杨靖︱“温和的欺诈”:从拉瓦锡的“私密科学”谈起

南京师范大学外国语学院教授 杨靖

2018-10-06 09:44 来源:澎湃新闻

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“近代化学之父”拉瓦锡在1773年的一个私人备忘录中曾写道,他相信他正在从事的化学实验一定会“给物理学和化学带来一次革命”。当时的化学,作为一门新兴学科,刚刚脱离炼金术和医学等学科获得独立,其科学实验也多在私家实验室进行,尚未尽脱神秘色彩,与十九世纪以后公开、严谨的科学研究风格大为不同。根据科学史家弗雷德里克·霍姆斯的定义,“私密科学”是指“那些或多或少在幕后所进行的科学活动、技艺、实践和思想”——私密科学(private science)是相对公开科学(public science)而言,两者没有截然的界限。科学家的实验室记录在未公开之前,属私密科学;一旦记录公开并成为公共财产,其理论学说及思想为世所公认,私密科学就一变而为公开科学。但两者之间仍有区别——如另一位科学史大家罗伯特·默顿一再强调:“(科学家)公开的记录并没有记录下科学研究的真正过程。”——对于拉瓦锡而言,他与舍勒、普里斯特利、卡文迪许等人关于氧气的发现权之争是科学史上由来已久、聚讼不已的话题;在二十一世纪的今天,借助私密科学这一视角,或许可以看得更为真切。
拉瓦锡夫妇
1764年,富家子出身的拉瓦锡二十一岁,在科学院院士盖塔尔影响下,决定放弃前途大好的律师职业,转而投身科学研究。十年以后,他作出革命性预言,并宣称要重复此前关于固定空气的吸收与释放的所有实验——他立志要凭借科学实验数据发现空气中的“奥秘”,从而推翻在欧洲大陆盛行已久的“燃素说”。可惜事与愿违,此后很长一段时间拉瓦锡的研究进展并不顺利。尽管有拉瓦锡夫人的大力协助——她出身豪门,精通数国语言,为化学家翻译欧洲大陆最新的研究成果,同时担任实验助手;尽管他的实验室设备齐全——据说单单烧杯瓶便有一万三千多个,但他所做的实验并不都能成功。从日后披露的实验记录和私人备忘录来看,他的实验过程时常发生偏差,结果与之前预期的结果大相乖违:拉瓦锡一度坚信他的理论对德国权威施塔尔的燃素说将形成致命打击,但实验数据并未提供有力佐证,这令他苦闷不已。
由于科学院的学术会议日期临近,在巨大压力之下,年轻且渴望获得科学声望的拉瓦锡决定铤而走险——他在会上篡改了实验报告的数据,故意夸大实验的精确性,错误地描述他的实验进程,至于其实验的不足之处以及与其理论相违背之处则故意避而不谈。此外,他还数次利用刊物延迟出版的时机,对他的论文进行修改完善,然后当众宣布他领先一步的“重大发现”——总之,从他的私密科学档案,人们可以身临其境地观察到拉瓦锡的实验历程,并能切身感受到天才科学家如同当今高校里的学术“青椒”,也有同样的迷茫、焦虑和苦恼。
今天看来属于“学术不端”的行为,在启蒙运动时代却被视为“温和的欺诈”,几乎是当时流行的科学著述的通病,同时也是一个胸怀大志的年轻人可以被理解和被宽宥的行为。相对于这些弱点,从拉瓦锡的私密科学档案来看,他面对挫折不屈不挠的勇气和过人的才智显然更加令人钦佩。拉瓦锡于1772年所做的第一批燃烧实验,对他日后氧气理论的形成以及化学体系的重构至关重要,科学史家因而将这一年称为“关键之年”。此前实验的失败并没有使他沮丧或放弃,相反却使他对化学定量研究的科学方法越发充满信心。随着论文的发表,拉瓦锡的私密科学转变为公开科学,这也是他在这一年当中最大的收获。
拉瓦锡一开始从事科研活动,就注重科学定量分析,并自觉地将科学测量置于极为重要的地位——他对燃素说的怀疑就是从燃烧物的质量分析开始的。同时,这种定量实验又以质量守恒定律作为前提,所以他能出人意料地用天平证明物质化学变化的基本规律。他成功地从牛顿建立的力学体系中吸取了关于物质在运动中质量不变的理论观点,从而阐明了化学反应中的质量守恒定律。也正是从这一点出发,拉瓦锡才开启了近代化学革命的道路。
拉瓦锡雕像
当然,从私密科学向公开科学转变的道路并非一帆风顺。1784年,拉瓦锡发表了一篇论文,指出水是由氧和氢组成的,水的重量等于氧和氢的重量之和。毫无疑问,这是关于水的物质组成的重大发现。文章最后,他还特地注明,此文完成于1781年,也就是说,这篇论文他在三年前就已写成。两年之后,即1786年,英国化学家布雷顿在《化学纪事》杂志上发表文章,宣称1776年英国化学家卡文迪许在实验时,就发现了氢气在氧气中燃烧后形成水滴,从而已经得出关于水的组成的结论——只是他的相关论文,在1784年1月才对外公布。布雷顿爆料说,早在1783年5到6月间,他本人作为卡文迪许的助手,在访问巴黎时曾把卡文迪许尚未发表的论文内容原原本本地告诉了拉瓦锡,于是拉瓦锡赶紧去重复这一实验,并最终写成了论文。经过律师“查证”——事实证明,拉瓦锡是在论文完稿的时间上搞了“小动作”。1790年,拉瓦锡不得不发表文章,承认自己“弄虚作假”。
但令人无语的是,拉瓦锡1784年向科学院陈述他的备忘录时,几乎无一语提及卡文迪许。也许他认为自己附加的实验(用铁生锈的办法对水进行分析)以及他对易燃空气的燃烧作出的理论解释比卡文迪许的实验更为重要,但他对卡文迪许的这种刻意“忽略”却明显有违学术道德规范。事实上,英国科学家卡文迪许对此或许并不在意——他是一位著名的科学怪人:他富可敌国,却不知享乐为何物,终日沉溺于科学研究之中,被誉为“一切有学问的人当中最富有的,一切最富有的人当中最有学问的”人。他从事科学研究五十年,在物理化学领域取得若干突破性成果,但淡泊名利,发表论文不过十余篇——与热衷功名的拉瓦锡恰成鲜明对比。
卡文迪许
不仅如此,在发现氧气优先权问题上,拉瓦锡与舍勒和普利斯特利的争端则更成为他为人诟病的话柄。瑞典科学家舍勒在药房当学徒时就醉心于化学研究。他发现磷在封闭容器里燃烧时,变为磷酸酐,而容器内空气体积减少了五分之一,剩下的五分之四的气体却不能使物体继续燃烧。由此他提出有两种气体,占五分之一的是能助燃的有用空气,或称活空气、火焰空气;占五分之四的是不能助燃的无用空气,或称死空气。这样,继1673年波义耳发现金属的增重之后,时隔百年,舍勒发现了空气的减重,若是将这两人的发现结合起来,就能揭开燃烧的奥秘。但遗憾的是,波义耳没有注意到容器中空气和金属的总重量在燃烧前后并未变化,因此就假设有一种火微粒跑进容器;舍勒则是燃素说的信徒,认为燃烧就是释放燃素,他设想释放出的燃素穿过玻璃壁跑出去了,所以磷酸酐一定比磷轻,就没有在容器内部寻找少掉的那部分空气的去处——由此与这一科学史上的重大发现失之交臂。
波义耳-拉瓦锡
与此同时,英国的普里斯特利也对气体进行了研究。1771年他发现被蜡烛燃烧所“污染”的空气会使动物窒息,却有利于植物的生长,而被植物“净化”过的空气又能使蜡烛燃烧,他认为植物可以吸收容器内的燃素。1774年8月,普里斯特利用直径为三十厘米的聚光镜对氧化汞加热,搜集到一种气体,它能使物体燃烧得更旺。他实际上也独立发现了氧气,可惜他也是个坚信燃素说的科学家——他称这种气体是“无燃素气体”,认为空气在本质上只有一种,包含燃素的多少就形成了同一种空气的不同表现形式。氧化汞所产生的气体是无燃素气体,所以它易于燃烧。燃烧一段时间以后,它吸饱了燃素,变成“燃素化气体”(即浊气),所以燃烧就停止了。他还发现动物所吸进的正是无燃素气体。他在实验报告中写道:“我把老鼠放在脱燃烧素的空气里,发现它们过得非常舒服后,我自己受了好奇心的驱使,又亲自加以试验……自从吸过这种气体以后,经过好多时候,身心一直觉得十分轻快舒畅。有谁能说这种气体将来不会变成时尚的奢侈品呢?不过现在只有两只老鼠和我才有享受呼吸这种气体的权利哩。”——普利斯特利与氧气擦肩而过的故事,被恩格斯善意地嘲讽为“真谛都碰上了他的鼻尖,却没有被发现”。
1774年10月,普利斯特利访问巴黎时,应邀拜访了拉瓦锡;拉瓦锡举行宴会,欢迎客人。在餐桌上,客人向拉瓦锡讲述了自己两个月前有关氧气的新发现,并在拉瓦锡的盛情邀请下,把自己的实验从头至尾演示了一遍。与此同时,拉瓦锡还收到1774年9月瑞典科学家舍勒的来信。在信中,舍勒也向他透露了自己的新发现。这样,拉瓦锡在两位同行的启发下对氧气进行了一系列实验,才得以最终揭开燃烧之谜。应当说,普利斯特列和舍勒两人,是早于拉瓦锡发现氧气的科学家,而拉瓦锡的实验成功,确实有赖于两位同行的启迪。但是,后来拉瓦锡却矢口否认他并未收到舍勒的信函,并毫无愧色地声称:“氧气是普利斯特列和舍勒与我大约同时发现的。”
空气称重装置
恩格斯曾经对化学史做过专门研究。在《资木论》第二卷《序言》中,他在充分肯定拉瓦锡发现氧气的功绩时,又公正而严肃地指出了拉瓦锡的错误:“……不是像拉瓦锡后来说的那样,他与其他两人(即普利斯特列和舍勒)同时和不依赖他们而析出了氧气。”在这里,恩格斯实际上从科学研究的道德层面,对拉瓦锡不能实事求是地对待同行的劳动成果和贡献提出了批评。
恩格斯《自然辩证法》
后世在对普里斯特利和拉瓦锡进行评价时,一般认为前者是出色的实验家、后者是卓越的理论家——即普里斯特利发现了一种对拉瓦锡来说特别关键和重要的气体,而这种气体直接导致了拉瓦锡的燃烧理论的提出。换言之,普里斯特利在发现气体上特别擅长,拉瓦锡则创立了一种全新的定量的化学实验风格。在解释为何是拉瓦锡而不是别人取得了那样引人注目的化学成就时,传统观点往往认为拉瓦锡从一开始就出类拔萃、超出他的同行很多,而事实并非如此——从解密的私人档案来看,对科学创造而言,即便是天才,也需要经过长久的训练和持之以恒的奋斗,最终才能作出原创性的重大发现。
普里斯特利是一位精干的实验家,但理论概括能力较差。他自己也说过:“我有慎重地全面地对待事实这个好习惯,但从中得出的结论,往往不是非常靠得住。”去世前一年他还出版《论燃素论的成就并驳水是化合物的观点》。难怪法国科学家居维叶感慨:“普里斯特利是现代化学之父,但是他始终不承认自己的亲生女儿。”舍勒与普里斯特利制造了摧毁燃素说的武器,但他们却不会使用这件武器。而拉瓦锡则巧妙地接过了这件武器,并取得辉煌的战果。德国科学家李比希由此总结道:“(拉瓦锡)没有发现过任何新的物体、新的性质和未知的自然现象,他的不朽的光荣在于:他给科学的机体注入了新的精神。”另一位科学家布兰迪则客观地评价:“在科学方面,拉瓦锡虽然是一个伟大的建筑师,但他在采石场的劳动却是很少的;他的材料大都是别人整理而他则不劳而获的,他的技巧就表现在把它们编排和组织起来。”从某种意义上可以说,波义耳、布莱克、卡文迪许、普里斯特利和舍勒等人只是制出了一批砖瓦,而用这些砖瓦建成大厦的则是拉瓦锡。
普利斯特利
舍勒
平心而论,拉瓦锡之所以成功,并不是因为他比别人更勤奋,卡文迪许的刻苦是他所无法比拟的。卡文迪许终身未娶,性情孤僻,他一生的大部分时间都在实验室度过,对科学的热爱不可谓不专一,然而成功的并不是卡文迪许。拉瓦锡之所以成功,也不是因为他实验技巧高明,在这方面他远不如英国化学家布莱克。布莱克向又细又长的管内倾倒溶液时,既迅速又准确,令人赞叹不已。他去世时正在用餐,手拿一杯牛奶放在膝上,心脏已经停止了跳动,杯中的牛奶却一滴也未流出,可见他双手控制物体的能力是何等高超,然而成功的也不是布莱克。很显然,是传统的错误观点遏制了卡文迪许与布莱克的才华。由此可见,对科学家来说,勤奋、动手的能力都很重要,但更为重要的还要有一个善于科学思维的头脑。这是炼金术士与化学家的根本区别,也是私密科学向公开科学转变的必要条件。
《大背叛:科学中的欺诈》
更多类似事例,详见《大背叛:科学中的欺诈》——作者是美国当代著名科学史家霍勒斯·弗里兰·贾德森。该书初版于2004年,并于当年获评亚马逊网站“科学类十大畅销书”。
责任编辑:丁雄飞澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 拉瓦锡,私密科学,氧气,燃烧

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