科技的發(fā)明總是與社會的需求、 基礎(chǔ)科學(xué)所作的準(zhǔn)備及社會上非科學(xué)的種種阻礙分不開,富蘭克林發(fā)明避雷針的歷史是非常典型地反映出這種關(guān)系的。在歐洲中世紀(jì),宗教對社會的控制是很強的,雷電被認作是神的意志,只能作祈禱或者敲響教堂里的的鐘才能避免閃電的襲擊。不少統(tǒng)治者把成百噸的炸藥貯放在教堂里,求得上帝的保護。1784 年慕尼黑(Münehen)出版的一本書作過統(tǒng)計: 33 年內(nèi)有 386 個教堂的尖頂遭到雷擊,共有103 名司鐘員被擊斃。意大利威尼斯城的圣馬可鐘樓 (Campanile of San Marco)從 1388年至 1762 年九次毀于雷擊。1718 年 4 月14 日Brit tany城一夜之間 24 個教堂受雷擊,其中之一被徹底毀壞, 2 名司鐘員喪生。威尼斯的一個教堂于 1767 年受雷擊, 該城的統(tǒng)治者貯藏在教堂里的幾百噸炸藥被引爆, 3000 人被炸死,城的大部分被毀。1856 年 Rhodes島的一個教堂受雷擊,發(fā)生類似的大爆炸, 4000 人斃命。至于不見于書籍的雷災(zāi)就太多了。

  避雷針的發(fā)明不僅是使人類生活上免除自然災(zāi)害,而且在哲學(xué)上和科學(xué)上也是一件大事。一位英國貴族高度評價富蘭克林說: “電學(xué)是一門被忽視了的學(xué)問,最近幾年里還有人認為它是一個無足輕重的問題。當(dāng)時人們僅僅用電學(xué)解釋一些吸引或排斥現(xiàn)象,人們也不認為有必要設(shè)想電學(xué)將會引出什么新事物。 ” 19 世紀(jì)著名科學(xué)家德國亞歷山大·洪堡(Alexander von Humboldt ,1769—1859 年)說: “從這個時代起,電學(xué)的發(fā)展由思辯物理學(xué)領(lǐng)域進入了對宇宙考慮的階段,從幽深的書齋走進了自由的大自然。 ” 考察這段歷史,電學(xué)可以說是從 1660 年蓋利克發(fā)明第一個起電機開始的,到 1750 年歐洲許多學(xué)者利用萊頓瓶作電學(xué)實驗,足足 90 年,它仍停留在科學(xué)工作者的書齋里、 實驗室里,僅可供少數(shù)上層人作趣味表演,沒有對社會生活產(chǎn)生什么益處和影響。但是從富蘭克林寫給 Collinson的信公開發(fā)表之后,迅速對歐洲產(chǎn)生巨大影響,特別是避雷針迅速傳播到世界各地,產(chǎn)生了公認的好效果,使廣大的居民群眾認識到電學(xué)科學(xué)的價值,隨之對人們頭腦里非科學(xué)的思維觀點也起了積極作用,天電與地電被科學(xué)證明是同一之后,天上雷電之神的威望讓位給地上人間的科學(xué)了。

  為什么避雷針的推行不是在已有 90 年電學(xué)研究歷史和科學(xué)家眾多的歐洲 ? 而卻在經(jīng)濟上剛剛起步、 電學(xué)還剛剛開始的美洲 ? 并且發(fā)明者又是一位剛開始涉足電學(xué)的商人富蘭克林 ! 這里有沒有必然性的規(guī)律呢 ? 有 !

  富蘭克林出生于美洲的波斯頓, 8 歲上學(xué), 10 歲輟學(xué), 12 歲成為他哥哥的合同工,1731 年剛 25 歲就創(chuàng)立費城圖書館, 1736 年又組織起聯(lián)合消防公司, 1743 年這位費城的印刷商卻組織起美國哲學(xué)會, 1746 年 Spence 在波士頓作演講,聽眾之一的富蘭克林被吸引了,當(dāng)年 Collinson 博士從倫敦給他寄來各種做電學(xué)實驗的“儀器” ,這才開始了他的科學(xué)生涯,時年已過 40 歲。只不過 5 年,他把研究的成果以信的方式寄到歐洲發(fā)表,尚不為人知之時,他已在美洲創(chuàng)辦起賓夕法尼亞大學(xué)。1775 年 4 月在波士頓以北美國獨立戰(zhàn)爭打響,他加入了戰(zhàn)斗,次年 7 月 4 日在費城通過了《獨立宣言》,宣布建立美利堅合眾國,他是起草人之一。他所處的社會環(huán)境沒有深重的封建和神學(xué)的頑固統(tǒng)治,允許無神論的哲學(xué)和科學(xué)的自由發(fā)展,自由爭辯競爭。而富蘭克林本人又恰恰是懷有進步哲學(xué)思想、 立志為公眾的利益而奮斗的杰出人物,把科學(xué)當(dāng)作為公眾服務(wù)的手段,再加上他的正確的科學(xué)方法,這幾方面的結(jié)合使他不但成為美國歷史上受后人崇敬的政治偉人,而且又是對人類卓有貢獻的受人敬佩的大科學(xué)家。他轉(zhuǎn)入科學(xué)生涯不過 8 年,就在 1753 年 11 月 30 日榮獲英國皇家學(xué)會頒發(fā)的科普勒金質(zhì)獎?wù)隆?767 年英國物理學(xué)家 J .Priestley 認為他把雷電和普通電統(tǒng)一起來, “是伊沙克、牛頓以來最偉大的” 發(fā)現(xiàn), 1753 年英國對電學(xué)很有創(chuàng)見的學(xué)者 W .Watson 稱: “這些已經(jīng)給哲學(xué)家們開拓了新的天地……” 所以研究富蘭克林的科學(xué)實踐的成功經(jīng)驗,作為借鑒是很有意義的。

  為了進一步弄清避雷針的作用機理,1752 年 9 月富蘭克林在自己家中裝上一套特殊形式的避雷針,經(jīng)常進行觀察。一支鐵棍固定在煙囪上,高出其頂端 9 英尺,在下端接下一根導(dǎo)線,穿過屋頂處用玻璃管套住以保證與房屋絕緣,導(dǎo)線一直通到地上,接在抽取地下水的唧筒的矛形尖端上,導(dǎo)線在穿過房內(nèi)樓梯間處斷開,上下端分別各裝上一個金屬鈴,相距 6 ?,在兩鈴中央置一個用絲線掛起來的小銅球,雷雨云過頂時,銅球就會擺動起來敲擊兩鈴而把上端的電荷傳導(dǎo)到地下。在上端還掛有用絲線吊起來的軟木小球,這是富蘭克林自制的檢驗帶電量大小的靜電計,可以測知過頂云的帶電強弱。鈴的間距取為6 ?是考慮到避雷針的保護作用,距離大于 6 ?,閃電就可能襲擊建筑物而不能通過雙鈴導(dǎo)下地了。

  他利用這一實驗裝置發(fā)現(xiàn)雷雨云帶的電多半是負電荷。他還觀察到強大的雷雨云,它使中央的銅球被推斥而遠離兩鈴,強大的電火花直接穿過兩鈴,甚至形成連續(xù)放電,變成手指粗的火柱。經(jīng)過多年的仔細觀察,他很謹慎地指出( 1774 年) :從避雷針引下的導(dǎo)線要接觸到潮濕的土壤,埋得越深越好,避雷針有雙重的作用,或者由于尖端放電而避免發(fā)生閃電,或者它把閃電導(dǎo)入地下,因此避雷針可以使建筑物避免閃電的災(zāi)害。這就表明富蘭克林后來修改了最初的看法,避雷針是起了引雷入地的作用。