闪电、教堂和通电的绵羊
1923年—美国,马萨诸塞州,皮茨菲尔德。
在傍晚的光线里,沉睡的乡村展现出一派田园诗般的景象。十字路口坐落着一家杂货店。附近有几幢房子聚在一起。道路一侧排列着行道树。更远处立着一座教堂,尖顶指向天空。
再向远看去,是在地平线上摇曳的牧草,绿色的草地上几头奶牛安静地在那里嚼着草。
突然间天空昏暗下来。雨水开始落下。接着变成了持续的倾盆大雨。一阵闪光出现。叉状闪电穿过天空,曲折地传向地面,然后打到了教堂的尖顶上。就在这一刻,一声巨响在大地上回荡。教堂在这炽烈的闪电掠过时战栗着,但它仍然坚固地立在那里。
雨下得更大了,闪电再次劈开天空,伴着震雷又一次打在教堂的尖顶上。随后,闪电又袭击了教堂第三次、第四次、第五次。每一次,木质的建筑都颤抖着,一直没有崩塌。
突然一个声音压过了暴风雨的声响。就像从空中发出来的一样,在整个村庄用上流社会的英式口音广播道:“我得说,伙伴们,你们不觉得这样有点儿亵渎神明吗?”
雨即刻停了下来,灯光重新打亮。刺眼的光线下,可以看到这个微缩模型村庄四周布满了一系列高耸的电器设备。两侧赫然耸立着金属横梁。电线组成的网纵横交错在上空。模型上方吊着一台造雨机器,仍然在滴水。一群人从二十英尺远处看着这一场景,五个人在站着,一个人坐在轮椅上。坐在轮椅上的是朱塞佩•法乔利,他身体前倾着,好像要迫切地想看到更多的模拟暴风雨的场面一样。他残疾的身体看起来很虚弱,可这种印象又被他略显文弱的穿着所强化:他打着领结,头发小心地梳成中分,留着稀疏的小胡子。那被厚重的圆眼镜放大的双眼,闪烁着像孩子一样的激动。他坐在轮椅上,转身看着说话的人。“沃克先生,”他用很重的意大利口音说,“你有什么问题吗?”
沃克是一位来自英国的访客,他不高兴地皱起眉头。“很抱歉打断你们,法乔利教授,但是闪电一定总要打到教堂吗?这对我来说有点儿亵渎神明。”
法乔利向后靠向他的轮椅,脸上显出沉思的神情。最后,点了点头道:“尖顶吸引闪电。”
“但你不能让它打向树或者别的房子吗?”
法乔利摇摇头。“我们不会给闪电瞄准。但不用担心,沃克先生。我们的避雷器会保护你的教堂的。”他指向模型,小教堂依然立在那里,并无损伤。
沃克哼着说:“只是教堂总被打到,这在我看来太奇怪了。”
“我同意。闪电是一种奇怪的现象,沃克先生。非常奇怪。这是我们为什么要研究它的原因。但是请放心,我们对教堂没有恶意。”
沃克一脸不悦:“我知道了。”
法乔利继续道:“我们可以在你的同意下继续演示了吗?”
沃克又皱了皱眉头,过了一会儿却点点头说道:“是的,当然。”
法乔利转过头对一位坐在控制台前的工程师点了点头。与此同时,他微微地翻了个白眼。工程师注意到这个表情,开始大笑起来,然后突然噤声从人群中走开,避免别人看到他咧嘴笑的样子。他让自己忙活起来,调试着那些开关和仪表。
光线又暗了下来。雨水开始落在村庄上。巨大的电容器充电时,发出嗡嗡的声音。随后叉状闪电劈下来打中了木质小教堂的尖顶。
数万年前,当闪电瞬间从天空耀眼地落下,大地上雷声隆隆作响时,早期的人类躲避在山洞中,或者藏在树下,抬起爬满雨水的脸,注视着令人敬畏且看起来强大得不可思议的力量—诸神的武器。但是出于人的本性,恐惧和敬畏没多久就演变成了渴望和嫉妒。人们梦想着自己掌控如此可怕的力量。他们渴望像诸神一样投出闪电,让大地颤抖。
希腊神话描述了人们想要把这一幻想变为现实的最初的一次尝试。据说,希腊西部伊利斯的国王萨尔摩纽斯建成了一座铜制的桥,他在桥上驾驶着自己的重型双轮战车奔跑来模拟雷声,他这样做的同时,还将点燃的火炬抛向他的臣民,就像投下闪电一样。他的战士们在他身后跑步跟随,用矛将火炬砸中的人射死。整个表演肯定对恐惧的臣民而言比真正的闪电还令人畏怖。但看起来诸神对萨尔摩纽斯侵犯他们力量的做法并不愉快。他们用自己瞄得很准的闪电劈死了他。
数个世纪之后,疯狂的罗马皇帝卡利古拉把自己想象成一位在世神明。为了促使其他人也相信这件事,他戴着金制的胡须,手握做成闪电形状的铜制手杖,四处游行。他还尝试制造真正的雷和闪电。罗马史学家卡西乌斯•迪奥写道:“卡利古拉有一个装置,可以用它来发出雷声,点亮时可以放出闪电。”可这个装置到底什么样的,谁也说不准。现代历史学家斯蒂文•谢勒推测它可能包含“某种可以快速燃烧的混合物”。然而,尽管他把自己扮成一位能制造闪电的神明,卡利古拉的下场也没有比萨尔摩纽斯好到哪儿去,因为他的守卫刺杀了他。
闪电 = 电流!
在一千七百年里,几乎没有人对卡利古拉的闪电装置做任何改良。随后,在1708年,一位英国的教士,威廉•沃尔的一个偶然发现,使人们对闪电的性质有了新的了解,最终为科学家铺平了道路,制造出人造闪电。这一发现来自沃尔寻找磷的生产方法的过程。
那时,磷刚刚被发现,这一物质令研究者们着迷,因为它能在黑暗中发光。对它的强烈需求意味着任何愿意生产它的人都可以靠卖它赚一笔大钱。然而,生产它的唯一方法需要经过漫长艰辛(而且气味难闻)的过程,对大量尿液进行煮制和提炼。沃尔希望找到更简单也不那么令人厌恶的生产方法。他已经发现,干燥的粪便同样含有磷,但是这只会更让人厌恶。
他希望避开排泄物,于是开始测试其他材料,看看它们是否具有磷的特点。
沃尔最早检查的物质中有一个是琥珀。他得到了很长的一根琥珀。随后,他坐在自己家里一间调暗的房间中,拿一块羊毛织料用力地摩擦它,“用我的手紧紧地握住它”。这样做时,琥珀发出明亮的小火花,噼啪声就像燃烧的木炭一样。这倒不大像磷发出的光,但是却更有意思,因为沃尔注意到细小的火花就像微缩版的闪电一样。沃尔没有意识到,其实电火花就是一种形式的电流,他的琥珀棒恰恰代表了走向人造闪电的第一步。
其他研究者很快想到沃尔忽略了的联系—火花是电—当他们想到这点时,看起来得出闪电同样是一种电现象的结论也就十分合理了。然而,直到1752年,本杰明•富兰克林设计的一个实验才最终证实了这一猜想。
富兰克林建议研究者将一根铁棒升起到三十至四十英尺的空中,底部绝缘以保证电流不会逃逸到地面,然后等待坏天气的到来。这根铁棒将作为一个大气电流的收集器。如果风暴云从头顶经过,使它被通上了电—这可以通过铁棒上能引出电火花来证实—将证明闪电云的电属性。实验相对而言较为简单,但是也极为危险,这就像要求被闪电击中一样。富兰克林对危险轻描淡写,但他并没有急于在闪电云中间戳一个洞出来。反倒是两名法国的绅士,孔德•德•布丰和托马斯•弗朗索瓦•达利巴尔读到了他的想法,并决定把它付诸行动。
布丰和达利巴尔把实验安排在距离巴黎不远的马尔利城进行。他们小心地按照富兰克林的计划,将一根铁棒升到四十英尺高的空中,铁棒升起的位置在一座哨所岗亭外面,而研究者可以站在岗亭里面以保护自己不受伤害。但正像富兰克林一样,他们选择不去承受不必要的危险。
取而代之的是,他们找到了一位年老、和善,想必也不怕被牺牲的当地居民—夸菲耶先生,然后告诉他该做些什么。他们拍拍他的背,愉快地说:“如果有效记得告诉我们!”然后就返回了安全的巴黎。
夸菲耶日复一日照着他们的话,坐在岗亭里等待坏天气的到来。终于,在1752年5月10日,他的耐心得到了回报。灰色的云层翻滚而来,可以听到巨大的雷鸣声。他迅速冲进岗亭,小心翼翼地向铁棒伸出一根绝缘的铜线,紧接着就听到了噼啪的噪音,一个巨大的电火花从铁棒跳到了铜线上。夸菲耶兴奋地大嚷起来:“有效了!有效了!”马尔利修道院的院长听到他的喊声,以为发生了什么糟糕的事。他抛下自己正在读的书,赶过来要帮助夸菲耶,身后紧跟着一群教区的居民。修道院院长发现这位老人没有受伤后大松了一口气,他们两个人在接下来的十五分钟里满心激动地从电极上吸引电火花,直到这场暴风雨过去。
值得赞扬的是,富兰克林在此之后很快做了另一个实验,这个实验以风筝取代铁棒而闻名。尽管有许多图画,展现了风筝被闪电击中的场景,但从未发生过这回事。就像法国的铁棒一样,他的风筝只是从大气电流中获得了电。富兰克林称他在风筝线底端绑了一把钥匙,他伸出指关节靠近钥匙,受到了一次强烈的电击。他很幸运没有受更严重的伤,但是其他人就没他这么幸运了。1753年8月,格奥尔格•威廉•里奇曼教授在俄罗斯圣彼得堡做该实验另一个版本时,一个闪电劈死了他,富兰克林在他的报纸《宾夕法尼亚报》中指出,里奇曼的死是一个悲剧,但是他补充说:“然而这次令人难过的事故确认了关于闪电的新学说。”数年后,化学家约瑟夫•普里斯特利评论说:“任何科学家都应该因以‘如此辉煌的方式’死去而感到幸运。”
确认闪电的电属性令富兰克林在全球声名大噪,赞扬和奖项不断地降临在他头上。皇家学会颁给他科普利奖章,这相当于18世纪的诺贝尔奖。而德国的哲学家伊曼努尔•康德甚至宣称富兰克林是“现代的普罗米修斯[12]”。
雷电屋和铜制膀胱
现在,人们终于知道诸神的怒火是怎么回事儿了,他们即刻便开始解放自己内在的闪电之神。其做法是在微缩村庄上降下闪电。微缩模型被称为“雷电屋”。它们本质上是玩具房屋,经常被造成小教堂的样子。通过诸如莱顿瓶等电设备放出的电火花添加一些假闪电,然后砰的一声!电击将木质的嵌片炸飞出来,就像房子爆炸了一样。还有更戏剧化的版本,用火药来制造真实的爆炸。有时候还会为了好玩在模型中加入微缩小人。比如,1753年,富兰克林的朋友埃伯纳泽•金纳斯利,在广告中宣传了一个他新建成的雷电屋,其特点是一束人造闪电“会击中一处小房子,然后向一个坐在椅子上的女性小人打去,然而她会被保护而不受伤害;但另一个站在旁边,看起来离危险很远的黑人形象的小人,却会受到严重影响。”
雷电屋使研究者得以用激动人心的方式演示闪电的作用,同时也使他们能够展示其新获得的能力—保护建筑不受危害,这得益于富兰克林的另一个发明:避雷针。一个电火花可以令一座雷电屋爆炸,但是用电火花击打一座得到细小的避雷针保护的微缩房子,电流则会无害地逃入地下。
设备和模型很快就变得更加复杂起来。1772年,一位伦敦的纺织品商、电学爱好者威廉•亨利认为,如果闪电来自一个真实的云朵—或者看起来类似的东西—将成为一个很不错的修饰。于是他用“最大个头的小公牛的膀胱”制作了一个假云朵,膀胱得自他“足智多谋的朋友”考文垂先生。考文垂先生给牛的膀胱镀了一层铜,随后把它吊在一根木梁上。亨利给镀铜的膀胱充上很强的电,然后用一根铜棒接近它。他这样做时,膀胱“以完整而强有力的电火花”释放出电流。“释放膀胱的内容物”这句话由此有了全新的解释。
根据类似的方法,丹麦科学家马丁•范马鲁姆用充满氢气的膀胱制作了人造云朵,飘在他实验室的半空中。他给一朵云加了正电,给另一朵加了负电。当它们飘近彼此时,一个电火花从一朵云跳到了另一朵云上。有时,为了娱乐观众,他还在两朵通了电的云中间升起第三朵没有通电的云。当一个电火花穿过它时,它会发生令观众满意的爆炸。
1777年,对模型的这种狂热达到了高潮,在伦敦工作的研究者本杰明•威尔逊造出了一个能生成闪电的装置,长一百五十五英尺,用绳索挂在距地面五英尺高的地方,他将它安置在牛津街的一座舞厅“万神殿 ”[13]里。由于这一闪电装置个头太大,难以移动,他转而将微缩房屋移向机器,用一根棍子将房屋推近,直到叉状的闪电打下来劈中房屋。
浪涌发生器和现代朱庇特
即使18世纪的闪电模型制作如此精心,研究者们仍然能强烈地意识到他们模拟出来的闪电比起自然界真正的闪电力量,不过是烟花爆竹的程度罢了,他们并不知道如何制造更大的闪电。但是渐渐地,随着时间的推移,19世纪电学的发展弥补了这一缺憾。19世纪30年代,第一台电磁感应发电机被发明出来,能够比18世纪的静电设备生成大得多的电力。1882年,托马斯•爱迪生,正如我们已经看到的,在纽约市建成了第一座商业发电厂。随后在19世纪90年代,尼古拉•特斯拉在结束了和威斯汀豪斯的雇佣关系之后,作为独立发明家迈出了自己的一步,建成了大型变压器,这个设备能够在他的实验室里放出一百英尺长的电弧。
有一张著名的照片,展现了特斯拉平静地坐在变压器旁边的椅子上的场景:他若无其事地读着一本书,同时头顶上舞动着巨大的电火花。遗憾的是,这个画面并不是真的。这是用多重曝光制造出的画面,如果真的离电弧那么近,会要了他的命。而且,尽管特斯拉的电弧看上去十分震撼,并且电压很高,但其实电流强度很低,因此离真正的闪电还差得远。科学家仍未造出一台机器,并生成与闪电威力相当的电弧。人类对这一自然力量的掌控尚未实现。
接下来的二十年是电气的黄金时代。输电线蜿蜒穿过乡间,沿着仔细规划的路线将电力输送到城市和乡镇。电气设备—烤箱、电灯和收音机—在家庭中出现,发出让人放心的嗡嗡声。电这只“怪兽”被驯服和转化成为家庭的仆人。这些成就达到顶峰的标志性事件发生在1922年3月2日,这一天,通用电气公司在其纽约州斯克内克塔迪市的实验室内,发布了全世界第一台真正的人造闪电机器,该机器的技术名称为“浪涌(或脉冲)发生器”,它有两层楼高,看起来像一位疯狂科学家用发电厂的零件拼装出来的机器。上面有数层由金属杠固定住的覆箔玻璃板,一排排的真空管、绝缘器,还有其他看起来很神秘的装置。前方和中央有两个巨大的铜制球体立在木桩上。这两个球体之间构成了“球间隙”,闪电就将在这里发生。
在浪涌发生器旁站着自豪的发明者,查尔斯•普罗蒂厄斯•施泰因梅茨。他是个相貌奇特的人,当他站在如此壮观的机器旁边时这一点尤其明显。他得了侏儒症,身高只有4.5英尺。他还有驼背和髋关节发育不良的毛病,这使得他的躯干和双腿以一种别扭的角度弯曲。
为了完整描述他的外貌,不能不提他长着浓密的胡须,戴着夹鼻式眼镜,嘴里总是叼着一根雪茄烟的样子。尽管施泰因梅茨身体残疾,他的头脑却极为聪明。自1889年从德国移民美国之后,他成了通用电气最具价值的员工,他写出了能让工程师们理解交流输电的数学公式。有传言说,通用电气甚至不付月薪给他:只要他提出要求,他们就会递现金给他。传言并不是真的,但他确实有很高的收入。他的财富令围绕他的争议进一步加剧了,因为他同时还是坚定的社会主义者,曾经向弗拉基米尔•列宁提供电气服务。
斯克内克塔迪市的实验室内,施泰因梅茨在他的闪电机器前踱步。此时记者在笔记本上速记着,摄影师在拍摄照片。他向听众夸耀着其发明的强大力量:
在实验室里,我们建成了一台闪电发生器,能够放出一万安培的电,电压在十万伏特;这相当于超过一百万马力的功率,持续十万分之一秒。尽管这不过是自然界闪电能量的五百分之一而已,但它能向我们展示真实闪电那样的爆炸性、撕裂性、粉碎性的效果。
像一名真正的表演者那样,他摩擦着双手迈步向前来展示其威力。他拉下一根控制杆,巨大的机器充电的同时发出响亮的嗡嗡声。记者们紧张地向后退步。有些人用双手捂住了耳朵。突然间闪过一阵炫目的光,叉状闪电从球间隙跃出,打中了放在中间的木块。一声震耳欲聋的巨响摇撼着实验室,一股灰烟腾起来。当尘埃落定时,记者们可以看到那块木头消失了—被闪电气化了。它的碎块落到了二十五英尺远的地方。
其他用闪电击打的物件包括:一棵小树,几段金属丝,以及一座村庄的模型。第二天,激动的媒体报道了此事,几乎每份报纸都称赞施泰因梅茨为“现代朱庇特[14]”。《纽约时报》甚至将这个绰号放进了头条标题中:《现代朱庇特随心所欲地放出闪电》。本杰明•富兰克林不过得到了普罗米修斯的名字。施泰因梅茨则直接获得了宙斯的身份。这种称谓不过再一次加剧了围绕他的争议而已,因为他曾坦言自己是一名无神论者。
在接下来的一年里,施泰因梅茨去世了—并不是像萨尔摩纽斯王那样死于闪电,而是在睡梦中死于心脏病发作。出身于意大利的研究者朱塞佩•法乔利在通用电气接手他的研究,很快将闪电机器的输出功率提高到原先的两倍,使之能生成两百万伏的闪电。和施泰因梅茨一样,法乔利也身患残疾,但是施泰因梅茨尚能走路(有些困难地),法乔利却只能坐轮椅。不管他想去哪儿,都有一名个人随从推他前往。《纽约时报》认为两位现代闪电大师都身患残疾是一个有趣的巧合。“对施泰因梅茨而言,”报纸中写道,“他身体上的缺点似乎突出了而非削弱了其强大的精神能量。两个人似乎都从他们控制的巨大力量中吸纳了某种有活力、强有力的东西到体内。”
尽管身患残疾,法乔利是个偏爱冒险的人。他喜欢在闪电机器运转的时候,尽可能凑近机器。他告诉记者:“当你离这么近时,你会感觉到胡须因为电流而飘起来,很有意思。”在通用电气位于马萨诸塞州皮茨菲尔德的实验室里,他的工程师们建成了整个村庄的模型,他们向模型浇下人工雨,打下闪电。闪电来回劈打,不断重复地击中一座微型的教堂,直到最后,一名英国来访者站了出来,认为不断打中教堂是法乔利特意地安排,用来表达对宗教的抗议。“但是我要说,”来访者抱怨道,“你不觉得这有点儿亵渎神明吗?”现有的记录没有任何提及法乔利宗教信仰的内容,但是他曾是施泰因梅茨的密友,因此他很有可能一样对宗教抱持怀疑主义态度。然而,他完全没有击中教堂的打算。
他向来访者解释,教堂尖顶会反复被击中,仅仅因为它给闪电提供了最快逃逸入地的路径而已。
年复一年,人造闪电的力量在不断增长。到了1929年,皮茨菲尔德实验室已经在制造五百万伏的人造闪电了。1939年,在纽约举办的世界博览会上,通用电气发布了一台可以放出一千万伏闪电的机器,所制造的闪电可以跃过三十英尺的间隙。机器高三十四英尺。而且为了向其最初的发明者致敬,放置它的大厅名叫施泰因梅茨大厅。该机器是整个博览会上最受欢迎的展品,吸引了七百万访客前来参观。人们坐在木制长椅上,观看闪电的爆炸和劈刺。海伦•凯勒也是访客中的一员,尽管她耳聋目盲,但仍然受到了强烈的触动。她之后写道:“这前所未有地触动了我,给我一种感觉,人类虽然脆弱却不屈不挠,竟掌握了如此惊人的手艺,能够投出冒火的闪电。我坐在这里,紧张却欢欣,另一个奇迹降临了。闪电对我说话了!—不,它在用管风琴一样的轰鸣声唱歌,歌声穿透了我的整个身体。”
通电的绵羊
如今,在全球各地的工业实验室里,仍然可以看到施泰因梅茨浪涌发生器的后继型机器。它们经常被用来测试需要具备抗闪电袭击特性的物体,比如绝缘体、飞机部件,以及教堂的尖顶。但是在最近的几十年里,发生器还被用来指向一种更不同寻常的目标:绵羊。
绵羊和闪电拥有漫长交织的历史。这种动物曾经是(如今仍然是)闪电袭击的受害者(经常性的)。1939年在犹他州筏河山区,一道闪电把一侧山坡上相互靠得很近的八百三十五只羊全数击倒。当数千年前类似的场面发生时,人们一定在心里将绵羊和闪电联系到了一起。有证据表明,古代人类得出了结论,认为负责闪电的神明喜欢绵羊,因为在很多不同文化中,绵羊都成了人们选中的献祭品,用来平息闪电之神的怒火。
南苏丹的阿特沃特人如果遭遇闪电袭击房屋,会把一只绵羊丢到燃烧的房屋中;东非的基库尤人,在有人被闪电击中时,会在事发地点宰杀一只绵羊,然后用绵羊的内脏涂抹受伤者的身体;古代伊特拉斯坎的祭司—所谓的肠卜师,每次遇到闪电袭击都会举行献祭仪式:他们将那些被神圣之火击中或者打碎的物件堆在一起,然后献祭一只羊羔;就连《圣经》也提到了绵羊和闪电之间的联系。《约伯记》(1:16)中提到:“神从天上降下火来,将群羊烧灭了。”
在18世纪,科学家首次从宗教人士手中接过了这种与闪电相关、献祭绵羊的行当。1781年3月12日,英国皇家学会的成员们聚集到亚伯拉罕•本内特牧师家中,见证了一只绵羊遭受一次模拟闪电袭击的实验。人群围聚在安放绵羊的桌子的三面。约翰•里德站在桌子正前方,手握一对金属棒,金属棒与几只莱顿瓶组成的电池相连,而电池将放出一次电击—也就是人造闪电(实验的设定类似于之前谈到过的鸟类实验,但规模更大)。里德将其中一根金属棒紧紧按在绵羊的脑袋上,保证羊毛不会阻碍电击,然后他用另一根金属棒闭合电路。一瞬间,响亮的爆炸声响起。里德在实验后写道:“尽管我这样做(即手握两根金属棒)被认为是危险的,但其实我一点感觉也没有。”倒霉的绵羊运气不佳,没能活下来。实验显示,科学家能够制造足够大的电流杀死一只大型动物,但是作为模拟闪电的实验,它毫无用处,因为莱顿瓶没办法收集足够大的能量,就算想重现真正闪电的微力量也差之远已。
所有闪电模拟实验都有电力不足的问题,直到1922年,施泰因梅茨发明了浪涌发生器。从它被发明的那一刻起,就早晚会有人在浪涌发生器里面放一只动物。面对听起来如此吓人的实验(可以肯定,它听起来确实够糟的),研究者仍感到开展这些实验在医学上的显著必要性。每年闪电致死的人数比其他任何自然灾害都要多,然而到了20世纪20年代,人们还对闪电击伤的生理学原理所知甚少—诸如闪电如何穿过身体,为什么闪电击伤可以致命,或者更为神秘的是,为什么它们经常不那么致命。而医生也缺乏相关的知识,指导他们治疗被闪电击伤的患者。他们不能直接把对电击的了解用于闪电击伤,因为即使在那时,人们也知道两者有显著的差别:闪电具有超高电压,但是经过身体仅需要一瞬间;而典型的电击则涉及较低的电压和更长的暴露时间。
最早使用浪涌发生器开展的生物实验发生在1931年,那时约翰•霍普金斯大学的研究者奥赛罗•兰沃西和威廉•考恩霍文研究闪电穿过身体的路径是否会改变其致命性。大白鼠成了不幸的受害者—出于人道,它们被麻醉了,完全没了知觉,这样它们就什么也感受不到了。
兰沃西和考恩霍文将这些啮齿动物,以不同的姿势放置于浪涌发生器的平板上,让它们躺下或者吊起呈垂直的姿态,随后释放电流。他们发现不同的电流通路造成的结果有极大的不同。躺下的动物往往活了下来,很少受伤或没有受伤。但当大白鼠被吊起呈直立姿势,电击从头到尾穿过其整个身体时,这些老鼠才会无一例外地死亡。从这些结果很容易得出结论,如果你在一场雷电交加的暴风雨中置身于一片旷野时,你应该躺平下来,但这是错误的。这么做会使你暴露在穿过地表的电流中,你的结局就会像那些直立的老鼠一样。这种情况的最佳策略是,蹲下身来降低你的身高,注意只有你的鞋底着地。
又过了三十年,闪电的研究者们开始将注意力转向了绵羊。其动因源于1961年,那时美国中西部多家保险公司带着一个有趣的问题,找到了爱荷华州立大学的一位兽医詹姆斯•雷利•霍华德。农民们为死去的绵羊提出索赔,这些绵羊死于闪电,但保险公司却怀疑这是诈骗。保险调查员确信绵羊实际上死于诸如传染病之类,无法获保的原因,但是他们却没有办法提出证明。这些公司咨询霍华德,有没有能帮助识别闪电击伤并将之与其他死因区分开的鉴定指南。霍华德承认还没有,因此在保险公司提供的资金支持下,他开始着手创建这样的指南。
霍华德的研究第一阶段不涉及实验。他花了几个月的时间,每天二十四小时等待绵羊死亡的消息。他开车去偏远的农场,试图尽快赶到闪电袭击现场,检查绵羊的伤情。这最终帮助他总结出了闪电击伤典型标志的清单,其中包括迅速的腐烂,鼻孔流血,羊毛被烧焦,从背后一直延伸到足部呈分叉或直条状突显的卷曲羊毛,以及皮下组织的损伤,包括皮下出血和树形深棕色区域。当然,被闪电击死最确定无疑的标志是地面上深棕色的大洞,半径五十码围绕着死去的动物。
为了验证他注意到的皮下损伤的起因就是闪电,霍华德接着开始了实验研究。他在爱荷华州立大学校园的一座混凝土大楼里,放置了一台定制而成的浪涌发生器,准备将绵羊放进机器里进行实验。物理系的人过来看这台机器时,担心霍华德会不小心把自己和机器一起炸飞,但是霍华德没有被吓住,仍然继续了实验。
一个板条箱被安放在发生器的两个电极之间,绵羊就站在箱子里。当霍华德启动机器,一千安培的电流会在两个电极之间跃出,穿过绵羊的身体。你很难不替这些动物难过,尽管据霍华德说它们已经老了,即使不来这里,人们也会用其他方式结束它们的生命—农场动物的命运也就是这样了。至少一切结束得很快。报告称,整个过程制造了“巨大的吵闹声”,连监视绵羊关键生命体征的设备也一并被毁。用霍华德的话说就是“绵羊会死,机器也会”。在电死十六只绵羊之后,他收集了足够多的数据,足以确认他在农场绵羊身上发现的损伤确实由闪电造成。而且他成功地保证了自己的安全。
霍华德的研究看来是那些保险公司的一桩不错的投资。他们为闪电致死家畜赔付的费用降低了三分之一。
这些实验回答了闪电击伤长什么样的问题,但直到20世纪90年代,研究者才确认闪电袭击可以致命的确切原因(以及为何它们经常并不致命的原因)。这一次同样,人们是在绵羊的帮助下得到的答案。
澳大利亚昆士兰大学的克里斯•安德鲁斯开始着手探究闪电致命的谜题,他用几只秃面莱斯特绵羊做他的实验对象。就像之前的霍华德一样,安德鲁斯建造了定制的浪涌发生器。他将它描述为一台“多脉冲高电压脉冲发生器”,机器可以生成六次能量脉冲,每两次间隔十五微秒。他用它来模拟闪电的特性—一次闪电往往包含多次能量袭击,有时多达二十或三十次。
安德鲁斯的绵羊被完全麻醉后躺在桌子上,臀部去毛经盐溶液打湿。绵羊被安放在一块金属板上,电流可以通过这块金属板逃逸入地。绵羊的肚子和头部用绳索绑好,以避免它们移动—同时,想必也可以避免它们被放电的力量打飞。当安德鲁斯启动发生器时,电容器充电的巨大轰鸣声充满了整个房间,随后,转瞬间,一束灼热的白光吞没了绵羊的身体。通过仔细的尸体检查,安德鲁斯发现电击释放的大多数电量都从绵羊体表经过,产生了所谓的“闪络”效应。但电流同时穿过了绵羊身体上诸如双眼和嘴部等开口,由此破坏了脑干的功能,引发了心脏和呼吸衰竭。然而,安德鲁斯得出结论,心脏衰竭并不是主要的死因—尽管这被普遍认为是闪电击伤的致死原因—因为心脏可以自行恢复跳动,而且此事经常发生。相反,呼吸衰竭才更危险,因为肺部无法自行重启。安德鲁斯建议医生,即使被闪电击伤的受害者看起来已经死亡,也有很大的概率可以通过恢复肺部功能把他或她救回来。
自1993年以来,研究者已经不再局限于在实验室中制造闪电,因为在那一年,科学家们成功地通过向暴雨云发射火箭引发了闪电。火箭拖着细细的金属线,将云与地面连接在一起,由此触发闪电,与此同时金属线会被气化。不幸的是,整个过程远算不上完美。火箭必须在恰好的时间升空,赶上暴雨云几乎可以释放电量的时机才能触发闪电。
但是一项更令人震撼的技术—用激光引发闪电,目前正在开发中。一台高能激光器被用来在空中制造一个等离子通道,通道会从云层中引发一次能量释放。这就像是富兰克林提出的将一根电极伸进暴雨云中的想法的超复杂版本一样。有如此高科技的工具在手,研究者一定会在未来构想出更具野心的闪电实验。绵羊们可要当心了!
[1].亚原子:这里指亚原子粒,比原子还小的粒子。
[2].古尔登:德国当时使用的一种货币单位,又译作“盾”。
[3].朱诺:罗马神话传说中奥林匹亚的神后,朱庇特的妻子,相当于希腊神话中的赫拉。
[4].加农炮炮台:英语中炮台的单词与电池同,也为“battery”。
[5].莱比锡:德国东部城市。
[6].拉萨路:《圣经》中记载的死而复生的人物。
[7].黑手(Black Hand,意大利语Mano Nera):19 世纪末20 世纪初出现于美国的一种敲诈勒索式犯罪。
[8].安格尔西:位于英国威尔士西北部的岛,也是当时以该岛作为主要地区的郡的名字。
[9].卡芒贝尔奶酪:法国卡芒贝尔地区所产的一种软质干酪。
[10].浦耳:位于英国威尔士西北部的岛,也是当时以该岛作为主要地区的郡的名字。
[11].射线:英文单词为rays,与光线是同一个单词。
[12].普罗米修斯:希腊神话中的神明,创造了人类,并充当人类的教师,后为人类盗取火种,却因此而受到宙斯的惩罚。
[13].万神殿(The Pantheon):伦敦牛津街上的一座建筑,因其主要大厅中央的圆顶与罗马的万神殿相似而得名。
[14].朱庇特:罗马神话中的主神,相当于希腊神话中的宙斯,以雷电为武器。