【文摘】化学之父波义耳:回到最基本的元素

作者/张文亮

来源/科学大师的求学、恋爱与理念

波义耳(1627-1691年)化学之父

三百五十年前,波义耳发现了一个小池塘,名叫『科学』。

池塘里有好多鱼,每条鱼钓出来,都是科学上的新发现,可以帮助许多人。于是三百五十年来,成千上万的聪明人往那个小池塘里跳;想出各种方法,用尽所有力量,只为了抓那个小池塘里的鱼。渐渐地,大鱼被抓光了,抓小的,不久小鱼也快抓光了,抓更小的;抓呀!抓呀!抓得的鱼不多,小池塘里的水却愈来愈混浊了。开始有人清醒了,回头想:当年的波义耳,是不是只发现这一个小池塘?其实呀,很少人知道:波义耳发现了一个好大好大的池塘,然后顺着大池塘走,才发现那个小池塘。

那个大池塘在哪儿呢?你看了本文,也许会发现喔!

〖大公爵的孩子〗 

战争的味道弥漫伦敦城,这是公元一六二七年,独裁的英王查理一世,与英国议会交恶,双方备战,接着就要展开持续二十二年的英国内战。罗勃特·波义耳(Robert Boyle)生于当年一月二十五日,他的父亲是爱尔兰最有权力,占有广大封地的李察(Richard)大公爵。

在这个骑士家庭,家长与几个孩子都以骁勇善战、射箭神准著名。唯独波义耳不同——体弱多病、身材瘦小,一副不堪造就的样子——看来是『虎父犬子』了。波义耳是大公爵十四个孩子中的老七,从小就有个特点:为了做好一件事,能够一个人静静地坐好久。但是这也算优点吗?一个先天条件不良的好孩子,既然不适合当军人,只好送他去念书。就这样,八岁的波义耳离开黑河谷中的巨大城堡,沿路看着早春溯溪而上的回乡鲑鱼,独自离乡远去

〖微风的翅膀〗 

在伊吞(Eton)贵族学校,这个红脸瘦小的爱尔兰学生,常是英格兰本地学生欺侮的对象。与父母亲戚相隔遥远,无助的波义耳经常在寝室里哭泣着。他实在太早离家了。 

这时他遇到了一位影响他一生的好老师:亨利·渥敦爵士(Sir Henry Wotton)。渥敦爵士是『失乐园』作者米尔顿(Milton)的至交,当时他是诗人、作家、外交家。由于长期出使日内瓦,看过许多名画、教堂,阅历广博,成为著名的艺术品鉴赏家,晚年回国,担任小学老师。为祖国鉴赏真正的人才,当然得从小学开始!  

渥敦爵士认识波义耳,就像艺术家找到了珍品,宝贝得不得了,好像把波义耳当成他儿子似的。老爵士带着小红脸看伦敦的油画、建筑,到哥德式教堂听微风像带着翅膀的鸽子,在殿堂里无声无息地盘旋上升。那是小红脸觉得这个世界还有一点人情味的地方。 

〖英国内战〗 

一六四〇年,英王查理向议会军队开战。整个爱尔兰加入保皇党。李察大公爵怕孩子受战争波及,就送波义耳到欧洲大陆去。之后五年,波义耳到过日内瓦、法国、瑞士、意大利各处的学校念书。

祖国传来失利的消息:一六四二年时,保皇军还节节胜利,后来就受到阻力;一六四四年传来父亲病死、哥哥阵亡的噩耗;一六四五年议会的新模范军(New Model Army)在总司令费尔法克斯(Fairfax)大将的率领下,在内兹比(Neseby)之役,予以保皇军致命的一击。不久,查理一世被送上断头台。  

〖解开迷思的环节〗

波义耳重回祖国,他再也看不到英勇的父亲、善战的大哥与成群的骑兵神射手。政治上的革命并没有给爱尔兰留下什么好处,死了那么多人,为的只不过是几个热血沸腾的口号。什么才是真正具有长远价值的呢?有十年的时间,他独居在多塞特(Doset)城堡——父亲留给他的封邑——苦闷地思索着。他愤世嫉俗、反叛、苦毒地在城堡上来回走着,找不到答案的迷惘使他的思想更为深入。

他发现所有问题环环相扣,其中有一个重要的环节,这使他想到:这一切要有意义,势必是要有一位有意义的上帝,不然人不会有追求意义的需要。这时他读到汤姆斯·布朗(Thomas Browne)写的《一个医生的宗教信仰》(Religio Medici)一书,给他很大的帮助。

〖不变的上帝与定律〗

布朗是当时一位很杰出的医生,也是一位基督徒,他在书中写道:『上帝造这个世界的目的是给万物居住,但是造人的目的,不只是为了使人在世界上生存而已,而是使人能够学习管理大地与思考上帝的作为。人需要理智才能够学习与思考。理智是上帝赏赐给人的,使人有别于其他万物。只是人类很少为这个赏赐感谢上帝……人可以透过三个老师认识上帝:圣经、住在基督徒心中的圣灵、以及上帝创造的万事万物里。』波义耳想道:如果这些叙述是正确的,那么他愿意成为基督徒,并且用仔细的理智逻辑与精密的实验追求认识万物的定律。这时候波义耳二十八岁。

六年以后,他果然在这个信念下发现了『在恒温之下,压力的大小与气体体积成反比』。这是世界上每一个学生都知道的『波义耳定律』。这个定律的伟大不是在怎么计算、怎么运用,这个定律的永垂不朽,是因为:这是人类历史上第一个被发现的『定律』,证明宇宙里是有不改变的律——且因创造宇宙的是一位信实、永不改变的上帝。 

〖英国皇家科学会〗

波义耳在二十八岁后离开多塞特前往牛津。那里人才荟萃,是英国饱学之士的聚集中心。波义耳因着对真理火热的追求与超人一等的理智思维,不久就成为牛津最受欢迎的学者。在那里他认识有『清教徒之父』之称的李察·巴克斯特(Richard Baxter),这两个人的友谊对后来一百年的影响很大,使得科学的进步扎根在敬虔信仰的根基上。

当时有很多人以为对宗教虔诚就必须反对科学。波义耳与巴克斯特扭转这种偏差,宣称:『人的得救条件不是要反对什么,而是接受上帝白白的恩典。只要你肯,仍然可以在科学里爱上帝、敬拜上帝。』这一段谈话在当时产生很大的影响,使得波义耳的牛津科学阵营里,聚集了一批杰出的基督徒科学家,如物理之父——牛顿(Newton)、力学大师——虎克(Hooke)、植物学之父——约翰·芮(John Ray)、古典文学大师——李察·班特利(Richard Bently)等,渐渐地这群人就组成了『英国皇家科学会』。

直到今天,这个协会仍是全世界所有科学团体中最杰出的一个;能够成为该学会的院士,是一个科学家的极高荣誉。 

〖机械怪手〗

波义耳栽培了许多杰出的科学家。例如,他在牛津大学上课时,注意到教室外面有个扫地的少年人,老是拿着扫把站在教室外面偷听,后来学生要把这个扫地的人赶走,骂他:地不好好扫却在教室外闲站偷懒。波义耳反而叫那少年人进来,问他:『你叫什么名字?在这里干什么?』

『我叫虎克,是英格兰威特岛(Isle of Wight)人,家里太穷了,没有钱受教育,又很想念书,所以来大学扫地,一边扫一边听。』

波义耳听了很受感动,决定收他当助手,于是顺便问他:『你会做什么呢?』

虎克答道:『只要你能说出来的东西,我都会做。人家叫我『机械怪手』,风车、磨坊、日晷……甚至轮船我都会做。』

『真的?那你能为我做一部抽风机吗?』就这样,虎克给波义耳做了一部抽风机,而且一起重复地测量气体压力与体积,印证了『波义耳定律』。在波义耳的推荐下,虎克后来成为皇家科学会重要的一名科学家。现代的学生几乎都知道虎克的显微镜与虎克的弹性定律。  

〖回到最基本的元素〗

在科学史上,波义耳被称为『化学之父』,是由于另一个划时代的贡献。  

当时的化学家仍相信亚里斯多德的学说:物质是由水、土、空气、火四要素所组成。这种偏差的学说,使得一千年来的化学家像炼金的术士,不断用不同的物质炼来炼去,想炼出金子来。他们始终认为是由于『水、土、气、火的失调』,缺乏因缘际会,以致无缘炼出金子。

波义耳力斥这种没有原则的因缘际会论,他认为『一个物质能否炼出金子,主要决定在这种物质是否含有『金子』这一个本质,如果没有这一个本质,再碰到什么因缘也不会有金子出来。』

这个本质就是物质的基本要素,他称为『元素』(elements),整个近代化学就从这个正确的观点建立起来。

波义耳也是首先用树木的液体来区分酸、碱的不同,这个液体后来成为有名的『石蕊试纸』。在波义耳的心中,物理、化学的美,在于能用非常简单的东西、非常基本的原理,阐述宇宙里各种复杂的现象

波义耳死于一六九一年十二月三十日。死前捐献所有财产,成立翻译圣经为爱尔兰文与土耳其文的基金。他晚年写了《基督徒的品德》(The Christian Virtuoso)一书,呼吁基督徒『以科学研究作为信仰的职责』。

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