罗伯特·波义耳

2019-03-15 14:56:01

罗伯特·波义耳(Boyle,R.1672-1691)出身于爱尔兰的贵族,家境富裕。自幼受过良好的教育,8岁入伊顿学校,11岁能操法语和拉丁语,12岁去法国、瑞典、意大利旅游和学习。4年后回到英国住多尔塞特,博览了科学、哲学和神学等方面的书籍。波义耳27岁迁居牛津,同胡克等许多科学家进行每周一次的学术交流,自称他们的聚会是“无形大学”,后来这个组织发展为世界第一个学会组织──英国皇家学会。1663年该学会受英王查尔斯第二之特许,设会所于伦敦。
  
  波义耳崇信弗·培根的唯物主义哲学和实验方法论。在17世纪初期,弗·培根一方面提倡科学,宣传功利主义的科学观。他的科学思想在英国的传播对皇家学会的建立起了极其关键的作用。另一方面,培根几乎倾全力研究实验方法论。为新兴的近代科学提供新工具。对欧洲尤其是英国的近代科学的先驱者牛顿、胡克、波义耳等产生了重大的影响,波义耳在培根思想的影响下,在青年时就建立了自己的实验室。
  
  波义耳在化学科学方面的重大贡献是多方面的,下面仅介绍几条极其重要的。
  
  一、正确地指出了研究化学的目的
  
  17世纪以前的化学知识,一部分是炼金术的内容,目的在于变贱金属为黄金或白银;一部分是医药学的内容,目的在于发展医药,治病救人;一部分是化工生产的内容,目的在于增加产品的种类和提高产品的质量。化学研究没有独立性,主要由于没有明确的、正确的研究目的,而是其它部分的附属物。关于研究化学的目的问题,波义耳提出了与以前的炼金术家、医药学家和化工生产者有本质不同的见解。他认为研究化学的目的不是醉心于炼金术和医药,而是在于认识物质的本性。为此就需要进行专门的实验,收集所观察到的事实,使化学从炼金术和医药学中解放出来,发展成为一门专为探索自然界本质的科学。他说:“化学,到目前为止,还是认为只在制造医药和工业品方面具有价值。但是我们所说的化学,绝不是医学或药学的婢女,也不是甘当工艺和冶金的奴仆。化学本身作为自然科学中的一个独立部分,是探索宇宙奥秘的一个方面。化学,必须是为真理而追求真理的化学。”波义耳的自然观促使人们逐渐认识到,化学是具有自然特性的一门需要积极发展的科学。由于研究化学有了明确的研究目的、范畴和方向,使化学研究彻底地从炼金术、医药学、化工生产中解放出来,大大地推动了化学科学的发展。所以恩格斯高度评价说:“波义耳把化学确立为科学。”直到现在,波义耳所确定的化学研究的目的,对化学的研究和发展仍然具有指导意义。
  
  二、第一个科学的元素定义
  
  自文艺复光以后,欧洲出现了资本主义文化思想的萌芽,人文主义逐渐发展起来,提倡以人为本位的个性解放,反对以神为本位的宗教思想。同时科学家又提出了许多封建力量相对抗的观点,冲击着各种是的自然观。到了17世纪,由于资产阶级的兴起,在欧洲资本主义生产关系逐渐产生,资产阶级民主革命先后在英、法、德、美等国取得胜利,推动了生产力的迅速发展,使工业和科学有广阔的发展前景,大大扩展了人们的思想眼界,促进了人们对自然认识的飞跃。首先在天文学中,随后在力学、光学和生理学中提出了一系列的新学说。这些科学的研究对象从可观察的、可测量的宏观物体和现象,进入到微观领域的研究。在化学中积累了许多知识需要整理,对化学反应过程需要解释。在这个时期波义耳在构成物质本源的研究提出科学的见解。
  
  17世纪以前在物质构成的认识问题上,希腊哲学家亚里士多德提出的“土、水、气、火四元素学说”和医药学家提出的“汞、硫、盐三元素学说”一直在起作用,影响着化学的发展,甚至笛卡儿也相信不疑。但是年轻的波义耳对这个问题十分惑疑,难道亚里士多德和医药学家的见解真正是正确的吗?一切物体都仅仅是由这几种元素构成的吗?如果是这样的话,炼金术为什么不能找到点金石?这个问题应该通过实验来解决。
  
  波义耳用实验证明,黄金不怕火烧,不会被火分解,更不会在火的作用下生成盐、硫或汞;但它可以跟其它金属融在一起变成合金,还可以熔解在王水里,而且所得到的产物经过适当处理黄金又可以恢复原性重现出来。他实验得出把砂子和灰碱两种东西混合在一起,经过加热可以熔化成透明的玻璃;生成的玻璃再也不会分解成土、水等东西。把灰碱和油脂烧煮会变成肥皂,但将肥皂加热所得到的产物却是跟碱和油脂完全不同的渣块。榨压葡萄得到的果汁,经过发酵可以变成酒精,果汁和酒精也都不会变成盐或硫。波义耳还指出,不少的化学变化都可以说明,同一物质经过不同处理可以转变成其它各种东西。这说明物质的组成和性质是复杂的,即不是亚里士多德所说的四元素,也不是医药学家所说的三元素。他还研究了在冶金和金属加工业中,金属锻烧以后所得的灰渣比金属还重的现象,决不是金属分解以后留下的元素,而得到的是比金属本身更复杂的物质。波义耳通过许多事实的论证后,给元素下了一个比较科学的定义:“我指的元素应当是某些不同任何其他物质所构成的原始的和简单的物质或完全纯净的物质”,“是具有一定确定的、实在的、可觉察到的实物,他们应是同一般化学方法不能再分解为更简单的某些实物。”这是世界上第一个科学的元素定义。由于波义耳给化学元素提出了科学的定义,为人类研究物质的组成指明了方向。虽然波义耳提出了科学的元素概念,由于时代的局限性,他并没有明确指出那些物质是真正的元素,而且仍然把火、水、气等当作元素。
  
  三、发展了古代的微粒说
  
  古希腊唯物主义哲学家德谟克利特认为物质是由微粒构成的。到17世纪这个观点重新复活起来,并获得了发展,牛顿、胡克、波义耳都是坚持微粒说的代表人物。关于光线通过棱镜而折射的问题,他们都以微粒作解释,可以微粒只是一种推想的东西实际上谁也没有看过。化学家为了解释化学反应过程,也求助于微粒的运动和变化。虽然波义耳深信微粒说,但把它应用于化学却出现了问题。化学物质的性质是多种多样的,反应过程是复杂的,只是用微粒及其运动是难以解释的。他说:“我建议的关于特殊本源的微粒说,其重大困难就在于自然物体实际见到这种繁多的特性会起源于这样少的两种因素,而且简单到只是物质和位移运动,这是不能令人置信的。”他根据盐能溶于水而不能溶于油或汞,但黄金能溶于汞而不能溶于水和油,硫能溶于油而不能溶于水或汞等现象,认为应该在微粒说上面添加一些别的东西以补充其内容。他设想物质的基本微粒有各种不同形态和大小,并以不同的方式运动,或者相互固定在各种不同的次序和排列上,并在它们的细孔里保持着某些流出物或发散物。如同各个字母一样,可以有各种不同的方式组合起来,每个组合体代表一个化学物质。这就是他给微粒说添加的所谓“物体中的变异原理”。波义耳的变异原理,丰富了古希腊以来关于微粒说的内容,发展了哲学家的微粒说。当然波义耳在化学方面的贡献远远不只这一些,这里仅论其重要者,如对酸碱指示剂等化学物质的研究,将在以后有关章节中介绍。