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第十四章 拉瓦錫與化學革命

第十四章 拉瓦錫與化學革命

幾乎在同時,出版物中都公認已經發生了一場化學革命。拉瓦錫的朋友和合作者讓-巴蒂斯特-米歇爾·比凱在1778年出版(古夫,1983)的一本小冊子中比較早地提到這場革命;這本小冊子是在一年前向巴黎醫學院宣讀的一篇論文的基礎上寫成的。比凱認為,新的化學的"氣體學說"充分說明了當面對新的發現時必須拋棄舊觀念的原則。他說,沒有什麼能比關於氣體的新發現"在科學中產生了一場如此巨大的革命"並且"對這一美好的科學的進步作出了如此多的貢獻"。
化學革命大約是在美國革命那一段時間中發生的,而且在法國大革命期間達到高潮。拉瓦錫意識到了革命的這種匯合。在1790年2月2日,他給本傑明·富蘭克林寫了一封非常值得注意的信。他在信中就化學革命向他的這位美國朋友作了簡潔的說明,然而他又論及法國的政治革命——因此明確地展示了在他看來這兩種革命是如何聯繫在一起的。他向富蘭克林宣布,法國科學家被劃分為兩個陣營:一個陣營的科學家墨守和堅持舊的學說和理論;一個陣營的科學家則站在他這一邊。后一個陣營包括德·莫維奧、貝托萊、富克羅伊、拉普拉斯、蒙日以及"一般地說科學院的物理學家們"。在報告了英國和德國的化學狀況之後,他斷定(杜維恩和克里克斯泰因,1955,127;史密斯,1927,31):"因而,在這裏,在人類知識的一個重要部分中發生了一場自您離開歐洲以來的一場革命"。同時他又補充說:"如果您同意的話,那我將把這次革命看作是充分發展了的甚至徹底完成了的革命。"接著,拉瓦錫轉向政治革命:"在給您介紹了迄今為止在化學中發生的事情之後,再給您談一談我們的政治革命也許是適當的。我們認為這場革命已經完成,而且再也不可能回到舊秩序"。到1790年2月,國王的專制統治被廢除,法國已成為一個君主立憲制國家,主要的權力屬於國民議會;然而,直到1790年7月14日新的憲法才被制訂出來並得到國王認可。
顯然,拉瓦錫的化學革命經過了一場科學中的革命所經歷的全部檢驗。所有歷史學家和科學家都認為它是一場革命,正如它在它自身所處的那個時代被看作是一場革命一樣。此外,整個化學科學及其語言都遵循著在化學革命中所提出的方針和路線。因此,化學革命是科學革命的一個示範性的例子。
幾乎沒有哪些革命(即使有也極少)如此規模之大,如此突然,又如此普遍,以致現在通常所說的新的化學體系和反燃素說是如此盛行和普遍。反燃素說的主要對象是施塔爾的燃素說,而他的燃素說曾一度被認為是科學中從未有過的最偉大的發現。
化學革命最重要的特點在於它推翻了占統治地位的九-九-藏-書"燃素"說,並以一種以氧氣的作用為基礎的理論取而代之。拉瓦錫證明,這種氣體是空氣的一個成分。他認為,空氣是氣態的物質而非某種容易變態的單一物質的混合物。氧氣是燃燒、煅燒和呼吸過程中的積極的作用物。要看化學革命引起的變化多麼深刻,就要注意在那個時候金屬性的礦石被看作是元素組成的而且金屬元素被認為是混合的(即金屬性礦石或"金屬灰"和"燃素"的混合物)。從拉瓦錫以來,我們以為金屬是元素(如果是清一色的話,即既非合金,亦非混合物),以為金屬及是金屬元素和氧氣的混合物。化學的語言把新的知識反映在諸如"氧化物"、"二氧化物"、"過氧化物"等等名詞之中。新化學的基本內容包括現代的元素概念,化合物概念和混合物概念;元素表(與我們今天所看到的極其相似)的產生;對已知化合物的化學分析。
拉瓦錫的貢獻
亨利·格拉克(1976)為我們追溯到了其後對化學革命的認可。比凱1778年出版的那本書並不是特別有名的。格拉克發現,對於廣為宣傳拉瓦錫所引發的化學革命的概念起最大作用的作者是富克羅伊。富克羅伊甚至在他的《自然史創級教程》(1782)中"轉向拉瓦錫的新化學之前"就曾提到一場即將來臨的革命。他在此寫道:"只有當更進一步的實驗使我們確信所有的化學現象都可以依靠氣體的理論而無須乞靈于燃素而得到解釋時,才能有更合適的教程。"他特別指出,他的同行化學家麥克爾確信"新的發現必定在化學中引起偉大的革命"(富克羅伊,1782,1:22)。在後來的版本中,富克羅伊談到每天都賦予我們的理論以新的力量的新的發現。由於富克羅伊《自然史初級教程》(1782)以及富克羅伊在其中談論"革命"的其他著作的普及,格拉克斷言,正是富克羅伊在認可和褒揚"化學中的革命"或其他相同說法並使之規範化方面起到了最有效的作用(關於更進一步的論述清參看斯米頓1962年的著作)。特別是,有一篇對拉瓦錫的巨著的很長的評論——"由富克羅伊和J.德·奧恩署名",而實際上是富克羅伊"寫作和提交的"(格拉克1976,3)——指出,"化學在近年所經歷的革命實際上是M.拉瓦錫先生所作的一系列實驗的結果。"這個評論是"作為拉瓦錫《化學初論》第一版第二次發行時的一個附錄第一次出版的,而且還繼續發表在此後的版本中"(同上),所以,拉瓦錫在完整表述他自己的理論的同時,也宣九*九*藏*書告了革命的產生。
拉瓦錫的預言迅速得到證明。在約瑟夫·普里斯特利1796年寫的一本小冊子中我們可以找到這方面的證據。這本小冊子是在《化學術語分類法入門》出版九年之後、柯爾萬的論文的法文譯本出版八年以後問世的,"莫維奧、拉瓦錫、普萊斯、蒙日、貝托萊和富克羅伊對此作了註釋"。普里斯特利在談到"貝托萊、普萊斯、蒙日、莫維奧、富克羅伊、哈森弗雷茨先生,以及柯爾萬先生的尚存的答辯者"時,"對燃素說作了簡短的辯護"。他在開始時說,
對這場革命的認可
格拉克同時還發現,甚至"在拉瓦錫1789年發表《化學初論》從而建立起他的新化學理論之前",在愛爾蘭化學家理查德·柯爾萬論述燃素的著作的法譯本的一篇序言中就已經提到正在進行中的這場革命。被認為是拉瓦錫夫人——(根據格里莫克斯的權威之見)被普遍認為是該書的譯者——所寫的這篇序言中,解釋了為何加了一連串的腳註以在每一個步驟上都駁斥柯爾萬的燃素說觀點。拉瓦錫夫人認為,如果沒有這些註釋,那麼"這部著作可能就不足以推進正在化學中進行的那場革命。"
化學革命利用了通稱"質量守恆"或"物質守恆"的一般原則。這一原則闡明:在一個化學反應中,所有參与反應物的總的質量(或重量泌定等於所有生成物的總質量(或重量)。現在對所有科學都帶有根本性的這一原則,那時並不是化學理論的根本原則。如果這樣,那麼就可能存在一個驚論(設想燃素是一種物質,而且因此——在牛頓學說的意義上——具有質量和重量)。因為實驗證明,在由金屬灰十燃素=金屬這個等式所指定的過程中,金屬灰的重量要大於金屬的重量。一些堅持燃素說的人通過把一個"負重量"讓與燃素來解釋這個矛盾,而其他的人則試圖把質量或重量問題歸結為一個比重問題(見帕廷頓和麥凱,1938,第3部分)以尋求出路。普里斯特利則比這兩種人要高明得多。他直率地說,在自然科學中,重量(或質量)並不總是一個主要的考慮。當然,他是對的。不從質量或數量方面加以討論的有形的"物質"的三個例子是:牛頓的以太,富蘭克林的電流以及(拉瓦錫所相信的)熱流。我們在這裏可以看到,新化學的原則是如何具有革命性。我們可能注意到,拉瓦錫對上述等式的修正(金屬灰=金屬十氧氣)為物質守恆的基本原則提供了實驗的證明(因為空氣有重量)。
在擬訂其研究計劃和目標時,拉瓦錫不得不想到它們對科學的根本意義。他在1773年一本實驗室記錄中寫道:"這個學科的重要性又一次促使我從事整個這項工作。在我看來,這項工作註定九-九-藏-書要引起物理學和化學中的一場革命。"["在拉瓦錫1791年寫給夏普塔爾(Chaptal)的信中,我們看到了拉瓦錫關於化學中的一場革命的同樣的概念和想像。拉瓦錫在信中說:"所有年輕的科學家都接受了新的理論,因此我斷定,這場革命是在化學中完成的"。
化學革命在科學革命中佔據首要位置,因為它是最早被普遍認識並且被它的發起者A-L.拉瓦錫稱為革命的主要革命。拉瓦錫之前的科學家們已經認識到,他們的計劃將導致某種全新的東西,而且將直接違反公認為真實的科學信條的既定規範;然而,與其他人不同,拉瓦錫也想到作為思想中一種特別變革的科學革命的概念,而且他斷定,他本人所從事的工作,實際上將構成這樣一場革命。其他人曾著述討論科學中的革命,但這些已是在久遠的過去發生的事情,或至少是昨天的事情了,而並非目前所為。就我所知,只有羅伯特·西默爾先於拉瓦錫描述了他對作為"革命"一創造的科學的貢獻;但是西默爾所提出的雙流電學理論並沒有引起一場革命,正像拉瓦錫的化學理論並未引起一場革命一樣。此外,電學充其量不過是一門科學(物理學)的一個單獨的分支,而化學則包含整個的物質科學。因此,化學中的一場革命有可能動搖幾乎所有自然科學甚至生物科學的基礎。
普里斯特利認為,這場革命的步子是如此巨大,以致"過去二、三十年中的每一年比上一個世紀任何十年的時間對科學,尤其是化學都具有更大的重要性"。然後,他表示承認,"這種新的理論"被認為是"具有如此牢固的基礎",從而"一種新的術語分類法——人們把全部注意力集中於它——被發明和創造出來"——"人們現在幾乎普遍使用"這種分類法。結果是,"不管我們採用還是不採用該體系,我們都必須學習新的語言"。因為,假若不學習這種語言,那就不再能夠"理解某些最有價值的現代出版物"。這就證明了在拉瓦錫所說的教學和化學術語分類法的革命與化學中的革命之間有著密切的聯繫。
拉瓦錫對氧氣(或空氣的要素)在燃燒和鍛燒中的作用的分析被記錄在1772年11月1日的一篇學術短文中(這篇短文曾於1773年5月5日在皇家科學院宣讀)。他在該文中指出,"硫在燃燒時不但不會失去重量,相反會增加重量",而且,"磷也是相同的情況"。他接著說,這一"重量的增加來自在燃燒過程凝固的大量空氣「實際上,正如他後來發現的,只是空氣的一部分,即氧」"。他注意到,這個發現導致他相信:"對於由於燃燒或煅九*九*藏*書燒中而增重的所有物質來說,很可能會發生"同樣的現象(艾德1964,61;麥凱,1935,117)。1773年關於"物理學和化學中的革命"的論文(筆記)基於一系列"用新的裝置"進行的實驗,目的在於"把我們關於進入化合或從物質中釋放出的空氣的知識與其他已獲得的知識聯繫起來"以"形成一種理論"(梅爾德倫1930,9;貝特洛1890,48)。
在1790年或1791年,當一場革命在政治領域中充分發展之後,發現拉瓦錫正在思考化學中的革命是並不奇怪的。甚至在美國革命和法國革命發生之前的1773年的實驗室記錄中他對革命的比較早的涉及,也並非特別出人意料的,因為,到那個時候,政治的、文化的和思想的革命(包括科學中的革命)的概念在法國已經相當普遍了。關於拉瓦錫1773年的筆記,值得注意的是(1)他在其中預言了後來實際上發生的自然科學中的一場即將到來的深刻的革命;也就是說,他能夠預言一場科學的革命;而且(2),這個筆記的作者以及這場革命的主要發起者是同一個人。
我已經提到關於氧化物的新的化學名稱。依據新理論的更嚴密的邏輯而改變現有的名稱,是科學革命的特點。在哈維發現血液循環之後,我們已經看到了在動脈和靜脈方面這個過程的一個例證。在1787年,路易斯·貝爾納·居伊頓·德·莫維奧、克勞德·貝托萊以及安東尼·弗朗索瓦·德·富克羅伊與拉瓦錫合作創製一種新的術語表——這些術語將依據拉瓦錫的新的化學理論反映物質的實際化學成分。這四位合作者在1787年出版的《化學命名法》是一部第一手的革命文獻,是拉瓦錫活躍的思想框架的關鍵。不僅新的名稱依賴於拉瓦錫對化合物的分析,而且名稱的次序也可以提供關於氧氣飽和的相應的程度的情況。例如,含硫的鹽可以是硫酸鹽或亞硫酸鹽;而且一般說來,原子價較高的酸(以及……酸鹽)是滲透著氧氣的那些酸或酸鹽。但是,含硫而不含氧的化合物則是-ides(複數),正如在硫化鉀中那樣。與此相似,一種鉀和氧的化合物就可能是氧化鉀(而且就其他金屬元素來說也是如此)。在他的《化學初論》(1789;1792年又出版德文版,1790年出版英文版,同時還有荷蘭文版,義大利文版和西班牙文版)一書中,拉瓦錫強調哲學家孔狄亞克的影響。孔狄亞克曾說:"推理的藝術依賴於一種做得好的語言"。屬然我們對拉瓦錫的陳述可能需要有所保留(格拉克1975,112),但是他明確地說,這個最終的論述源出對語言和命名的考慮——在"我沒有能夠阻止它"的情況下,已形成為一個化學體系。
這個記錄還應當包括已出版的論及革命的另外一個重要的例子—read.99csw.com—拉瓦錫本人的論述。這個論述(就像富克羅伊提到的麥克爾的看法,柯爾萬一書法文版的序言以及比凱的觀點)在拉瓦錫把他整個的理論發表在《化學初論》之先。根據是"論關於改進和完善化學命名法的必要性"這篇論文。它是"拉瓦錫先生在1787年4月18日巴黎科學院的一次公開會議上宣讀的",並且作為《化學術語分類法入門》(巴黎,1787)一書中介紹性的章節發表。文中拉瓦錫並沒有說化學術語分類法的改革構成化學科學中的一場革命,或者這場革命正在醞釀之中。相反,拉瓦錫宣布,"新的方法"將"在講授化學的方式中引起一場必然的甚至迅速的革命。這個例子使我們回想起早在幾乎一個世紀以前,在描述數學中的革命時,豐特奈爾援引了這樣一條原則:科學中任何一場真正根本的革命都意味著教育中的一場革命。
古夫(同上)已經找到了很可能是在出版物中提到拉瓦錫化學革命的第一個人。它是在拉瓦錫剛剛開始一系列將導致關於燃燒和空氣的一種新觀點實驗之後提及的。安托萬·鮑姆寫作了一本論述化學的三卷本著作,他在1773年的出版物中提到這場革命,那時,拉瓦錫私下曾表達他的這樣一個信念:他的研究計劃將"引起物理學和化學中的一場革命"。在這個時候,拉瓦錫已經確信,燃燒引起與空氣(或一部分空氣)的化合,應當放棄燃素說,但是他尚未出版關於這個主題的任何東西。鮑姆在他的論文的一個附錄中,在討論新的發現,尤其是"凝固的空氣"(二氧化碳)及其特性時,提到了化學中的一場革命。鮑姆說,一些自然科學家認為;凝固的空氣帶有必定使燃素遭到拋棄的"特性",並且取而代之。他繼續說(古夫1983):"在這同一些自然科學家看來",凝固的空氣"將引起化學中一場徹底的革命[總體的革命」",而且,甚至"改變我們知識的秩序"。因為鮑姆與拉瓦錫的關係並不是特別密切,所以,我們對他是如何聽到拉瓦錫的革命思想的這一點並不清楚;我們只能設想,鮑姆試圖用"物理學家"這個短語概指拉瓦錫及其追隨者——那麼,就其他人而言,誰在進行這樣一場革命呢?
最後,我們也許注意到,拉瓦錫的實驗室記錄的發表(由M.貝特洛1899年發表在一本題為《化學革命:拉瓦錫》的書中)在歷史的記錄中通俗地並且永久地固定住了化學革命這個名稱。早在一個半世紀之前(正如莫里斯·克羅斯蘭在1963年所說的),G.-F.維奈爾顯然最先提到化學中的一場革命,並且預言了這樣一場"革命"《百科全書》,1754年版,"化學"這個詞條]。