(09)科技之谜-第13部分

按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！


金属的冶金技术和用高温熔炼玻璃的技术很发达。由此而产生了一系列的疑
问：“火是什么？”“物体燃烧是怎么回事？”“金属在空气中受高热为什
么会生锈？”“矿石中掺入木炭加热为什么可以得到闪光的金属？”那种自
亚里士多德以来认为所有物质都是由火、空气、水、土四元素构成的想法，
已经不能充分回答这些疑问了。
　　　　　1669年，德国化学家约钦姆·贝歇尔（1635～1682年）提出了取代四元
素论的新的物质理论。哈雷大学教授、普鲁士国王的御医奥尔格·恩斯特·斯
塔尔　（1660～1734年）进一步丰富了这个理论，创造了燃素说的理论体系。
　　　　　燃素说认为，炭、硫、油、磷等可以燃烧的物质都含有一种叫作燃素的
元素。这些物质燃烧时，放出燃素，表现为光和热（这就是火），余下的就
是灰。在空气中烧金属，金属生锈而变成金属灰，同样是因为金属中的燃素
逸出的结果。因此，容易燃烧的东西中充满燃素。可以说，炭几乎完全是由
燃素构成的。矿石是金属灰渣，如果把它同木炭放在一起加高温，炭燃素就
同金属渣化合，还原成原来的金属。
　　　　　为了便于理解，可以把上述情况归结为下述公式：
　　　　　燃烧的物质=灰渣＋燃素
　　　　　金属=金属灰渣＋燃素
　　　　　燃烧：燃烧物质…燃素=灰渣
　　　　　金属的灰化：金属…燃素=金属灰渣
　　　　　金属的还原：金属灰渣＋燃素=金属
　　　　　这样，燃素说就使用燃素这样一个元素系统地说明了从燃烧到金属氧
化、还原，以至动物呼吸的问题。斯塔尔的继承者们进而发展了这个理论，
形成了一个包括所有的化学亲和力、酸和碱、色和味等这些物质的化学和物
理性质的庞大的理论体系。
　　　　　但是，燃素说也有弱点。很早以前有人就了解到，金属在变成金属灰渣
时，重量会增加，但燃素说不能很好地解释这一点，斯塔尔辩解说：“由于
空气进入物质放出燃素后出现的空隙，因而变重了。”而多数继承者解释说，
　“燃素具有一种负的重量。”
　　　　　在我们看来，燃素说使人感到奇怪，但在18世纪末以前，人们普遍相信，
主要的化学家大都坚持这一立场。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　燃素说是怎样被击败的
　　　　　由于法国化学家安东尼·洛朗·拉瓦锡（1743～1794年）的天才和不懈
的努力，终于击败了有巨大影响的燃素说。
　　　　　拉瓦锡从1772年开始研究燃烧问题。他把硫、磷、锌和锡放在密封的容
器中反复进行燃烧实验，他逐渐相信，物质燃烧时，一部分空气被吸收并固
定到燃烧的物质上。但是，这部分空气是什么？尚不清楚。
　　　　　1775年，英国的化学家约瑟夫·普利斯特列（1733～1804年）来到巴黎，
将自己发现的新气体的情况告诉了拉瓦锡。1774年，普利斯特列把汞燃烧得
到的红色粉末　（现在叫氧化汞）放入玻璃容器，从外部用大的凸透镜集聚太
阳光加热，得到了与普通空气不同的气体。蜡烛在这种气体中燃烧比在空气
中燃烧得更旺。普利斯特列认为，这种气体根本不含燃素，而蜡烛大量地释
放出燃素，所以烧得更旺。他把这种气体叫做“无燃素空气”。
　　　　　拉瓦锡自己立即反复进行这个实验，于是他认识到这种“无燃素空气”
正是自己寻找的空气的一部分　（现在叫氧气）。这样，他才得以弄清燃烧的
本质。
　　　　　拉瓦锡认为，空气是由这种氧气和不助燃的氮（燃素说中，把它叫做“充
满燃素的空气”，因为在这种气体中燃素不能再逸出，所以不能燃烧）组成
的，物质燃烧，金属变成金属灰渣，是因为它们同氧气化合的结果。
　　　　灰渣和金属灰渣是氧气同物质或金属化合生成的，金属灰渣同木炭混合
在一起加热还原成原来的金属，是因为金属灰渣中的氧气为木炭吸收的结
果。
　　　　在前面列举的公式中，如果把减燃素改成加氧，把加燃素改成减氧，我
们就会明白，拉瓦锡恰好说明了这种情况。如果用加上具有重量的氧气取代
减去具有重量的燃素，这种奇妙的煞费苦心的说明就不能成立了。
　　　　　1776年，拉瓦锡为了证实自己的想法而进行了有名的实验。他在玻璃容
器中放入汞，在加热12天之后，一部分汞变成了红色粉末，容器内空气的体
积只减少了约五分之一。证明剩下的空气是氮。其后，把红色粉末收集在一
起再加热，这时便得到了与减少部分的体积相同的气体，并且证明了这些气
体是氧气。把两种气体混合起来就变成了空气。因此，燃素说的错误是显而
易见的。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　热是不是物质
　　　　　17世纪有影响的物理学家伽利略、波义耳、胡克、惠更斯等人都认为，
热是组成物质的微粒子　（原子和分子）的运动。因此，它能够说明冷的时候
搓手生热，手变得暖和的现象。
　　　　但是，到18世纪，认为热是物质的想法占了上风。奇怪的是，支持这种
想法的人是原子论者。其中有古代的德谟克利特、伊壁鸠鲁和近代法国的伽
桑狄、比埃尔（1526～1655年）。燃素说也支持这种想法，否定了燃素说的
拉瓦锡也是这样认为的。他给热这种物质取名为热素。
　　　　　首先对热进行定量研究的是英国的约瑟夫·布莱克（1728～1799年）。
他的研究是从1760年前后开始的，但发表却是在他死后的　1803年。
　　　　布莱克找到了用一定量的物质产生的温度变化的刻度数来测定热量的新
方法，这一发明取得了非常巨大的成果。
　　　　他把热和温度朋确地区别开来，他证明了以下事实：加同样的热，也会
因物质种类的不同，温度的上升也不一样（即存在比热）；在冰融化或水蒸
发这种变化时，温度没有变化，但却消耗了相当数量的热　（存在潜热）。这
些研究成了热学的基础，从反面支持和补充了热是物质的想法，即热素说。
　　　　　直接攻击热素说的是美国出生的科学家本杰明·汤姆生　（1753～1814
年）。他在经历了一段不平静的生活后，当上了德国巴伐利亚的侯爵，1790
年成为伯爵，自称伦福德氏。
　　　　他在慕尼黑监造炮筒时，吃惊地发现，在钻头和炮身摩擦时产生出极大
的热。他断定“孤立的物体或一个完整的物体能够无限持续地提供的，不可
能是物质的实体。”因此，他得出结论说：“热是运动的一种形式”（1789
年）。
　　　　但是，伦福德氏的这个看法受到了热素说信奉者的激烈攻击。虽然享弗
利·戴维和托马斯·扬支持伦福德氏的论点，但不少物理学家和化学家并不
理睬他的见解。
　　　　　直到将近19世纪中期才彻底驳倒热素说，那时由于迈耶·焦尔和赫尔姆
霍茨等人的努力，确立了能量守恒定律。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　只用水能培养植物吗
　　　　　比利时的约翰·范·赫尔蒙脱（1577～1644年）是医生、炼金士，同时
也是神秘思想家。他热心寻找哲人之石，他宣称他已经找到并实际使用了。
他还相信自然发生说，提出了用小麦孵化老鼠的方法。
　　　　　他对炼金术的基础的想法是相当陈腐的。当时，帕拉塞尔苏斯的一切固
体都是由硫磺、水银和盐构成的学说，得到人们的广泛相信。但范·赫尔蒙
脱却不信这一点，他甚至还死抱着最占老的希腊自然科学家泰勒斯　（公元前
6世纪）的一切物质都是由水产生的想法不放。
　　　　　但是，那时新科学即将出现，充满了一切都要经过精密的测量，用数据
表示的气氛。范·赫尔蒙脱也想通过实验用数据证明自己的主张。因此，作
为个体例子，他打算表明植物的质体完全是由水生成的。
　　　　　他把经过准确计量的土放进一个盆里，然后在土里栽了一棵柳树苗，只
浇水，培养了5年。在这5年里，柳树长高了，分量增加了164磅，但土只
减了两盎司。他根据这一结果，得出结论说，植物的质体确实是以水为原料
生成的。
　　　　　这个结论当然是错误的。植物从空气中吸取二氧化碳，以二氧化碳和水
为原料，借助于光合作用，生成自己的质体。范·赫尔蒙脱根本没有注意到
二氧化碳的这种作用。
　　　　　但是，即使说结论是错的，这个实验的意义也是很大的。这是因为，在
生物学的问题上采用定量方法，是从他开始的。他至少证明，植物并不是主
要从土里取得营养。
　　　　　但是，范·赫尔蒙脱忽视二氧化碳的作用这一点，是奇怪的，因为正是
他第一个承认存在着几种与空气很相象但又不是空气的物质，即气体。他还
是第一个研究这些气体性质的人。
　　　　　他认为，气体完全处于混沌状态，他用比利时式的发音“gas”（气体）
来表示混沌。150年后，拉瓦锡正式使用这个词，从那以后，“gas”这个词
被广泛使用。而且，他着重研究了木头燃烧时产生的气体，这种气体正是成
为柳树营养的二氧化碳。他完全没有注意到，其中包含着正确的答案。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　尼安德特人的人骨
　　　　　1856年8月的一天，在德国杜塞尔多夫郊外的尼安德特村附近的一个石
灰岩采石场挖出了一种奇怪的骨头。同时还发现了像似石英制的石器的东
西。从手骨和脚骨看，无疑是人骨。但问题是头骨，无论从大小看，还是从
形状看，都可以说是介于现代人和猿人之间的的原始人。
　　　　　这到底是什么骨头呢？
　　　　　一开始请附近高等学校的博物学教师约翰·富尔洛特鉴定，他认为是已
经灭亡的古人类的骨头。由于他对人体解剖学没有多少研究，因此，又把这
种骨骼拿给波恩大学解剖学教授H·沙夫豪森（1816～1893年）。沙夫豪森
于1858年提出了报告，表示赞成富尔洛特的意见，说这种骨骼是曾经居住在
西北欧洲的野蛮人种的骨骼。
　　　　但是，他们是少数派、巴黎一个叫布尔内贝的人说，是民族移动时死去
的古代凯尔特人的骨骼。戈丁根大学教授安德烈亚斯·瓦格纳主张是荷兰船
员的骨骼。波恩大学教授A·迈耶主张是1814年为追击拿破仑军队而打到这
个地方来的俄国哥萨克士兵的遗骨。
　　　　但是，到了1863年，进化论者T·H·赫胥黎（1825～1895年）认为，
这是近似于猿的原始人类的骨骼。第二年，英国的W·第一次把这种骨骼称
作“尼安德特人”。
　　　　但是，到1872年，被称为现代病理学的创始人、当时在德国科学界享有
绝对权威的卢多夫·费尔冯（1821～1902年）提出了另一种见解。由于他的
影响大，所以，他的说法把这种人骨的鉴别决定性地引人歧途达30年。
　　　　据他说，这种人骨呈现出不同的形状，并非因为它属于原始人种或特别
的种族。这是普通人的骨骼，大腿骨严重弯曲，是幼年时患过严重的佝偻病
的证据，头骨的伤痕是外伤，头骨变形只不过是因为长寿而萎缩了。
　　　　　费尔冯的这种意见掌握住了大多数人，除极少数人外，学术界失去了对
尼安德特人人骨的关心。争论停止了，骨骼被送进了博物馆的仓库。
　　　　但是，此后，欧洲各地陆续发现与尼安德特人相同的人