南方雷雨連連，他竟然敢出門放風箏？_風聞

撰文 | 小Q

來源：中科院高能所

近幾天，南方多地為雷雨天氣，幾段廣州塔和閃電短兵相接的視頻被廣泛傳播，畫面看起來非常震撼。在震撼之餘，廣州塔卻安然無恙，不為所動，這一切都要歸功於塔頂的避雷針（接閃針）。閃電，在科學愚昧年代裏人們視之為天譴災難，今天我們都知道這是一種普普通通的自然放電現象，本質上和冬天你的毛衣放電別無二致。[1]

廣州塔“接閃”

然而用一根小小的避雷針就可以把桀驁不馴的雷電安排得明明白白，這還得從一個被傳得神乎其神的科學故事説起。1752年6月的一天雷聲大作，一位老哥帶着他的兒子，沒有像一般人一樣呆在家裏，等待欣賞雷雨的表演。他拿起兒子心愛的風箏，然後在風箏頂端綁了一根尖細的金屬絲，在放風箏用的麻繩的末端掛上了一把鑰匙，後面又接上了絕緣的絲帶，和兒子跑向了一片開闊地。在黑黑壓壓的烏雲底下，兒子威廉把風箏放向了天空，他躲在屋檐下，隨着一道閃電擊中風箏，一朵藍色的火花從他的手指和鑰匙之間一閃而過。這位老哥叫本傑明·富蘭克林，這位在美國獨立歷史上叱吒風雲的人物，一百美元頭像擁有者，卻因這段避雷針來由的風箏實驗成了教科書上的網紅，這個故事的流行度也堪比牛頓蘋果樹。

風箏實驗想象圖

實際上，這個故事的真實性一直被人質疑。除去那些作為故事流傳後的添油加醋，比如富蘭克林當時的兒子威廉據考證，至少已經21歲，並非小孩，是作為實驗的助手，而非富蘭克林帶着孩子探索科學。實驗本身也受到各方面質疑，質疑的聲音主要來自兩個方面，其一為什麼實驗在6月完成後，在當年的10月19日，富蘭克林才在《賓夕法尼亞公報》上發表了簡短的聲明，且並未提及實驗人。在當時許多人都嘗試對閃電和地面電荷的一致性做出論證，在實驗如此成功後，富蘭克林長時間對自己的結果隻字不提，顯得非常奇怪。事實上，富蘭克林也從沒有承認過自己做過該實驗。過了15年後，他的好友約瑟夫·普利斯特里在其《電學歷史與現狀》才聲稱富蘭克林的確做了風箏實驗，並補充了一些細節。這兩份聲明成了風箏實驗的唯二史料。[2]

風箏示意圖[3]

其二，最重要的是，按照富蘭克林的描述，閃電擊中了風箏，用手接觸鑰匙後，竟然毫髮無損。這是不可想象的。類似的例子就發生在風箏實驗的第二年，俄羅斯科學家裏奇曼在家中進行類似的閃電研究，當實驗進行中一個球狀閃電出現，碰到了裏奇曼的頭，使裏奇曼死亡。

為此，我們必須對當時的歷史多做一些回溯。早在1749年，富蘭克林就已經開始對閃電的本質進行思考，當時美洲大陸並未獨立，歐洲仍然是科學的中心，信件頻繁往返於歐美大陸間。彼得·克里森（Peter Collinson）是富蘭克林主要的通信對象，通過他，富蘭克林獲得了一些實驗儀器，並且可以將自己的著作傳達到英國皇家學會。在1750年7月29日致克里森的信中，富蘭克林建議了“崗亭”實驗（“sentry-box” experiment），在高處立一根金屬桿，雷暴雲來臨時，就可以把雲裏的電荷通過金屬桿引下來。如果金屬桿和大地是絕緣的，電荷留在杆裏跑不掉，就可以用來做電學實驗，從而證明閃電是放電現象。這也就是避雷針的雛形。

1751年4月，富蘭克林信件集《電的實驗和觀察》在倫敦發表，未收錄該實驗設想，隔年2月法文譯本出版，加入了“崗亭”實驗設想。 5月法國人Dalibard和Delor各自證明和重複了這個猜想。5月22日和26日，他們的結果在法國被報道。隨即六月，英國雜誌《Gentleman’s Magazine 》和《London Magazine》翻譯轉載了法國的實驗結果。

“崗亭”實驗設想圖

1752年6月，這個時間點很有趣。正好是普利斯特里聲稱富蘭克林做風箏實驗的時間點。可以確認的是，如果他的確在此時完成的風箏實驗，遙遠歐洲大陸的崗亭實驗成功的消息他並不知曉。事實也支持這一觀點，直到當年8月27日，他的《賓夕法尼亞公報》上才轉載了《London Magazine》的關於法國實驗成功的消息。

站在富蘭克林的角度上，我們可以理一理時間線。在他提出“崗亭”設想後，他一直認為需要把金屬桿立的足夠高，接近雲層才能夠完成實驗，當時的費城沒有足夠高的建築完成他的設想，在1751年到1752年間，他開始想出利用風箏這一方式代替金屬桿。1752年6月，在他完成風箏實驗後，在費城的Academy building and the State House (Independence Hall) 兩個地方豎起了避雷針，參考Bernard Cohen在資料中[4]的結論，這兩個避雷針僅是保護，不包含實驗性質，並且是在知道法國結果之前。在8月底，富蘭克林知曉了自己實驗得到驗證的消息，9月，他在自己的家中改進了避雷針，在底部繫上鈴鐺，用作提醒。10月1日，在給好友克里森的信中，他附上了風箏實驗的説明。19日，將説明發表在《賓夕法尼亞公報》上。這兩份總體一致，有些許差別的文字也成了研究的重要資料。[2]

相關事件的時間線

如果我們接受這個時間線，那似乎一切都變得合情合理。Bernard Cohen在對為何延遲發佈風箏實驗結果的解釋中説道[4]：

1.富蘭克林向英國報道實驗結果通常是非常慢的；2.在完成風箏實驗前，沒有任何信息證實他的猜想是對的，富蘭克林本人希望可以重複實驗加以佐證；3.富蘭克林希望將重要結果一起等到年底發佈，在10月發佈風箏實驗後，同時發佈了《Poor Richard》的年鑑，包含了房屋防雷，即避雷針的正式説明的重要文章；4.可能是各種因素綜合的結果，心理因素也是不可忽視的。從閃電中倖免在一般人看來可能非常滑稽。據普利斯特里的敍述，富蘭克林曾對他表達出了對實驗失敗後被人奚落的擔憂。

如果説對風箏實驗時間上的疑問可以從資料和邏輯中，給予反駁和推斷。那麼對於實驗本身合理性的疑問就可以直接依靠重複實驗來檢驗，這也是最大的疑問所在。經過閃電電擊富蘭克林有可能存活嗎?實際上，在同時代，法國一個叫Jacques de Romas的人就在進行類似的風箏實驗，他和富蘭克林做實驗的先後順序也是一宗疑案。總之，這個人得到的結果是

“During his experiment, he noticed ten feet long sparks and explosions.”

實驗中，他注意到10英尺長的火花和大量爆炸。

更直接的證據是美國《流言終結者》節目[5]，在第4季第5集裏模擬了這個實驗。他們試圖證明三件事：1、風箏能否吸引電流，並且通過長長的風箏線傳遞到鑰匙；2、流入鑰匙的電流量是否足以產生電火花；3、那股電流是否足以讓放風箏者心跳停止。前兩個結論得到了證實，在電力公司的高壓試驗場，他們用數十萬電壓就讓試驗假人的心臟停止（人體不能承受高於6mA的電流）。這僅僅是閃電電壓的1%。

《流言終結者》節目圖

Fake news？現在我們可以輕鬆地否定這個實驗的存在，認為這個實驗只是富蘭克林的實驗假設，從沒執行過，或者壓根沒按照他描述的這樣進行。畢竟富蘭克林也從沒親自承認過此事。又或者給我們的前輩一個台階下，仔細再想想是否我們一直以來誤解了什麼。在聲明的原文這樣寫道：

“As soon as any of the Thunder Clouds come over the Kite, the pointed Wire will draw the Electric Fire from them, and the Kite, with all the Twine, will be electrified, and the loose Filaments of the Twine will stand out every Way, and be attracted by an approaching Finger. And when the Rain has wet the Kite and Twine, so that it can conduct the Electric Fire freely, you will find it stream out plentifully from the Key on the Approach of your Knuckle.”

“當雷電雲層靠近風箏，頂端的尖金屬絲將從雲層引出電火花，風箏和所有麻繩將帶電。麻繩上的鬆散纖維將站立起來，並被靠近的手指吸引。當雨打濕了風箏和麻繩，它將更輕鬆地引出電火花，你將發現電火花源源不斷從鑰匙流向你的指關節。”

只考慮麻繩和手指的行為，這看起來是不是更像我們冬天摩擦毛衣生電的感覺？我們可以肯定的是，富蘭克林不可能在閃電擊中風箏的同時手指也接觸了金屬的鑰匙。一種合理的猜想是，我們不能將該表述看作是同時發生的事件，風箏可能被擊中，留下了部分殘留的電荷，或者壓根和電擊無關，因為在《流言終結者》已經得到證實，晴天裏的風箏仍會因為空氣摩擦在麻繩上留下淨電荷。如果我們將麻繩以及鑰匙手指間的反應視為一種靜電行為，或許在保留富蘭克林老哥名聲的同時，我們也能得到解答的快感。

然而，無論如何，富蘭克林對避雷針的理論和實驗的指導是毋庸置疑的。事實上，許多現在仍在使用的電學名詞，諸如正負電荷、電容、放電放電，都來自他的説法。

從傳媒的角度看，放風箏、蘋果樹這樣浪漫有趣的故事容易成為人們口耳相傳的飯後談資，多數情況下它們被加工標籤化後輸出給人們並無傷大雅。只是，它多少簡單化了人物，也簡單化了歷史，帶給人們一種凡事一蹴而就的錯覺。我們也很難因為放風箏、蘋果樹這樣的故事而真正崇尚科學，這樣的故事看似拉近了科學和普通人的距離，實則它們如空中樓閣，擁有的是後人強加附會的含義，而無對科學本身的啓發和思考。更多的那些前人苦苦摸索的普通日子都被歷史收進了相冊，我們看到的只是被精心裝飾後的封面。

篇幅所限，部分敍述有省略。有需要的可以對參考2、4詳細閲讀。本文部分觀點僅為作者個人看法，歡迎指正。

參考文獻

[1] 央視新聞

[2] https://founders.archives.gov/documents/Franklin/01-04-02-0135

[3] http://www.benjamin-franklin-history.org/kite-experiment/

[4] Bernard Cohen, “The Two Hundredth Anniversary of Benjamin Franklin’s Two Lightning Experiments and the Introduction of the Lightning Rod,” APS Proc, xcvi (1952), 331–66.

[5]《流言終結者》第四季第五集

[6] https://en.wikipedia.org/wiki/Benjamin_Franklin

[7] https://www.mentalfloss.com/article/66551/true-story-behind-ben-franklins-lightning-experiment

[8] 部分圖片來自網絡

本文經授權轉載自微信公眾號“中科院高能所”。