科學逸聞|斷頭臺上,他與劊子手做了最後的實驗

2020-12-15 網易新聞

編者按:賽先生奔向近代的腳步匆匆,留下曲折離奇的時代印跡。在科學演進史裡,蠻荒粗鄙與異想天開結伴同行,它們令卑微之人更加卑微,令傳奇故事愈發傳奇。

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作者|巫不苦,旅居法蘭西攻讀物理學專業,愛好歷史和經濟學。本文為網易歷史頻道獨家稿件,謝絕轉載。

法蘭西是一片福地,誕生於法國的西方科學家不勝枚數。大多泰鬥級的數學家,如柯西、拉格朗日、拉普拉斯和龐加萊等,都是法國人,在超過三四百年的時間跨度裡,他們的美名響徹學界。而反觀物理化學領域,法國的表現雖然沒有如此耀眼,但在世界化學史上,拉瓦錫是無法忽略的一位明星,他是化學經典體系奠基人,在化學界的地位,如同牛頓之於物理學。

拉格朗日曾高度讚揚過拉瓦錫,稱他為「法蘭西之光」,而他的意外死亡也令輝煌一時的法蘭西科學院扼腕嘆息。直至今日,法國仍不乏有大學將其教學樓命名為拉瓦錫樓,以紀念這位不世出的化學天才。

富裕家族的博學之士

拉瓦錫一生的命運都與司法行政系統密不可分,是名副其實的體制內人員。首先,他的父親是一名律師,而他那早逝的母親同樣也是律師的女兒。其實拉瓦錫的父親並不富裕,但因為他的外祖父母家還經營著肉類生意,光景要好得多。所以,他能夠從母親的家族繼承了一大筆遺產,另外,他接受的教育也是外祖母一手安排的。

得益於外祖母的教導和支持,拉瓦錫的才能得到了充分展現。他年僅十一歲時,就進入了巴黎大學下屬的「四國學院」,接受了包括化學、天文學、植物學和數學在內的四類學科教育。在學院的最後一年,他跟隨得拉卡伊教授,進行天文學的科學研究。在這之後,他的興趣逐漸轉移向了氣候學。

在1761年的秋季,他在巴黎法律研究所註冊入學,並用了三年時間獲得了巴黎律師協會認可的文憑。雖然擁有律師資格,不過這位律政界天才從未以律師的身份在法庭上出現過。

在法學院求學期間,拉瓦錫依然堅持以助理的身份,參與各種自然學科研討會。要知道,當時的法國學界一片混亂,許多高校因取消了教會在校內的教學職能,陷入與教會不斷的衝突之中。法國工程師學院中的佼佼者巴黎路橋學院最為激進,將所有宗教教育從世俗化科學教育中剝離出來。封建宗教勢力與新興自然科學學界產生了不可調和的矛盾,這對科學家可不是件好事,因為這不僅意味著高校辦學和科研經費將遭到教會的削弱,更意味著很多科學家將難以在動蕩的環境裡專心做學術。不過拉瓦錫似乎沒有受到當時外界大環境的影響,在此期間,他憑藉一篇光譜學領域的論文,獲得了法蘭西科學院的學術競賽冠軍,並收穫一枚金質「國王獎章」。同年秋季,他把研究領域轉向礦業,在阿特拉斯實驗室,他給兩位該領域的頂尖科學家做助手。到了第二年,他開始在阿爾薩斯和洛林地區進行獨立地理學的研究。不得不說,與牛頓相比,拉瓦錫學術全面的才能有過之無不及。

為現代化學築起地基

多數人知道牛頓,是因為他開創了經典力學體系,而非對於微積分的貢獻。拉瓦錫也是如此,他聞名於世的原因並不是其地理學或光學方面的研究,而是因為現代化學發軔於他的貢獻。

1772年,拉瓦錫和其他幾位化學家購買了一顆鑽石,並將其放置在密封的玻璃瓶內。隨後,他們用透鏡將陽光聚焦在鑽石上,不一會兒,神奇的事情發生了,鑽石燃燒了起來並消失了。鑽石會燃燒,也許並不是拉瓦錫第一個發現,但敏感的拉瓦錫注意到,在整個過程中,密封玻璃瓶的質量沒有任何變化。鑽石損失的質量,轉化成了瓶中氣體的質量。正是這個「昂貴」的實驗,證明了他「質量守恆」理論的正確性。於此同時,他將構成鑽石的物質命名為「碳」。


拉瓦錫在做鑽石實驗

雖然氫氣由卡文迪許在1766年發現,但他僅僅將其定義為「易燃氣體」。1783年,拉瓦錫在與拉普拉斯合作時,將氫氣與氧氣混合後點燃,發現產生了水。由此,他認識到,水可能並不是一種單質或者元素,而是一種氫氧構成的化合物。當時,這個結論震驚了整個學界。拉瓦錫還正式把這種易燃氣體命名為「氫氣」。

現今,就算是西方人也很少會知道「燃素」這個過時的學術名詞。但這在當時,它是學界普遍認可的一種說法。「燃素」是指使物質能夠燃燒的一種化學元素,所有的可燃物都含有「燃素」。當拉瓦錫發現了「質量守恆元素定律」後,他發現物質在密閉的容器裡燃燒,質量沒有發生變化,「燃素」參與燃燒的說法不攻自破。《對燃素的思考》一文,標誌著拉瓦錫定量化學正式取代了舊時代的傳統化學。

元素表的首功不歸門捷列夫


拉瓦錫的化學元素名錄。這些元素的舊名稱列在了表的右欄中,拉瓦錫為它們起的新名稱則列在了左欄中。表中最前面的兩個元素是光與熱,其中還包含後來被確認為化合物的白堊(碳酸鈣)

在十九世紀後半葉,現代化學體系日趨完善,研究化學的方法論也逐漸成熟,新元素能夠以近乎每年一個的速度被發現。不過,人們只知道元素周期表是由沙俄科學家門捷列夫構建的,卻不知拉瓦錫在這之前的貢獻。

拉瓦錫生活的十八世紀,當時的化學家幾乎都是以拓荒者的身份尋找真理。在1789年,拉瓦錫發表了極具開創性的《初級化學論文》,宣告了亞里斯多德的古典化學體系徹底瓦解,人們不再相信世界是由水、土、火、氣和第五元素構成的。在論文中,他明確闡釋了單質和化合物的定義,並附帶一張元素表,包括:氧、氫、氮、硫、碳、鎳、鋅、銀等三十多種元素。美中不足的是,拉瓦錫將光和熱量也分別列為一種元素(從現代化學的角度來看,這顯然非常荒謬),然而瑕不掩瑜,在拉瓦錫之前,化學研究採用的是定性分析方法,能夠知道「是什麼,由什麼構成」就已經非常了不起了。拉瓦錫通過他嚴謹的科研方法論和高明的實驗設計,將化學引入了定量分析的領域,不僅解釋了「是什麼」,更精確地回答了「由什麼,按照何種比例構成」的難題。另外,從1791年開始,拉瓦錫與拉普拉斯、拉格朗日等數學家合作,開發了公制度量系統。有了量綱分析,物理學才得以突飛猛進,某種程度上,拉瓦錫的科研同時也助推了物理學的進步。

邂逅貴族少女


拉瓦錫和妻子,初中課本配圖截去了瑪麗安

除了科學研究,拉瓦錫在其他領域也很勤奮。他在26歲時,買進了一家為法國政府徵稅的公司,並試圖改革稅法,以幫助較為貧窮的納稅人。同一時期,他還擔任了政府火藥委員會成員,大大提高了法國火藥的質量和安全性,提高了法國礦業開採的效率,減少了安全事故的發生。

1771年,28歲的拉瓦錫與13歲的瑪麗安(Marie-Anne Pierrette Paulze)結婚。這之間,還有一段插曲,當時一位名叫阿梅爾瓦爾伯爵,提出要和瑪麗安結婚,可是這位伯爵已經40歲,她的父親作為拉瓦錫公司的高級職員,礙於各種因素,不方便拒絕。這時候, 拉瓦錫提出願意娶瑪麗安為妻,為瑪麗安妮和她的父親提供了一個開脫的理由。

瑪麗安是一位技藝精湛的藝術家,受過良好教育。她大力協助拉瓦錫的工作,將其論文從英文翻譯成法文,她還協助拉瓦錫進行實驗室工作,為拉瓦錫的科研出版物準確繪製實驗室儀器圖紙,並為拉瓦錫的實驗做了大量的書面記錄。

風雲突變,命如砂礫

18世紀的最後一個十年,是科技井噴的年代。工業文明逐漸傳播到歐洲大陸,各類技術應運而生。彼時的拉瓦錫尚尚未到知天命之年,原本可以利用自己的天賦和從事科研二三十年積累的經驗,大有作為,然而一切都在1793年戛然而止。革命者逼停了法國科學院和其他學術團體的科學研究。


法國國王路易十六被處決

一切源於1789年,法國大革命的爆發。革命要做的就是破舊立新,所以當時的富人階層和為政府工作的人,都受到了革命的威脅。隨後,在羅伯茨比爾的領導下,臭名昭著的雅各布專政正如火如荼地進行著。那時的法蘭西,正飽受著來自國內外的高壓:在國內,法蘭西本土貴族,因失去了土地和繼承權,集結起來極力反對革命,企圖作困獸之鬥。在外部,法蘭西與多個鄰國之間,陷入了地緣戰爭。革命者新建立的政權常常受到保皇黨的威脅,而缺乏經驗的街頭政治家,往往會選擇簡單粗暴的鎮壓,來解決意識形態上的分歧。

在這恐怖統治時期,法蘭西共有16594人被送上斷頭臺,算上被就地處決的人,全國每天有130多人因此喪命,可謂「風雲因而變色,草木為之含悲」。而巴黎的情況尤為嚴重,從被送上斷頭臺的「敗家國王」路易十六夫婦,到被指控有罪的小公務員,舊政府裡的人員幾乎無一倖免。我們的主人公拉瓦錫就首當其衝,成了大革命中無辜的殉難者。

1794年,拉瓦錫因參與政府的稅收活動而被定罪為叛徒,並被判處死刑。革命者捏造了一系列針對拉瓦錫的指控,包括從法國財政部竊取資金並將其交給法國的敵人。大批科學家前赴後繼地向當局求情,但羅伯斯庇爾用實際行動回應了他們:「什麼科學家?我不懂,我只懂殺人」。5月8日,50歲的拉瓦錫在巴黎被國人送上了斷頭臺,湊巧的是,瑪麗安的父親和另外26人也在同一個地點被處決。

然而1795年底,關於拉瓦錫的案件出現了一個大逆轉,法國政府發現,法院無法坐實對拉瓦錫的大多數指控,但此時木已成舟。而那時,只有拉瓦錫的妻子和他學術成果,倖免於難。具有諷刺意味的是,瑪麗安後來嫁給了班傑明湯普森,他在確定熱量方面發揮了關鍵作用,彌補了拉瓦錫學術上遺留的缺憾。

斷頭臺上最後的實驗

拉瓦錫心裡當然清楚,遇上雅各布派那幫瘋子,自己算是兇多吉少了。但真正的科學家不會放過任何求知的機會。據載,他和劊子手約定好,若是砍下腦袋後仍有知覺,他會眨動自己的眼睛。結果證明,被砍下腦袋後,拉瓦錫還眨了十幾次眼,人的感知功能區果然是在大腦。掌握真理的人,往往就是這麼樂觀,無所畏懼。


裡昂第一大學拉瓦錫樓,現已拆除重建

歷史是無法假設的,沒有人知道,如果拉瓦錫能夠活過法國大革命,繼續他的科學研究,他還能給世界帶來多少偉大的科研成果?或許能夠讓第一次工業革命提早結束二三十年,提早開闢內燃機的時代。

拉瓦錫的一生與諾貝爾如出一轍,充滿了矛盾和戲劇性。在新時代到來前,他們都是心懷慈悲的人道主義者。但是最後命運卻開了一個大玩笑。諾貝爾孤獨終老,客死他鄉;拉瓦錫勤勤懇懇,悲天憫人,卻慘死在同胞的屠刀下。

超越時代的國之棟梁,卻無端地成了國之亡魂。

本文來源:網易歷史 責任編輯:安梁_NN2061

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