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当富兰克林在克拉彭把一茶匙的油倒进池塘，发现油的扩散面积竟有半英亩时，他已经接近了另一项发现：分子的大小。如果将茶匙中油的体积（约2立方厘米）与其所覆盖的半英亩面积（约2 000平方米）相除，就会得出一个大致正确的油分子直径（1/107厘米）。这样，分子的体积这一问题就不至于要在一个世纪之后才被算出来。正如查尔斯·唐福德在其著作《富兰克林平息波浪》中所言：“富兰克林实际上已经正确地计算出了分子的大小，但他没有意识到自己就是第一人。”
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相较于理论分析，富兰克林更善于实际应用。相较于计算分子的大小，他更愿意发掘油水实验的用处何在。通过向海洋中倒油，能够将船只从惊涛骇浪中解救出来吗？在皇家学会三个朋友的协助下，富兰克林决定去朴茨茅斯一试究竟。然而“实验并没有我们想象的那么成功”。水面的涟漪的确平静了，但水面下仍然波涛汹涌（此处可能又是一个比喻）。不过，富兰克林所提交的失败的实验报告仍然很有用处，在皇家学会的《哲学通讯》上发表了。
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在富兰克林旅居英国期间，只要一有时间从政治压力中摆脱出来，就会继续进行科学探索。当富兰克林给圣保罗大教堂安装了避雷针之后，皇家军械局的负责人也请他出谋划策，以使军火库免受雷击的威胁。然而此项使命也使富兰克林陷入了另一场争端之中，那就是避雷针到底应该是尖头还是圆头呢？富兰克林坚持避雷针应该是尖头的，但英国国王却在美国独立战争之后将其改成了圆头（可能是出于政治的原因）。富兰克林还改进了下议院的供暖系统。
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在伦敦期间，富兰克林在科学和发明方面所取得的成就还包括：
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感冒的原因：尽管当时尚未发现细菌与病毒，但富兰克林很早就认为感冒和流感“可能是由于接触而传染”，而不是着凉。“我曾好几次在严冬时节出去旅游，有时都觉得自己快要冻僵了，但发现这并没使我感冒，”富兰克林在1773年给费城医生本杰明·拉什的信中写道，“通常，人们患病的原因是来自他人的传染，当他们待在密闭的房间、车厢中，吸入了病人呼出的空气。”而最好的预防就是呼吸新鲜的空气。因此富兰克林一生都喜欢保持空气流通和开窗户，即使在最冷的时候也是如此。
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锻炼的研究：富兰克林认为预防感冒的方法之一就是经常锻炼。而衡量锻炼是否到位的标准并不是锻炼时间的长短，而是“身体内产生热量的多少”。这也是最早将锻炼与卡路里联系起来的理论之一。富兰克林还举例解释道，爬一英里的楼梯所产生的热量是在平地上走一英里的5倍。在运动中，富兰克林还注意到自己的心跳由每分钟60下增至100下。此外，富兰克林还正确地发现“当心跳加快时，通常都会产生热量”。
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铅中毒：作为一名印刷工，富兰克林注意到经常接触热的铅字会导致身体僵硬或中风。他还注意到从事某些特定职业的人容易患上一种名为“干肚疼”的重病。而他的一个朋友也提供了另外一条线索，由某种带有金属管的蒸馏器制成的朗姆酒也容易使人患病。富兰克林是发现此病的人之一，在某种程度上扮演了病理学家的角色。“那些经常接触铅的商人容易患此病，此外还有上釉工、管工、陶瓷工、铅粉工和印刷工等。”富兰克林还建议，制酒蒸馏器所使用的金属管必须由纯锡制成，不能再使用含铅的锡合金。
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运河中的船速：当富兰克林和他的朋友皇家学会主席普林格尔访问荷兰的时候，有人告诉他们，在运河水位较低时，船速会比水位高的时候要慢得多。富兰克林推测，这是因为船在航行的时候必须将相当于它吃水体积的水排出，而排出的水经过船的两侧或船底再到船身的后面。在水浅的时候，船底将排出更多的水流经船的两侧，使船速放慢。这是一条具有重要实际意义的科学理论。富兰克林开始采取行动。“我决定做一个实验。”富兰克林在给普林格尔的信中说。富兰克林做了一只14英尺（约4.3米）长，宽、高均为6英寸（约15厘米）的水槽，然后往里面放了一只小船。小船的一头系着一条丝带。丝带的另一头连接在一个小滑轮上，还系着一枚硬币，通过硬币的重量可以拉动小船前进。他在不同的水深中反复试验了若干次，并记下了时间。结果发现船在浅水中所需的力量或时间要比在深水中多20%。
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海洋含盐的原因：当时，人们对海水为什么是咸的是这样解释的：他们认为其实海水本来是没有味道的，但是流入海洋的河水中却含有盐和其他矿物质。经过数百年的积累，海水也就变成咸的了。然而，富兰克林却在给哥哥彼得的信中推测，有证据表明海水含盐另有原因：“地球上所有的水原本都是咸的，而我们所发现的泉水和河水等淡水都是经过净化的结果。”实际上，富兰克林的推测并不正确。数百年后，海水是越来越咸了。
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玻璃口琴：富兰克林最有意思的发明之一就是一种乐器，他称之为玻璃口琴。这一发明的原型也很有趣，当时很多无聊的宴会宾客和一些音乐家用湿润的手指在玻璃杯的杯口摩擦，发出一种响声。富兰克林曾在英格兰参加了一场用酒杯演奏的音乐会。1761年，富兰克林改进了这一设想，他将37个不同大小的玻璃杯连在一起，像纺锭一样将其横串起来。富兰克林又做了一个脚踏板，通过脚踏板来控制杯子的转速，这样只要用湿手摩擦旋转的酒杯边，就会发出不同的音色。在给一位意大利电学家的信中，富兰克林详细地描述了这一发明。“这是一种乐器，”富兰克林说道，“看起来似乎特别适合演奏意大利音乐，特别是那种轻柔、悲伤的音乐。”富兰克林的发明风靡一时。玛丽–安托瓦内特曾学习如何演奏，莫扎特和贝多芬也曾专门为其谱曲。玻璃口琴这种令人难忘的音色使其成为婚礼上的必备之物。但似乎玻璃口琴会导致抑郁症，大概是由于其中含有的铅可能会引发铅中毒的缘故，所以它最终退出了人们的视线。
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中产阶级哲学：努力改变命运
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多年以来，富兰克林形成了一种独特的社会观，集自由主义、平民主义和保守主义等思想于一身，这也成为美国中产阶级哲学的原型之一。富兰克林推崇努力工作、个人精神、勤俭和自助，同时，他又提倡民间合作、社会激情以及基于自愿的社会计划。他既不迷信精英也不信任乌合之众，既不盲从世袭的权力也不推崇暴民的蛮力。富兰克林秉承着自己作为一个商人的价值观，厌恶所谓阶级的排斥。富兰克林骨子里就坚信社会的流动性，认为通过个人勤奋的努力可以改变自己的命运。
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早在1753年其与彼得·克林逊的交流中，富兰克林就已经对政府干预和提供福利持保留意见。当时，富兰克林质疑法律是否应该“强迫富人赡养穷人却不教会他们如何学会独立”以及“鼓励懒惰”。
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对于克林逊，这些仅仅只是问题而已。但对于富兰克林来说却并非如此。在他18世纪60年代末到70年代初所发表的文章中，富兰克林多次强调了自己的保守观点。其中最有名的一篇文章是《论劳动的穷人》，署名是“米蒂尔斯”，也就是拉丁语“中间”的意思。该文于1768年发表于伦敦的《绅士杂志》。文中，富兰克林谴责了那些认为穷人的窘境是富人压榨造成的观点。“难道你不认为这有些荒谬吗？”富兰克林问道。他认为英国穷人的条件已经是全欧洲最好的了。为什么这么说呢？因为英国有帮助穷人的相关立法。“这一法律并非是由穷人自己制定的。立法者都是富人……他们自愿贡献出自己和他人的财产来缴纳税款，供养穷人。”
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这些法律本身的确是出于善意。但富兰克林也警告说，这可能会产生意想不到的后果，并鼓励懒惰：“我担心人们在年老或生病时会更容易依赖别人（尽管人们在年轻或健康时会勤奋节俭），在这一法律的鼓励下，会更加激发人们懒惰的天性，鼓励民众游手好闲，最终使贫困愈演愈烈，而这却是法律本想要根治的弊端。”
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富兰克林不仅提出了对福利依赖的警告，还提出了自己的财富转移理论。他认为富人和社会赚的钱越多，转移至穷人那里的钱也就越多。“富人并不工作……他们或他们的家庭使用、消耗的每种产品都需要从劳动的穷人那里购买。”富人花钱购买衣服、家具和珠宝的同时，也会使劳动的穷人获利。“我们国家那些劳动的穷人，无疑会从整个国家的收益中获利。”富兰克林还反对提高工人工资的设想：“如果通过法律提高工人的工资，制造业的成本就会提高，在国际市场上就没有竞争力了。”
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富兰克林在经济上虽然持保守主义观点，但是其基本的道德信仰却认为判断行为的正确与否，必须要以能否造福公众为标准，这实际上就形成了一种制衡。富兰克林认为那种鼓励勤奋劳动的政策就是好政策，这不是因为其会增加私人财富，而是因为会导致整个社会财富的增加，使每个有理想的人更有尊严。而那些获得财富较多的人则有责任帮助他人，建立一种公共制度，为他人的成功奠定基础。詹姆斯·坎贝尔认为：“富兰克林的理想代表了当时日益发展的、坚持民主平等的中产阶级的观点。那些在生活中获得了巨大经济成功的人有责任帮助真正需要帮助的人，而那些不愿为社会公益尽一份力的人也不要指望会得到社会的帮助。”
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富兰克林这种复杂的价值观中还包括了其日益增长的关于个人权利和自由的观点，并带有英国传统自由主义色彩。但是，富兰克林关于奴隶制的观点还未最终转变。当英国人攻击奴隶制是对殖民地人民要求自由的莫大嘲讽时，作为很多殖民地，特别是蓄奴的佐治亚的代表，富兰克林发现自己为殖民地的辩护十分无力。
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1770年，富兰克林匿名发表了《论奴隶制》，试图针对“虚伪”这一指控为自己辩护。富兰克林提出，在北美殖民地，“只有1/100的家庭”使用奴隶，而且“很多人对待奴隶极为人道”。他还质疑英国那些劳苦工人的生活状况“与奴隶有点儿相像”。富兰克林的某些观点还带有明显的种族主义色彩：“也许你会认为黑人性情温和、极为温顺，当然他们中有一部分的确如此。但实际上大部分黑人很有心计、内心阴暗、郁郁寡欢、十分恶毒、小肚鸡肠、极为残忍。”
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富兰克林急于为北美殖民地辩护，甚至有点儿强词夺理，这堪称其一生中逻辑性最差的辩论之一。甚至连他摆出的事实都是错误的：当时美国蓄奴家庭的比例远不止1/100，而是接近1/9（1790年，美国一共有410 636户家庭，其中拥有奴隶的为47 664户）。除了事实不清，富兰克林的论证还有道德上的缺陷，他甚至将拥有奴隶归结为精神失常。实际上，富兰克林家也使用奴隶。尽管他第一次到英国时带的那两个黑奴已经离开他了，但德博拉在费城还有一两个黑奴。
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然而，富兰克林的观点也在不断进化。就在其写完《论奴隶制》两年之后，富兰克林开始与费城激进的废奴主义者安东尼·贝尼泽特通信。在1772年其在《伦敦新闻》发表的一篇文章中，富兰克林引用了很多贝尼泽特的观点，用有史以来最为强力的语言谴责了“血腥残忍地贩卖肉体和灵魂这一人类自古就有的丑恶行为”。富兰克林甚至开始赞同贝尼泽特的观点，认为不仅要废除奴隶贸易，甚至连奴隶制本身也要废除。“当听到北美殖民地反对奴隶制的呼声日渐高涨，我很欣慰，”富兰克林在给贝尼泽特的信中写道，“我希望立法机构能够及时考虑这种观点，并以法律的形式将其确立。”
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富兰克林还在给其朋友，费城的本杰明·拉什医生的信中也表达出同样的观点：“我希望那些关注自由和人性的朋友能够及时采取行动，不再让我们的国家和宗教蒙羞。”特别值得关注的是，无论是在给贝尼泽特还是拉什的信中，富兰克林都提到了一个非常重要的词——“及时”。对于富兰克林来说，对完全废除奴隶制的支持（而不是仅仅废除奴隶进口）只有在独立战争之后才能及时到来。
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击败希尔斯伯勒
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希尔斯伯勒勋爵在爱尔兰对富兰克林的诚挚热情，尽管一度使富兰克林迷惑，但很快就烟消云散了。“可我回到伦敦时还稍有困惑，”富兰克林在给儿子的信中写道，“我登门拜访，希望当面为他在爱尔兰的款待表示感谢。”但是门童却告诉富兰克林，大臣“不在家”。于是富兰克林留下一张名片，几天后又来拜访，却得到了同样的答复，尽管富兰克林知道希尔斯伯勒那天的确见了别的客人。富兰克林又尝试了几次，却同样无果。“最后一次是在一个会见日，当时他门前停满了马车。我的车夫驱车载着我前往，并下来为我打开车门。这时门童看见了我，走了出来，粗鲁地训斥车夫没有让其确认勋爵在不在家就打开车门。然后，门童转过头来对我说‘勋爵不在家’。因此我再未接近过他，我们只是远远地互相诋毁对方。”
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希尔斯伯勒“对我置之不理，就像对待一个已经挤不出果汁、毫无价值的橘子一样。”富兰克林抱怨道。富兰克林再一次考虑回费城的事宜。“我越来越想家了。”富兰克林告诉自己的儿子。但还有一个因素使其不能就这么愤怒地离开英国。尽管困难重重，富兰克林仍希望能够使自己（以及朋友、家人和伙伴）在北美殖民地西部的俄亥俄附近获得一大片土地。
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