“捕电人”利赫曼—— “电磁学大咖”系列之三

自从马森洛克发明莱顿瓶后,有些科学家通过实验发现,莱顿瓶放电会产生的电火花和噼啪声,与天空中的闪电雷鸣极为相似。由此,科学家们便产生新的疑问:摩擦起电得到的电与被称为“上帝之火”的雷电是否一样呢?伴随疑问的,是不同的实验。

存于博物馆的莱顿瓶实物(网络图)

俄国电学家利赫曼也不例外。作为圣彼得堡科学院院士的他,在撰写物理学理论专著的过程中,对兴起不久的电学产生了极大的兴趣,并立志解开雷电之谜。公元1745年,经过钻研,利赫曼发明了一支可测量电位的静电计(即验电器);5年后他开始对雷电进行观测和记录;公元1752年夏,当他得知美国科学家富兰克林利用风筝“捕捉”到闪电的消息后,再也按捺不住,便找来朋友罗蒙诺索夫当自己的助手,计划像富兰克林一样,对闪电进行深入研究。

“捕捉”闪电的富兰克林为何会受到利赫曼的关注呢?这事还得从头说起。

云层中的闪电(来源于网络)

功不可没的富兰克林

富兰克林的头衔很多:政治家、社交家、科学家、发明家……在美国民众心目中,他还是数一数二的民族英雄。

富兰克林也很早就对天上的闪电产生了兴趣。公元1752年7月的某个雷雨天,他与儿子拿着特制的风筝来到野外,做了个“玩命”的实验。此风筝用绸子所做,顶部安装一根尖铁丝,底部的麻绳栓一个铜钥匙,钥匙插进莱顿瓶里。当富兰克林把风筝放到空中后,铁丝从云中吸收电,在他手指和钥匙间发出蓝色的小火花。他感到浑身发麻,心中发颤。经验告诉他,闪电被引到莱顿瓶里了。

富兰克林与儿子一起“捕捉”闪电(网络图)

富兰克林的实验惊动了教会,被斥责成冒犯天威,对上帝大逆不道。压力之下,富兰克林并未退缩,他通过进一步实验,得出结论:闪电和普通电一样,可以点燃酒精等东西。他还以亲身经历为基础,发明了避雷针。

避雷针的应用和推广颇为周折:有些教父认为避雷针是违反天意的东西,爬上教堂楼顶,把它拆了。可雷电过后,教堂着火,而装有避雷针的高房却平安无事,由此人们便相信了这个新发明;避雷针传到英国时,国王乔治三世向皇家学会传话,说因为富兰克林是美国独立战争的英雄,不值得英国人学习,“恨屋及乌”,把尖的避雷针换成球形;英国皇家学会会长果断地拒绝了这一命令。同时,皇家学会还给富兰克林送去金质奖章,并邀其加入学会。这些虽然是后话,但足以说明富兰克林在当时欧洲各国科学界的影响力。

而这种影响力也让利赫曼深受感染,并间接引发了悲剧的发生。

避雷针可成功将闪电引到地下(来源于网络)

前赴后继的电学研究

话说利赫曼为加快研究步伐,便与罗蒙诺索夫(注一)一起在自己家中的屋顶建造了一座特殊的“岗亭”:亭上树起一根长约十几米的铁杆,以作“检雷器”,来测云中是否带电;再在铁杆下面捆一把铁尺,铁尺下接着静电器,通过静电器把闪电引入实验室里的莱顿瓶中进行储存。不过,或许是雷电过小的原因,一次也没成功。

公元1753年7月26日晚,正在彼得堡科学院开会的利赫曼看到窗外电光闪闪,心中不禁大喜。他立即披着雨衣,冒雨赶回家里。发现罗蒙诺索夫正在屋顶检查检雷计时,利赫曼决定仔细观察实验室的静电计。他清楚知道当初富兰克林在做风筝实验时差点送命,所以自己以前一直小心翼翼,但由于一直没观测到闪电,也没遇到危险,就有些掉以轻心。当他走近静电计时,不幸的事情发生了。只见静电计的金属线射出一团淡蓝色的火球(后来研究是球形闪电),直接击中利赫曼的额头。他惨呼一声,仰面倒地死去。正值壮年的科学家,就这样为科学事业献出了宝贵的生命。

赫曼遇难(网络图)

助手罗蒙诺索夫没有被悲剧吓倒:他一方面竭尽所能,使利赫曼的遗孀和孩子得到保障,演绎了一段科学史上的佳话;另一方面,继续研究闪电,并最终完全揭开了雷电之谜:闪电是天空中的一种放电现象,雷声则是闪电时产生的声音。

里曼赫的助手兼好友罗蒙诺索夫(网络图)

当富兰克林、利赫曼等科学家冒着生命危险研究静电的同时,另一些科学家则投入对“动电”的研究中。当时所谓的动电,即动物电与电流。而“动电”研究的起点,居然科学大咖实验中的一条青蛙腿!欲知详情,请看下集《一条青蛙腿,两个大发现》。

【注释】

1、米哈伊尔?瓦西里耶维奇?罗蒙诺索夫(1711.11.19-1765.4.15),俄国科学家、语言学家、哲学家和诗人,被誉为俄国科学史上的彼得大帝。他提出了“质量守恒定律”(物质不灭定律)的雏形。俄国科学院第一个俄国籍院士,并创办了俄国第一个化学实验室和第一所大学莫斯科罗蒙诺索夫国立大学。

【人物小档案】

利赫曼(1711~1753),俄国物理学家,1741年起任圣彼得堡科学院院士,写了电和热学理论的大量论著。他是人类研究电学以来为科学献身的第一位科学家。