富蘭克林和雷電（上）

王元紅

在一些神話故事中，電閃雷鳴被認(rèn)為是神靈在表示憤怒。在過去，對(duì)大多數(shù)人來說，雷電是神秘的。然而，科學(xué)家為了尋找真理，勇往直前，其中第一個(gè)從事雷電實(shí)驗(yàn)的人——美國著名物理學(xué)家、政治家富蘭克林，便是家喻戶曉的一位。

大家都聽說過這個(gè)故事：1752年的一天，陰云密布，電閃雷鳴，一場(chǎng)暴風(fēng)雨即將來臨。富蘭克林和兒子威廉帶著特制的風(fēng)箏來到一個(gè)空曠的地方，風(fēng)箏線的末端系著金屬鑰匙。富蘭克林將風(fēng)箏高高舉起，威廉則拉著風(fēng)箏線飛快地奔跑，風(fēng)箏迅速被放飛到高空。之后，富蘭克林和兒子一起放著風(fēng)箏，焦急等待。不一會(huì)兒，一道雷電出現(xiàn)在風(fēng)箏上方，富蘭克林用手靠近金屬鑰匙，電火花產(chǎn)生了，這電火花和他在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的電火花相同。他抑制不住內(nèi)心的激動(dòng)，大聲喊：“威廉，我捕捉到電了！”回到家以后，富蘭克林進(jìn)行了各種電學(xué)實(shí)驗(yàn)，最終證明了天上出現(xiàn)的雷電與人工摩擦產(chǎn)生的電具有完全相同的性質(zhì)。

在科學(xué)探索的道路上，科學(xué)家始終在前赴后繼。俄國也有一位科學(xué)家對(duì)天上的雷電做過實(shí)驗(yàn)，他叫利赫曼，是最早探索雷電安全利用的專家。利赫曼和助手羅蒙諾索夫在觀察雷電3年多后，得出一個(gè)結(jié)論：打雷閃電就是天空放電。在迷信的時(shí)代，這個(gè)結(jié)論是很大膽的。為了捍衛(wèi)自己的學(xué)說，利赫曼設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在屋頂上豎一根長長的鐵桿，下面捆著一根鐵尺，目的是把天上的雷電引到屋里以供觀察和研究。在一個(gè)電閃雷鳴、風(fēng)雨交加的夜晚，利赫曼在屋里，羅蒙諾索夫則爬上屋頂，兩人都十分期待把天上的雷電引到屋里。不料，伴隨一道閃光和炸雷，正在等待的利赫曼因靠近有金屬的儀器而被雷電擊中，倒地死亡。羅蒙諾索夫把利赫曼安葬后，又冒著生命危險(xiǎn)繼續(xù)開展對(duì)雷電的實(shí)驗(yàn)……

在這兩個(gè)雷電實(shí)驗(yàn)中，利赫曼被雷電擊中而死，富蘭克林親手“觸摸”了雷電，卻安然無恙。如今，有些人對(duì)富蘭克林的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)提出質(zhì)疑。

首先，那個(gè)風(fēng)箏能飛那么高嗎？按照現(xiàn)代氣象學(xué)的理論，出現(xiàn)雷電的云一般為積雨云。積雨云發(fā)展旺盛時(shí)會(huì)出現(xiàn)雷暴，這是伴有雷擊和閃電的局地對(duì)流性天氣。這時(shí)一般還會(huì)刮大風(fēng)，所以在大家的印象中，先刮風(fēng)，后下雨，“山雨欲來風(fēng)滿樓”就是描述這個(gè)現(xiàn)象。那么，問題來了，在有這么大風(fēng)的情況下，風(fēng)箏能飛到積雨云中嗎？這不是不可能，但是很難！一般風(fēng)箏競(jìng)賽規(guī)則會(huì)規(guī)定比賽時(shí)風(fēng)力的區(qū)間，風(fēng)力不在區(qū)間范圍內(nèi)，比賽不舉行。因?yàn)轱L(fēng)太小了或風(fēng)太大了，人們都不好放飛風(fēng)箏。

其次，這么大的電流和電壓不會(huì)傷害富蘭克林嗎？云層中聚集著大量電荷，且云中電荷分布比較復(fù)雜，總體而言，云的上部以正電荷為主、下部以負(fù)電荷為主。云的上、下部之間有電位差，在電位差達(dá)到一定程度后，云會(huì)放電，這就是我們常見的閃電。閃電一般會(huì)伴有雷聲，所以人們干脆稱其為雷電。雷電的平均電流是3萬安培，最大電流可達(dá)30萬安培;雷電的電壓很高，為l億至10億伏特。一個(gè)中等強(qiáng)度雷暴的功率可達(dá)1000萬瓦，相當(dāng)于一座小型核電站的輸出功率。電流、電壓都這么大，如果一個(gè)人觸及雷電，后果不堪設(shè)想。有人做過類似實(shí)驗(yàn)，把電壓升高到48萬伏特，然后讓一個(gè)假人去觸碰金屬鑰匙，結(jié)果電火花確實(shí)產(chǎn)生了，但假人心臟處的儀器記錄到的電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過可令人死亡的電量。如果把電壓升高到閃電的真實(shí)電壓，也就是1億伏特以上，這個(gè)假人可能變成灰燼了。

當(dāng)然，還有其他疑問，但人們質(zhì)疑最多的就是這兩點(diǎn)。客觀地講，大家提出這兩點(diǎn)疑問是有理由的，并不是在亂說。那么，富蘭克林的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)到底是怎么回事？難道他騙了我們嗎？