科学揭秘：富兰克林通过风筝-钥匙实验发现了电？

北京时间 12 月 31 日消息，1752 年，在一个漆黑、狂风暴雨的夏天夜晚，美国科学家本杰明・富兰克林（Benjamin Franklin）进行一项风筝实验，他在风筝线的末端系着一把钥匙，期待着闪电的到来…… 这个富有传奇性的闪电实验诞生了电的发现（富兰克曾称其为"电火"），或者实际情况并非如此。

这个故事具有真实性吗？富兰克林真的在实验中被闪电击中，才证实发现了电的存在？

大多数人都知道本杰明・富兰克林是美国开国元勋、是一位富有传奇色彩的政治家，100 美元钞票上印有他的头像，他是美国政治界赫赫有名的人物，事实上，富兰克林还是一位著名的科学家和发明家，是一位真正的博学家，他是多个科学协会的成员之一，也是美国哲学协会创始成员，因此，他对当时学者们最迫切关心的科学问题都了如指掌，其中包括闪电的属性和特征。

至于风筝-钥匙实验，大多数人所知道的是金属钥匙充当避雷针的版本，当闪电击中他的风筝时，富兰克林"发现"了电。然而，关于这个实验的一些重要细节是不确定的，例如：具体发生的时间和地点，一些历史学家甚至怀疑该事件是否真的发生过。

首先，一个普遍的错误观点是富兰克林发现了电，在富兰克林进行实验之前，电已经被发现和使用了几个世纪。富兰克林出生于 1709 年（死亡于 1790 年），在他生活的时期，电被理解为两种不同流体之间的相互作用，富兰克林随后将其称为"正电荷"和"负电荷"。依据法国化学家查尔斯・弗朗科斯・德西斯特纳伊・杜费伊的观点，具有相同类型流体的材料会相互排斥，而相反的流体则会相互吸引。我们现在知道这些"流体"是由原子产生的电荷，原子是由带负电荷的电子环绕带正电荷的原子核（由质子和中子组成）旋转而成的。

在富兰克林进行实验之前，人们并不知道闪电在本质上是否与电相关，尽管包括富兰克林在内的一些科学家曾推测过这一点。《本杰明・富兰克林："寻找一个更美好的世界"》的作者佩奇・塔尔博特（Page Talbott）称，富兰克林对这个问题非常感兴趣，因为在那些城镇木头房屋里，雷击会引起灾难性火灾，当时美国有很多家庭就遭遇这样的不幸。

通过在风筝另一末端系上钥匙，因此可形成一个电荷导体，富兰克林实验表明，尖锐的金属物体放置在建筑物最高点 -- 连接到一个导体，将电力从建筑物顶部传输至地面，会对当地居民的生活安全性产生巨大影响，换句话讲，通过制造避雷针，富兰克林实验发现能帮助居民有效地保护木制房屋，避免木制房屋和其他建筑被闪电直接击毁。

避雷针是放置在建筑物顶部的金属棒，通过导线与地面相连，如果闪电击中建筑物，就可能会击中金属棒，而不是建筑物，最终电流安全地穿过电线到达地面。

实验是这样进行的：在一场雷雨中，富兰克林站在避雨处放风筝，风筝是用一块简单的丝绸手帕铺在两条雪松木条做成的十字架上制作的，风筝的尾巴是由两种材料制成 -- 连接在风筝上端的系绳是由麻绳制成，上面系着一个小的金属钥匙，而富兰克林拿着下端的系绳是由丝绸制成。麻绳会被雨水淋湿并导电，而富兰克林在避雨处手持的丝绸系绳未被雨水淋湿，保持干燥状态。

当富兰克林观察他的风筝时，看到麻绳僵直，因为它开始积聚来自周围空气中的电荷，据称，当他将手指放在金属钥匙附近时，由于钥匙上积累的负电荷被他手中的正电荷吸引，他感觉到产生的电火花。

当时，一些出版刊物报道了这项实验，塔尔博特说："富兰克林于 1752 年 10 月 19 日出版的《宾夕法尼亚公报》上发表了一份关于该实验的声明，在随后几年的时间里，富兰克林一直与多位科学家交流自己的理论观点，并阐述了有关闪电的实验。"

塔尔博特称，富兰克林在他的自传中提到了这项闪电实验，但欧洲科学家也撰写了相关的研究报告，值得注意的是，闪电实验出现在 1767 年英国化学家约瑟夫・普里斯特利（Joseph Priestley）所著的《电的历史与现状》一书中，富兰克林闪电实验 15 年之后，普里斯特利才从富兰克林那里听说了风筝和钥匙的实验，在他的书中写道：富兰克林的闪电实验应该是在 1752 年 6 月进行的。但这项实验进行的准确时间，仍是一个富有争议的话题。

一些历史学家曾怀疑富兰克林是否真的亲自做这项实验，或者仅是概述了该项实验的可能性，在《命运的闪电：本杰明・富兰克林和他的电风筝骗局》一书中，作者汤姆・塔克（Tom Tucker）称富兰克林想要挫败威廉・沃森（William Watson），当时沃森是英国伦敦皇家学会成员，也是一位杰出的电实验家。

塔克写道：沃森曾公开指出富兰克林之前部分研究报告存在问题，并嘲笑他在伦敦皇家学会上的实验，富兰克林会不会迫于压力编造风筝-钥匙发电的故事来报复沃森呢？

塔克还指出，富兰克林在《宾夕法尼亚公报》上曾对自己的实验进行了描述 -- 一旦雷云出现在风筝上空，随着闪电出现，风筝线将引导电流产生电火花…… 当时，富兰克林可能仅是表示这个实验在理论上是可行的，但考虑到他在报告中并未列举一些遗漏的细节，例如：富兰克林没有列出进行实验的日期时间或者地点，有可能他并没有亲自做这项实验。

然而，一些历史学家仍不相信这个实验没有进行，他们指出富兰克林对科学追求十分执着。研究富兰克林的美国评论家卡尔・范多伦（Carl Van Doren）称，普里斯特利指明了富兰克林做实验的具体月份，这表明富兰克林是在具体的时间进行这项实验。