第6章 化學趣史(4)
- 趣味化學(中國科普圖書大獎圖書典藏書系)
- 葉永烈
- 4887字
- 2016-11-15 11:14:13
在最冷的溫度——絕對零度(-273.16℃)時,物質內部的分子,幾乎停止了振動,安靜得象搖籃里睡熟了的嬰孩似的。
羅蒙諾索夫的論文,引起了科學界的爭論?!墩摾浜蜔岬脑颉愤@篇論文,用拉丁文印在科學院的刊物上,送給各國科學院、大學和圖書館。許多國家的雜志,也都紛紛翻譯和轉載了這篇不尋常的論文。
但是,羅蒙諾索夫這種大膽的見解,也受到了許多守舊派科學的譏笑和反對。在1745年1月25日的俄羅斯科學院的會議記錄上,便曾記載著這樣的話:“這位副研究員(指羅蒙諾索夫)鉆研關于冷和熱的原理的目的和努力是值得贊許的,便是他似乎過于急躁從事于看來是超過了他的能力的工作;尤其是當他企圖對各種物質運動的原理進行探討的時候,他絲毫沒有足夠的證據?!苯又@份記錄還指責羅蒙諾索夫不應該攻擊光榮的波義耳。尤其是當時掌握站俄羅斯科學院大權的德國科學家們,更是看不起這位俄羅斯科學家的工作,認為羅蒙諾索夫是“完全錯誤的”。
其實,這不足為奇,有哪一種新的理論,當它誕生時,而不受到守舊派的攻擊呢?有哪一種新的理論,不是在和守舊派激烈的斗爭中成長起來的?
真理是多助的,真理是走遍天下都不怕的。這了50多年,羅蒙諾索夫的見解,得到了兩位科學家有力的支持。
一位科學家叫倫福德,他是美國人,移居到德國工作。1798年,倫福德在慕尼黑造大炮。倫福德國用鉆頭往圓鋼中鉆孔,制造炮筒。他發現,沒鉆多久,鉆頭熱了,炮筒也熱了,熱得燙手!
倫福德感到奇怪:為什么會發熱呢?熱量是從哪兒來的呢?
熱素學者們說:大抵是鉆頭與圓鋼發生化學反應,產生了熱。
倫福德不相信熱素學說那一套,他認為:“熱可由運動產生,它決不是一種物質?!眰惛5伦屑殭z查了鉆頭和圓鋼,果然,它們并沒有發生化學變化。
熱素學者們說:也許是鉆頭把金屬中的“潛熱”——潛藏著的熱素,給鉆出來了。
倫福德駁斥道:“潛熱”是什么東西?從哪兒鉆出來?我不停地鉆,鉆頭就不停地發熱,哪來那么多“潛熱”?
熱素學者們說:大約是周圍物體的熱素跑了進來。
對這處說法,另一位著名的英國科學家戴維在1799年進行了一個新的試驗,給了熱素學者們當頭一棒。
戴維把兩塊冰在真空中摩擦,周圍的溫度低于攝氏零度。照理,周圍物體的“熱素”是不可能跑到冰中去的。然而,這兩塊冰經過互相摩擦,居然都融化成水了!
戴維認為,熱是“一種特殊的運動,可能是各個物體的許多粒子的一種振動。”
然而,熱素學說仍頑固地盤踞在科學界,為當時的大多數科學家所接受。一直到19世紀50年代,人們還多半相信熱素學說——真理與廖論之間的斗爭,是何等尖銳,而真理要戰勝謬論,又是何等艱難哪!“世人皆醉我獨醒,世人皆濁我獨清?!闭胬碜畛蹩偸窃跀等耸种小U胬頌榇蠖鄶等怂J識,需要時間!
波義耳錯了
1756年,羅蒙諾索夫為了進一步用實驗、用事實來批駁波義耳的理論,重新做了波義耳關于金屬在加熱后重量增加的實驗。
同波義耳一樣,羅蒙諾索夫的實驗,也在密閉的玻璃瓶中進行,以便研究金屬由于單純的受熱是否會增加重量。
這時,離波義耳當初在英國牛津所做的這個實驗,已經有80多年了。在這80多年間,不知有多少著名的科學家重復地做過波義耳的實驗,都得出跟波義耳的結果——金屬在密閉的容器中煅燒后增加重量。這件事,在人們看來簡直是已成定論,不可動搖的事實了。但是,羅蒙諾索夫所得的實驗結果,卻與波義耳的恰恰相反:在密才的玻璃瓶里加熱金屬,重量并沒有增加!
這是怎么回事呢?
羅蒙諾索夫是這樣進行自己實驗的:他把金屬放在一只曲頸甑里,把曲頸甑的瓶口封閉起來,[8]然后連曲頸甑一起放在天平上稱好重量。接著,就拿去進行加熱。等加熱完畢,曲頸甑里的金屬表面已經蒙上了一層渣滓。把曲頸甑冷卻,仍舊密閉著瓶口(不打開塞子?。┓旁谔炱缴戏Q量。這樣,前后稱得的重量完全一樣。
羅蒙諾索夫的實驗和波義耳的實驗的不同之處,主要就在于:羅蒙諾索夫在整人實驗過程中,都一直把瓶口密閉著,沒有打開。而波義耳呢?他雖然在加熱時密閉著瓶口,但是,在剛剛加熱完畢,他卻立即把瓶口打開,正如他自己在論文中所寫的那樣;“這時外面的空氣發出了絲絲的聲響,沖進了容器。”
皮義耳的錯誤,就在于他雖然聽到了這“絲線”的聲響,卻忽視了它!
在羅蒙諾索夫的實驗中,雖然金屬在加熱時,由于同瓶中的空氣(主要是氧氣)相化合而部分變成渣滓(主要是氧化物),但是,瓶口始終是封閉著的,瓶外的空氣不能進入瓶里,因此瓶子的重量在加熱前后依然不變。而波義耳呢?正如羅蒙諾索夫所指出,那是因為波義耳最后把瓶子打開,瓶外的空氣帶著絲絲的聲響闖進來:“毫無疑問,這些不斷地在金屬表面流動著的空氣微粒,會金屬相化合,因而增加了它的重量?!?
羅蒙諾索夫用鐵一樣的事實,證明波義耳錯了!他寫道:“這個實驗說明了光榮的波義耳的意見是錯誤的,因為衛絕了外界的空氣,煅燒后的金屬重量保持不變?!?
羅蒙諾索夫用鐵一樣的事實,證明了80多年以來那些按照波義耳的方法“照方配藥”般的實驗,也都錯了!世界上最容易的事,莫過于踩著別人的腳印走。這樣做,如果前面那個人走錯了路,莫過于踩著別人的腳印走。這樣做,如果前面那個人走錯了路。因循守舊的人,就象老是圍著輾子打轉轉的驢子一樣,永遠不能走別人所沒走過的路,發現別人所沒有發現過的東西。
既然波義耳的實驗結果是錯誤的,那么,他所提出的“理論”——有什么玄妙的“熱素”穿過瓶壁鉆進瓶子和金屬化合——也就猶如摧柘拉朽,不值一駁了。因為事實是理論的基礎,是理論的根據。只有建立在可靠的事實的基礎上的理論,才能成為可靠的理論。一旦所的事實動搖了,那么猶如一座建筑在沙灘上的高樓大廈一樣,那“理論”勢力要倒坍。
瓦上的霜,見不得太陽?!盁崴亍睂W說在事實面前也就破產了。
偉大的定律
在古代,人們常??吹揭恍┖孟駪{空而生,或是不翼而飛的現象,而百思不得其解。一顆小不點兒的種子,會發芽,會成長,鵝黃的幼芽會成長為一顆亭亭如蓋的巨樹。這引進構成樹木的物質是從哪兒來的呢?真的是無上生有嗎?
木頭燃燒后,不見了;蠟燭燃燒后,也變得無影無蹤。它們到哪兒去了呢?真的也是不翼而飛了嗎?
每年秋天,無邊落木蕭蕭下,大地鋪滿了落葉??墒?,后來這些樹葉又不知到哪兒去了,連一張也沒看見。難道這又是不翼而飛——物質能夠被消滅嗎?
…………
一句話,在人們面前,擺著這樣一個問題:物質以能不能憑空產生?物質能不能無影無蹤地被永遠消滅?
在2400多年前,古希臘哲學家德謨克利特曾經作過一個正確的臆測:
他在一首詩里寫道:
〖HTK〗無中不能生有
任何存在的東西也不會消滅。
看起來萬物是死了。
但是實則猶生:
正如一場春雨落地,
霎時失去蹤影;
可是草木把它吸收,長成花葉果實,
——依然欣欣向榮。
明末清初,我國唯物主義思想家王夫之(1619——1692),明確地提出了“生非創有,死非消滅”,“聚散變化,而其本體不為之損益”,認為世界上的物質是“不生不滅”的。另外,中國有句流甚廣的諺語——“巧媳婦難為無米之炊”。這句話其實也就是不能“無中生有”的意思。然而,不論是德謨克利特的臆測,還是王夫之的精辟論斷,在當時都并沒有引起人們的重視。有趣的是,當人們每天清早去買菜的時候,除了注意今天買的是什么菜——白菜、菠菜還是紅蘿卜?而且還是注意另一件事——每樣菜到底打算買多少,三斤、兩斤還是十斤、八斤?還是自古以來,人們很早就都注意了的兩年事情。為了稱菜,人們還發明了秤。
然而,在羅蒙諾索夫以前,科學家們在研究化學反應時,卻并不象買菜那樣,他們常常只關心經過化學反應以后得到了什么樣的產物——紅的、黃的還是白的?固體、液體還是氣體?香的、臭的,還是沒有氣味?甜的、苦的、酸的、咸的、辣的,還是什么味道都沒有?但是他們卻忘掉了另一樁重要的事情——用了多少原料,經過化學反應得到了多少產物?是多了少了,還是不多不少?換句話說,他們只是關心買什么“菜”,而不關心買多少“菜”。用化學的語言來敘述,那就是:他們只是定性地研究化學反應,卻很少定量地研究化學反應。
“我想”,羅蒙諾索夫曾經這關講過,“不會有一個科學家不知道化學實驗的方法是非常多的;但是他不能否認,幾乎所有過去做實驗的人,對度量和衡量這樣極端重要和迫切的事情卻沒有提到過。然而,應用這兩種量的結果,告訴了每一個在物理和化學的實驗方面埋頭苦干的人,這兩種量,會給他在實驗的時候帶來多少真實的情況和敏銳的洞察力??!”
羅蒙諾索夫把定量的方法引用到化學中來。羅蒙諾索夫和他的同時代的一些科學家不同,他在實驗中經常使用天平,十分注意物質重量的變化。
羅蒙諾索夫不管做什么實驗,他總是要記錄參加反應的各種物質的重量,和反應所得的產物的重量。關于這一點,他曾經不止一次地在自己的論文和工作日記里談到過。
漸漸地,羅蒙諾索夫開始發現了這樣的事情:參加化學反應的物質的總重量,常常總是等于反應后產物的總重量。也就是說,在化學反應中,盡管發生了各式各樣的化學反應,有的由無色一下子變得五光十色,有的由碧清透明一下子變得一片渾濁,有的一下子被溶解了,有的大冒氣泡……但是,物質的總重量總是不變的,既不增加,也不減少。
羅蒙諾索夫敏銳地看到,這一規律具有非常重大的意義,因為它指出了物質既不能無中生有的憑空產生,也不能無影無蹤地被永遠消滅。
早在羅蒙諾索夫重新校核波義耳實驗的8年之前——1748年,他便清楚地闡述了這一規律。
1748年7月,著名的俄羅斯數學家、科學院院士遼那特·愛伊列爾收到了他的好朋友——羅蒙諾索夫在7月5日寫的一封信。這封信長達30頁!不,這與其說是信,倒不如說是一篇科學論文。因為在那時候,郵電通訊還不很發達,科學雜志不僅印數少,而且發行很慢??茖W家們之間,常常把自己的研究成果寫在信上,直接寄給自己的朋友們。當朋友們收到這些信件后,常常在各地的一些學術報告會上當眾宣讀,這樣就可以很快地把新的發現、新的理論傳播開去。
在這封給愛伊列爾的長信中,羅蒙諾索夫寫道:“如果我沒有弄錯,那么,大家所知道的羅伯特·波義耳是第一個在實驗中證明了:金屬在煅燒后,重量會增加的?!钡橇_蒙諾索夫并不同意波義耳的結論。接著他又寫道:“在自然界中發生的一切變化都是這樣的:一種東西增加多少,另一種東西就減少多少。例如,我在睡眠中花費多少小時,我醒著的時間也就減少多少小時,以此類推?!?
用現代科學的語言來敘述,就是:“在一切化學反應中,參加反應的各種物質的總重量,等于反應后生成的各種物質的總重量?!币簿褪钦f,物質是永恒的,它既不會憑空地被創造出來,也不能任意地被消滅掉,而只能相互轉變。
愛伊列爾院士讀完了羅蒙諾索夫的這封長信以后,深知羅蒙諾索夫的見解是和權威們的見解相抵觸的,沒有大量精確的實驗做依據,是不能和權威們相抗衡的,更不可能使他們服輸。
正因為這樣,愛伊列爾非常希望羅蒙諾索夫能夠繼續鉆研下去,深入探討這一規律。1748年8月24日,愛伊列爾寫了一封信給羅蒙諾索夫,這封信是交給彼得堡科學院院長拉宗夫斯基伯爵轉達的。愛伊列爾順便這位院長附了一封信,在信里他寫道:“我懇請閣下為了這個物理學上極端精細的問題,轉復羅蒙諾索夫;我不知道誰能比這位天才的人物更好地分析這一繁難的問題?!备鷲垡亮袪査M囊粯?,羅蒙諾索夫很早就想以精確的實驗來論證物質不滅定律,以便發表。但是,那時的俄羅斯科學院的大權一直掌握在德國教授們的手中。他經常遇到德國教授們的冷遇,經過了好多年的斗爭,他才在瓦西勻甫斯基島興建起了俄羅斯第一個化學實驗室。
直到1756年,羅蒙諾索夫才有機會開始校核波義耳的實驗,并且又做了許多其他的實驗,并且又做了許多其他的實驗,從根本上推翻了“熱素學說”,建立了物質不滅的概念。
1760年9月6日,在俄羅斯科學院的一次隆重的大會上,羅蒙諾索夫向全體院士和許多應邀出席大會的外國科學家、外交使節,宣讀了自己的論文:《論物質的固體和液體》,在這篇論文里,羅蒙諾索夫提出了物質不滅的概念。
氧的發現
羅蒙諾索夫在解釋開口瓶中加熱金屬,結果重量增加的現象時說:“那是因為不斷地在熱金屬表面流動著的空氣微粒,會同灼熱的金屬相化合,因而增加了它的重量?!?/p>