摩擦起電和雷電

琥珀和玳瑁〔daimao代帽〕是古代人最早發(fā)現(xiàn)具有摩擦起電性質的兩種物體。琥珀是一種透明的樹脂化石。玳瑁，是類似龜?shù)暮Ｉ佬袆游铮浼讱ひ步戌殍?。從新石器時代起，人們已將琥珀當作裝飾品之一；東漢時期，琥珀被雕成玩賞動物。因此，理應在文字記載它的摩擦起電現(xiàn)象之前很久很久，人們就發(fā)現(xiàn)了它的類似性質。東漢王充、東晉郭璞〔pu菩〕都在他們的著作中記述了玳瑁吸取草屑的現(xiàn)象。琥珀從魏晉時起已成為中藥材之一。因此藥物學家都以布摩擦琥珀，或以手心摩擦琥珀，看它是否能吸引草屑而檢驗琥珀的真假。三國時期，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)琥珀不能吸引腐爛的草屑。我們知道，腐草含水份，它已變成導體而不是絕緣體。因此，帶靜電的琥珀不能吸引它。

除了琥珀和玳瑁之外，古代中國人還發(fā)現(xiàn)了毛皮、絲綢等物質的靜電現(xiàn)象。它們之所以被發(fā)現(xiàn)，是由于靜電火花引起了人們的注意。

西晉時張華(公元232—300年)在《博物志》中記述了兩個靜電現(xiàn)象。一個是黑夜用梳子梳理頭發(fā)，發(fā)現(xiàn)梳齒尖端的放電亮光，并聽到微弱的放電爆聲。另一個是黑夜猛地解脫衣服(毛皮或絲綢質料)，也能看到閃光和聽見聲音。明代人對后一個現(xiàn)象作了詳細記述。張居正(公元1525-1582年)說：“凡貂裘及綺麗之服(即綾羅綢緞)皆有光。余每于冬月盛寒時，衣上常有火光，振之迸炸有聲，如花火之狀?！?《張文忠公全集·文集第一一》)與張居正同時代人都邛〔qiong瓊〕這樣描述絲綢的摩擦起電：人們用綾羅綢緞作衣服，“暗室中力持曳，以手摩之良久，火星直出”(《三余贅筆》，見《說郛〔fu伏〕》本)。中國是絲綢的故鄉(xiāng)，古代人對這類靜電現(xiàn)象無疑是非常熟悉的。除此之外，唐代人發(fā)現(xiàn)摩擦貓皮的靜電火花和聲音；宋代人發(fā)現(xiàn)孔雀毛靜電感應現(xiàn)象。用這種羽毛作撣〔dan膽〕子，塵灰不飛揚。

雷電是古代人熟悉的又一種電現(xiàn)象。陰雨天，大氣電場增強，當局部場強達到空氣擊穿電位差時，就會放電發(fā)光。雷電發(fā)生在云內(nèi)、云際、云空之間和天地之間。在距今約3500年前的殷商甲骨文中，已有“雷”字。東漢王充說：“云雨至則雷電擊”(《論衡·雷虛篇》)就明確地提出云雨與雷電的關系。人們常看到的雷電是線狀閃電，比較罕見的是聯(lián)珠閃電和球狀閃電。明代張居正記述了后一種現(xiàn)象：某日“天微雨，忽有流火如球，其色綠，后有小火點隨之，從雨中冉冉騰過予宅，墜于廚房水缸之中，其光如月，廚中人驚視之，遂不見?！?《張文忠公全集·文集第一一》)這是同時出現(xiàn)的球狀閃電和聯(lián)珠狀閃電，張居正記下了火球的顏色、大小、形狀、出現(xiàn)時間和定性的漂移速度。觀察和記錄都很細致。

雷與電實際上是同屬大氣放電的兩種物理現(xiàn)象：聲和光。因為光速遠大于聲速，所以人們總是先看見閃電亮光，然后才聽到放電聲音。古代人對這兩種現(xiàn)象都作了忠實記載，如《南齊書·五行志》說：“十月庚戌，電光，有頃雷鳴，久而止?！痹跉v代史書中這種記錄隨手可拾。

發(fā)生雷電的大氣電場是相當高的。但是，當大氣中有尖銳導體存在時，電光可以在較弱的大氣電場中發(fā)生，形成所謂“尖端放電”現(xiàn)象。古代的兵器，如矛、戈、戟等，都有尖利的鋒刃，有些兵器連柄也是金屬的。從公元前后起我國就有關于尖端放電的記載?！稘h書·西域傳》曾記述元始年間(公元1-5年)，漢朝廷為開辟通往玉門關的近道，與當?shù)剀噹熀笸鯂?國王叫姑句)發(fā)生一場小小戰(zhàn)爭。在那日夜備戰(zhàn)的時刻，兵士們看到“姑句家矛端生火”。據(jù)載，永興元年(公元304年)，成都王發(fā)動叛亂，陣兵鄴〔ye葉〕城，夜里“戟鋒皆有火光，遙望如懸燭?！?干寶：《搜神記》卷七)此外，古代許多關于塔尖頂放電現(xiàn)象的記載也屬尖端放電一類。

值得注意的是，古代人在長期觀察雷電現(xiàn)象中，已經(jīng)看出導體和絕緣體的差別。南朝時，有一次雷電襲擊寺廟，“電火燒塔下佛面，而窗戶不異”(《南齊書·五行志》)。佛面是金屬粉刷的，當高能量雷電通過時自然被融化，而窗戶或者未被雨淋濕(干燥的木頭是絕緣體)，或者不在雷電通路上，故此仍完好無損。沈括曾描述了這樣一件事：有一次雷電打入一平民家，該家有一漆木盆，內(nèi)藏金銀諸器，“其漆器銀扣者，銀悉熔流在地，漆器不曾焦灼”；有一寶刀在刀鞘中熔為汁，皮制刀鞘卻不曾損壞(《夢溪筆談》卷二十《神奇篇》)。根據(jù)前人的大量記載，明代方以智總結道：“雷火所及，金石銷熔，而漆器不壞?！?《物理小識》卷二)“金石”指金屬物體。它和潮濕的木頭、石塊、人體和動物體都是導體；漆、皮革、干木、琥珀、玳瑁、絲綢都是絕緣體。近代關于導體和絕緣體的分類正是根據(jù)它們對電的不同效果而分別命名的。方以智雖然未曾從概念上加以明確區(qū)別，但也確實認識到它們對于電的不同性質。

在科學史上頗有意義的是，漢代王充曾以雷電燒焦人的頭發(fā)、皮膚、草木等五個例子來證明雷電的本質是火(《論衡·雷虛篇》)。18世紀美國富蘭克林(公元1706—1790年)曾冒著生命危險證明天上雷電與地上琥珀電是一致的，它們都是火。富蘭克林的論證方式及論證證據(jù)，幾乎都與王充相同。

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