八、“雷电之谜”与“风筝实验”——科学假说及其证明
6;富兰克林带着风筝和莱顿瓶来到费拉尔德菲亚城的野外。风筝是菱形的,用一块白色的大丝绸帕做成,这样容易看清楚。他还在风筝的十字形骨架上装上金属丝用以吸电。风筝用麻绳牵引。儿子握着线团,富兰克林拿着风筝,注视着雷电的来到。一会儿,雷声越来越近,狂风呼啸着把一团团乌云疾卷而过。富兰克林赶紧把风筝顺势抛向空中,大声喊道:“跑!”小威廉在旷野上拼命奔跑起来。风筝扶摇直上,升到空中。此时雷电交加大雨倾盆而下。富兰克林追上威廉,从他手中接过风筝线,推他躲进一个茅草棚里。富兰克林掏出一把铜钥匙系在风筝线的末端。风筝穿入带有雷电的云层。但十分钟过去了,什么也没有发生。儿子沉不住气了:“爸爸,恐怕这次是白费功夫了。”“我们还不能放弃!”富兰克林答道。突然,一道闪电掠过,有一段风筝线的纤维直立起来,似乎被一种看不见的力量移动着。富兰克林把手靠近铜钥匙,顷刻间钥匙上射出一串火花。富兰克林惊叫起来:“威廉!我受到电击了!我们终于证明了,闪电就是电!”非常幸运,这次传下来的闪电较微弱,富兰克林没有受伤。
杰出的预言被证实了,闪电确实是一种放电现象,与室内电火花一样。雷电谜揭开了!
富兰克林顾不得危险,他用一张丝绢裹住已湿透的风筝线,让钥匙直接向莱顿瓶充电。威廉看到瓶上电花闪烁,高兴得睁大眼睛。小伙子还不知道,那震撼山岳的雷霆随时都可能落在他们头上。
事后,富兰克林用莱顿瓶收集的天电进行一系列实验,证明它的性质同使用发电机产生的电完全相同。他怀着激动的心情,记下了这次实验的结果:
“当带着雷电的云来到风筝上面的时候,尖细的铁丝立即从云中吸取电火,而风筝和绳索就全部带了电,绳索上的松散纤维向四周直立起来,可以被靠近的手指所吸引。当雨点打湿了风筝和绳索,以致电火可自由传导的时候,你可以发现它大量地从钥匙上向你的指节流过来。可以通过这个钥匙使莱顿瓶充电,可以用所得的电火点燃酒精,也可以进行平常用摩擦过的玻璃球或玻璃管来做其他实验。于是带着闪电的物体和带电体之间的相同之点,被显示出来了。”
风筝实验的消息引起了全世界的轰动,富兰克林的电学假说至此得到证明和确认。科学研究的目的在于揭示自然现象的本质和规律,但这种本质和规律不是一下子暴露于外,呈现在人们眼前的,而是为大量复杂现象所掩盖。如在上面实例中,人们认为雷电就是上帝的发怒,在中国古代也有所谓“雷公电母”之说。因此,客观事物有一个暴露过程,相应地人们对它的认识也需要一个过程。其中科学家往往先借助假说的形式,然后给予实验证明及理论论证,使假说转化为科学理论。这已被科学史证明为科学研究的一条非常重要的、有效的途径。科学假说有以下两个特点:一是假说不是主观臆造,而是扎根于一定的经验事实和科学知识的土壤之中,同缺乏科学论证的简单猜测和随意幻想有根本的区别。二是假说是建立新的科学理论的预制品,即具有某种程度的猜测性。但经实践检验和证明后,假说就可转化为科学理论。譬如,海王星的发现,开始时由法国天文学家勒维列和英国天文学家亚当斯,于1845年提出在天王星之外还有一颗未被发现的行星的假说,1846年9月23日德国柏林天文台助理员加勒果然在勒维列假定的位置附近观察到了这颗行星,后来被命名为海王星。
简单说来,科学证明包括科学假说的验证过程、科学理论的确认及接受过程。
科学实践检验科学假说的途径和方式大致有两种:第一,直接验证法,即通过科学观察和科学实验直接检验科学假说,以观察和实验的结果与假说是否符合,对假说进行肯定、否定或修正。不同的假说具有不同的