两个影响世界的伟人
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牛顿三定律奠定了现代物理学的基石,也使牛顿成了现代物理学的鼻祖。
然而,牛顿三定律在牛顿二十多岁时候就都发明了,在他人生大部分时间中,他干了一件非常让人匪夷所思的事——迷恋炼金术。
牛顿一辈子大量的时间都花在了不靠谱的炼金术上,甚至还留下了650万字的炼金术著作。
牛顿1643年(大明灭亡的前一年)出生,1727年(清雍正五年)去世,活了84岁,等于活过了清朝的三个皇帝:顺治、康熙、雍正,康熙一个人在位了60年,这种长寿程度不但是科学家群体里,在英国皇室里也是没有的,但牛顿出生于平民家庭。
那么,是不是牛顿后半生的几十年真炼出了长生不老的仙丹了呢?
现在谁都知道这是胡扯。
但在古代社会,无论是东方还是西方,都认为这是有可能的,何况在牛顿的年代,现代化学还没有诞生。
当然,牛顿钻研炼金术的本质是对物质组成的探究。
拥有许多牛顿炼金术著作的经济学大师约翰·梅纳德·凯恩斯曾说:“牛顿不是理性时代的第一人,他是最后的一位炼金术士。”
凯恩斯在经济学界也是泰斗式的人物,他生于1883年,1946年才去世。后人把凯恩斯经济学叫凯恩斯学派,主张积极扩张的经济政策,也可以说,现在世界上的大部分国家实行的都是凯恩斯经济学。
凯恩斯对牛顿的关注不只是因为牛顿写了那么多关于炼金术的书,还有一个原因——牛顿当过英国皇家铸币厂的总监
1696年,牛顿通过当时的财政大臣查尔斯·孟塔古的提携,做了伦敦皇家铸币厂的总监,一直到去世。他主持了英国最大的货币重铸工作,
牛顿在1717年通过安妮女王法案,创立在金币和银币之间的联系,两者之间有了一定的比价,非正式地把英镑从银本位转移到金本位;这在当时是重大的改革,相当程度的增加英格兰的财富和稳定。因为原来白银在欧洲不值钱。这也让英镑的币值一直稳定了200多年,使英国成为了当时世界上信誉度最高的国家。
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西方的炼金术与中国的有点不同,西方的炼金术主要是想炼出金子,比如把铜啊、铝啊、铅啊放在一起炼,炼成金子当钱花。中国炼金师想通过金子炼出长生不老药,所以中国炼金术一直就处于玄学范畴,而西方炼金术发展出了现代化学。
西方炼金师们觉得可燃物都是黄色的,可以通过火把黄色属性加入到铅中。就是在这样一次次的实验中,人们不仅无意中发现了很多其他物质,而且得到了一条很重要的科学研究方法,这是从炼金术到化学的一个重要转折点。
最早从炼金术士转变为化学家的,要算德国商人波兰特。
1669年,他试图从人体的尿液中提取出黄金,这可能因为它们都是黄色的缘故,于是抱着发财的目的,用尿液做了大量实验,结果意外地发现了白磷(做炸弹的原料)。
其他的炼金术士们听到这个消息后,百般打探具体的炼法,但是波兰特的保密工作做得很好,在接下来的好几年里谁也不知道白磷是从尿里提炼出来的。
后来德国科学家孔克尔通过多方打听,得知发磷光的物质是从尿液中提取出来的,于是他也开始做类似的实验,并且在1678年成功地提取出白磷。几乎同时,英国的科学家波义耳也用相近的方法制作出了磷。
这个提取磷的方法就传播开来了,后来,波义耳的学生通过制作白磷发了财。磷的发现,标志着从炼金术到化学的第一个转折,因为不同的人用类似的方法得到了同样的结果,从此让一个新物质的发明过程变得可以验证。
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在从炼金术到化学过渡的这个过程中,起了最大作用的是著名科学家安托万·拉瓦锡,他在化学界的地位堪比牛顿在物理学的地位。拉瓦锡是法国末代王朝的贵族,从来不缺钱,他做化学实验只是为了探索自然的奥秘,而不是为了赚钱。拉瓦锡一生的贡献很多,最大的贡献是以下四个:
确认氧是一种化学元素,并且提出了氧气助燃的学说;
证实并确立了质量守恒定律;
联合其他科学家制定了今天使用的化学物质的命名法;
制定今天广泛使用的公制度量衡。
在拉瓦锡之前,学术界普遍认为一些物质能够燃烧,是因为其中具有所谓的“燃素”,燃烧的过程就是物质释放燃素的过程。但是人们还发现,给炉子鼓风火就能烧得更旺,把油灯的罩子盖严灯就会灭,当时的人们感觉没空气不行,但并不知道是空气中的氧气在助燃。
最早发现氧气能够助燃的其实是英国科学家普利斯特里。1774年,他在加热氧化汞时,得到一种气体,这种气体不仅能使火焰燃烧得更明亮,还能帮助呼吸。遗憾的是,燃素学说在普利斯特里脑子里根深蒂固,因此他没有得出有用的结论。后来普利斯特里到了法国,向拉瓦锡介绍了自己的实验,拉瓦锡重复了他的实验,得到了相同的结果。
但是拉瓦锡不相信燃素说的解释,因为他通过定量分析和逻辑推理发现了燃素说的逻辑破绽:如果燃烧是因为物质中的燃素造成的,那么燃烧之后,灰烬的质量应该减少,而事实上,燃烧的生成物的质量是增加的,这说明一定有新的东西加入到了燃烧的产物中。
拉瓦锡在实验中有一个信条:“必须用天平进行精确测定来确定真理。”正是依靠严格测量反应物前后的质量,他才确认了在燃烧的过程中,空气中的一种气体加入了进来,而不是所谓燃素分解掉了。此外这件事再次说明,逻辑推理对于科研很重要。
在研究燃烧等一系列的化学反应过程中,拉瓦锡通过定量实验证实了极其重要的质量守恒定律。质量守恒定律奠定了化学发展的基础。这是他的第二个巨大贡献。
这个定律并不是他的独创,在拉瓦锡之前很多自然哲学家与化学家都有过类似观点,但是由于对实验前后质量测定的不准确,这一观点无法让人信服,因此只是一种假说。拉瓦锡通过精确的定量实验,证明物质虽然在一系列化学反应中改变了状态,但参与反应的物质的总量在反应前后都是相同的。
由于有了量化度量的基础,拉瓦锡可以用准确的化学语言阐明这个原理。
正如牛顿建立了经典物理学的体系一样,拉瓦锡建立起化学的体系,有了拉瓦锡,化学这个学科才有了规则,这是拉瓦锡的第三个贡献。
一个科学体系的建立,首先要将各种概念定义清楚,今天化学上的很多概念就是拉瓦锡定义的,更重要的是化学物质的命名方法是他确定的。
拉瓦锡等人指出每种物质必须有一个固定名称,而且它的名称要尽可能地反映出其组成成分和特性。比如我们今天说食盐的化学名称是氯化钠,这种命名法则,就是拉瓦锡确定的。
从炼金术过渡到化学,从根本上讲是对各种化学反应由感性上升到理性,从感觉到量化的过程。要量化,做理性分析,就需要准确收集信息,当然就需要有统一的度量衡单位。为此,拉瓦锡领导了法国的一个委员会,确定了今天全世界通用的公制,比如米制系统,质量标准里的千克等,这是他的最后一项重大贡献。
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拉瓦锡生于1743年,乾隆八年,死于1794年乾隆五十九年,乾隆要退位的前一年。
拉瓦锡是非正常死亡,被砍头了,结局非常悲惨。
那时法国大革命正在轰轰烈烈地进行,拉瓦锡是贵族,又是法国由国王直接管辖的税务机关的领导,这都是革命群众最狠的身份。
他被判处了极刑。欧洲各国学会纷纷向国会请求赦免拉瓦锡,以便他可以继续开展科学实验,但法官声称:“共和国不需要科学家或化学家,审判不能推迟。”
1794年5月8日,拉瓦锡被送上了断头台。据说在行刑前他让刽子手观察自己被砍头后可能眨多少下眼睛,这算是他最后一次进行的科学研究。
不过这个说法正史上没有记载。
对于拉瓦锡之死,著名的数学家拉格朗日痛心地说:“他们可以一眨眼就把他的头砍下来,但他那样的头脑一百年再也长不出一个来了。”
五十多年前,1727年3月31日,牛顿在伦敦睡梦中辞世,于西敏寺举行国葬,成为史上第一个获得国葬的自然科学家。
英格兰诗人亚历山大·蒲柏为牛顿写下了以下这段墓志铭:“自然和自然的法则隐藏在黑暗之中。上帝说:让牛顿出世吧,于是一切豁然开朗。”
两个科学家不同的死法反映了世界的两种转型方法,一种是英国的光荣革命,另一种是法国大革命。
两者之间的不同,我们在以后几天聊。