看更多诱惑小说请关注微信 npxswz 各种乡村 都市 诱惑 燃素和以太——被淘汰的科学理论
燃素和以太早已是被科学淘汰的理论。它们作为科学理论被提出时,的确解释了一些自然现象。然而随着它们不能解释的自然现象的发现,最终都被新的理论取代。它们退出了科学领域,却得到奇幻世界的接纳,成为构成多元宇宙的重要物质。关于这两种假设的物质,请看一下转载文字:
燃素学说
古代希腊哲学家认为,火对人类的存在,占有重要地位,特別是亚里斯多德(aristotle,384~322 b.c.),他将火和土地、空气、水并列为构成世界的要素。第五项以太,则被认为是构成星星的物质。燃烧中物体所释出的火焰则认为是燃烧时某种物质的被释出。在一七○二年,德国物理学家乔格.恩尼斯.史达尔(george ernst stahl,1660~1734)進一步发扬這观念,发表了「热素理论」(phlogiston theory)。根据他的理论,热素(phlogiston在希腊文中是「着火」的意思)存在于所有的可燃物体中,在燃烧时,即被释出至空气中。燃烧性好的物质被认为是含有大量热素,而不易燃物則是热素含量低。
热素理论很有用,因為它能解释很多現象,且对所有燃烧現象都能用一个统一原則-热素,来概括。它也能解释,为何燃烧后的物质,重量减轻,例如,木头燃烧后,就变成较轻的木炭或炭灰。然而事实上,有金属长期在空气中加热,其重量却增加,如果它也释出热素,那這热素的重量不就是负值吗?但這矛盾現象对当时多数科学家并不构成困扰;许多人认为,热素是种化学原則,就像光或重力,而不是有重量的物质。
热素理论也无法完全说明,为何燃烧时需要空气?不过,许多科学家对这种说法是,空气是用來来收及吹散在燃烧时所释出的热素。
就像其他的科学理论一样,热素理论在当时相当好用,而一旦新的学说能对实验结果作出更好的说明时,它自然就得被推翻。这只是科学过程中的一部分,许多被淘汰的理论,在科学及人类的发展上,还是有其价值的。有了理论之后,接下来就是推测,然后经由实验证明,之后,新的实验结果才能建立新理论;科学就是如此地往前迈进。理论并非一无用处,但却必须不断地修正、改进,才能为世界勾勒出一幅更清楚的蓝图。
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燃烧过程和金属锻烧过程在十七世纪末引起了化学家的特别注意。然而对燃烧现象的解释只能根据燃烧是物质分解的固有概念。从个别地看,每一种学说不能满足当时学者们的要求。因此就出现了初始元素的折衷理论。波义耳关于元素的新观点在十七世纪初既没有得到承认,更没有得到进一步的发展。
燃素说是在这种情況下诞生了。这一学说的出发点是想弄清燃烧现象的真实情景。长期观察表明,金属锻烧时会产生类似灰烬的产物--金属锻灰。此外,同样的观察还得出结论:从被锻烧的金属中还挥发出某些气体产物,像燃烧有机物时冒出的烟一样。虽然海尔蒙特早已确定木炭燃烧时产生“森林气”,但关于这些挥发物本性如何的问题仍然没有解决。
一般认为燃素说的创始人是德国医生兼化学家贝歇和他的追随者施塔尔。j?j?贝歇尔(becher,1635-1682)用自学方法获得了化学和医学方面的理论和实际知识。后来他大学毕业成为医生,甚至当了美因兹地方的医学教授和那里的侯爵的御医。由于他性情孤僻,跟別人难以相处,不久就由美因兹移居慕尼黑,后来到维也纳。
貝歇尔的理论观点是非常落后和模糊的。读他那用混乱语言写成的著作,简直不明白他在说些什么,而且他的叙述还自相矛盾。他相信金属能够转变,并且在地球內部金属能够自生出来。(笔者按:典型的炼金术思想。)为了证明铁能在粘土中自生出来,他把粘土和油的混合物锻烧,在把烧成物研细以后,用磁铁分离出了少量的铁。
1667年贝歇尔的《土质物理学》一书出版,其中反映了作者关于构成复合物的初始元素的学說。他认为构成一切矿物、植物和动物的初始元素是土和水。但他又把土分为三类:“第一类土”是可溶的和石质的,“第二类土”是油质的,“第三类土”是挥发性的。很显然,贝歇尔的三类土质不是別的,只是炼金术三要素说的变种。他的初始元素体系也像他同时代人的其他体系一样,是折衷主义的。
在解释燃烧现象時,贝歇尔从一般公认的大原理出发,认为燃烧是火分解燃烧物的过程。物质的可燃性是由于其中含有“第二类土”(油质的)他还指出,可燃的原因也可能是物质中含有硫。他认为普通的硫是复合物,由酸和“第二类土”组成。
贝歇尔解释金属锻烧时重量增加的现象时与传统的说法是一致的,及火质加入到金属中了。他还认为,一切酸和盐都是各种土质和水化合而成的。这样一切酸的基礎是所谓某种“初始酸”。贝歇尔所有这些混乱的观点,后来却突然为德国化学家施塔尔(stahl,1660-1734)发展成为一种基本理论。
施塔尔是贝歇尔的学生,专功医学,二十三岁毕业后即为医学讲师;三十四岁时被聘为哈勒(halle)大学医科教授。他先后共教书三十多年。1716年后,他到柏林做普鲁士国王的御医,同时研究化学的本源。他的最主要著作在于把贝歇尔的书重新编著出版,加入了他自己的观点。其內容是把他教师的说法扩充起来,故贝歇尔的学說,原来只是燃烧的学说,自有施塔尔指出,真正的燃素说方才成立。
1702年,他将贝歇尔《土质物理学》一书再版,为该书写了序,高度评价了著者在建立燃烧学说方面的功绩;并且指出,他自己对这个问题所发表的见解,都不属于他自己,而是属于贝歇尔的。但是他与贝歇尔不同,施塔尔认为可燃要素,不是“油土”而是某种细微的气物质,是沒有质量,难以察觉的燃素。同時还特别预先声明,燃素完全不是亚里期多德所说的火元素。燃素在燃烧过程中从物体中放出形成旋风般的运动,同空气结合,这就是火。放出的燃素扩散于空气中,再也无法与空气分开。只有植物能从空气中取得燃素,通过植物燃素又能进入到动物机体中。
在烟火中、以及其他燃烧后沒有残留物的物质中,含有最纯净的燃素。在这些物质中,燃素具有"物质形式",但一般说来物质的燃素经常与其他物质结合在一起,因此它本身不可能被研究。施塔尔用各种物质中存在燃素的事实来说明物质的颜色,气味以及其他性质。
施塔尔的金属氧化还原現象的解释,正好是把“氧学说”颠倒了过来。实际上,例如金属的燃烧过程,按照他的解释用方程式表示则为:金属+燃素=金属石灰(氧化物),但按照氧学说这一方程则应为:金属+氧=金属氧化物(燃素论者的石灰),因此,燃素可以看成是“负”氧。
根据这一些错误理论发展起来的燃素说,以及与之相应的关于元素的概念,没有任何合理的根据。从来没有人制出过燃素来。
尽管燃素说有很多缺点和错误概念,但它在化学发展上仍起了有益的作用。用燃素简单地解释了金属氧化还原现象(用含有许多燃素的木炭同金属氧化物一起锻烧来解释这种现象)似乎使得施塔尔及其追随者盲目乐观起来,以至他们看不到理论与实验事实之间不能调和的矛盾。
十八世纪末化学发展极其迅速,很多的科学史专家认为这都是燃素說的功绩。实际上这一时期的化学成就都由于另外的许多原因。工业生产的迅速发展,而带来很多要求解决的化学工艺问题。寻找各种新原料、寻找金属矿藏和能源的问题。接着,新开的矿山和矿物都要求给以评价(是否有开采价值)和进行分析研究等。这一切促进了分析化学的发展。十八世纪中期开始了漫长的分析化学时期。其直接成果是迅速增加了许多实验资料,不久就导致了十八世纪末的化学革命。
虽然在燃素说统冶时期化学界发生了上述这些现象,但燃素说本身并没有立即为所有化学家接受。十八世纪上半期就有一些学者反对燃素说。施塔尔在哈勒大学的同事、医学教授f?霍夫曼(hoffmann.1669-1742)反对施塔尔的观点。他指出,在金属石灰中含有某种“酸性盐”,当然,他没有能够确切说明这种盐的本质,霍夫曼以研究矿泉水和对矿泉水进行分类而著名,后来有许多著名化学家都有从事于矿泉水分析工作。
荷兰科学家h?伯尔哈费(bocrhaave,1668-1738)是莱顿大学的医学和化学教授。他完成了几项对化学发展有重要意义的研究。他的主要贡献是编写了教科书《化学入门》(1732年),这两部卷本的详尽的教科书是好几代大学生学习化学的指导书。
在伯尔哈费的书中,没有提到燃素的理论。但是作者详细地讨论了关于火、空气、水、土的学说,不仅把它们看成元素,而且看成是物质和研究工具。他坚决反对炼金术的错误,并且用实验证明炼金家的论断是沒有根据的。例如为了反驳经过多次蒸馏汞可以变硬的说法,他用同一份汞反复蒸馏了五百次,自然他不可能发现什么变硬现象。但他也跟当时一般的看法一样,认为金属和硫都是复合物。按照他的意见,硫中含有硫酸和某种他称之为“火的养料”的物质。他解释金属锻烧时重量增加,认为是由于空气中的盐酸和硫酸微粒进入到了金属中。他用实验证明,不可能用什么火质进入到金属中来解释金属在锻烧时的重量增加。他称量了冷的和烧到极热的大块金属,沒有发现重量有什么差別。
从十八世纪开始,化学中产生了关于化学亲合力的新概念。法国化学家f?f?日夫鲁瓦(geoffroy,1672-1731)亲自编制了《亲合力表》,就特別反映了这种情況。即盐中所含的酸和卤(根)能被更強的酸和卤(根)所取代的实验結果。
随着时间的进展,燃素学观点本身也有了一些变化。例如如施塔尔的学生、他在哈勒大学讲座的继承人j?容克尔(juncker,1683-1759)在著作中強调表示燃素是“绝对的轻”,他的意思是說,似乎燃素具有“负”重量。
从以上的叙述,燃素本身的存在性质也弄不清楚。今天看來,这种学说非但没有科学价值,反而易于引起误会。然而在当时,风行各国,历时百余年,许多大化学家为其束缚,不能自拔,必有缘故。这就要联系当时时代的化学现象东鳞西爪零零散散,没有系统。自有燃素说,化学才第一次有系统而渐近于科学,故是功不可没的,燃素说诞生的时期可以看作是化学发展中的过滤时期。
炼金术的各种观点所以能够长期存在,其主要原因首先在於:十八世纪上半期化学所掌握的实际经验资料仍然极其有限。
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笔者评语:与其说燃素说是化学家提出的理论,倒不如说是炼金术士的理论。尽管炼金术士堪称古代的化学家,但他们身上的神秘色彩,使他们的理论更适合奇幻世界。燃素在被科学淘汰后,能被奇幻世界接纳,并成为主物质位面的基本物质,显然是顺理成章的。
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