Склонность Франклина к научным занятиям. - Его изобретательность. Печка Франклина. - Доктор искусств. - Физический кабинет д-ра Спанса. - Занятия Франклина электричеством. - Первоначальная судьба его открытий. - Признание научных заслуг Франклина. - Сущность его открытий: теория одной электрической жидкости; признание тождества электрических явлений с явлениями молнии и грома; изобретение громоотвода
Еще с детских лет Франклин обнаруживал любовь к точным наукам. Жизнь, так долго заставлявшая его работать для приобретения насущного пропитания, мешала проявиться этой любви в систематических научных занятиях. Когда борьба с нуждою была покончена и Франклин завоевал себе вполне обеспеченное положение, общественная деятельность до такой степени захватила Франклина, что он совсем не имел времени для научных занятий. Тем не менее, он не упускал ни одного случая и пользовался всякой свободной минутой для расширения своих познаний в данной области и занятия самостоятельными работами. Последние первоначально носили исключительно утилитарный характер. Дух изобретательности обнаружился во Франклине очень рано. Еще совсем мальчиком в типографии брата он усовершенствовал печатные станки. Позднее он сделал целый ряд улучшений в типографском деле. Склонность к изобретательству проявлялась и во многих других случаях. Во время своего первого пребывания в Лондоне он обратил внимание на недостаточную яркость света уличных фонарей и усовершенствовал используемые в них лампы. Но главным изобретением Франклина в этом роде явились знаменитые печки Франклина, которые долго были в ходу в Америке, пока их не вытеснили унтермарковские печи, и которые уменьшили трату топлива вдвое сравнительно с ранее употреблявшимися в Америке печами. За эту изобретенную Франклином печь коллегии в Кембридже (близ Бостона) и в Яле (в колонии Конектикут) - присвоили ему степень доктора искусств.
Занятия Франклина электричеством начались совершенно случайно, что не помешало ему заявить себя в этой области таким же выдающимся человеком, как и во всем, за что он ни брался. Поводом к этим занятиям послужило следующее обстоятельство.
В 1746 году Франклин, в бытность в Бостоне, встретил там некоего д-ра Спанса, который показывал публике "чудеса физического кабинета". "Кабинет" этот состоял из крайне плохих инструментов, а сам Спанс был неумелым экспериментатором. Тем не менее, Франклин был крайне поражен и заинтересован не особенно удачными опытами Спанса над электричеством. Когда он вернулся затем в Филадельфию, основанная им публичная библиотека получила в подарок от своего лондонского комиссионера электрическую машину, доставлявшую электричество путем трения стеклянного круга о кожаные подушки. Франклин воспользовался случаем повторить виденные им в Бостоне опыты, и они вышли крайне удачными. По просьбе друзей, видевших эти опыты, Франклин несколько раз повторил свои опыты публично в помещении библиотеки. Филадельфийское общество было так заинтересовано опытами над электричеством, что из Лондона было выписано в Филадельфию несколько электрических машин, и опыты над ними сделались неизбежной принадлежностью салонных вечеров. Но в то время, как другие увидели в новом предмете лишь забаву и средство развлечения, Франклин отдался изучению тогда еще совершенно неисследованной силы электричества, и открытия его в этой области составили целую эпоху в истории физики. В настоящее время, когда физические знания сильно пошли вперед и учение об электричестве распадалось более чем на десяток специальных наук, значение открытий Франклина побледнело: трудно видеть что-либо великое в открытии того, что теперь известно каждому школьнику. Но для того, кто способен стать на историческую точку зрения, кто знает, до какой степени общество первой половины XVIII столетия было невежественно в физических вопросах, кто вспомнит, что обширная область электрических явлений в то время была почти еще неведома, тот поймет, что открытия, сделанные Франклином, являются действительно гениальными.
Свои наблюдения и вызванные ими соображения Франклин изложил в особой брошюре, экземпляры которой послал и нескольким своим друзьям в Лондоне. Один из них, член королевского ученого общества, представил последнему доклад об открытиях Франклина; доклад этот был оставлен учеными членами общества без всякого внимания. Гордые жрецы науки не могли и мысли допустить, чтобы где-то в глухой колонии, самое название которой не всем им было даже известно, могли быть сделаны открытия первой важности, да еще человеком, не имеющим ни одного ученого диплома. Таким образом, открытия Франклина оставались в течение нескольких лет совершенно неизвестными английским научным сферам. Между тем брошюра Франклина случайно попала в руки одному французскому физику, который, повторив опыты Франклина, убедился в их верности, перевел брошюру на французский язык и снабдил ее предисловием, в котором отзывался об открытиях Франклина в самых восторженных выражениях. Только тогда в английском королевском обществе вспомнили о лежащем под сукном докладе, посвященном открытиям Франклина, достали его, выслушали на торжественном заседании и убедились, что открытие Франклина действительно имеет первостепенное значение. Вскоре затем брошюра Франклина была переведена на итальянский, немецкий и латинский языки, и о ней заговорила вся ученая Европа. Это наконец побудило патентованных английских ученых познакомиться с подлинным трудом Франклина; они поняли, что товарищество такого "неспециалиста", как Франклин, может сделать им только честь, и поспешили избрать его членом королевского общества, принеся при этом весьма существенную с их точки зрения жертву. Дело в том, что по издавна установившемуся обычаю, лица, которым королевское общество предполагало сделать честь избранием в свои члены, должны были обращаться в общество с просьбою по этому предмету; Франклин, которому намекнули о необходимости последовать такому совету, категорически отказался унизиться до просьбы перед обществом, которое несколько лет не могло собраться ознакомиться с его работами, и тогда члены королевского общества выбрали Франклина в свои сотоварищи, вопреки обычаю, без просьбы с его стороны и присудили ему за его открытия золотую медаль Коплея, которая до сих пор считается высшей наградою, даваемою английским ученым миром за выдающиеся научные труды.
В чем же состояли открытия Франклина в области электрических явлений?
Наиболее известным открытием Франклина является установление тождества между явлениями, наблюдаемыми при опытах с электрической машиной, и явлениями грозы - молнией и громом, иначе говоря, объяснение явлений грозы электричеством. Впервые мысль о тождестве электрических явлений и грозы была высказана Франклином еще в 1747 году, но наглядно доказал он ее в 1752 году своим знаменитым опытом со змеем. Опыт этот представлял значительную опасность и, как известно, позднее, будучи повторяем в несколько измененном виде, послужил причиною смерти нескольких ученых. Во время сильной грозы Франклин пустил змея, снабженного металлическим острием, от которого шла тонкая металлическая нить, ввитая в бечевку, на которой держался змей; нить эта на земле соединялась с металлическим шаром. Франклин предполагал, что если гроза есть электрическое явление, то металлическое острие змея привлечет к себе атмосферное электричество подобно тому, как такие же острия привлекают электричество электрической машины, будучи помещаемы вблизи последней; затем электричество, сосредоточенное на острие, потечет по металлической нити, представляющей хороший проводник электричества, и сосредоточится в металлическом шаре, который должен играть роль конденсатора (сгустителя электричества). Если все это окажется так, как предположено, то, думал Франклин, имея в руках металлическую заостренную палку и приближая ее к шару, можно будет извлекать из последнего электрические искры подобно тому, как они извлекаются таким же путем из заряженной электрической машины. Опыт вполне оправдал теоретические предположения Франклина: установив свой аппарат во время грозы, как сказано, Франклин в присутствии многочисленной публики извлекал из металлического шара искры в аршин и более длиною и таким образом наглядно показал тождество молнии и грома с искрою и треском, даваемыми электрической машиной.
Как практический ум, Франклин немедленно же применил свое открытие к нуждам жизни. Именно, узнавши сущность силы, производящей явление грозы, и найдя средство привлекать грозовое электричество к известной точке, Франклин задался мыслью найти средство предупреждать гибельные последствия удара молнии в высокие здания и изобрел всем известные громоотводы, которые затем быстро распространились повсюду и сделались необходимой принадлежностью для каждого высокого здания. Как известно, идея громоотвода, как и все гениальное, в высшей степени проста: над зданием возвышается металлический шест, оканчивающийся острием и соединенный металлическим проводником с землею. Грозовое электричество привлекается острием шеста и затем по шесту и проводнику проходит в землю, оставляя здание нетронутым. Это в сущности крайне немудрое приспособление принесло величайшие выгоды человечеству, обеспечив навсегда высокие здания от грозовых ударов, от которых до изобретения громоотводов они страдали весьма нередко, подвергаясь иногда совершенному разрушению.
Еще более важной заслугою Франклина в научном отношении является его гипотеза о сущности электрических явлений. В этом отношении Франклин настолько опередил свое время, что понадобилось почти полтора столетия, чтобы мысли его об этом предмете получили должную оценку. Гениальность Франклина, проявившаяся в настоящем случае, тем более изумительна, что он при создании этой гипотезы имел в своем распоряжении лишь то незначительное количество фактических данных из области электричества, какое было собрано наукою к середине XVIII века. Франклин, исходя из явлений электрического притяжения и отталкивания, предложил гипотезу одной невесомой и чрезвычайно тонкой жидкости, отталкивающей свои собственные частицы и притягивающей частицы материи. По учению Франклина, все тела обладают определенным количеством этой жидкости, находящейся в скрытом виде (подобно скрытой теплоте), которое и обусловливает их среднее состояние; но как только это количество увеличивается или уменьшается, тела наэлектризовываются положительно или отрицательно. Таким образом, два рода электрических явлений, заставлявшие предполагать существование двух родов электричества ("стеклянное" и "смоляное" электричества учебников), по теории Франклина, являются результатом излишка или недостатка единственной электрической жидкости.
Гипотеза Франклина не получила в свое время господства в науке, будучи вытеснена гипотезою Дюфея и Симмера, в силу которой признавалось существование двух чрезвычайно тонких жидкостей, находящихся вместе и в разных количествах во всех телах, где они взаимно нейтрализуются, образуя так называемую среднюю, или нейтральную жидкость. Эта последняя сама по себе не обладает никакими особенными свойствами, и содержащие ее тела находятся в среднем, или нейтральном состоянии; но если, посредством трения, химических действий или каких-либо других причин, средняя жидкость будет разложена, то обе входящие в состав ее элементарные жидкости отделятся друг от друга и тотчас же обнаружат электрические явления.
Теория, основанная на этой гипотезе, долго была господствующей главным образом благодаря тому, что она очень удобна для школьных догматиков, так как не требует особенного умения при преподавании соответствующего раздела физики. Однако накопление фактических данных и прогресс научной мысли привели к тому, что в настоящее время снова возвратились к гипотезе Франклина об одной электрической жидкости, с той разницей, что Франклин принимал за причину электричества особую, специфическую жидкость, между тем как новейшая физика считает причиною электрических явлений ту же жидкость (эфир), которая производит теплоту и свет. По новой теории эфир, сгущаясь на поверхности тел, дает начало положительному электричеству и обратно, при своем разрежении - отрицательному. Когда же эфир находится в нормальном или нейтральном состоянии на данной поверхности - тело сохраняет так называемое среднее, или безразличное состояние. Как видим, это - буквальное повторение гипотезы Франклина.
Кроме занятий по электричеству, Франклин занимался еще метеорологией, теорией кораблестроения, вопросом об уменьшении волн посредством масла (работы Франклина в этой области были совершенно забыты, и добытые им данные в наше время открывают заново), теорией искусства плавания, теорией духовой музыки и т.д. Все эти работы носили практический характер.
Чтобы покончить с характеристикой Франклина как ученого, приведем здесь отзыв о его научных работах знаменитого Гумфри Деви:
"Все свои исследования (об электричестве) он вел, руководясь свойственной исключительно ему счастливой индукцией, и он сумел, более чем кто-либо другой, с самыми малыми средствами достигнуть самых великих целей. Речь его и способ сообщения его открытий так же удивительны, как и самое содержание этих открытий. Он старался устранить все темное и таинственное, чем окружен был доселе этот предмет. Он писал так, что был понятен как для ученого, так и для простого любителя физики, и даже тогда, когда он пускался в подробности своего предмета, он был столь же прост, сколь и приятен. В его устах наука являлась в удивительно прекрасной одежде, лучше которой и нельзя было придумать для того, чтобы выставить ее природную привлекательность. Никогда он не позволял себе соблазняться тем ложным достоинством, которое старается держать науку далеко от применений ее в обыденной жизни; напротив, он всегда старался сделать ее полезной сожительницей наших домов, верной спутницей всех и всякого состояния людей, а не выставлять ее, как делают многие другие, только как предмет удивления в храмах науки и дворцах богачей".