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让牛顿都沉迷的炼金术,为何被称为是近代化学的“祖先”? 精选

已有 5323 次阅读 2022-11-25 15:07 |个人分类:自然科学|系统分类:观点评述

17 世纪,著名炼金术士约翰·鲁道夫·格劳伯(Johann Rudolf Glauber,1604—1670)被认为是一位化学工程师。他把硫酸与食盐反应,得到了盐酸和硫酸钠

格劳伯在药房工作时,就把硫酸钠当作泻药,这一药物大有市场,被称为格劳伯盐。他很得意地把它称为“灵药”,并宣称硫酸钠治好了自己的伤寒。以人物名命名化学物质,在当时是一个流行的现象,因为化学还未正式出现。近代化学先驱罗伯特·玻意耳(Robert Boyle,1627—1691)也是一位“炼金术士”,他曾经把自己炼制的“贵金属粉末”送给另一位“炼金术士”——牛顿。

牛顿也做过炼金术实验,可是最后他认为,可能要把“元素微粒分离出来,才能做到元素衍变”。所谓的元素微粒,就是玻意耳所提倡的“微粒论”,它与古希腊的原子论是不同的。

古代原子论的提出是基于宇宙本原的思考,但原子论提出时,为了逻辑自洽地解释运动,同时也提出虚空的概念,即世界由原子、虚空构成,由此世界是物质的、运动的。

这是亚里士多德所反对的,他不认为世界存在虚空,提出“自然厌恶真空”,世界是由四种不同元素组成的,是连续的。作为柏拉图(Plato,前 427—前 347)的学生,亚里士多德在数学方面有很深的造诣。

柏拉图认为,数学是宇宙本原,数学概念是一种客观存在。柏拉图将四个经典元素土、火、气、水,分别与立方体、正四面体、正八面体、正二十面体一一对应起来,作为构成世界的四种元素。第五种即正十二面体,则构成了天空。而且,宇宙是圆的,这也与古希腊认为匀速圆周运动是一种“自然”的运动有关。

亚里士多德认为,数学概念只是物质的一种属性。柏拉图的数学太抽象,难以做到逻辑自洽,所以,他回归到了线性思维,提出点占有空间,但不可分割。可是,点与点之间却是连续的,无穷多的点构成线。并且,世界由自下而上的四种元素构成——土、水、气、火,它们以不同的方式结合在一起,形成万事万物。而运动都是在物质(需要介质而不是真空,如空气和水)中进行的。

亚里士多德的核心思想是逻辑和逻辑基础上的理性,并且,对于遥远天际上的物质,他又在四元素论之上,提出了“以太”的概念。他没有纠结物质分割,而是把世界看作不同元素连续组成的并不断运动的实体。

不过,亚里士多德把四元素与冷、热、干、湿四种感觉关联,再通过论述人体的体液与情绪,构建起了一个物理学、生理学相结合的体系。这一联系,是建立在直观的感觉,而不是科学实验基础上的,虽然能够逻辑自洽,但会被科技进步推翻。

先秦时代,庄子(前 369—前 286)提出“一尺之捶,日取其半,万世不竭”,是把无穷小概念与连续性思维相结合

墨子(前 476 或 480—前 390 或 420)提出“端”的概念,也被认为是一种“原子论”。但是他们都没有上升到逻辑的高度。包括诸子百家的理论,都只是概念或简单推论的集合。

事实上,亚里士多德的一些观点远没有柏拉图抽象,更容易被崇尚自然观的线性思维接受。他的《形式逻辑》奠定了理性的逻辑基础,成为理性的源泉。

欧几里得(Euclid,前 330—前 275)的《几何原本》(Elements of Geometry)则是逻辑思维在数学上的完美应用。亚里士多德为科学发展提供了内在的驱动力,这也是亚里士多德的理性逻辑思想被中世纪的神学家们推崇的原因之一。再加上托勒密的地心说和盖伦的医学,三者构建起了中世纪的基督教神学理论体系。正是亚里士多德的理性逻辑,让中世纪是神学人员追寻真理,结果产生了近代科学。

1637 年,笛卡儿在《方法论》(Discourse on the Method)中写下“我思故我在”(I think, therefore I am)。不过,笛卡儿又解释,这句话的意思是“我们在怀疑时,不能怀疑自己的存在”(We cannot doubt of our existencewhile we doubt)。以线性思维来理解,这两句话是相互矛盾的,但是从抽象思维来理解,却是一致的。并且他反对古典的原子论,认为一个圆环状的物体自身运动,不需要真空。

毕竟,古代原子论是一种哲学思考。正如伯特兰·罗素(Bertrand Russell,1872—1970)所说,哲学是神学与科学的中间地带。也有人理解为哲学是迷信到科学的过渡。但历史上已经无数次证明了,迷信的人既可以有哲学的思考,也可以有科学上的贡献。科学不是一成不变的真理,而是一种需要不断修正、突破,甚至否定自我的思维体系。

阿拉伯化学家、炼金术士哈扬(Hayyān)对化学物质分类,并列出了一系列清单,包括汞、硫、锑、砷和硫酸。另外,其著作中关于炼金术的实验设备出现了 20 多种,并且描述了蒸馏、萃取、结晶等许多常见的化学过程,以及多种化学反应。由于硫容易与银和汞起反应,于是他提出了金属硫汞理论。即所有金属中都含有硫和汞,根据其比例不同,形成不同的金属种类,而黄金中的硫和汞的比例才是完美的,只要二者比例合适,就能通过一般金属、硫、汞,冶炼出黄金。

玻意耳在 1661 年出版的《怀疑派化学家》(The Sceptical Chymist)一书中,既批评亚里士多德的四元素理论,也批评了帕拉塞尔苏斯的炼金三元素理论。因为他在实验炼金时,发现物体加热会生成许多复杂不同的化合物,他认为可以用微粒论来解释这些。后来,玻意耳使用微粒论全面修正亚里士多德的元素论,不过,他不确定有多少种“微粒”。

在玻意耳眼中,物质由不同的微粒组成,但与原子论不同的是,微粒是可以分割的。而牛顿更是提出,光是一种微粒,并且可以分割,光微粒还有自己的质量、形状、颜色。那时的科学家仍然追求找到一种放之四海而皆准的“定理”来解释整个客观世界,他们严重低估了世界的多样性和复杂性。

炼金术大大丰富了人们对物质转化的认知,特别是推动了冶金术的提高。很多人把关注点放在“燃烧”这一现象。

约翰·约阿希姆·贝歇尔(Johann Joachim Becher,1635—1682)的父亲是一位新教行政官,在“三十年战争”(1618—1648,也称宗教战争)中去世。贝歇尔很小就负担起了一家人的生活,一开始通过做手工,后来通过教学。1650 年,15 岁的他开始周游欧洲,到过斯德哥尔摩、阿姆斯特丹,或许也到过意大利。

1652 年,贝歇尔到美因茨大学(University of Mainz)学习医学、神学,这期间,他对炼金术有较多研究。1654 年,19 岁的他以化名出版了《通过哲理石论述全能哲学的与普世的医学》(Discours about the Allmighty Philosophical andUniversal Medicine by the Philosopher Called Philosopher′s Stone)。而这一年,在马德堡市,市长奥托·冯·格里克(Otto von Guericke,1602—1686)表演了著名的“马德堡半球实验”。

贝歇尔很快得到了美因茨大学医学院院长、后来的校长路德维希·冯·赫尼格(Ludwig von Hörnigk,1600—1667)的关注和赏识。

1657 年,他被聘为美因茨大学的教授,并成为美因茨主教选帝侯(Archbishop-Electorof Mainz,负责召集议会选举下任神圣罗马帝国皇帝,并检票)约翰·菲利普·冯·舍博恩(Johann Philipp von Schönborn,1605—1673)的内科医生。

主教的助手耶稣会教士加斯帕尔·肖特(Gaspar Schott,1608—1666)也是位科学爱好者,他与多位科学家保持通信,并发表了关于马德堡半球实验的细节,使玻意耳于 1655 年左右了解到了真空泵。

1660 年,贝歇尔出版了《冶金学》一书。次年,他推出了一种包含一万个词汇的语言作为世界语,这是最早的世界语尝试。

1662 年,贝歇尔与美因茨大学校长之女结婚。1663 年,他来到慕尼黑,为巴伐利亚选侯费迪南德·马里亚(Ferdinand Maria,1636—1679)服务,马里亚为他修建了一个实验室。因为贝歇尔建议重商主义,提议建设一个南美的殖民地,并且建议垄断境内的丝绸贸易权,结果被商人们集体反对,被迫离开。

这一时期,英国、法国、荷兰在海上争霸。荷兰以“海上马车夫”称雄一时。1651 年,英国克伦威尔通过议会,发布《航海条例》这一重商主义法案,并且,英军袭击荷兰船队,向荷兰宣战,使荷兰退步,双方于 1654 年签订了《威斯敏斯特和约》,让英国谋得了同荷兰平等的贸易权利,还得到了圣赫勒拿岛(后来成为拿破仑的流放地)。而在亚洲,郑成功(1624—1662)于 1661 年收复台湾,荷兰东印度公司再遭挫败。

英王查理二世复辟后运气不佳,他主动挑起第二次英荷战争,虽然 1664 年占领了北美的新阿姆斯特丹(原荷兰殖民地),但荷兰与之缠斗两年,英国被迫主动求和。荷兰海军于 1667 年 6 月奇袭英国,炮轰伦敦。一个月后,两国迅速签订了《布雷达和约》。

此时的贝歇尔虽然离开了慕尼黑,但却得到了神圣罗马帝国皇帝利奥波德一世(LeopoldⅠ,1640—1705)的赏识,于 1666 年到维也纳担任商务咨议(councillor of commerce)。在维也纳,他有一个实验室,研究纺织品、色素、矿物,还出版了相关的书籍。

贝歇尔在维也纳的言行依旧激进,他建议修一条与荷兰之间的运河(直到1992 年才建成),增加贸易。1672 年,在他监督下,奥地利建设了一个羊毛工厂。1676 年,在他亲自主导下,建设了一个有 186 名工人的纺织车间。不过,他强调国家应当控制贸易和金融,这些激进的措辞导致他被解雇,并且因为反对进口法国的产品,一度被关押。

1678 年,贝歇尔前往荷兰,开始设计了一个绕制蚕茧的机器。次年他又声称发明了一种从沙子中炼制黄金的方法,要卖给荷兰。不过,黄金炼制工厂正建设时,他却接到了英国鲁珀特王子(Prince Rupert of the Rhine,1619—1682)的邀请,出发去了英国。在那里,他考察了王子在苏格兰的矿场,最后回到伦敦,直到去世。1682 年,在他去世之前,他又出版了一本化学书籍,书中列出了 1500 种化学反应,其中一个是哲理石的生成方法,他仍记挂着把铅变成黄金。

贝歇尔对后世比较有影响的是 1669 年,在维也纳出版的《物理种属》(Physica Subterranea),对矿物学作出重大贡献。根据他在这本书中的提法,物质由水、气、土三种元素组成。而气元素的作用只是一种激动剂(催化剂),让水元素和土元素以不同的比例组合为不同的物质。并且,有三种不同的土元素,固态土(terra lapidea,stony / rocky earth),液态土(terra flfluida,liquid earth)和油性土(terra pinguis,oily / fatty earth)。油性土可以燃烧,并且,伴随燃烧,它会释放到空气中,剩余的物质会减少。同理,金属焚烧时会产生矿灰(calx),重量也比原来的轻。

他拿掉了无法观察和测试的火元素,同时,把土元素分成不同的种类,这是对原来的元素论的提升。这标志着,人们对元素论,不仅仅是哲学探讨和思考,而是启动了观察和实验。


摘自《新药史话:从万能药到生命科学前沿》,略有删改




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