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Stephen Gray (December 1666 – February 1736)[1][2] was an English dyer and astronomer who was the first to systematically experiment with electrical conduction. Until his work in 1729 the emphasis had been on the simple generation of static charges and investigations of the static phenomena (electric shocks, plasma glows, etc.). Gray showed that electricity can be conducted through metals and that it appeared on the surfaces of insulators.
Gray was born in Canterbury, Kent, and after some basic schooling, he was apprenticed to his father (and later his elder brother) in the cloth-dyeing trade. His interests lay with natural science and particularly with astronomy; he managed to educate himself in these developing disciplines, mainly through wealthy friends in the district, who gave him access to their libraries and scientific instruments. Science was very much a rich man's hobby at this time.
He ground his own lenses and constructed his own telescope, and with this instrument he made a number of minor discoveries (mainly in the area of sunspots), gaining a reputation for accuracy in his observations. Some of his reports were published by the Royal Society through the agency of a friend, Henry Hunt, who was a member of the Society's secretarial staff.[1]
Some of Gray's output came to the notice of John Flamsteed, a relative of some Kent friends of Gray and the first English Astronomer Royal, who was building the new Royal Greenwich Observatory. Flamsteed was attempting to construct a detailed and accurate star-map of the heavens, in the hope that this would eventually solve the problem of longitude determination for ocean navigators. Gray helped him with many of the observations and calculations (possibly without being paid).
グレイはケンブリッジに建設されていた第二のイギリス天文台でしばらく働いたが、ニュートンの友人であり協力者であったロジャー・コーツの管理がずさんだったため、プロジェクトは最終的に頓挫し、グレイはカンタベリーで染色業に戻る以外に選択肢がほとんどなかった。健康状態が悪化していた彼は、間もなくロンドンに移り、アイザック・ニュートンの弟子であり、時折王立協会の実験助手も務めていたジョン・テオフィラス・デサグリエの助手となった。デサグリエは科学顧問として、国内や大陸で新しい科学的発見について講演を行い、また科学に関心のある訪問客のための下宿屋も経営していた。グレイはデサグリエから報酬を受け取ってはいなかったが、下宿人と科学的な話題について議論できる能力と引き換えに、宿泊場所を提供されていた。
デサグリエの寄宿舎はウェストミンスター橋建設のために取り壊され、グレイは貧困に陥った。1720年、ジョン・フラムスティードとハンス・スローン卿（後に王立協会会長）の尽力により、彼はチャーターハウス[1]で年金付きの職を得ることができた。チャーターハウスは国に尽くした貧しい紳士のための施設で、男子校も併設されていた。この間、彼はガラス管を摩擦発生器として使用し、静電気の実験を再び始めた。
ある夜、チャーターハウスの自室で、彼はチューブの端にあるコルク（湿気や埃を防ぐために必要だった）をこすると、小さな紙片や籾殻に引き寄せられる力が生じることに気づいた。通常、コルクは電荷を帯びないはずだったが、気候条件や材料のばらつきによって、コルクに電荷が蓄積されていたのだ。彼はコルクに小さなモミの木の枝を差し込んで延長すると、電荷は枝の先端に現れ、さらにその先端に貼り付けた（穴の開いた）象牙の球にも電荷が蓄積された。彼はより長い枝を試した後、最終的に象牙の球に油を塗った麻の紐を繋げた。その過程で、彼は「電気的な力」が単なる「静電気」現象（局所的な針の刺し傷のようなもの）ではなく、距離を超えて伝わる流体のような物質であることを発見した。先端の象牙の球は、帯電したガラス管と同様に、軽い物体を引き付ける働きをした。
その後数日間、彼は糸とワイヤー（短いワイヤーしか持っておらず、金属が導体として重要な意味を理解していなかった）の届く範囲を広げ、それがバルコニーから下の庭まで届くことを発見した。彼は、電気が糸の曲がり角を伝わり、重力の影響を受けないように見えることを発見した。また、当時静電気を発生させたり保持したりできないため「非電気製品」とみなされていた金属製品（火かき棒、トング、やかんなど）にも電荷を伝えることができた。さらに、絹糸は「電気を通さない」が、より太いパック糸やワイヤーは通すことも発見した。
その後、1729年6月30日から7月2日の間にケントに滞在中に、彼はこの最初の電気ネットワークを拡張し、多くの新しい発見をした。裕福な友人であり、王立協会の会員であり、フラムスティードの親戚でもあるグランヴィル・ウィーラー牧師を訪ねた際、二人はケント州オッターデン・プレイスにあるウィーラーの邸宅の大きなギャラリーの全長に沿って張り巡らされたパック糸を通して伝導実験を拡張した。その過程で、グレイとウィーラーは、糸の「導体」を（家の壁との）接触から絶縁するために絹を使用することの重要性を発見した。彼らは、パック糸を支えるためにワイヤーを使用すると、すべての「電気的特性」が失われることに気づいた。当初、彼らはその違いは絹、糸、ワイヤーの相対的な太さによるものだと考えていたが、後に絹自体がワイヤーよりもはるかに伝導性が低いことに気づき、主要な導体として使用する麻のパック糸を支える（そして絶縁する）ために絹だけを使用した。
翌日、彼らは家の塔から庭に糸を垂らし、短い絹糸を張った一対の庭の杭を使って、荷紐が地面に触れないようにしながら、800フィートの距離まで牧草地を横切って糸を伸ばした。[ 3 ] [ 4 ]： 242-247 ウェーラーはこのことを王立協会の友人たちに報告し、グレイはデサグリエへの手紙に詳細を記した。
これらの実験から、導体と絶縁体（デサグリエが付けた名称）の役割についての理解が得られた。1732年、フランスの科学者アベ・ノレとC・F・デュ・フェイはグレイとウィーラーを訪ね、実験を見学した後、フランスに戻り、デュ・フェイは「二流体理論」と呼ばれる最初の包括的な電気理論を定式化した。この理論はノレによって提唱され、しばらくの間、ヨーロッパのほとんどの実験者に受け入れられた。その後、この理論は改良され、フィラデルフィアのベンジャミン・フランクリンのグループと連絡を取り合っていたイギリスの実験家ジョン・ベヴィスとウィリアム・ワトソンの考えに取って代わられた。彼らは共同で、単一流体/二状態理論を考案した。これは事実上、一方の流体の過剰または欠如であり、ワトソンは後にこれを正と負と呼んだ。これらの考えは、特にライデン瓶の発明後、二流体概念よりも事実によく合致し、最終的にこの単一流体理論が主流となった。今では、両者ともほぼ同程度に間違っていたことが分かっている。
グレイはその後も電気に関する多くの発見を成し遂げ、中でも最も注目すべきは電気誘導（接触せずに吊り下げられた物体に電荷を発生させる現象）である。1729年、グレイはガラス管の「電気特性」が金属を介して別の物体に伝導されることを示した。これは、電気がガラス管の性質ではなく、何らかの流体の性質であることを示す最初の証拠となった。同年、グレイはオーク材で2つの立方体（1つは中実、もう1つは中空）を作成し、これらが同じ電気的性質を持つことを観察した。これは、電気が体積ではなく表面の性質であることを示している。[ 6 ]： 42
この実験は、有名な「空飛ぶ少年」のデモンストレーションとしてヨーロッパ中で広く称賛された。少年は絹の紐で吊るされ、グレイは摩擦した管（静電気発生器）を少年の足元に近づけたが、触れることはなかった。[ 7 ]グレイは、少年の顔と手が依然として籾殻、紙、その他の物質を引き付けることを示した。グレイは、「電気の力」のパチパチという音が稲妻に似ていると指摘し（他の実験者も同様に指摘した）、半世紀後のベンジャミン・フランクリン の発見を予見していた。 [ 5 ]： 489
ニュートンの死後、スローンが王立協会を引き継いだとき、グレイはそれまで認められなかった評価をようやく得ることができた。グレイは会費を払う余裕がなかったため王立協会の会員ではなく、彼の実験の多くはデサギュリエの実験レパートリーに取り入れられていた。また、ニュートン派が、グレイがフラムスティード（アイザック・ニュートンと常に論争していた人物）と関係があったために、王立協会内でグレイの評価を拒否したという話もあるが、これは極めてありそうもない話として退けられる。ニュートンは1727年3月に亡くなっており、グレイが伝導実験を始めるほぼ2年前のことだった。ニュートンの死後、王立協会を運営したハンス・スローンはグレイの友人であり、財政的支援者でもあった。実際、当時電気はそれほど重要視されておらず、財政難のため協会の機関誌は数年間発行されていなかった。
スローンはグレイの昇進に積極的に関わり、グレイは伝導と絶縁に関する研究で1731年に王立協会初のコプリー・メダルを、誘導実験で1732年には同メダルを受賞した。1732年には王立協会の名誉会員にも選ばれたが、数年後の1736年に貧困のうちに亡くなった。
資料によってグレイの死去日は若干異なっている。当時王立協会の事務局長だったクロムウェル・モーティマーは、グレイが亡くなる前日にグレイを訪ねたと記録している。それは2月14日[ 8 ]か16日[ 2 ]のいずれかである。
グレイの記念碑はなく、彼の科学的発見における功績もほとんど認められていない。彼はロンドンの古い墓地の共同墓地に埋葬されていると考えられており、その墓地はチャーターハウスの貧困年金受給者のために確保された区域である。2017年、カンタベリーにあるケント大学の物理科学部は、彼の功績を称えてスティーブン・グレイ記念講演会を開始した。[ 9 ]