楊靖︱“溫和的欺詐”:從拉瓦錫的“私密科學”談起

卡文迪什 化學 玻意耳 物理 英國 澎湃新聞 2018-12-04

“近代化學之父”拉瓦錫在1773年的一個私人備忘錄中曾寫道,他相信他正在從事的化學實驗一定會“給物理學和化學帶來一次革命”。當時的化學,作為一門新興學科,剛剛脫離鍊金術和醫學等學科獲得獨立,其科學實驗也多在私家實驗室進行,尚未盡脫神祕色彩,與十九世紀以後公開、嚴謹的科學研究風格大為不同。根據科學史家弗雷德裡克·霍姆斯的定義,“私密科學”是指“那些或多或少在幕後所進行的科學活動、技藝、實踐和思想”——私密科學(private science)是相對公開科學(public science)而言,兩者沒有截然的界限。科學家的實驗室記錄在未公開之前,屬私密科學;一旦記錄公開併成為公共財產,其理論學說及思想為世所公認,私密科學就一變而為公開科學。但兩者之間仍有區別——如另一位科學史大家羅伯特·默頓一再強調:“(科學家)公開的記錄並沒有記錄下科學研究的真正過程。”——對於拉瓦錫而言,他與舍勒、普里斯特利、卡文迪許等人關於氧氣的發現權之爭是科學史上由來已久、聚訟不已的話題;在二十一世紀的今天,藉助私密科學這一視角,或許可以看得更為真切。

楊靖︱“溫和的欺詐”:從拉瓦錫的“私密科學”談起

拉瓦錫夫婦

1764年,富家子出身的拉瓦錫二十一歲,在科學院院士蓋塔爾影響下,決定放棄前途大好的律師職業,轉而投身科學研究。十年以後,他作出革命性預言,並宣稱要重複此前關於固定空氣的吸收與釋放的所有實驗——他立志要憑藉科學實驗數據發現空氣中的“奧祕”,從而推翻在歐洲大陸盛行已久的“燃素說”。可惜事與願違,此後很長一段時間拉瓦錫的研究進展並不順利。儘管有拉瓦錫夫人的大力協助——她出身豪門,精通數國語言,為化學家翻譯歐洲大陸最新的研究成果,同時擔任實驗助手;儘管他的實驗室設備齊全——據說單單燒杯瓶便有一萬三千多個,但他所做的實驗並不都能成功。從日後披露的實驗記錄和私人備忘錄來看,他的實驗過程時常發生偏差,結果與之前預期的結果大相乖違:拉瓦錫一度堅信他的理論對德國權威施塔爾的燃素說將形成致命打擊,但實驗數據並未提供有力佐證,這令他苦悶不已。

由於科學院的學術會議日期臨近,在巨大壓力之下,年輕且渴望獲得科學聲望的拉瓦錫決定鋌而走險——他在會上篡改了實驗報告的數據,故意誇大實驗的精確性,錯誤地描述他的實驗進程,至於其實驗的不足之處以及與其理論相違背之處則故意避而不談。此外,他還數次利用刊物延遲出版的時機,對他的論文進行修改完善,然後當眾宣佈他領先一步的“重大發現”——總之,從他的私密科學檔案,人們可以身臨其境地觀察到拉瓦錫的實驗歷程,並能切身感受到天才科學家如同當今高校裡的學術“青椒”,也有同樣的迷茫、焦慮和苦惱。

今天看來屬於“學術不端”的行為,在啟蒙運動時代卻被視為“溫和的欺詐”,幾乎是當時流行的科學著述的通病,同時也是一個胸懷大志的年輕人可以被理解和被寬宥的行為。相對於這些弱點,從拉瓦錫的私密科學檔案來看,他面對挫折不屈不撓的勇氣和過人的才智顯然更加令人欽佩。拉瓦錫於1772年所做的第一批燃燒實驗,對他日後氧氣理論的形成以及化學體系的重構至關重要,科學史家因而將這一年稱為“關鍵之年”。此前實驗的失敗並沒有使他沮喪或放棄,相反卻使他對化學定量研究的科學方法越發充滿信心。隨著論文的發表,拉瓦錫的私密科學轉變為公開科學,這也是他在這一年當中最大的收穫。

拉瓦錫一開始從事科研活動,就注重科學定量分析,並自覺地將科學測量置於極為重要的地位——他對燃素說的懷疑就是從燃燒物的質量分析開始的。同時,這種定量實驗又以質量守恆定律作為前提,所以他能出人意料地用天平證明物質化學變化的基本規律。他成功地從牛頓建立的力學體系中吸取了關於物質在運動中質量不變的理論觀點,從而闡明瞭化學反應中的質量守恆定律。也正是從這一點出發,拉瓦錫才開啟了近代化學革命的道路。

楊靖︱“溫和的欺詐”:從拉瓦錫的“私密科學”談起

拉瓦錫雕像

當然,從私密科學向公開科學轉變的道路並非一帆風順。1784年,拉瓦錫發表了一篇論文,指出水是由氧和氫組成的,水的重量等於氧和氫的重量之和。毫無疑問,這是關於水的物質組成的重大發現。文章最後,他還特地註明,此文完成於1781年,也就是說,這篇論文他在三年前就已寫成。兩年之後,即1786年,英國化學家布雷頓在《化學紀事》雜誌上發表文章,宣稱1776年英國化學家卡文迪許在實驗時,就發現了氫氣在氧氣中燃燒後形成水滴,從而已經得出關於水的組成的結論——只是他的相關論文,在1784年1月才對外公佈。布雷頓爆料說,早在1783年5到6月間,他本人作為卡文迪許的助手,在訪問巴黎時曾把卡文迪許尚未發表的論文內容原原本本地告訴了拉瓦錫,於是拉瓦錫趕緊去重複這一實驗,並最終寫成了論文。經過律師“查證”——事實證明,拉瓦錫是在論文完稿的時間上搞了“小動作”。1790年,拉瓦錫不得不發表文章,承認自己“弄虛作假”。

但令人無語的是,拉瓦錫1784年向科學院陳述他的備忘錄時,幾乎無一語提及卡文迪許。也許他認為自己附加的實驗(用鐵生鏽的辦法對水進行分析)以及他對易燃空氣的燃燒作出的理論解釋比卡文迪許的實驗更為重要,但他對卡文迪許的這種刻意“忽略”卻明顯有違學術道德規範。事實上,英國科學家卡文迪許對此或許並不在意——他是一位著名的科學怪人:他富可敵國,卻不知享樂為何物,終日沉溺於科學研究之中,被譽為“一切有學問的人當中最富有的,一切最富有的人當中最有學問的”人。他從事科學研究五十年,在物理化學領域取得若干突破性成果,但淡泊名利,發表論文不過十餘篇——與熱衷功名的拉瓦錫恰成鮮明對比。

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卡文迪許

不僅如此,在發現氧氣優先權問題上,拉瓦錫與舍勒和普利斯特利的爭端則更成為他為人詬病的話柄。瑞典科學家舍勒在藥房當學徒時就醉心於化學研究。他發現磷在封閉容器裡燃燒時,變為磷酸酐,而容器內空氣體積減少了五分之一,剩下的五分之四的氣體卻不能使物體繼續燃燒。由此他提出有兩種氣體,佔五分之一的是能助燃的有用空氣,或稱活空氣、火焰空氣;佔五分之四的是不能助燃的無用空氣,或稱死空氣。這樣,繼1673年波義耳發現金屬的增重之後,時隔百年,舍勒發現了空氣的減重,若是將這兩人的發現結合起來,就能揭開燃燒的奧祕。但遺憾的是,波義耳沒有注意到容器中空氣和金屬的總重量在燃燒前後並未變化,因此就假設有一種火微粒跑進容器;舍勒則是燃素說的信徒,認為燃燒就是釋放燃素,他設想釋放出的燃素穿過玻璃壁跑出去了,所以磷酸酐一定比磷輕,就沒有在容器內部尋找少掉的那部分空氣的去處——由此與這一科學史上的重大發現失之交臂。

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波義耳-拉瓦錫

與此同時,英國的普里斯特利也對氣體進行了研究。1771年他發現被蠟燭燃燒所“汙染”的空氣會使動物窒息,卻有利於植物的生長,而被植物“淨化”過的空氣又能使蠟燭燃燒,他認為植物可以吸收容器內的燃素。1774年8月,普里斯特利用直徑為三十釐米的聚光鏡對氧化汞加熱,蒐集到一種氣體,它能使物體燃燒得更旺。他實際上也獨立發現了氧氣,可惜他也是個堅信燃素說的科學家——他稱這種氣體是“無燃素氣體”,認為空氣在本質上只有一種,包含燃素的多少就形成了同一種空氣的不同表現形式。氧化汞所產生的氣體是無燃素氣體,所以它易於燃燒。燃燒一段時間以後,它吸飽了燃素,變成“燃素化氣體”(即濁氣),所以燃燒就停止了。他還發現動物所吸進的正是無燃素氣體。他在實驗報告中寫道:“我把老鼠放在脫燃燒素的空氣裡,發現它們過得非常舒服後,我自己受了好奇心的驅使,又親自加以試驗……自從吸過這種氣體以後,經過好多時候,身心一直覺得十分輕快舒暢。有誰能說這種氣體將來不會變成時尚的奢侈品呢?不過現在只有兩隻老鼠和我才有享受呼吸這種氣體的權利哩。”——普利斯特利與氧氣擦肩而過的故事,被恩格斯善意地嘲諷為“真諦都碰上了他的鼻尖,卻沒有被發現”。

1774年10月,普利斯特利訪問巴黎時,應邀拜訪了拉瓦錫;拉瓦錫舉行宴會,歡迎客人。在餐桌上,客人向拉瓦錫講述了自己兩個月前有關氧氣的新發現,並在拉瓦錫的盛情邀請下,把自己的實驗從頭至尾演示了一遍。與此同時,拉瓦錫還收到1774年9月瑞典科學家舍勒的來信。在信中,舍勒也向他透露了自己的新發現。這樣,拉瓦錫在兩位同行的啟發下對氧氣進行了一系列實驗,才得以最終揭開燃燒之謎。應當說,普利斯特列和舍勒兩人,是早於拉瓦錫發現氧氣的科學家,而拉瓦錫的實驗成功,確實有賴於兩位同行的啟迪。但是,後來拉瓦錫卻矢口否認他並未收到舍勒的信函,並毫無愧色地聲稱:“氧氣是普利斯特列和舍勒與我大約同時發現的。”

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空氣稱重裝置

恩格斯曾經對化學史做過專門研究。在《資木論》第二卷《序言》中,他在充分肯定拉瓦錫發現氧氣的功績時,又公正而嚴肅地指出了拉瓦錫的錯誤:“……不是像拉瓦錫後來說的那樣,他與其他兩人(即普利斯特列和舍勒)同時和不依賴他們而析出了氧氣。”在這裡,恩格斯實際上從科學研究的道德層面,對拉瓦錫不能實事求是地對待同行的勞動成果和貢獻提出了批評。

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恩格斯《自然辯證法》

後世在對普里斯特利和拉瓦錫進行評價時,一般認為前者是出色的實驗家、後者是卓越的理論家——即普里斯特利發現了一種對拉瓦錫來說特別關鍵和重要的氣體,而這種氣體直接導致了拉瓦錫的燃燒理論的提出。換言之,普里斯特利在發現氣體上特別擅長,拉瓦錫則創立了一種全新的定量的化學實驗風格。在解釋為何是拉瓦錫而不是別人取得了那樣引人注目的化學成就時,傳統觀點往往認為拉瓦錫從一開始就出類拔萃、超出他的同行很多,而事實並非如此——從解密的私人檔案來看,對科學創造而言,即便是天才,也需要經過長久的訓練和持之以恆的奮鬥,最終才能作出原創性的重大發現。

普里斯特利是一位精幹的實驗家,但理論概括能力較差。他自己也說過:“我有慎重地全面地對待事實這個好習慣,但從中得出的結論,往往不是非常靠得住。”去世前一年他還出版《論燃素論的成就並駁水是化合物的觀點》。難怪法國科學家居維葉感慨:“普里斯特利是現代化學之父,但是他始終不承認自己的親生女兒。”舍勒與普里斯特利製造了摧毀燃素說的武器,但他們卻不會使用這件武器。而拉瓦錫則巧妙地接過了這件武器,並取得輝煌的戰果。德國科學家李比希由此總結道:“(拉瓦錫)沒有發現過任何新的物體、新的性質和未知的自然現象,他的不朽的光榮在於:他給科學的機體注入了新的精神。”另一位科學家布蘭迪則客觀地評價:“在科學方面,拉瓦錫雖然是一個偉大的建築師,但他在採石場的勞動卻是很少的;他的材料大都是別人整理而他則不勞而獲的,他的技巧就表現在把它們編排和組織起來。”從某種意義上可以說,波義耳、布萊克、卡文迪許、普里斯特利和舍勒等人只是製出了一批磚瓦,而用這些磚瓦建成大廈的則是拉瓦錫。

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普利斯特利

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舍勒

平心而論,拉瓦錫之所以成功,並不是因為他比別人更勤奮,卡文迪許的刻苦是他所無法比擬的。卡文迪許終身未娶,性情孤僻,他一生的大部分時間都在實驗室度過,對科學的熱愛不可謂不專一,然而成功的並不是卡文迪許。拉瓦錫之所以成功,也不是因為他實驗技巧高明,在這方面他遠不如英國化學家布萊克。布萊克向又細又長的管內傾倒溶液時,既迅速又準確,令人讚歎不已。他去世時正在用餐,手拿一杯牛奶放在膝上,心臟已經停止了跳動,杯中的牛奶卻一滴也未流出,可見他雙手控制物體的能力是何等高超,然而成功的也不是布萊克。很顯然,是傳統的錯誤觀點遏制了卡文迪許與布萊克的才華。由此可見,對科學家來說,勤奮、動手的能力都很重要,但更為重要的還要有一個善於科學思維的頭腦。這是煉金術士與化學家的根本區別,也是私密科學向公開科學轉變的必要條件。

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《大背叛:科學中的欺詐》

更多類似事例,詳見《大背叛:科學中的欺詐》——作者是美國當代著名科學史家霍勒斯·弗裡蘭·賈德森。該書初版於2004年,並於當年獲評亞馬遜網站“科學類十大暢銷書”。

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