| 世界著名的網(wǎng)絡(luò)科普作家塔米姆·安薩利（Tamim Ansary）在其新著（10 Great Scientific Discoveries）中總結(jié)了對(duì)人類社會(huì)發(fā)展有重大影響的、最偉大的十個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)。這之中，我們有的了如指掌，有的似熟悉的陌生人，但不管怎樣，這些跨越了漫長(zhǎng)歷史時(shí)空的科學(xué)人物、科學(xué)故事，實(shí)實(shí)在在地能給予我們深刻的感動(dòng)與啟示。 本站將陸續(xù)推出這十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的故事，它們分別是勾股定理、微生物的存在、三大運(yùn)動(dòng)定律、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、血液循環(huán)、電流、物種進(jìn)化、基因、熱力學(xué)四大定律、光的波粒二相性，敬請(qǐng)關(guān)注。 物質(zhì)的結(jié)構(gòu)——人類最偉大的十個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)之四 塔米姆·安薩利 1789年，法國(guó)化學(xué)家安圖瓦·羅朗·拉瓦錫（Antoine-Laurent Lavoisier，1743-1794）（如右圖）推翻“燃素”說，提出“元素”說。他說，這種“元素”物質(zhì)不能被任何化學(xué)過程再分解。他提出的元素表是不完整的，且有一些錯(cuò)誤，但是他對(duì)完整元素表的提出起到了重要作用?；谒墓ぷ鳎茖W(xué)家們提出近代的看法：即所有物質(zhì)能被分解為109種元素，所有元素是由原子構(gòu)成，所有原子由質(zhì)子、中子和電子構(gòu)成，等等……。 英國(guó)化學(xué)家、物理學(xué)家羅伯特·波義耳（Robert Boy1e，1627-1691）（如左圖）曾對(duì)幾種金屬進(jìn)行過煅燒實(shí)驗(yàn)。1673年波義耳發(fā)表的《使火與焰穩(wěn)定并可稱重的新實(shí)驗(yàn)》是一篇重要論文，波義耳認(rèn)為金屬在煅燒后增重是因?yàn)榇嬖诨鹞⒘?，在煅燒中，火微粒穿過器壁而與金屬結(jié)合,即: 金屬+火微?！?span lang="EN-US">>金屬灰。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，波義耳使用了天平，把定量的手段帶進(jìn)了化學(xué)研究之中。 1702年，德國(guó)化學(xué)家恩斯特·斯塔爾（Georg Ernst Stahl，1660-1734）（如右圖）也進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn)。他認(rèn)為金屬在煅燒中放出了燃素，即: 金屬+燃素——>金屬灰。斯塔爾將有關(guān)燃素的觀點(diǎn)系統(tǒng)化，并以此來解釋當(dāng)時(shí)已知的化學(xué)現(xiàn)象。由于燃素說的解釋較過去的合理，很快被化學(xué)家所接受，成為18世紀(jì)占統(tǒng)治地位的化學(xué)理論。盡管一些實(shí)驗(yàn)研究的進(jìn)展已披露了燃素說與實(shí)驗(yàn)事實(shí)的矛盾，但多數(shù)化學(xué)家仍然維護(hù)燃素說。 1772年9月，拉瓦錫開始對(duì)燃燒現(xiàn)象進(jìn)行研究。拉瓦錫在研究了化學(xué)史的概況和前輩化學(xué)家的工作之后，決心解決燃素說與實(shí)驗(yàn)事實(shí)的矛盾。他對(duì)磷、硫等易燃物的燃燒進(jìn)行觀察和測(cè)定，發(fā)現(xiàn)磷、硫在燃燒中增重是由于吸收了空氣。于是他想到，金屬在煅燒中增重是否屬于同一原因？1774年，他重做了波義耳關(guān)于煅燒金屬的實(shí)驗(yàn)。他將已知重量的錫放入曲頸瓶中，密封后稱其總重量。然后經(jīng)過充分加熱使錫灰化。待冷卻后，稱其總重量，確認(rèn)其總重量沒有變化。爾后在曲頸瓶上穿一小孔，發(fā)現(xiàn)瓶外空氣帶著響聲沖進(jìn)瓶?jī)?nèi)，再稱其總重量和金屬灰的重量，發(fā)現(xiàn)總重量增加的值恰好等于錫變成錫灰后的增重。拉瓦錫又對(duì)鉛、鐵等金屬進(jìn)行了同樣的鍛燒實(shí)驗(yàn)，得到相同的結(jié)論。由此拉瓦錫認(rèn)為燃燒金屬的增重是金屬與空氣的一部分相結(jié)合的結(jié)果，否定了波義耳的火微粒之說，對(duì)燃素說提出了質(zhì)疑。 那未，與金屬相結(jié)合的空氣成分又是什么？當(dāng)時(shí)人們還不了解空氣具有兩種以上組分，拉瓦錫也無從推斷。1774年10月，英國(guó)化學(xué)家約瑟夫·普利斯特列（Joseph Priestley，1733-1804）（如左圖）訪問巴黎。在拉瓦錫舉行的歡迎宴會(huì)上，普利斯特列告訴拉瓦錫，在3個(gè)月前，他曾在加熱水銀灰的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)一種具有顯著助燃作用的氣體。這信息給拉瓦錫以啟示，他立即著手汞灰的合成和分解。實(shí)驗(yàn)事實(shí)使拉瓦錫確信，煅燒中與金屬相結(jié)合的決不是火微粒或燃素，可能是最純凈的空氣。1775年末，普利斯特列發(fā)表了關(guān)于氧元素（他命名為脫燃素空氣）的論文后，拉瓦錫恍然大悟，原來這種特殊物質(zhì)是一種新的氣體元素。隨后，他對(duì)這種新的氣體元素的性質(zhì)進(jìn)行了認(rèn)真的考察，確認(rèn)這種元素除了助燃、助呼吸外，還能與許多非金屬物質(zhì)結(jié)合生成各種酸，為此他把這種元素命名為酸素，現(xiàn)在氧元素的化學(xué)符號(hào)O就是來源于希臘文酸素：oxygene。 對(duì)氧氣作系統(tǒng)研究后，拉瓦錫明確地指出：空氣本身不是元素，而是混合物，它主要由氧氣和氮?dú)饨M成。1778年他進(jìn)而提出，燃燒過程在任何情況下，都是可燃物質(zhì)與氧的化合，可燃物質(zhì)在燃燒過程中吸收了氧而增重。所謂的燃素實(shí)際上是不存在的。拉瓦錫關(guān)于燃燒的氧化學(xué)說終于使人們認(rèn)清了燃燒的本質(zhì)，并從此取代了燃素學(xué)說，統(tǒng)一地解釋了許多化學(xué)反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，為化學(xué)發(fā)展奠定了重要的基礎(chǔ)。 長(zhǎng)期以來，水也被看作是一種元素。在氧元素被確認(rèn)后的1781年，英國(guó)化學(xué)家卡文迪什（Henry Cavendish 1731-1810）（如右圖）發(fā)現(xiàn)在氫氣與普通空氣或氧氣的混和合氣中通電、發(fā)生火花時(shí)，會(huì)有水珠的生成，這一實(shí)驗(yàn)證明水是一種化合物。但是由于卡文迪什仍舊信仰燃素說，所以對(duì)這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能作出清晰的解釋?？ㄎ牡鲜驳闹植祭竦牵?span lang="EN-US">Sir Charles Blagden ，1748-1820）1783年6月訪問巴黎時(shí)，將這一實(shí)驗(yàn)告訴了拉瓦錫。拉瓦錫立即進(jìn)行了跟蹤實(shí)驗(yàn)，不僅合成了水，同時(shí)還將水分解為氧氣和氫氣，再次確認(rèn)了水的組成，并且用氧化理論給以準(zhǔn)確的說明。 運(yùn)用氧化理論，拉瓦錫弄清了碳酸氣就是碳與氧元素的化合物。他又根據(jù)酒精一類有機(jī)化合物在燃燒中大都生成碳酸氣和水的事實(shí)，建立了有機(jī)化合物的分析法，將有機(jī)物在一定體積的空氣和氧氣中燃燒，用苛性堿溶液來吸收其產(chǎn)生的碳酸氣，再?gòu)臍埩粑镏杏?jì)算出生成的水量，由此確定有機(jī)化合物中所含的碳、氫、氧三種元素的比例數(shù)。 根據(jù)氧化理論，1777年拉瓦錫發(fā)表論文，指出動(dòng)物呼吸是吸入氧氣，呼出碳酸氣。他與法國(guó)天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家皮埃爾·西蒙·拉普拉斯（Pierre Simon Laplace，1749-1827）（如左圖）合作，1782年設(shè)計(jì)了冰的熱量計(jì)，測(cè)定了一些物質(zhì)的比熱和潛熱。同時(shí)證明動(dòng)物的呼吸也屬于一種燃燒現(xiàn)象。 拉瓦錫的氧化學(xué)說是對(duì)燃素說的否定，他關(guān)于水的組成、空氣的組成等一系列實(shí)驗(yàn)成果是對(duì)亞里士多德四元素說的批判，為了與新的理論相適應(yīng)，1785年，拉瓦錫和他的同行合作編寫了《化學(xué)命名法》，強(qiáng)調(diào)指出每種物質(zhì)必須有一固定名稱，單質(zhì)命名盡可能表達(dá)出它的特性，化合物的命名盡可能反映出它的組成。他們建議對(duì)過去被稱為金屬灰的物質(zhì)應(yīng)依據(jù)它的組成命名為金屬氧化物；酸、堿物質(zhì)使用它們所含的元素來命名；鹽類則用構(gòu)成它們的酸和堿來命名。這樣一來，汞灰應(yīng)稱為氧化汞，礬油應(yīng)叫作硫酸等等，從而奠定了現(xiàn)代化學(xué)術(shù)語命名的基礎(chǔ)。當(dāng)今所用的化學(xué)術(shù)語的大部分都是依據(jù)這一命名法而來的。 拉瓦錫把質(zhì)量不變的規(guī)律作為他思維推理的前提。這種質(zhì)量守恒的思想在他1789年出版的《化學(xué)綱要》中，作了清楚的闡述，這是他對(duì)近代化學(xué)發(fā)展的又一突出的貢獻(xiàn)。就在《化學(xué)綱要》這部名著中，拉瓦錫總結(jié)了他化學(xué)研究的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展了波義耳提出的元素概念，提出元素是化學(xué)分析到達(dá)的終點(diǎn)，即在當(dāng)時(shí)用任何化學(xué)手段都不能分解的物質(zhì)可稱為元素。據(jù)此他還列出了一張包括33種元素的分類表?，F(xiàn)在看來，這張表雖然存在一些錯(cuò)誤，但是世界公認(rèn)這是第一張真正的化學(xué)元素表。 綜觀拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)研究和理論建樹，拉瓦錫既沒有發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)，也沒有提出新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，甚至沒有創(chuàng)新或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)手段或方法，然而他卻在重復(fù)前人的實(shí)驗(yàn)中，通過嚴(yán)格的合乎邏輯的步驟，闡明了所得結(jié)果的正確解釋，作出了化學(xué)發(fā)展上的不朽功績(jī)。成功的原因是多方面的，首先他強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)是認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)，他的治學(xué)座右銘是：“不靠猜想，而要根據(jù)事實(shí)。”他在研究中一直遵循“沒有充分的實(shí)驗(yàn)根據(jù)，從不推導(dǎo)嚴(yán)格的定律”的原則。這種尊重科學(xué)事實(shí)的思想使他能把前人所作的一切實(shí)驗(yàn)看作只是建議性質(zhì)的，而不是教條，從而批判地繼承了前人的工作成果，敢于進(jìn)行理論上的革命。（如左圖：拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)設(shè)備） 拉瓦錫善于學(xué)習(xí)，善于進(jìn)行分析綜合、判斷推理，提出新的學(xué)術(shù)思想。他能把前人對(duì)于同一實(shí)驗(yàn)所作的不同解釋加以分析比較，從中發(fā)現(xiàn)矛盾和問題，為此他選擇了一些關(guān)鍵的跟蹤實(shí)驗(yàn)作為自己研究的突破點(diǎn)，并在實(shí)驗(yàn)中，保持清醒頭腦。拉瓦錫在實(shí)驗(yàn)分析中遵循“必須用天平進(jìn)行精確測(cè)定來確定真理”的信條，除了細(xì)致地觀察實(shí)驗(yàn)外，他還善于捕捉那些化學(xué)反應(yīng)中各種物質(zhì)變化的相互聯(lián)系，不被表面現(xiàn)象所迷惑，透過現(xiàn)象深入到本質(zhì)，從整體上去認(rèn)識(shí)反應(yīng)的本質(zhì)。 就在拉瓦錫在科學(xué)研究上取得一個(gè)又一個(gè)的重要進(jìn)展時(shí)，1789年法國(guó)大革命爆發(fā)，拉瓦錫由于曾經(jīng)擔(dān)任過包稅官而入獄，被誣陷與法國(guó)的敵人有來往，犯有叛國(guó)罪，于1794年5月8日處以絞刑（如上左圖）。法籍意大利數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家約瑟夫·拉格朗日(Joseph Louis Lagrange,1736-1813)（如上右圖）痛心地說：“他們可以一瞬間把他的頭割下，而他那樣的頭腦一百年也許長(zhǎng)不出一個(gè)來。” | 
