煉金術師

     在很多人看來，煉金術是無稽之談。但其實煉金術是現代化學的祖先，俗話說子不嫌母醜(chou) ，我們(men) 不應該嫌棄古代的煉金術，我們(men) 應該說青出於(yu) 藍而勝於(yu) 藍。但是說實話，說煉金術是現代化學的前身其實有點片麵，因為(wei) 那時候修習(xi) 煉金術的學者就像萬(wan) 金油——啥都可以插一腳，礦石學，自然哲學，醫藥學，植物學，都會(hui) 學點。就像現在江湖上的郎中，會(hui) 算命會(hui) 看風水可能還會(hui) 來給你一些偏方，甚至說不定還會(hui) 治療跌打骨折什麽(me) 的。不過和現在的騙子不同，那時候的煉金術師並非不學無術之徒，其實隻有幾個(ge) 拿得出成果的人才能說自己是煉金術師。

      如果要簡單粗暴地解釋煉金術師的工作，那就是啥都看看，隻要是看得見摸得著的東(dong) 西都研究一下。

      籠統地來說就是靈魂三問：

這玩意是啥？

這玩意有啥用？

這玩意能變成金子嗎？

Figure 1 吾乃光之霍恩海姆，源自日本動漫《鋼之煉金術師》。動漫中的煉金術師希望製作賢者之石，但是最後發現賢者之石是由人的靈魂煉成的。

     打個(ge) 岔，為(wei) 啥他們(men) 對金子如此癡迷？

     首先，最重要的，因為(wei) 那是金子啊！

     其次，那時的自然哲學家們(men) 都認為(wei) 金子是金屬的最高級階段，所有的金屬可以通過一種神奇的方式（賢者之石，一種能讓金屬進化的神奇的東(dong) 西）變成金子。

      就像很多哲學家認為(wei) 通過思考人是可以變得更好一樣，這些科學家也是這麽(me) 認為(wei) 的：通過某種儀(yi) 式或是方法能讓東(dong) 西變得更加純粹，或是變得更加高級。

      秉著探究這三種問題，那些煉金術師就開始了他們(men) 的探究東(dong) 西的旅程。

      理想是豐(feng) 滿的，現實是骨感的。

      煉金師們(men) 經常在高頸瓶中進行循環蒸餾的步驟，持續數個(ge) 月都是不稀奇的事情。想一下，各種各樣的液體(ti) 被擠在一個(ge) 屋子裏麵，然後燒騰個(ge) 幾個(ge) 月，那個(ge) 味隻可意會(hui) 不可言傳(chuan) 。

事實證明，雖然結果是不可能的，但是他們(men) 很多實驗的過程和結論都是好的，也為(wei) 後輩們(men) 鋪平了道路。

      就比如說這個(ge) 穆斯林的煉金術師，Jābir ibn Hayyān，就係統地描述了怎麽(me) 蒸餾，怎麽(me) 結晶，怎麽(me) 升華，他還發明了蒸餾器，一種我們(men) 到現在都還在使用的儀(yi) 器。

Figure 2 一個(ge) 中世紀的煉金術師的畫像。

      此外，煉金術師們(men) 還對物質進行了分類，盡管用我們(men) 現在的眼光來看，這些分類是很失敗的，但是這樣的方法和精神卻流傳(chuan) 了下來，我們(men) 可以來看一個(ge) 例子：

      含有靈魂性質的物體(ti) --在加熱的時候會(hui) 消失，如：水，酒

      金屬--如鐵，金，銅，鉛

      可以製成粉末的東(dong) 西——如石頭一類。

     雖然這種分類十分粗糙，但它卻有了現代化學的影子——意識到某些東(dong) 西有著相似的的性質並對他們(men) 進行劃分，這聽起來合理而且熟悉，不是嗎？

Figure 3 選自《鋼之煉金術師》裏麵的煉成陣。

      而煉金術師們(men) 都有自己的理論：

      首先是亞(ya) 裏士多德提出來的“四元素說”：所有的東(dong) 西是都由風，土，水，火四種元素組成的物質。含有的元素的比例不同，所組成的物質就不同。

      後來流行過一段時間的“三元素說”來解釋固體(ti) ：硫，汞，鹽。不同的成分比例給物質帶來不同的性質。

      我們(men) 已經可以看出來一部分現代化學的影子。然而那時候壓根沒有什麽(me) 學術專(zhuan) 利，所以煉金術師們(men) 很多都會(hui) 編一些謎語來隱藏自己真正研究的東(dong) 西，這就是為(wei) 什麽(me) 大家研究了將近十個(ge) 世紀，卻基本沒整出什麽(me) 正經玩意——因為(wei) 兩(liang) 個(ge) 人講的同一個(ge) 詞可能意思都是不一樣啊。而最糟糕的是當時的煉金術師們(men) 也不願意進行學術交流，基本都是閉門造車——而這個(ge) 狀況直到17世紀才真正地有所改善。

英國皇家科學協會(hui)

      17世紀在科學史上有個(ge) 重大的事件——英國皇家科學協會(hui) 成立。這個(ge) 協會(hui) 在後續的幾百年還會(hui) 見證一個(ge) 又一個(ge) 奇跡般的科學發現。當然，當時的科學家們(men) 不可能知道這回事，隻是出於(yu) 對科學的激情和熱愛，成立了學會(hui) 。

    值得一提的是，皇家學會(hui) 的口號是：“Nullius in verba”，意為(wei) “別信任何人的話”，也就是我們(men) 常說的“不要輕信權威”。秉著這樣的信念，皇家學會(hui) 的成員，波義(yi) 耳，發表了一本名為(wei) 《懷疑派化學家》的書(shu) 。這本書(shu) 駁斥了之前亞(ya) 裏士多德的“四元素說”，並提出了他和他的朋友們(men) 的猜想“微粒說”。

Figure 4 為(wei) 紀念皇家學會(hui) 的成立的畫像，其中戴皇冠的是當時的國王查爾斯二世。

     波義(yi) 耳在當時影響巨大源於(yu) 他敢於(yu) 公開自己的研究發現，並鼓勵別人也公開研究結果。這樣的科學精神與(yu) 當時流行的閉門煉金的作派背道而馳。不過一個(ge) 好的科學家未必是一個(ge) 好的作者，他的《懷疑派化學家》寫(xie) 得晦澀難懂，然而書(shu) 中提出來的“微粒說”卻值得我們(men) 一看：

     1. 物質由微粒組成

     2. 不同的微粒組成不同的物質

     3. 微粒可以分開

     4. 通過一係列的轉變，微粒可以被改變。

     這看上去是不是很像現代的原子理論？

     當然，當時的人們(men) 還不知道分裂原子需要將高速的原子相互碰撞，而是認為(wei) 煉金術可以改變微粒本身。但這個(ge) 猜想是我們(men) 現代原子理論的前身。

     不過逐漸地，煉金術的影響力開始衰弱，而繼承了煉金術成果的學科——化學開始興(xing) 起。受到當時人權宣言自由運動的影響，新時代的人們(men) 開始懷疑使用謎語，摻雜了神學哲學名詞的煉金術。此外，幾個(ge) 不學無術的煉金術師抹黑，也使煉金術逐漸退出了曆史舞台。相反，更多的科學家秉著“實踐出真知”的現代科學精神，替代煉金術師們(men) 扛起了科學發展的大旗。

拉瓦錫

接下來要介紹一下化學史上的著名人物——拉瓦錫，他直接帶動了整個(ge) 化學界，把化學提到了新的高度。

Figure 5 為(wei) 拉瓦錫和他的夫人瑪麗(li) ，瑪麗(li) 同時也是拉瓦錫的助手，負責整理稿件和繪圖記錄。

      在開始介紹拉瓦錫之前，我們(men) 需要認識到：一些現在看來錯誤的理論，在當時卻能解釋不少問題，讓人信服。在拉瓦錫的時代有一個(ge) 十分流行的理論“燃素說”。這個(ge) 假說由德國化學家Georg Ernst Stahl提出，用來解釋“火是什麽(me) ”。

      簡單來說“燃素說”有以下幾個(ge) 要點：

      1. 所有可以燃燒的物質都有一種叫做燃素的東(dong) 西。

      2. 一個(ge) 物質所含有的燃素越多，它越容易燃燒。

      3. 在空氣中，燃素被釋放出來，形成我們(men) 看見的火焰，這個(ge) 火焰就是燃素釋放的結果。

      4． 空氣是燃燒的必需品，因為(wei) 它能吸收釋放出來的燃素。

      5. 在一個(ge) 密封的容器中，因為(wei) 空氣是有限的，在吸收了一定燃素之後，空氣無法繼續吸收燃素，所以燃燒也就不能進行。

      6. 一個(ge) 物質燃燒以後剩下的叫做calx，比燃燒之前的物質要輕。

      這些解釋在大部分情況下是適用的，因為(wei) 它很好地解釋了：為(wei) 什麽(me) 有些物體(ti) 可以燃燒，有些物體(ti) 不能；為(wei) 什麽(me) 很多物體(ti) 燃燒以後變輕了。當然，也有一些人如波義(yi) 耳發現有些金屬在燃燒以後反而變重了。於(yu) 是有人稍微改進了“燃素說”——說燃素這種東(dong) 西，比空氣要輕，在燃燒的過程中有些空氣中的顆粒會(hui) 進入到物體(ti) 裏麵，所以有些金屬燃燒後會(hui) 變重。

       這個(ge) 聽上去有點怪不是嗎？按照原來的理論，燃素應該比空氣密度要大，所以木頭燃燒以後確實變輕了，但是在金屬這裏燃素密度卻比空氣小了。這要怎麽(me) 解釋呢？因此，當時很多化學家都想測出燃素的質量，但是很可惜，他們(men) 都走錯了方向。

Figure 6 圖為(wei) 普利斯裏，是氧氣、二氧化碳的發現人。

      第一個(ge) 發現氧氣的人叫普利斯裏，是一個(ge) 英國的化學家，他認為(wei) 氧氣是dephligistonated air, 燃素的對立麵。他把他的想法透露給了拉瓦錫，拉瓦錫回家以後重複了他的實驗，發現這個(ge) 氣體(ti) 正是燃燒所必須的，沒有這個(ge) 氣體(ti) ，燃燒根本不會(hui) 發生。同時，他還推斷出空氣是至少兩(liang) 種氣體(ti) 組成的混合物。

      兩(liang) 年後，經過大量更加精密的測量，他發表了著名的質量守恒定律，並命名這個(ge) 支持燃燒的氣體(ti) 為(wei) “oxygene”。至此，“燃素說”這個(ge) 流行了近一個(ge) 世紀的學說就此坍塌，而拉瓦錫和他的燃燒理論成為(wei) 了後來化學家們(men) 的必修課程。

     除了發現質量守恒定律，推翻“燃素說”，拉瓦錫還幹了一件很了不起的事——改革化學。改革化學的第一步，就是編寫(xie) 靠譜的教材。當時的化學名詞，尤其是化合物，沒有什麽(me) 固定的名字。比如當時氧化汞被稱為(wei) “月亮的眼淚”，這樣的名字很好聽但是沒有規律，更糟的是這樣奇奇怪怪的名字有成百上千個(ge) ，很容易一不小心就弄錯了。拉瓦錫和他的同事們(men) 認為(wei) 這樣的命名非常混亂(luan) ，而且不直觀，於(yu) 是發明了一種新的命名方式。比如說，當一個(ge) 元素和另外一個(ge) 元素結合成一種化合物，這個(ge) 化合物的名字中必須包括這兩(liang) 種元素的名字。這樣的命名係統很直觀，也更簡單，人們(men) 隻需要記憶幾個(ge) 元素，而不是上千個(ge) 奇奇怪怪的名字。

Figure 7 為(wei) 當時印製的elements of chemistry（化學元素）封麵。

     不久，拉瓦錫和他的同事們(men) 一起編輯的 Traité élémentaire de Chimie (Elements of Chemistry，化學元素)發布了。這本教科書(shu) 包括了酸堿中和的性質以及氣體(ti) 的一些性質，還有新的命名機製以及一個(ge) 很簡潔明了的元素表。盡管聽上去很不可思議，但這本教科書(shu) 真的飛快推進了化學的發展。此外，由於(yu) 新一代的化學家們(men) 都使用了拉瓦錫一行所創造的新化學術語機製，屬於(yu) 煉金術的老一套的術語迅速走向衰弱。

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