外，然后再垂直竖起20-30英尺高，顶端十分尖锐。如果电座保持干净和干燥，人站在座上，当雷雨云经过时放出电和火花，铁竿就会把火从云中吸向他。如果担心人有危险（虽然我认为没有危险），可让他站在棚里的地板上，不时地用金属线圈去接近铁竿。金属线圈的一端要有皮带，他用一根蜡做的把握着它，那铁竿在受电后就会从铁竿传往线圈而无害于人。”
当时的富兰克林还不清楚这种实验的巨大危险性，只是凭借想象力认为这样是没有危险的。然而抑制不住的冲动让富兰克林在1750年圣诞节的前两天做了一次实验，差点酿成一场惨剧。
那天在实验中，富兰克林准备用两只大玻璃缸中引出的电杀死一只火鸡，当他“一只手在联接着的顶部电线上，另一只手握住与两个缸体表面都相连的一根链子”时，突然窜出一道耀眼的电光，同时还发出如同爆竹一样的巨大响声。富兰克林应声倒地，整个身体都剧烈地颤抖起来，握着链子的手也卷缩成鸡爪状；双目紧闭，面无血色。
十几分钟后，富兰克林才渐渐清醒过来。他慢慢地睁开眼睛，用微弱的声音告诉周围紧张的人们说：
“我似乎见到了上帝。”
科学家也会犯错，但科学家的过人之处就在于他们能够从错误和失败中揭示出鲜为人知的真理的奥秘。从这次电击事件发生后，富兰克林得出了一个结论，那就是：串联起来的足够多的电瓶可以释放出如同雷电那样巨大的电流。而下一步他要做的，就是让闪雷自己来证明：我就是在剧烈地放电！
不过，英国皇家学会对富兰克林的实验提议并没有给予重视。1751年，富兰克林发表了他的关于电学实验的小册《本杰明·富兰克林在美洲费城所作的电学实验和观察》。这一新思想在法国引起了较大的轰动。1752年初，富兰克林的这本小册子被译成法文发表，众多科学家们和公众都为之激动，法国国王还亲自观看了实验哲学大师M·德·洛尔为他演示的“费城实验”。
一些科学家对富兰克林的这个实验很感兴趣，决定遵循富兰克林的提议，进行更大规模的实验。
1752年5月10日下午2点20分，达利巴尔和6位同行在巴黎郊区的一座花园中用40英尺的铁竿从地面吸引雷电。随着一声开枪射击般的声响巨大，实验获得了成功。至此，富兰克林的想法不再是推断，而成为事实。
（五）
虽然已有科学家证实了富兰克林关于雷电与电的性质的推断，但富兰克林还是希望能够亲自通过实验验证他的关于雷电和电性质相同的这一假设。因此，他找到了一座较高的建筑物，以便能从天空的云层中引下电流，进行他的实验。
1752年6月的一天，天气阴云密布，雷电交加。望着电闪雷鸣的天空，富兰克林冥思苦想：该找什么来引下电流呢？
忽然，他想到了儿时放过的那只蓝色的大风筝。想到这里，一个大胆的念头在富兰克林的脑海中出现了：借助一只普通的风筝就能够进入带雷电的云层，从而完成实验。
于是，富兰克林马上与儿子威廉一起动手，制作了一只大风筝——两根木条拼成风筝十字形的骨架，上面蒙上一块丝绸，这样就形成了丰盛的身躯和两翼。然后，富兰克林又在风筝上端固定了一根尖尖的金属丝，在风筝的末端还榜上一把金属钥匙。
随后，富兰克林和威廉将做好的大风筝升入天空。时间一点点地过去了，父子俩焦急地等待着，但却没有发现任何带电的迹象。
忽然，一团乌黑的云朵飘过，富兰克林猛然发现，风筝线尾端的麻绳纤维间相互排斥地耸立起来，就好像悬垂在普通的导体上一样。富兰克林异常欣喜，下意识地用手伸向钥匙，结果他受到了强烈的电击。
大雨很快便从天而降。当雨水打湿麻绳时，富兰克林看到了异常美丽的电火花。
实验获得了成功，至此可以证明：闪雷与电就是属于同一种物质。富兰克林欣喜若狂，简直难以自持。但为了进一步对这一问题进行研究，富兰克林直到10月才将这一实验结果公布出来。
10月19日，富兰克林的第一篇关于用风筝验证雷电的报道发表在《宾夕法尼亚报》上，并对自己利用风筝验证雷电性质的细节进行了全面而详细的介绍。
根据这一实验的结论，富兰克林开始思考有关避雷针的发明。在1753年的《穷理查历书》中，富兰克林就畅谈了他关于避雷针的设想。他在书中写道：
“准备一根小铁棒，但要有一定的长度，一端插入潮湿的地下3-4英尺，另一端要高出建筑物顶端6-8英尺。在铁棒的上端绑上1英尺普通针织阵那么大的铜丝，并磨出一个尖尖的头。铁棒可以用一些小锁环固定在房顶上。如果房顶是长形的，可以在两侧各竖上一根带尖头的铁棒，用一根金属丝连接起来。一幢这样装置的房子，就不会被雷电所击毁了。闪电被尖头吸引通过金属线进入地面，从而不会毁坏地面上的任何物体。同样，在船的桅杆顶端安装尖头铁棒，从铁棒底部接出一根金属线，顺着桅索延伸到水中，船只也可以免遭雷电的伤害。”
几乎在同一时期，富兰克林还进行了另一项有关雷电的实验：将一根尖尖的铁棒固定在房顶的烟囱上，并向上伸出9英尺左右，从铁棒底部伸出一根金属线穿过屋顶下的玻璃管，并通过楼梯引下，与铁矛相连接，在楼梯上将金属线分开，每端各系一个小铃铛，再用丝线在铃铛之间悬起一个小铜球。每当雷电经过时，铜球就会摆动，并敲打铃铛，发出响声，而上方引出的电火花又能够为电瓶充电。
这一实验再次证明了闪雷就是电，以及尖端吸引和放电的原理，同时还证明了可以利用这一原理使人类免遭雷电的袭击。富兰克林把这一装置安装在政府大楼和宾夕法尼亚学院的尖塔上，这或许也是富兰克林发明并实际运用的最早的避雷针了。
这些实验的成功，使伦敦学会终于为富兰克林的成就所震撼。1753年1月30日，伦敦学会将学会的最高奖励——戈弗雷·科普利奖章授予富兰克林。1756年4月，又通过了接纳他为学会会员的决议。
同时，这个曾以“沉默的多古德”的笔名为不能上大学而自我解嘲的年轻人，还通过这一研究发明实现了他的大学梦想：负有盛名的哈佛大学、耶鲁大学先后授予富兰克林荣誉文学硕士学位。自学成才的富兰克林终于堂而皇之地跻身于科学的圣殿之中了。
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