富兰克林与消防 看到武夷山老师的 《 了不起的富兰克林》 ，不禁想起富兰克林的消防贡献。作为学徒出身的富兰克林，其科学素养是很有限的，虽然他涉足很多领域，但没有突出的原创性的理论贡献。不过从实用和社会的角度，富兰克林的贡献很大。 第一， 富兰克林重新设计了取暖的炉子，后人取名为富兰克林炉，在节能和安全方面做出很大的贡献，某些北部乡村，仍然使用富兰克林的设计； 图1. 富兰克林取暖炉 第二， 富兰克林在法国担任大使期间（比 John Adams 时间长），与上流社会打成一片。他注意到石膏（ Plaster of Paris ）的贡献，把石膏引入美国，主要用于建筑防火材料，效果显著。美国建筑面积大，建设周期短，全靠干墙的贡献。而所谓干墙，不过是玻璃纤维增强的，内部发泡的，外部牛皮纸包裹的石膏板（见博文 《干墙风波之我见》 。美国建筑业的高效，快速和低成本，完全是干墙工业支撑起来的。经过专家研究，世贸大厦之所以倒塌，就是因为世贸大厦的核心部位使用了大量的干墙来防火。这些干墙缺乏强度，在飞机撞击下脱离原来的位置，导致核心部位的钢材强度在火焰的烧烤下降低，导致悲剧的不可扭转。为什么要用干墙呢？质轻体薄，隔热阻燃，防火降噪，加工方便。富兰克林是把石膏引入美国的第一人，其功劳是明显的。 第三， 富兰克林组织了全美第一支志愿消防队伍（ Union Fire Company ），成立于 1736 年。今天，全美大约有 3 万多消防队伍， 90% 以上是志愿消防队伍，保护全美 39% 的人口，其组织的原则，大体与富兰克林的 Union Fire Company 差不多。不过该消防队后来也职业化了，以应付都市消防的专业化需要。都市的工业税和地产税高，可以保证消防队伍的职业化建设。乡村的消防只能是志愿的，可以节省成本。 图2.消防队员富兰克林 第四， 富兰克林组织了火灾保险互助组织（ the Philadelphia Contributionship ），在 1751 年成立。所有投保单位共同捐献基金，帮助那些遭受火灾的单位避免损失。如果没有火灾呢，盈利则为所有投保单位所分享。著名保险公司 FM Global 仍然实用这一原则。 图3. 富兰克林创办的火灾互助保险公司标志 为什么富兰克林会做出如此杰出的贡献？富兰克林学徒出身，投身于当时社会最先进的知识加工领域：印刷业（相当于今天的互联网）。通过开办自己的报纸，他能够自由宣传自己的理念，团结一批志同道合者，学习欧洲最时髦的科学游戏，成立费城哲学学会。同时，他代表新生的美国出使欧洲，接触了欧洲最新的思想潮流，因此可以有很多对美国人来说很新鲜的贡献。富兰克林之所以可以取得无人比肩的成就，无他，有钱，有闲，顺从自己的好奇心而已。 图4.富兰克林组织的读书会，即后来的费城哲学学会前身。 有道是，科学顽童本杰明，知识经济累财富；学习欧洲多实验，格物致知多风流。 有兴趣的读者，请参阅下列网页： http://www.pbs.org/benfranklin/l3_citizen_networker.html
旅 美 杂 忆 张庆营 （五）名校之光 宾西凡尼亚大学(University of Pennsylvania, 简称为宾大，美国人简称为 U Penn)，是富兰克林创办的。他在1750年接手十年前未建成的贫民学校的基础上集资创办了一所学院， 第一任校长就是富兰克林。 1755年命名为费城学院。美国独立后，于1779年定名为宾夕凡尼亚州立大学，是美国不属于任何教派的第一所正规大学。也是美国最早的大学之一。1791年变为私立的宾西凡尼亚大学。美国有几家权威机构和新闻单位，根据十几二十项指标打分，每年公布大学排名榜，各家排的次序略有不同。在美国历年高校排名榜上，宾大往往排在前十名，2002年排第6名（也有把它排在第9名的），是美国十大名校之一，是美国东部常春藤联合会 （Ivy league，其成员包括哈佛、耶鲁、普林斯顿、康乃尔、哥伦比亚、达特茅斯、布朗、宾夕凡尼亚等八所最古老的名牌大学）的一员，是世界一流的研究型高等学府。 校园里立有两座铜像，一座是第一任校长富兰克林的铜像；另一座是富兰克林亲手提拔的第一任教务长史密斯（Rev. William Smith）的铜像，史密斯在学校创建时期起过重要作用。 常春藤联合会所属的八所大学，每年都会在其成员内部举办体育比赛等赛事。他们的球队也是大学里的强队，一般的大学球队非其对手，因为他们往往特招体育尖子入学。当然，他们也特招有特殊才能的学生入学。曾有一位哈佛的考生化学考得特别好，但其他都不及格，教授们认为他是化学奇才，决定破格录取，后来此人得了诺贝尔化学奖。肯尼迪也是破格录取的。美国的博士点的设置不是由政府部门决定的，而是由各大地区的名校联合开会讨论决定的。常春藤联合会有东部大学的博士点和硕士点的批准权。没有博士学位授予权的学校，能不能招收博士生呢？在我国是不行的，在美国却可以，他们没有强制性的规定。不过，社会上不承认，得了博士学位也没有用，自然也就不会有人来读了。有了博士学位授予权，其中的任何一位教师，包括教授、副教授、助理教授（相当于我国的讲师），只要有课题，有科研经费，就可以招收博士生，不需要审批。所以，在国外，没有博士生导师和硕士生导师的叫法，不存在这样的岗位。 在八十年代，宾大当时一年的经费约有十亿美元，约为当时湖南省一年的财政收入，可见其财力之雄厚。其中一半多来自学费，其次是科研经费，小部分来自校产和个人（多为校友）捐赠。有科研经费的教授，在聘请合作者、博士后、助手时，也得按规定向学校付相应一笔钱，其理由是他们使用了学校的房屋、图书资料和设备。学费按学分收费，不同的学科收费不同。每个学生每年的学费需两万多美元，培养企业高级管理人才的管理系的学费最贵。学费加上生活费及其他费用，大学四年要花费十几万美元以上，一般的平民百姓是没有能力负担的，是所谓的贵族学校。家庭经济不太宽裕的学生为了省钱，有用二过二（Two pass two）的办法的。就是先到宾大外面的某个学院（College）读二年制的专科，毕业时，成绩好的，由老师推荐，经宾大审查，可以转学到宾大再读两年本科，相当于我国的专升本。独立的学院，尤其是社区学院，学费要低廉得多，用这个办法可以节省一大笔钱。而某学院也以 Two pass two 的人多来表明他们的教学水平高，并以此为荣。 宾州大学（华人对这所大学的简称，另有公立的宾州州立大学，有几个分校，都不在费城），占地约1千7百亩。看起来不算很大，其实很大。不像我国的大学，校园里没有庞大的师生员工宿舍群。该校共有学生两万多人，是美国最大的私立大学之一，其规模比哈佛，普林斯顿，斯坦福等大学都要大。该校仍然时断时续兴建一点大楼，又花巨资收购了紧邻的希尔顿饭店，校区稍稍有点扩大。宾大有文理学院（School of Arts and Sciences），安能堡通讯学院（Annenberg School for Communication），牙医学院（School of Dental Medicine）, 工程与应用科学学院（School of Engineering and Applied Science），法学院（ Law School）, 医学院（School of Medicine）, 护理学院（School of Nursing）, 社会工作学院（Social Work School）, 兽医学院（School of Veterinary Medicine）, 沃顿学院(Wharton School)等10个学院，有几百个系，各系负责具体的行政事务，学院只管宏观调控，比如决定教师的编制等。此外还有教育研究生院（ Graduate School of Education）, 美术研究生院（Graduate School of Fine Arts）等等。学院的设置，各校有所不同。比如哈佛和耶鲁有神学院，没有兽医学院，而宾大则反之，等等。 世界上第一台通用电子数字计算机埃尼阿克（ENIAC，电子数字积分机和计算机 Electronic Numerical Integrator And Calculator 的简称），1946年诞生于宾大莫尔电气工程学院(Moore School of Electrical Engineering，后来扩充为工程与应用科学学院 School of Engineering and Applied Science)。是由两个青年人莫奇利（J. W. Mauchly, 总设计师）和埃克特(J. P. Eckert)为主研制成功的。莫奇利只有三十多岁，埃克特更年青，24岁就担任总工程师，是典型的娃娃总工。这是美国国防部的重要项目，最初是用来计算炮弹的轨迹的。宾夕凡尼亚大学里名教授多的是，但他们还是敢于起用年青人，这和美国的观念以及一贯的做法有关。在美国，科学基金向年青人倾斜。年青人在科研上做出了好的成绩，就会得到有力的支持，很容易申请到大笔经费。老教授除非有很好的科研成果，否则很难和年青人竞争。我们这里喜欢论资排辈、讲名份、讲地位、官本位，很难想像会让一个小年青来担任如此重大项目的总工程师。事实证明他们是正确的。 埃尼阿克是名副其实的巨无霸，用了1万8千个电子管，占地135平方米，重达30吨，电功率150千瓦，运算速度为每秒5000次加法，500次乘法，比手摇计算机快1000倍，比人工计算快20万倍。在当时，其计算速度已经快得惊人了。ENIAC 用的是十进制，调试不易，稳定性低，故障率高，只能连续工作几个小时。他们又根据后来加入研制工作的大科学家冯?诺伊曼（ J. von Neumann ）的建议改用二进制，造出了第一台二进制计算机，使计算机调试容易，运行稳定性大大提高。接着又造出第一台商用计算机。现在，计算机结构、储存程序和二进制编码等，仍沿用冯?诺伊曼创立的那一套，所以，冯?诺伊曼为誉为计算机之父。 新技术，尤其是晶体管、集成电路和激光器的发明，使计算机技术发生了根本性的革命变化，能够研制和生产出功能强大而且小型化、微型化的电子计算机、手机、电视机、U盘和网络等等的电子产品，使这些崭新的电子产品普及到千家万户，从而使人类社会产生极为深刻的变化，继蒸汽机时代和电器化时代之后进入到一个崭新的时代，这就是信息时代。 每隔1年半，微处理器（CPU）集成块的晶体管数就会翻一番（即所谓摩尔定律）。现在，一块指甲大小的薄硅片上，能集成千万个以至若干亿个晶体管及其线路，微机的计算能力呈指数增长。小小的个人计算机的功能非常强大，目前其运算速度可达每秒亿次以上。2004年，最高配置的个人计算机，运算速度高达每秒数亿次，相当于八十年代的巨型计算机了。运算速度为数十亿次甚至更高的CPU，也相继问世。一个薄薄的几寸见方的硬盘，存储容量可达几百G（一千亿）比特以上，装得进一个图书室里成千上万册藏书的内容。巨型计算机更以每秒运算百万亿次、千万亿次的速度在高速发展着。计算机能模拟复杂过程，能解方程，做数学推导、数学证明（获我国首届最高科技奖的数学家吴文俊，对机器数学证明有重要贡献），有高级逻辑思维等等惊人的人工智能。 1996年，被誉为世界历史上最伟大的棋手、连续15年夺得国际象棋世界冠军的俄罗斯人卡斯帕罗夫，和美国IBM公司的深蓝超级计算机下象棋，电脑棋手深蓝被这位棋王击败。IBM公司接着又造出功能更加强大的更深的蓝超级计算机，2000年首次以4:2击败了卡斯帕罗夫，引起轰动。2002年10月，卡斯帕罗夫的学生、新的世界棋王克拉姆尼克又和德国的超级电脑弗里茨一决雌雄。电脑棋手弗里茨每秒能算出350万步棋。新棋王雄心勃勃，很想超越卡斯帕罗夫，打败电脑棋手弗里茨。此次人机大战再度引起全世界的关注。10月19日战罢8轮，最终结果4比4，双方握手言和，新棋王总算勉强保住了面子。这次人机鏖战，没有克拉姆尼克的老师、老棋王卡斯帕罗夫前两次人机的交锋引起那么大的轰动。卡斯帕罗夫还是不死心，2003年11月，他又和电脑更弗里茨（X3D-Fritz）再次交锋。这种电脑更为先进，处理器是奔４、２?８兆赫，内存为４Ｇ，每秒能算出500万步棋，而且屏幕上显示的是三维动画，卡斯帕罗夫不需用键盘或鼠标，只需向电脑发出口令即可，真正做到了君子动口不动手。4场比赛的结果是2比2平，卡斯帕罗夫总算挽回了一点面子。据说，卡斯帕罗夫仔细研究了电脑下棋的特点，他发现，电脑棋手喜欢贪吃，不会丢车保帅，利用它的这个弱点，常常可以使它上当受骗。所以４０岁的卡斯帕罗夫赛后得意洋洋地笑着说：别看时间不长，但对我来说，这不仅仅是一场国际象棋比赛，更是一场赌博：人脑和电脑的较量。最重要的是我们双方都在学习。计算机越来越进步，但是我们人类也在这个过程中学习。 他的结论是：还是人脑更厉害。电脑的上述弱点，其实是软件的弱点，要是由更懂软件的更高明的棋手来设计，这个弱点应该能够克服。此前的比赛可以说明，随着电子计算机性能的不断改进，电脑下棋的智慧越来越高，能够和世界棋王相匹敌，以至超过棋王。要是电脑达到每秒能算出一两亿步棋，恐怕棋王就很难对付了。 卡斯帕罗夫在和电脑棋手下棋前说：我一定要击败电脑，以捍卫人类的尊严。这位老兄真有点像堂吉诃德。堂吉诃德攻打大风车，只不过是中世纪没落骑士的可笑行动；人和电脑下象棋，不仅仅是娱乐活动，也是很严肃、很有价值的科学实践。通过研究象棋软件，对于发展对策论大有好处。对策论（又叫做博弈论）在经济上和军事上都有重要应用。冯?诺伊曼在对策论方面有重大贡献，是数理经济学的奠基人之一。其实，电脑并非生物，没有感情，它也就无所谓尊严，电脑是人类高度智慧的产物。电脑的智慧，在某些方面有可能超过人类。电脑棋手击败棋王，正是人类所创造的奇迹。机器是人脑和人手的延长。大力士绝对不会因为挖掘机的力气比自己的力气大得多而觉得有失尊严。电子计算机的功能日益强大，可以肯定，不要很久，再厉害的棋王，也别想从电脑棋手那里赢得一盘棋了。 电子计算机的发明，超出了神话和科学幻想家的想像。计算机和信息科技的发展，爆发了人类社会的第三次工业革命。这次工业革命比起蒸汽机和电气先后引起的两次工业革命要深刻得多。多媒体、DVD、EVD、网络、光纤、光电脑、纳米晶体管、生物芯片、量子电脑，等等，新事物层出不穷。使聋子听到声音，使盲人感觉到亮光，不再是遥不可及神话了。所有这些，在当时看来，都是匪夷所思的。科技进步之神速，超出人们的想象。 上世纪中，有人说，控制论和人工智能等，是唯心主义的，是伪科学，是不可能实现的。实践证明，这种说法是不对的。 宾大把ENIAC 的十分之一专门放在电机系的一个房间里，作为极其重要的文物供大家参观。它给人类带来巨大的科技进步的同时，也给宾大带来莫大的荣耀，他们常以此自豪。1996年宾大举办了盛大的电子计算机诞生50周年庆典。我站在这个深刻影响着人类生产和生活的庞然大物面前，仰视着装有密如蛛网的电线和无数电子管的高高的柜子，浮想连翩，好像电子管幻化成千万盏美丽的明灯，光华四射，璀璨夺目。 当时宾大使用的计算机的主机的运算速度为每秒10亿次，各系都有终端，有的教师还把终端拉到家里，周末就在家里做计算。他们已觉得主机的速度慢了，正准备升级为每秒100亿次的巨型机。当时，我国才研制成功每秒运算1亿次的银河机，差距很大。 他们紧跟科技进步，经常把设备更新换代。当时系图书室里有一台电传打印机，图书管理员利用它帮你查资料。查资料时，先和全美信息中心接通，把要查的内容输进去，就能查到你想要的东西。例如，我有一次想查一位作者这十年来发表的论文，把他的名字输进去，再输入时间间隔，很快就在电传打印机上把他在这期间发表的论文题目和发表的期刊、日期打印出来了。当然，这一切都是要向信息中心付费的，这次我花了老板十几美元。如果想要某一篇论文的全文，它也可以全部打印出来。想查某种专题的论文，它同样能够替你将这方面的论文全部列出。论文发表后不到一个月的时间，信息中心就把它收录进去了。当时还没有互联网，查资料就很方便了。到现在还没有看到我们的图书馆有这样的服务项目。现在有了互联网，更加方便了。我相信，他们又有了新的服务项目。他们使用互联网是免费的，我们还得自己掏腰包。 美国常把文科和理科放在一起，组成文理学院（School of Arts and Sciences）。（按我国的做法，文理学院还可以分出十几个、甚至几十个学院来。）宾大文理学院经常排在美国文理学院的前十名。著名青年物理学家施里弗（ J. R. Schrieffer） 曾任教于物理系，他和巴丁（J. Bardeen），库柏（L. N. Cooper）三人因创立对1911年发现的超导现象作出正确解释的 BCS 理论，而共同荣获1957年的诺贝尔物理学奖。 宾大的沃顿学院(Wharton School)是世界上第一所经济学院，和哈佛的商学院齐名，在美国商学院排名榜上，常常位居前三名。去年哈佛商学院落到它的后面了，今年哈佛商学院又排名第一，沃顿学院排名第三。据美国《金融时报》对全世界的大学所做的调查，以学校毕业的MBA目前的收入、职位的高低、就业机会、及校方教授资历等主要指标来衡量，前五名分别是：美国宾夕凡尼亚大学、哈佛大学、哥伦比亚大学、斯坦福大学和芝加哥大学等商学院。沃顿学院的博士生在毕业前，就被各大公司预先许以高薪网罗而去，成为金领族，端上金饭碗。1980年获得诺贝尔经济学奖的世界著名经济学家克莱茵( L. R. Klein) 教授，是计量经济学的创始人，曾任许多国家的经济顾问，包括联合国、美国和我国的高级经济顾问，在他的支持下，计量经济学才在我国创立了，为我国的经济决策和培养大批高级经济管理人才，作出过重要贡献。和我同一年到宾大的洪平凡，师从克莱茵教授，获博士学位后，为联合国所聘用，现为联合国的高级经济事务官。 宾大医学院今年（2002年）在美国医学院中排名第三。在这个医学院毕业的布朗（M. Brown），和哥德斯坦（J. Goldstein）一起，发现了血液中的胆固醇分为低密度脂蛋白和高密度脂蛋白，前者会硬化血管，后者能软化血管，阐明了胆固醇代谢规律和动脉粥样硬化的根本原因，对预防和治疗心脑血管疾病有极其重大的意义。两人共同在1985年获得诺贝尔医学奖。附属医院是美国第一所教学医院，也是美国的一流医院，他们的器官移植术达到了很高的水平。一些器官的移植手术（例如肾移植术），早已成为常规手术。1986年举行了成功移植肾脏1000例的盛大庆祝会。现在有一种风行世界的防皱药物就是宾大医学院的一位教授在1986年发明的。要是他去申请专利，可以发大财，可是，他却不这样去做，他要造福人类，使广大消费者能得到廉价的防皱美容用品。第二年，世界（包括我国）市场上就迅速出现了这一类防皱美容霜。记者在介绍了他的事迹后说：他也还是能够得到好处的，因为他可以申请到更多的科研经费。在他的身上，看到了富兰克林的影子。 大家知道，富兰克林是美国开国元勋，独立宣言起草人之一。他是伟大的科学家、思想家、发明家、外交家，政治家。他做了很多十分重要的实验，特别是电学实验。他首先提出电有正电荷和负电荷，电流只有一种电荷在流动而形成的等重大基本概念，为近代电学奠定了基础，而被称为近代电学之父。他有避雷针、新式高效节能火炉（富兰克林炉）、电轮（法拉第电动机的滥觞）、三轮钟、双焦距眼镜、自动烤肉机、新式路灯等等一系列发明创造。有的人只是把富兰克林发明的东西略作小小的修改，就去申请专利，大赚其钱。富兰克林对此事不但毫不在意，而且还很高兴。宾州州长要为他的发明给予专卖权时，他谢绝了。他说：我从不同他们（指利用他的发明赚钱的人）争论，因为我自己无意利用专卖权来获利。既然别人的发明给了我们巨大的便利，我们也应该乐于让他人利用我们的发明，并无偿地慷慨地将我们的发明贡献给他人。这是在18世纪四十年代初，富兰克林三十多岁，不是很富有时候的事；更不是在美国独立以后，位高权重、声名显赫之时，因此更加难能可贵。 富兰克林出身微寒，只读了两年小学就因家贫而辍学了。他10岁开始帮父亲做工，12岁当印刷厂的童工。在美国独立前除了从事社会活动、理论研究、搞发明创造和科学实验外，还通过经营印刷业和报业而成为大实业家，他从不利用自己的发明来申请专利去获利。他十分关心平民百姓，资助穷人读书，是解放黑奴的先驱者。虽然位高权重，名满天下，却极其歉虚。他有很多荣誉头衔，墓碑上却刻着印刷工富兰克林。他有多方面的巨大贡献，又有很高尚的人格，各方面都堪称典范。在美国，富兰克林倍受推崇，美国第一任总统华盛顿说：平生让我最佩服的人有三个，第一个是富兰克林，第二个也是富兰克林，第三个还是富兰克林。美国第三任总统、《独立宣言》起草人之一杰弗逊说：富兰克林是他生活的时代和国家中最伟大和最杰出的人。 富兰克林深得人民群众爱戴，影响很大，被誉之为美国之父。富兰克林只担任过大使、邮政部长、州长等职，是部省级的官员，而他的头像却被印在美国的钞票上。能享受这一殊荣的，只有历史上功勋卓著的总统华盛顿和林肯等极少数几个美国伟人，于此可见富兰克林在美国人心目中的崇高地位。 富兰克林、居里夫人等等这些伟大的科学家，无私地把他们的发明创造奉献给全人类，他们的高尚情操，受到人们高度尊敬，影响了一代又一代的人。在物欲横流的美国，有不少学者能出于污泥而不染，保持清高，毕生孜孜不倦地追求真理，不计名利，无私奉献，显然是受了这些贤哲的深刻影响。在美国，除了人文学科的学者（如基辛格、布热津斯基等）以外，难得看见有哪位自然科学家或工程师因为出了名而被请去当官当议员的。看来学而优则仕在这里没有多少市场。当官也很不稳定，一朝天子一朝臣，又没有太大的特权。根据民意调查，当官并不很吃香，甚至有人认为当总统只不过是为了满足虚荣心。所以，学者官瘾不大。他们出了名，仍然会全身心地投入学术研究中，很少受到外界的干扰。在宾大，确有视学术为生命、视权、财如粪土、学问一流、品格一流的德学双馨教授，通过他们的言传身教，自然会培养出学业拔尖、道德高尚的学生来。 下面两张照片，一张是在宾大实验室陈列的世界第一台通用数字电子计算机，这里只展出其中的十分之一。第二张是宾大图书馆前的富兰克林铜像。
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