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第26章 无形学院研究无形物 科坛新人脚下有新路——波义耳定律化学科学的确立

科学探索有时像大海的潮涌,一俟勃发,就能创造出奇迹。后人评价笛卡儿,说这位法国科学家的坐标系是从梦中得来的,时间是1620年11月10日,地点是法国乌尔姆镇。其实这笛卡儿才高智广,何止在数学领域,他对于物理、天文、生理、医学、化学也都无所不通。他认为“世界是一本大书”,为读这本大书他终生不肯闲下来而游历各国,与当时欧洲的一些名士学者切磋学术。这天他又游历到英国的斯泰尔桥。不过这次他倒不是来讨论什么学问,而是拜访他的老朋友莱尼拉芙夫人的。却说他叩门入内,落座接茶。莱尼拉芙夫人见是老友光临,早跑前跑后,又是取水果茶点,又是吩咐仆人备饭。笛卡儿仰坐在椅子里仔细打量起朋友的住所来。这是一座漂亮的私人庄园。窗外红楼绿树,白木栅栏,室内墙上留着精细的浮雕;有鼓着双翅的小天使,有娴静美丽的淑女。这时外面咩咩地一阵羊叫,几声鞭响,他探头一望,只见如血的夕阳从群羊的背上抹过,一团白云红雾飘过绿草清水,好一幅牧归图。他这个四海为家终生飘零的人不由得顿生归根之念,他下意识地摸摸自己斑白的鬓角,真是学海无边,何日是岸啊。自己要能有这样一座庄园,让他这只孤舟也能傍岸暂歇一时多好。这时莱尼拉芙夫人也已忙完,笑盈盈地坐在他对面,说:“怎么,看上我这个世外庄园了?”

“是啊。这里太清静了。”

笛卡儿话音未落,忽听楼上脚步杂沓,人声鼎沸,像是开会,又像是吵架。

他刚才隐隐升起的闲适之感顿消云外,忙问:“上面在干什么?”

莱尼拉芙夫人无可奈何地一笑,说道:“世外庄园也不清静啊,一群毛头小子,整日议论什么世界,什么物质,一个个都想当你这么大的科学家呢。”

不想这么一说,笛卡儿倒忽然来了精神,旅途的疲劳一扫而光,说:“快领我上去看看。”莱尼拉芙夫人笑道:“你呀,天生是个跳不出苦海的人。”

他们上到二楼,一推门,只见七八个年轻人,有的坐在桌子上,有的卧在沙发里,还有的依在窗前,正指手画脚,脖粗脸涨地辩论。桌上书本倒扣,纸张乱叠。他们见有陌生人进来才赶快打住话头。莱尼拉芙夫人指着当中站着的一个二十来岁的小伙子说:“你还没见过,这就是我的小弟弟波义耳(1627—1691),这些都是他们组织里的人。”又回过头说:“你们也认识一下,这就是我的老朋友,你们常议论的大人物笛卡儿。”小伙子们不禁大吃一惊,喜得如遇着上帝下凡一般,一起围了上来。笛卡儿说:“你们在议论什么?”

“还不是亚里士多德老头儿早就讲的那个老问题,世界到底是什么。是水,是火?还是土,是气?”他们乱哄哄地一齐回答。又有人补充道:“最近还流行什么‘三原质’说,说是一切物质遇火都要分解成三种元素:硫磺、水银、盐。说木头点着火后,火苗是硫磺,冒的烟是水银气,留下的灰是盐。”

“这都是些胡说。”一扯到这个话题,波义耳又恢复了刚才咄咄逼人的架势,忘记了面前新来的这位贵客,“物质遇火不一定都是分解,有时反倒是合成。如灰和沙子经火一烧倒成了玻璃。再说,就是那‘三原质’也不是不可再分的东西。

如他们说的盐里就有碱和酸。从亚里士多德以来,人们总是在这些无形的东西上辩论来辩论去,其实真正解决问题的方法还是要实验,要一样一样地去试,这些无形的东西就可以看得见摸得着了。它们至少有三样特点:形状、大小和运动。”

笛卡儿在一旁听着,觉得这些年轻人确实有胆有识,一切经过实验,这不是培根提倡的方法吗?他们敢于反对旧的经院式研究去闯自己的新路,便又问:“刚才听说你们还有个组织,叫什么名字?”

“无形学院。”

“什么意思?”

“我们自愿结合到一起讨论问题,无拘无束,无形无体,不就是无形学院吗?”

笛卡儿闻听哈哈大笑:“好,好,有意思,你们比牛津的那些学院并不差分毫啊,真是后生可畏。”

再说这波义耳也真是说到做到。他父亲是一位保皇分子,前不久在与克伦威尔革命军作战中刚刚阵亡,留下了这笔家产。他就用这些钱在领地里修起冶炼大铁炉,买来瓶瓶罐罐,雇了工人、秘书。波义耳是个百科全书式的学者,物理、化学、生物、医学、哲学、神学无所不爱,无所不去研究。这些实验大都是由他精心设计,由别人去做,他分析记录,研究规律,然后口授论文。这天他正在实验室里巡视,助手威廉报告刚从国外买来两瓶盐酸。波义耳说:“拿来让我看看。”

这时老花匠刚采了一大篮子紫罗兰,扎成一束束正向各房间里分插。波义耳闻着沁人心脾的芳香,看着那紫里透蓝的花瓣,不觉随手从篮子里抽了一束,拿在手里一边玩,一边看威廉往一个烧瓶里倒盐酸。那淡黄色的液体一流出瓶口,便冒着滚滚的浓烟,缓缓地在瓶子周围滚动。波义耳和助手都感到一阵刺鼻地难受,他忙用花束下意识地扑打了几下,又把花举到鼻下。等看过新买的盐酸,他举着花束又欢快地回到书房,这时花上还在冒着轻烟。多娇好的花朵,不幸竟也沾上了盐酸的飞沫。他赶忙将花浸到一个有水的玻璃盆里,然后在地上一趟一趟地踱着步子,开始给秘书口授文章。不知这样走了几趟,他偶一抬头,突然发现玻璃盆里的花变成红色的了,他以为是玻璃与阳光的作用,忙上去一把抽出来。刚才这花明明还是蓝盈盈的一瓣一瓣,怎么转眼就成了红艳艳的一朵一朵?秘书听他不说话,一抬头见波义耳正在那里对着一束水淋淋的鲜花发愣,他正要问话,波义耳却大喊道:“快到花园里去再采一大把紫罗兰,还有药草、苔藓、五倍子,各种花草树皮都采一点儿来。”

原来聪明的波义耳立即悟到是盐酸使紫罗兰变成红色。那么对其他花草会怎样呢?他将各种花草制成浸液,然后用酸碱一一去试,果然有的遇碱变色,有的遇酸变色,而更有趣的是用石蕊苔藓制成的一种紫色浸液却是遇酸变红,遇碱变蓝,一身而兼二性,实在妙极了。他用这浸液将纸泡湿,然后再烘干,以后遇到新的液体不知是酸是碱,只要剪上一条这种试纸,投入液中,或红或蓝,酸碱立判分晓。

正是:

有色有味紫罗兰,任人品嗅任人看。

一朝落入知己手,却为化学来指南。

我们现在中学生在课堂上用的指示剂,原来就是这样发明的。

各位读者,波义耳发现酸碱测试法这件事好像纯属偶然,但仔细一想,偶然中有必然。就是哲学上说的必然性寓于偶然之中。科学发现的必然有两个含义,一是事物本身存在着必然的规律,不管你知道不知道,它都存在,都在起作用,它今天不在这里露头,明天必然会在那里露头,总有一天要让人在一次偶然的机会中发现它。像一头小鹿,尽管它躲躲藏藏,但是只要它在林子里生活,就总会被猎人发现。二是研究者自身,他有既定的目标,又划定了一定的范围,锲而不舍,总能达到目的。就像一个猎人,今天没有猎获,明天没有猎获,后天总会有猎物撞在他的枪口上。“必然”就这样在偶然中实现。这里要紧的一条是,你必须去干,首先做到主观的必然,才能发现客观的必然。近水楼台先得月,你总得走近事物才可能发现事物。许多科学家都是守着一个题目,十年、三十年,甚至一生,才得以抓住那一点点“偶然”。但只因这偶然一得,便扯出了一条线,一条贯穿全过程的必然的规律之线。

却说这波义耳发明了指示剂后就更认真地要分出各种物质的特性。他早已不相信那关于水、土、气、火是最简单的物质的说法,而认为世界是由一些最小的微粒组成,但是微粒是怎样结合在一起,他又要亲自来试一试。这天波义耳又和自己的新助手罗伯特·胡克将一些不同的反应物放在一个U形管里,管的一头密封,再从另一头加压。波义耳说:“我想压力提高,这些微粒的结合就会更快。

请将压力平衡管提高,增大压力一倍。”胡克将压力慢慢升高一倍,波义耳去看U形管的刻度,他惊奇地发现:气体体积缩小了一半。他喊道:“再加大一倍。”

体积又缩小了一半。这回他亲自操作,压力慢慢减少,当小到等于最初压力时,气体的体积也正好恢复到原来的大小。他立即挥笔在本子上记下一句话:

气体的体积和它的压力成反比。

这就是1662年发现的,著名的波义耳定律。

现在波义耳手中已掌握了大量的实验材料,于是他集中精力开始写一本新书《怀疑的化学家》。他在这本书里力排众议,把过去认为化学就是炼金术,就是制药之道,元素是四种或三种的说法批驳得体无完肤。他另指新路,认为化学应当说明化学过程和物质的结构,元素就是再不能分解的物质。

近代化学出现了。恩格斯说,是“波义耳把化学确立为科学”。

波义耳就是这样从亲自做实验入手,积累了资料,又上升到理论著书立说。

现在他暂时离开了烧瓶、熔炉,而每天与墨水纸张做伴。这天波义耳正专心致志地写书,胡克突然慌慌忙忙地推门进来,高喊着:“好消息,好消息。波义耳先生,伦敦来信了!”

究竟伦敦来信带来什么消息,且听下回分解。

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