到19世纪,我们对自己身体的了解并不比1000年前多多少。与此同时,科学革命使人们对电的认识不断加深。
与动物精气一样,人们对电现象的观察也已持续了数个世纪,但并没有从中产生深刻的见解。例如,古希腊人曾注意到一些奇怪的石头,它们似乎能将金属吸到自己上面,金属就像被一股无形的力量拉着一样。他们看到,闪电击中人后往往会置人于死地。他们知道,电鳗会强烈地电击猎物。还有琥珀,一种常令昆虫身陷其中的树脂,它也有一种吸引灰尘和绒毛的奇怪倾向,就像那些石头吸引金属一样。用力摩擦一下琥珀,你可能会听到轻微的“噼啪”声,还会看到火花闪现。但在17世纪之前,所有这些观察结果还没有被归拢成任何解释框架。
事实上,早在我们了解电是如何参与上述任何活动之前,“电”就已经得名了。这个词是威廉·吉尔伯特在1600年创造的,他的身份是医生、物理学家兼自然哲学家,这种多重身份与我前面提到学科分野时的叙述相呼应。他借用了古希腊单词“elektron”,其意便为琥珀,因为这种材料具有稳定地激发神奇火花的独特能力。
科学革命极大地改进了研究这一现象的工具。17世纪60年代,奥托·冯·格里克发明了第一个让科学家自己发电的装置——静电起电机。它是一个玻璃球,你可以用丝绸摩擦它,积聚少量电荷,触摸它就会产生电击。(顺便提一下,这就是“静电”一词的由来。球体将电流困在表面,使其不会移动,处于静止状态。)静电起电机能够以比琥珀更大的冲击力释放积聚的电力,这让人们第一次能够决定如何、何时以及在何处进行电击。随后更多的类似机器涌现,有些机器通过手摇曲柄使起电机更容易充电,这样人们的手臂就不会因为费力用丝绸摩擦玻璃而感到疲劳。更大的玻璃管能产生更强的电击。它们产生的电击虽然微弱,但足以开启持续了一个世纪的客厅游戏科学风潮,这些供人消遣的小把戏从“接吻维纳斯”——一个带电的女性雕塑,她的吻会轻微刺痛绅士们的嘴唇——到充电后像变魔术一样吸引纸屑和其他飘浮物的小男孩,不一而足。
但所有这些起电机都有一个相同的问题:接触这些积聚静电的源头时,静电会一次性全部释放出来(这也是触摸金属门把手会让你感到一阵剧痛的原因),没有办法储存大量的电力以供日后使用。
在第一台静电起电机问世约一个世纪后,几位科学家分别产生了一个想法,那就是制造一种特殊的瓶子,可以从起电机中虹吸神秘的无形物质并储存起来。为了规避头号发明人是谁这一棘手问题,这项新发明被命名为“莱顿瓶”,间接归在荷兰人彼得·范·穆森布罗克名下,因为他在莱顿这座城市完成了大量早期工作。随后,科学家们竞相比试,看谁能把最多的电能收集到他们的瓶子里,他们当然会这样做,而这恰恰带来了你可能预料到的不幸后果。当范·穆森布罗克把他的莱顿瓶塞得过满时,就像把行李箱塞得太满一样,瓶子很快向他爆炸了。这一冲击足以让这位物理学家在床上暂时瘫痪两天。
随着人们越发擅长把这些容量日增的容器塞满,莱顿瓶的展示也愈加夸张起来,比如用一个莱顿瓶电击由铁丝连接的200名僧侣,或是用一个特别设计的酒杯充电来供野餐客人消遣的恶作剧(对不幸的电击目标来说就没那么有趣了)。
虽然上流社会对这些演示喜闻乐见,但即使是他们也一致认为,电充其量只是一种新奇的玩意儿,没有人能完全推断出这种奇技淫巧似的马戏表演会有什么用处……直到18世纪40年代中期,一位名叫斯潘塞博士的苏格兰电表演者将他的设备送到了年轻的本杰明·富兰克林在费城的住所,这种情况才为之一变。
人们常常认为,富兰克林凭一己之力将电从娱乐节目变成了一门科学。虽然实际情况比这更复杂,但富兰克林著名的风筝实验确实开启了电学统一的进程,它证明了不同的电现象——闪电、琥珀、静电起电机——只是同一种无形物质的不同表现形式。
富兰克林是一位著名的博学多才者和政治家,他是试图建立一个大统一的电学理论的先驱之一,该理论将“自然电”(闪电)与由起电机产生并被灌入莱顿瓶的物质(“人造电”)联系起来。在一次雷雨中,他将一把钥匙系在风筝悬挂的一根长绳子上。如果他能用雷暴产生的电能给莱顿瓶充电,他的观点必能得到证明。这是一个非常危险的实验,但效果卓著,以至于今天的孩子们仍然不得不在学校里阅读关于这个实验的内容。实验结论便是:闪电就是电。
富兰克林的实验产生了巨大的影响,并为一种新的认知的产生铺平了道路,这种认识被正式确立为一门科学的分支,其实践者称自己为“电学家”。(这个词如今被用作“电工”之意,而在当时则有更富于魅力的内涵——你可以把18世纪的“电工”想象成他们那个时代的“火箭科学家”。)更重要的是,人们开始认识到电是一种无形的流体,可以被收集在一个罐子里,可以跨越遥远的距离,也可以沿着空心或实心的线传播。
还有什么现象的本质是电?到1776年,人们开始怀疑这种“非物质流体”与一直令所有人疑惑不已的动物精气有关。那一年,当约翰·沃尔什用一条电鳗做实验时,这个想法得到了第一个佐证。
沃尔什是一位典型的自然哲学家:上校、下议院议员、富有而博学的多面手。他和富兰克林同在一个圈子里,当时富兰克林刚开始对电鱼着迷。在电鱼的发电器官得到描述后,富兰克林确信电鱼发出的电击是电现象的另一种表现形式,于是他说服沃尔什“将他的科学精力”(意思是他的一大笔财富)用于设计实验,以证明“鱼发出的电”是真实的。
所用的办法就是把一条电鱼放进暗室里,让它发出电击——希望这样做能产生可见的火花。这就是确凿的证据。令人难以置信的是,沃尔什似乎做到了。在他1776年的演示中,有一些观众在历史记录中声称目睹了这一令人信服的证据,即电鳗实际上是带电的。《英国晚邮报》报道称当时产生了“强烈的闪光”。
虽然该实验没有提供任何直接的证据来证明“鱼发出的电”和人类活动中可能涉及的任何事物间的联系,但这个想法已应运而生:某种形式的电可能在神经和肌肉的活动中起作用。如果电鳗能产生火花,也许我们也能在体内产生火花。
这便是电与路易吉·伽伐尼的因缘际会。