普里斯特利是一位痴狂的科学家。1776年春、夏两季,他持续不断地给伦敦的电学家朋友写信以及寄明信片。他写的信和明信片几乎可以说有些滑稽,以下是一些内容:
我做了一个实验。我认为实验证明,在烧到炽热时,玻璃可以导电。我拿了一根1米多长的玻璃管,在里面注入水银,在外面覆盖锡箔,然后给约22厘米高的水银充电……
我拿了一个软木塞,然后正对着中心给它的侧面插了13个叶片,每个叶片都是半张普通卡片。在卡片中间,我插了一根针……
我已经在动物身上做了大量实验。在后来写给沃森博士的一封信中,我提到了其中的一些实验。在给他写了那封信后,我通过一只三四岁大的猫的尾巴,给一块3.4平方米的镀膜玻璃放了电。它立即全身抽搐,然后死一般地躺了几秒钟……考虑到它可能不会在电击后马上死亡,于是在第一次电击之后半小时,我又对它实施了第二次电击。它像此前那样全身抽搐,然后在痉挛中死去。我非常认真地解剖了它,但没有观察到任何特别的情况。
在1766年的研究的早期阶段,普里斯特利认为他偶然观察到了一个重要的结果,即“有毒的”空气(二氧化碳)是一种电导体。他激动地给坎顿写信,告知这一消息,却在此后的几个星期里发现,这种结果被装有这种空气的玻璃杯中的冷凝水小分子给抵消了。水在当时已经是一种众所周知的导体。他尴尬地给电学家朋友写了一封信,收回了自己之前的说法。但是,这一实验最终把他引向了他为电学所做的最重要的贡献之一:他发现碳能够导电。当时,除了水和金属,已发现的导电物质并不多。
到了1766年年底,在普里斯特利混乱的电学研究中,一种更基本的模式产生了。富兰克林设计过一种利用“电杯”的实验,以此为基础,普里斯特利推断电荷之间的关系也会遵循牛顿在万有引力中观察到的平方反比定律。通俗地说就是,当两个电荷互相靠近时,它们之间的静电力会大幅提升。20年后,法国物理学家库仑(Charles-Augustin de Coulomb)将最终证明,普里斯特利的推测是准确的,这也是那个方程式现在被冠名为库仑定律的原因,虽然普里斯特利第一个提出了它。库仑定律最终用来解释原子在形成分子的过程中相互依存的原因,以及世界由物质而非弥漫的气体构成的原因。它也会在半导体和集成电路的发明中扮演核心角色,半导体和集成电路则是引发20世纪末电子和数字革命的核心技术。
普里斯特利不停地给伦敦的朋友写信,这些信件记录了他取得的进展,给他的电学家朋友留下了深刻印象。到了1766年6月,普赖斯、富兰克林、坎顿决定提名他们那位雄心勃勃的沃灵顿朋友为英国皇家学会会员,他们推荐道:
沃灵顿的约瑟夫·普里斯特利是法学博士,著有一本传记以及其他几部颇有价值的著作,他品学兼优,精通数学和哲学研究,非常渴望成为这个学会的会员候选人。我们根据个人认识推荐他,认为他非常值得获得这一荣誉。我们相信,如果当选,他将会是一个有用、有价值的会员。
在那一年里,随着时间流逝,普里斯特利写的信中越来越多地附带了他不断变长的手稿章节。普里斯特利按照当时的说法,把它们称作“数目”。在约15个月的时间里,普里斯特利成功地就电学及其先驱的情况写了700页,同时用他自己的实验考察了“各种情况”。
《电学的历史、现状及原创实验》( The History and Present State of Electricity, with Original Experiments )一书于1767年出版,这本书使普里斯特利立即跻身于那些曾在伦敦咖啡厅里热情欢迎他的电学家的行列。《每月评论》( Monthly Review )刊登了一篇长达40页的评论,称赞它“优秀……明断、渊博”。它的销量不错,仅英文版就出了5版,后来又被翻译成了法语和德语。它流传到了世界各地,意大利电学家亚历山德罗·沃尔塔(Alessandro Volta)读过它,富兰克林寄了几本回美洲的殖民地。到了1788年,在耶鲁大学,它被列入了自然哲学课程之中。在出版后的近100年里,它一直是重要的电学著作。
这本书以一段令人激动的论证开头,道出了电学从一开始就非常吸引人的原因。
迄今为止,哲学主要研究的是物体比较感性的特质。电学,再加上化学、光与色彩理论,似乎正在带领我们进入它们感性特质所依赖的内部结构之中。因此,通过研究这些新的领域,自然科学的边界有望得到拓展,超出我们现在的认知范围,我们也许将窥见新的世界。在一个全新的思想领域里,在一群新的哲学家面前,伟大的艾萨克·牛顿本人以及所有和他同时代的人都会黯然失色。假如那位伟大人物重返人间,目睹当今的电学家们所做的实验,也许都会感到惊讶,且程度不亚于罗杰·培根(Roger Bacon)或弗朗西斯爵士(Sir Francis)对他的实验的惊讶程度。
普里斯特利把他自己的全部发现都压缩到了那本书的最后200页里,前面的500页则用于全面叙述科学进步,详尽地描摹了每一种创新。
普里斯特利甚至还在书中增加了一些内容,用来指导读者中有抱负的科学家和杂耍表演者,如“给年轻的电学家的实用准则”以及“通过电所做的最富娱乐性的实验”。这些内容也许在现代读者看来没有学术性,但对实现这本书的根本目标至关重要。他不仅意在帮助普通读者理解新的电学,而且意在鼓励他们成为科学家。他虽然想赞美电学家的发现,但有意避免给他们罩上绝世天才的光环。他写道:
在艾萨克·牛顿爵士做出他最伟大的发现的过程中,他的头脑里肯定产生过一系列想法。如果能追踪这些想法,那么我毫不怀疑,我们对他的天赋的广博程度的惊讶会有所减弱……对科学的兴趣已经遭受过分的崇拜和惊叹的折磨,一些一流的哲学家对此持审慎的态度。在当今这个时代里,如果我们能更平等地看待每个人的天赋,那将大有裨益。
《电学的历史、现状及原创实验》的出版是启蒙科学中一项影响深远的成就,原因有二。首先,它包含普里斯特利对科学做出的原创贡献。这些贡献为他在伦敦赢得了声誉,他也因此成了英国皇家学会会员。普里斯特利还效仿牛顿,在书中提出了一些未予回答的问题和潜在的研究途径。他的后继者的研究也因此成果丰硕。其次,他的《电学的历史、现状及原创实验》在形式上的突破要大于在内容上的突破。他发明了一种崭新的想象科学的方法。他没有效仿那种统一的牛顿式宣言,而是把自然哲学改写成了一个关于进步的故事,把它想象为一段不断向上延伸的启蒙阶梯,每一项创新都有赖于上一项创新。在为《电学的历史、现状及原创实验》写的序言中,他顺便比较了他的书和现有的公民史、自然史,关于列王、战争、饥荒的史诗故事,以及对昆虫、岩层、花朵这些自然界的万物的细致描述,这些在17世纪都已经变得平淡无奇。普里斯特利认为,人们可以在其他写作形式中获取重要的经验和愉悦感,但它们缺乏一种方向清晰和便于理解的决定性运动,而在他自己的哲学史中,则可以发现这种运动。他写道:
从对人性的认识来判断,按照所有真正、普遍的趣味原则,电的历史是一个充满愉悦性的领域。在一些场景中,我们能够看到事物的逐渐兴起和进步。这些场景总是给人的头脑展示一种令人愉悦的景观……同样,这种愉悦感和崇高的愉悦感非常相似,而在所有影响人的想象的愉悦感中,后者是最为强烈的愉悦感之一。如果我们在一个对象中看到了一种持续不断的进步和改进,那么就可以说,它的重要性在不断上升。此外,在已经过去的一个较长的时期内,当我们看到一种真实的增长时,我们会不禁认为,它将来的增长是没有极限的。这真可谓一种无限崇高的前景。
在某种意义上,我们可以看到,普里斯特利在这些段落里发明了一种完整的科普类型,即一些关于发现和研究的故事,意在俘获、吸引全才读者的大脑。1768年,就他的《电学的历史、现状及原创实验》,普里斯特利出版了一个更容易理解、更简短的版本,并将其命名为《电学研究的通俗介绍》( A Familiar Introduction to the Study of Electricity )。同时,他也在创建一种特有的连接过去和未来的方法。这种方法不仅将在他的余生中赋予他的写作和思考以生命力,而且将深刻地塑造美国奠基者们的世界观。回顾电学的历史,既使他得以理解科学如何成了进步的发动机,理解科学何以向前延伸到未来,也使他得以想象那种上升路线,想象它穿越未来几个世纪的轨迹。这明显是现代世界观的起点之一,我们不妨将其称为“进步的未来主义”。无数文化都曾想象它们自身处在历史和人类理解力的巅峰,普里斯特利接受了这种假设,并将其安置于一种经验主义的科学发现故事之中,然后附加了关键的说明:这只是开端而已!他写道:
对那些端坐在巅峰、感到自己地位优越的人来说,从巅峰向下俯视,看到并比较攀登过程中的所有进展,会让他们感到最大的愉悦。然而,我们无论如何都不会登上人类科学的巅峰,山峰仍高高处在我们的视线看不到的地方,我们的位置只是比山脚高那么一点儿,所以攀登所形成的一种与态度有关的视野只会给我们带来动力,让我们更加努力地向更高处攀登,并通过提出方法和权宜之计来协助我们更进一步。
然而,尽管18世纪的欧洲距离“巅峰”仍然遥远,普里斯特利还是在其《电学的历史、现状及原创实验》中阐明了“登山者”当时已经到达的高度。他用了100页来叙述富兰克林关于电学的实验和理论。在原版的第160页上,在叙述富兰克林就闪电和电之间的联系所做的研究的那一章中,普里斯特利讲述了富兰克林15年前在费城设计的一个奇妙实验。
为了尽可能以完善的方式证明电流体和闪电的同一性,在预感到一声惊雷即将到来时,富兰克林博士放飞了一个电风筝,实际上人为地从天空中引下了闪电,这真是让人感到吃惊……因此描述一种诸如此类的发现只会给我的读者带来愉悦,这个发现也许是自艾萨克·牛顿爵士以来整个哲学界中最伟大的发现……
在过去的两个世纪里,富兰克林和他的电风筝形象深深铭刻于无数美国学生的脑海中。他的这种形象可以追溯至《电学的历史、现状及原创实验》中的这一段文字。富兰克林本人仅在《宾夕法尼亚公报》( Pennsylvania Gazette )上发表了一篇以第三人称叙述的实验记录,没有明确说明是他本人做的实验。实际上,由于富兰克林在他自己出版的著作中从未直接提及他的风筝实验,因此后来的一些学者怀疑整个事件是伪造的。但是,他主动对普里斯特利讲述了那个事件,并且非常详细。普里斯特利曾说:“由于害怕经常发生的对不成功的科学尝试的嘲笑,富兰克林只把他打算做的实验透露给了他的儿子。他的儿子协助他放飞了风筝。”普里斯特利讲述的故事不仅是为了宣传富兰克林大胆的危及生命的科学冒险,而且试图把独立证明闪电天然带电的成就部分归功于富兰克林。1752年5月,在富兰克林以前所做的实验的启发下,3位法国科学家制作了一根铁棍,成功地从天空中引下了闪电。在他对富兰克林的风筝实验所做的记述的结尾处,普里斯特利明确指出:“这发生在1752年6月,在法国电学家验证了同一理论一个月后,但他那时根本不知道他们做过的事情。”
在《电学的历史、现状及原创实验》中,富兰克林和普里斯特利后来的众多共同元素得到了初步体现,如民俗学、通俗神话学、知识分子间的友谊以及改变世界的想法。富兰克林帮助普里斯特利成了那个时代伟大的科学家之一。富兰克林给普里斯特利提供原始资料,让他构建了自己的进步历史观。在普里斯特利的余生中,这种历史观将主宰他的思维。反过来,普里斯特利为富兰克林塑造了一种标志性形象,并把富兰克林奉上启蒙运动的圣殿之中,与艾萨克·牛顿比肩。时至今日,富兰克林和他的风筝实验仍旧是美国奠基者的实用科学才智的具体体现。我们为此要感谢普里斯特利。
《电学的历史、现状及原创实验》的成功、与诚实的辉格党人的结盟使普里斯特利一下子拥有了新的影响力,获得了新的认可。但是,这不过是他即将产生的吸引力的前奏。在接下来的8年里,他仍将在知识领域创造传奇,做出两种具有突破性的发现,每一种都有资格进入启蒙科学的圣殿之中。他将就他的电学研究发表多篇论文,发明制造电荷的新仪器。他还会记录关于我们现在称作“振荡放电”现象的第一次目击事件,而“振荡放电”最终对无线电和电视技术起到了关键作用。他将分离并命名10种不同的气体,其中一些现在被认为是地球大气的构成要素,这激发了一场化学革命。一路走来,他就政治、教育、信仰写了50多本书和小册子。