煉金術師

? ? ?在很多人看來，煉金術是無稽之談。但其實煉金術是現(xiàn)代化學的祖先，俗話說子不嫌母丑，我們不應該嫌棄古代的煉金術，我們應該說青出于藍而勝于藍。但是說實話，說煉金術是現(xiàn)代化學的前身其實有點片面，因為那時候修習煉金術的學者就像萬金油——啥都可以插一腳，礦石學，自然哲學，醫(yī)藥學，植物學，都會學點。就像現(xiàn)在江湖上的郎中，會算命會看風水可能還會來給你一些偏方，甚至說不定還會治療跌打骨折什么的。不過和現(xiàn)在的騙子不同，那時候的煉金術師并非不學無術之徒，其實只有幾個拿得出成果的人才能說自己是煉金術師。

? ? ? 如果要簡單粗暴地解釋煉金術師的工作，那就是啥都看看，只要是看得見摸得著的東西都研究一下。

? ? ? 籠統(tǒng)地來說就是靈魂三問：

這玩意是啥？

這玩意有啥用？

這玩意能變成金子嗎？

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Figure 1 吾乃光之霍恩海姆，源自日本動漫《鋼之煉金術師》。動漫中的煉金術師希望制作賢者之石，但是最后發(fā)現(xiàn)賢者之石是由人的靈魂煉成的。

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? ? ?打個岔，為啥他們對金子如此癡迷？

? ? ?首先，最重要的，因為那是金子啊！

? ? ?其次，那時的自然哲學家們都認為金子是金屬的最高級階段，所有的金屬可以通過一種神奇的方式（賢者之石，一種能讓金屬進化的神奇的東西）變成金子。

? ? ? 就像很多哲學家認為通過思考人是可以變得更好一樣，這些科學家也是這么認為的：通過某種儀式或是方法能讓東西變得更加純粹，或是變得更加高級。

? ? ? 秉著探究這三種問題，那些煉金術師就開始了他們的探究東西的旅程。

? ? ? 理想是豐滿的，現(xiàn)實是骨感的。

? ? ? 煉金師們經常在高頸瓶中進行循環(huán)蒸餾的步驟，持續(xù)數(shù)個月都是不稀奇的事情。想一下，各種各樣的液體被擠在一個屋子里面，然后燒騰個幾個月，那個味只可意會不可言傳。

事實證明，雖然結果是不可能的，但是他們很多實驗的過程和結論都是好的，也為后輩們鋪平了道路。

? ? ??就比如說這個穆斯林的煉金術師，Jābir ibn Hayyān，就系統(tǒng)地描述了怎么蒸餾，怎么結晶，怎么升華，他還發(fā)明了蒸餾器，一種我們到現(xiàn)在都還在使用的儀器。

Figure 2 一個中世紀的煉金術師的畫像。

? ? ??此外，煉金術師們還對物質進行了分類，盡管用我們現(xiàn)在的眼光來看，這些分類是很失敗的，但是這樣的方法和精神卻流傳了下來，我們可以來看一個例子：

? ? ? 含有靈魂性質的物體--在加熱的時候會消失，如：水，酒

? ? ? 金屬--如鐵，金，銅，鉛

? ? ? 可以制成粉末的東西——如石頭一類。

? ? ?雖然這種分類十分粗糙，但它卻有了現(xiàn)代化學的影子——意識到某些東西有著相似的的性質并對他們進行劃分，這聽起來合理而且熟悉，不是嗎？

Figure 3 選自《鋼之煉金術師》里面的煉成陣。

? ? ? 而煉金術師們都有自己的理論：

? ? ? 首先是亞里士多德提出來的“四元素說”：所有的東西是都由風，土，水，火四種元素組成的物質。含有的元素的比例不同，所組成的物質就不同。

? ? ? 后來流行過一段時間的“三元素說”來解釋固體：硫，汞，鹽。不同的成分比例給物質帶來不同的性質。

? ? ? 我們已經可以看出來一部分現(xiàn)代化學的影子。然而那時候壓根沒有什么學術專利，所以煉金術師們很多都會編一些謎語來隱藏自己真正研究的東西，這就是為什么大家研究了將近十個世紀，卻基本沒整出什么正經玩意——因為兩個人講的同一個詞可能意思都是不一樣啊。而最糟糕的是當時的煉金術師們也不愿意進行學術交流，基本都是閉門造車——而這個狀況直到17世紀才真正地有所改善。

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英國皇家科學協(xié)會

? ? ? 17世紀在科學史上有個重大的事件——英國皇家科學協(xié)會成立。這個協(xié)會在后續(xù)的幾百年還會見證一個又一個奇跡般的科學發(fā)現(xiàn)。當然，當時的科學家們不可能知道這回事，只是出于對科學的激情和熱愛，成立了學會。

? ? 值得一提的是，皇家學會的口號是：“Nullius in verba”，意為“別信任何人的話”，也就是我們常說的“不要輕信權威”。秉著這樣的信念，皇家學會的成員，波義耳，發(fā)表了一本名為《懷疑派化學家》的書。這本書駁斥了之前亞里士多德的“四元素說”，并提出了他和他的朋友們的猜想“微粒說”。

Figure 4 為紀念皇家學會的成立的畫像，其中戴皇冠的是當時的國王查爾斯二世。

? ? ?波義耳在當時影響巨大源于他敢于公開自己的研究發(fā)現(xiàn)，并鼓勵別人也公開研究結果。這樣的科學精神與當時流行的閉門煉金的作派背道而馳。不過一個好的科學家未必是一個好的作者，他的《懷疑派化學家》寫得晦澀難懂，然而書中提出來的“微粒說”卻值得我們一看：

? ? ?1.?物質由微粒組成

? ? ?2.?不同的微粒組成不同的物質

? ? ?3.?微?？梢苑珠_

? ? ?4. 通過一系列的轉變，微?？梢员桓淖?。

? ? ?這看上去是不是很像現(xiàn)代的原子理論？

? ? ?當然，當時的人們還不知道分裂原子需要將高速的原子相互碰撞，而是認為煉金術可以改變微粒本身。但這個猜想是我們現(xiàn)代原子理論的前身。

? ? ?不過逐漸地，煉金術的影響力開始衰弱，而繼承了煉金術成果的學科——化學開始興起。受到當時人權宣言自由運動的影響，新時代的人們開始懷疑使用謎語，摻雜了神學哲學名詞的煉金術。此外，幾個不學無術的煉金術師抹黑，也使煉金術逐漸退出了歷史舞臺。相反，更多的科學家秉著“實踐出真知”的現(xiàn)代科學精神，替代煉金術師們扛起了科學發(fā)展的大旗。

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拉瓦錫

接下來要介紹一下化學史上的著名人物——拉瓦錫，他直接帶動了整個化學界，把化學提到了新的高度。

Figure 5 為拉瓦錫和他的夫人瑪麗，瑪麗同時也是拉瓦錫的助手，負責整理稿件和繪圖記錄。

? ? ? 在開始介紹拉瓦錫之前，我們需要認識到：一些現(xiàn)在看來錯誤的理論，在當時卻能解釋不少問題，讓人信服。在拉瓦錫的時代有一個十分流行的理論“燃素說”。這個假說由德國化學家Georg Ernst Stahl提出，用來解釋“火是什么”。

? ? ? 簡單來說“燃素說”有以下幾個要點：

? ? ? 1. 所有可以燃燒的物質都有一種叫做燃素的東西。

? ? ? 2. 一個物質所含有的燃素越多，它越容易燃燒。

? ? ? 3. 在空氣中，燃素被釋放出來，形成我們看見的火焰，這個火焰就是燃素釋放的結果。

? ? ? 4．?空氣是燃燒的必需品，因為它能吸收釋放出來的燃素。

? ? ? 5. 在一個密封的容器中，因為空氣是有限的，在吸收了一定燃素之后，空氣無法繼續(xù)吸收燃素，所以燃燒也就不能進行。

? ? ? 6. 一個物質燃燒以后剩下的叫做calx，比燃燒之前的物質要輕。

? ? ??這些解釋在大部分情況下是適用的，因為它很好地解釋了：為什么有些物體可以燃燒，有些物體不能；為什么很多物體燃燒以后變輕了。當然，也有一些人如波義耳發(fā)現(xiàn)有些金屬在燃燒以后反而變重了。于是有人稍微改進了“燃素說”——說燃素這種東西，比空氣要輕，在燃燒的過程中有些空氣中的顆粒會進入到物體里面，所以有些金屬燃燒后會變重。

? ? ? ?這個聽上去有點怪不是嗎？按照原來的理論，燃素應該比空氣密度要大，所以木頭燃燒以后確實變輕了，但是在金屬這里燃素密度卻比空氣小了。這要怎么解釋呢？因此，當時很多化學家都想測出燃素的質量，但是很可惜，他們都走錯了方向。

Figure 6 圖為普利斯里，是氧氣、二氧化碳的發(fā)現(xiàn)人。

? ? ??第一個發(fā)現(xiàn)氧氣的人叫普利斯里，是一個英國的化學家，他認為氧氣是dephligistonated air, 燃素的對立面。他把他的想法透露給了拉瓦錫，拉瓦錫回家以后重復了他的實驗，發(fā)現(xiàn)這個氣體正是燃燒所必須的，沒有這個氣體，燃燒根本不會發(fā)生。同時，他還推斷出空氣是至少兩種氣體組成的混合物。

? ? ? 兩年后，經過大量更加精密的測量，他發(fā)表了著名的質量守恒定律，并命名這個支持燃燒的氣體為“oxygene”。至此，“燃素說”這個流行了近一個世紀的學說就此坍塌，而拉瓦錫和他的燃燒理論成為了后來化學家們的必修課程。

? ? ?除了發(fā)現(xiàn)質量守恒定律，推翻“燃素說”，拉瓦錫還干了一件很了不起的事——改革化學。改革化學的第一步，就是編寫靠譜的教材。當時的化學名詞，尤其是化合物，沒有什么固定的名字。比如當時氧化汞被稱為“月亮的眼淚”，這樣的名字很好聽但是沒有規(guī)律，更糟的是這樣奇奇怪怪的名字有成百上千個，很容易一不小心就弄錯了。拉瓦錫和他的同事們認為這樣的命名非?；靵y，而且不直觀，于是發(fā)明了一種新的命名方式。比如說，當一個元素和另外一個元素結合成一種化合物，這個化合物的名字中必須包括這兩種元素的名字。這樣的命名系統(tǒng)很直觀，也更簡單，人們只需要記憶幾個元素，而不是上千個奇奇怪怪的名字。

Figure 7 為當時印制的elements of chemistry（化學元素）封面。

? ? ?不久，拉瓦錫和他的同事們一起編輯的 Traité?élémentaire de Chimie (Elements of Chemistry，化學元素)發(fā)布了。這本教科書包括了酸堿中和的性質以及氣體的一些性質，還有新的命名機制以及一個很簡潔明了的元素表。盡管聽上去很不可思議，但這本教科書真的飛快推進了化學的發(fā)展。此外，由于新一代的化學家們都使用了拉瓦錫一行所創(chuàng)造的新化學術語機制，屬于煉金術的老一套的術語迅速走向衰弱。

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