中外化學(xué)學(xué)家小傳：波義耳

中外化學(xué)學(xué)家小傳：波義耳波義耳生活在英國資產(chǎn)階級(jí)革命時(shí)期，也是近代科學(xué)開始出現(xiàn)的時(shí)代，這是一個(gè)巨人輩出的時(shí)代。波義耳在1627年1月25日生于愛爾蘭的利茲莫城。就在他誕生的前一年，提出“知識(shí)就是力量”著名論斷的近代科學(xué)思想家弗蘭西斯?培根剛?cè)ナ?。偉大的物理學(xué)家牛頓比波義耳小16歲。近代科學(xué)偉人，意大利的伽利略、德國的刻卜勒、法國的笛卡爾都生活在這一時(shí)期。波義耳出生在一個(gè)貴族家庭，家境優(yōu)裕為他的學(xué)習(xí)和日后的科學(xué)研究提供了較好的物質(zhì)條件。童年時(shí)，他并不顯得特別聰明，他很安靜，說話還有點(diǎn)口吃。沒有哪樣游戲能使他入迷，但是比起他的兄長們，他卻是最好學(xué)的，酷愛讀書，常常書不離手。8歲時(shí)，父親將他送到倫敦郊區(qū)的伊頓公學(xué)，在這所專為貴族子弟辦的寄宿學(xué)校里，他學(xué)習(xí)了3年。隨后他和哥哥法蘭克一起在家庭教師陪同下來到當(dāng)時(shí)歐洲的教育中心之一的日內(nèi)瓦過了2年。在這里他學(xué)習(xí)了法語、實(shí)用數(shù)學(xué)和藝術(shù)等課程，更重要的是，瑞士是宗教改革運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)的新教的根據(jù)地，反映資產(chǎn)階級(jí)思想的新教教義熏陶了他。此后波義耳在實(shí)際行動(dòng)中雖然未參與任何一派，但是他在思想上一直是傾向于革命的。1641年，波義耳兄弟又在家庭教師陪同下，游歷歐洲，年底到達(dá)意大利。旅途中即使騎在馬背上，波義耳仍然是手不釋卷。就在意大利，他閱讀了伽利略的名著《關(guān)于兩大世界體系的對(duì)話》。這本書給他留下了深刻的印象，20年后他的名著《懷疑派化學(xué)家》就是模仿這本書的格式寫的。他對(duì)伽利略本人更是推崇備至。波義耳的哥哥們和他們的父親一樣，在英國的資產(chǎn)階級(jí)革命中都是?；逝伞?644年，他父親在一次戰(zhàn)役中死去。家庭情況的突變，經(jīng)濟(jì)來源的中斷，使波義耳回到戰(zhàn)亂的英國。回國后他隨著同情革命的姐姐萊涅拉夫人一起遷居到倫敦。在倫敦他緒識(shí)了科學(xué)教育家哈特利泊，哈特利泊鼓勵(lì)他學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)。波義耳在家里是14個(gè)兄弟姊妹中最小的一個(gè)：在他三歲時(shí)，母親不幸去世。也許是缺乏母親照料的緣故，他從小體弱多病。有一次患病時(shí)，由于醫(yī)生開錯(cuò)了藥而差點(diǎn)喪生，幸虧他的胃不吸收將藥吐了出來，才未致命。經(jīng)過這次遭遇，他怕醫(yī)生甚于怕病，有了病也不愿找醫(yī)生。并且開始自修醫(yī)學(xué)，到處尋找藥方、偏方為自己治病。哈特利伯的鼓勵(lì)使他下決心研究醫(yī)學(xué)。當(dāng)時(shí)的醫(yī)生都是自己配制藥物，所以研究醫(yī)學(xué)也必須研制藥物和做實(shí)驗(yàn)，這就便波義耳對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)生了濃厚的興趣。在研究醫(yī)學(xué)的過程中，他翻閱了醫(yī)藥化學(xué)家的許多著作，他很崇拜比他大50歲的比利時(shí)醫(yī)藥化學(xué)家海爾蒙特。海爾蒙特不論白天黑夜，完全投入化學(xué)實(shí)驗(yàn)，自稱為“火術(shù)的哲學(xué)家”。這就成為波義耳學(xué)習(xí)的榜樣。波義耳為自己創(chuàng)造了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，整日渾身沾滿了煤灰和煙，完全沉浸于實(shí)驗(yàn)之中。波義耳就是這樣開始了自己獻(xiàn)身于科學(xué)的生活，直到1691年底逝世。一批對(duì)科學(xué)感興趣的人，其中包括教授、醫(yī)生、神學(xué)家等，從1644年起定期地在某一處聚會(huì)，討論一些自然科學(xué)問題。他們自稱它為無形學(xué)院。1648年因?yàn)閭惗貞?zhàn)局不穩(wěn)，更因?yàn)橘Y產(chǎn)階級(jí)革命派的軍隊(duì)攻占了牛津，革命派首領(lǐng)克倫威爾任命無形學(xué)院的成員維爾金斯擔(dān)任牛津瓦當(dāng)學(xué)院的院長，無形學(xué)院的部分成員也紛紛遷往牛津，活動(dòng)的中心從倫敦轉(zhuǎn)移到牛津。1660年，因政局趨于穩(wěn)定，活動(dòng)中心又轉(zhuǎn)回到倫敦。隨著無形學(xué)院的隊(duì)伍擴(kuò)大，在1660年的一次集會(huì)上，宣布正式成立一個(gè)促進(jìn)物理——數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的學(xué)院。不久經(jīng)國王批準(zhǔn)，這學(xué)院變成以促進(jìn)自然科學(xué)知識(shí)為宗旨的皇家學(xué)會(huì)。皇家學(xué)會(huì)根據(jù)培根的思想，十分強(qiáng)調(diào)科學(xué)在工藝和技術(shù)上的應(yīng)用，建立起新的自然哲學(xué)，成為著名的學(xué)術(shù)團(tuán)體。波義耳1646年在倫敦就參加了無形學(xué)院的活動(dòng)。后來由于厭倦首都上層社會(huì)生活中的空虛，更重要的是想集中精力做一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)，于是遷往他父親一所偏遠(yuǎn)的莊園，在那里讀書、進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，一住就是8年。莊園的生活雖然安靜，但是對(duì)于波義耳的科學(xué)活動(dòng)畢竟有很多不便之處，特別是他很想念那些無形學(xué)院的朋友們。1654年，他遷往牛津，寄宿在牛津大學(xué)附近一個(gè)藥劑師家里。以后他又建立了自己設(shè)備齊全的實(shí)驗(yàn)室，并為自己聘用了一些助手，有些助手還是些很有才華的學(xué)者。例如羅伯特?虎克后來也戌為一個(gè)著名的科學(xué)家，他發(fā)現(xiàn)了形變同應(yīng)力成正比的固體彈性定律，制成了顯微鏡，觀察到植物細(xì)胞。這些助手在波義耳領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn)，并幫助波義耳收集整理科學(xué)資料和來往信件。這樣就在波義耳的周圍形成了一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)小組，波義耳的實(shí)驗(yàn)室也一度成為無形學(xué)院的集會(huì)活動(dòng)場(chǎng)所。波義耳的一系列科研成果都是在這里取得的，那本劃時(shí)代的名著《懷疑派化學(xué)家》也是在這里完成的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在1660—1666年的6年里，他寫了10本書，在《皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》上發(fā)表了20篇論文。在牛津，波義耳一直是無形學(xué)院的核心人物，正式成立一個(gè)促進(jìn)實(shí)驗(yàn)科學(xué)的學(xué)術(shù)團(tuán)體也是波義耳的主張。不過當(dāng)皇家學(xué)會(huì)在倫敦成立時(shí)，波義耳身在牛津，所以沒有成為該學(xué)會(huì)的第一批正式會(huì)員，但是大家都公認(rèn)波義耳是皇家學(xué)會(huì)的發(fā)起人之一，固而被任命為首屬干事之一。1668年，波義耳得知他姐夫去世的消息后，決定從牛津遷往倫敦，和他親愛的姐姐萊涅拉夫人住在一起。到倫敦后，他又在他姐姐家的后院建造了一所實(shí)驗(yàn)室，繼續(xù)進(jìn)行他的研究工作。對(duì)于社交活動(dòng)，他看得很淡漠，甚至有點(diǎn)厭惡。但是他卻把自己的科學(xué)活動(dòng)與皇家學(xué)會(huì)密切地聯(lián)系起來，因而在皇家學(xué)會(huì)贏得很高的聲譽(yù)，是科學(xué)界公認(rèn)的領(lǐng)袖。1670年他園勞累而中鳳，經(jīng)過很長時(shí)間的治療才痊愈。因此1680年波義耳被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)長時(shí)，他因?yàn)轶w弱多病又討厭宣誓儀式而拒絕就任。波義耳在科學(xué)研究上的興趣是多方面的。他曾研究過氣體物理學(xué)、氣象、熱學(xué)、光學(xué)、電和磁、無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、化學(xué)、工藝、物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論以及哲學(xué)、神學(xué)。其中成就突出的主要是化學(xué)。和當(dāng)時(shí)的許多科學(xué)家一樣，波義耳首先研究的對(duì)象是空氣。通過對(duì)空氣物理性質(zhì)的研究，特別是真空實(shí)驗(yàn)，他認(rèn)識(shí)到真空所產(chǎn)生的吸力乃是空氣的壓力。他做了一系列實(shí)驗(yàn)來考察空氣的壓力和體積的關(guān)系，并推導(dǎo)出空氣的壓力和它所占體積之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。在他的著作《關(guān)于空氣彈性及其物理力學(xué)的新實(shí)驗(yàn)》中，他明確地提出：“空氣的彈性和它的體積成反比”。法國物理學(xué)家馬略特在此后15年也根據(jù)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立地提出這一發(fā)現(xiàn)。所以后人把關(guān)于氣體體積隨壓強(qiáng)而改變的這一規(guī)律稱作波義耳一馬略特定律。這一定律用當(dāng)今較精確的科學(xué)語言應(yīng)表達(dá)為；一定質(zhì)量的氣體在溫度不變時(shí)，它的壓強(qiáng)和體積成反比。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，波義耳讀了不少前人的有關(guān)著作，也了解到當(dāng)時(shí)的一些科研成果。這不僅開闊了他的眼界，豐富了他的思想，同時(shí)也為他整個(gè)實(shí)驗(yàn)的安排提供了指導(dǎo)。當(dāng)時(shí)德國有位工業(yè)化學(xué)家格勞伯，大半生從事化學(xué)實(shí)驗(yàn)，對(duì)金屬冶煉、酸堿鹽的制取有較多的研究，對(duì)于振興德國的工業(yè)做出了重大貢獻(xiàn)，格勞伯的事跡以及他的關(guān)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的著作《新的哲學(xué)熔爐》給了波義耳一個(gè)重要的啟示，使他認(rèn)識(shí)到化學(xué)在工業(yè)生產(chǎn)中所具有的廣泛意義，化學(xué)不應(yīng)只限于制造醫(yī)藥，而是對(duì)于整個(gè)工業(yè)和科學(xué)都有著重要作用的科學(xué)。為此，他認(rèn)為有必要重新來認(rèn)識(shí)化學(xué)，首先要討論的是什么是化學(xué)。波義耳根據(jù)自己的實(shí)踐和對(duì)眾多資料的研究，主張化學(xué)研究的目的在于認(rèn)識(shí)物體的本性，因而需要進(jìn)行專門的實(shí)驗(yàn)）收集觀察到的事實(shí)。這樣就必須使化學(xué)擺脫從屬于煉金術(shù)或醫(yī)藥學(xué)的地位，發(fā)展成為一門專為探索自然界本質(zhì)的獨(dú)立科學(xué)。這就是波義耳在《懷疑派化學(xué)家》中所闡述的第一個(gè)觀點(diǎn)。為了引起人們的重視，他在書中進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)指出：“化學(xué)到目前為止，還是認(rèn)為只在制造醫(yī)藥和工業(yè)品方面具有價(jià)值。但是，我們所學(xué)的化學(xué)，絕不是醫(yī)學(xué)或藥學(xué)的婢女，也不應(yīng)甘當(dāng)工藝和冶金的奴仆，化學(xué)本身作為自然科學(xué)中的一個(gè)獨(dú)立部分，是探索宇宙奧秘的一個(gè)方面?；瘜W(xué)，必須是為真理而追求真理的化學(xué)”為了確定科學(xué)的化學(xué)，波義耳考慮到首先要解決化學(xué)中一個(gè)最基本的概念：元素。最早提出元素這一概念的是古希臘一位著名的唯心主義哲學(xué)家柏拉圖，他用元素來表示當(dāng)時(shí)認(rèn)為是萬物之源的四種基本要素：火、水、氣、土，柏拉圖的學(xué)生亞里士多德則進(jìn)一步明確提出構(gòu)成萬物的四元素說。這一學(xué)說曾在兩千年里被許多人視為真理。后來醫(yī)藥化學(xué)家們提出的硫、汞、鹽的三要素理論也風(fēng)靡一時(shí)。波義耳通過一系列實(shí)驗(yàn)，對(duì)這些傳統(tǒng)的元素觀產(chǎn)生了懷疑。他指出：這些傳統(tǒng)的元素，實(shí)際未必就是真正的元素。固為許多物質(zhì)，比如黃金就不含這些“元素”，也不能從黃金中分解出硫、汞、鹽等任何一種元素。恰恰相反，這些元素中的鹽卻可被分解。那么，什么是元素？波義耳認(rèn)為：只有那些不能用化學(xué)方法再分解的簡(jiǎn)單物質(zhì)才是元素。例如黃金，雖然可以同其它金屬一起制成合金，或溶解于王水之中而隱蔽起來，但是仍可設(shè)法恢復(fù)其原形，重新得到黃金。水銀也是如此。至于自然界元素的數(shù)目，波義耳認(rèn)為：作為萬物之源的元素，將不會(huì)是亞里士多德的“四種”也不會(huì)是醫(yī)藥化學(xué)家所說的三種，而一定會(huì)有許多種?，F(xiàn)在看來，波義耳的元素概念實(shí)質(zhì)上與單質(zhì)的概念差不多，元素的定義應(yīng)是具有相同核電荷數(shù)的同一類原子的總稱?，F(xiàn)在這種科學(xué)認(rèn)識(shí)是波義耳之后，又經(jīng)300多年的發(fā)展，直到20世紀(jì)初才清楚的。波義耳當(dāng)時(shí)能批判四元素說和三要素說而提出科學(xué)的元素概念已很不簡(jiǎn)單，是認(rèn)識(shí)上一個(gè)了不起的突破，使化學(xué)第一次明確了自己的研究對(duì)象。在《懷疑派化學(xué)家》一書中，在明確地闡述上述兩個(gè)觀點(diǎn)的同時(shí)，波義耳還強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)方法和對(duì)自然界的觀察是科學(xué)思維的基礎(chǔ)，提出了化學(xué)發(fā)展的科學(xué)途徑。波義耳深刻地領(lǐng)會(huì)了培根重視科學(xué)實(shí)驗(yàn)的思想，他反復(fù)強(qiáng)調(diào)：“化學(xué)，為了完成其光榮而又莊嚴(yán)的使命，必須拋棄古代傳統(tǒng)的思辨方法，而象物理學(xué)那樣，立足于嚴(yán)密的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上。”波義耳正是這樣身體力行的。波義耳把這些新觀點(diǎn)新思想帶進(jìn)化學(xué)，解決了當(dāng)時(shí)化學(xué)在理論上所面臨的一系列問題，為化學(xué)的健康發(fā)展掃平了道路。如果把伽利略的《對(duì)話》作為經(jīng)典物理學(xué)的開始，那么波義耳的《懷疑派化學(xué)家》可以作為近代化學(xué)的開始。在波義耳眾多的科研成果中，還有幾項(xiàng)不能磨滅的化學(xué)成就。波義耳常說，“要想做好實(shí)驗(yàn)，就要敏于觀察。”這幾項(xiàng)成就都是實(shí)驗(yàn)中敏銳觀察的結(jié)果。在一次緊張的實(shí)驗(yàn)中，放在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的紫羅蘭，被濺上了濃鹽酸，愛花的波義耳急忙把冒煙的紫羅蘭用水沖洗了一下，然后插在花瓶中。過了一會(huì)波義耳發(fā)現(xiàn)深紫色的紫羅蘭變成了紅色的。這一奇怪的現(xiàn)象促使他進(jìn)行了許多花木與酸堿相互作用的實(shí)驗(yàn)。由此他發(fā)現(xiàn)了大部分花草受酸或堿作用都能改變顏色，其中以石蕊地衣中提取的紫色浸液最明顯，它遇酸變成紅色，遇堿變變成藍(lán)色。利用這一特點(diǎn)，波義耳用石蕊浸液把紙浸透，然后烤干，這就制成了實(shí)驗(yàn)中常用的酸堿試紙——石蕊試紙。也是在這一類實(shí)驗(yàn)中，波義耳發(fā)現(xiàn)五信子水浸液和鐵鹽在一起，會(huì)生成一種不生沉淀的黑色溶液。這種黑色溶液久不變色，于是他發(fā)明了一種制取黑墨水的方法，這種墨水幾乎用了一個(gè)世紀(jì)。在實(shí)驗(yàn)中，波義耳發(fā)現(xiàn)，從硝酸銀中沉淀出來的白色物質(zhì)，“如果暴露在空氣中，就會(huì)變成黑色。這一發(fā)現(xiàn)，為后來人們把硝酸銀、氯化銀、溴化銀用于照像術(shù)上，做了先導(dǎo)性工作。晚年的波義耳在