数理化通俗演义-第19章
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特是不是有个妻子。
闲话放过。再说瓦特回到地下实验室里，将过去的资科重新翻检一番，打起精神又干起来。干累了时就守着炉子烧一壶水喝茶。一天，他正这样闷头喝着苦茶，看着那个儿时就引起兴趣的一动一动的壶盖。也是苦修必有果，功到自然成，活该今天瓦特开窍。他看看炉子上的壶又看看手中的杯子猛然喊道：“茶水要凉，倒在杯里；蒸汽要冷，何不把它从汽缸里也倒出来呢？”瓦特这么一想，便立即设计了一个和汽缸分开冷凝器，这下热效率提高了三倍，用的煤只有原来的四分之一。这关键的地方一突破，瓦特顿然觉得前程光明。他又到大学里的布莱克教授请教了一些理论问题，教授又介绍他认识了发明镗床的威尔金技师，这位技师立即用镗炮筒的方法为瓦特镗制了汽缸和活塞，解决了那个最头痛的漏气问题。这时早有另一位慧眼识英雄的工厂主博耳顿开使向瓦特投资，瓦特有了资食接济，如虎添翼，到1784年他的蒸汽机已装上曲轴、飞轮，活塞可以靠从两边进来的蒸汽连续推动，再不用靠人力去调节活门，所以这才是世界上第一台真正的蒸汽机。但这时距瓦特接手修理那台纽可门蒸汽机已经整整二十个年头过去了。瓦特终于完成了这个划时代的发明。以后他又与人合办了一个蒸汽机制造厂，他这一生再也没有离开过蒸汽机，直到1819年他以83高龄离开这个因他的发明已经变得很热闹的人世。
各位读者，或许我们今天看来一台纺纱机、蒸汽机能值几个钱。但科学的进步重在突破，有第一步，就有第二步；有昨日之粗之低，才有今日之精之高。譬若孩童走路，别看初时东倒西歪，明日也许是个“飞毛腿”。再者，科学原理的发现与具体技术的发明是整个自然科学进步的两条左右腿。用一根木棍撬石头，多么简单的发明，但它导致了杠杆原理原理的发现；而有了这杠杆原理才会有瓦特蒸汽机上的那些曲柄、拉杆，又有了真空的发现，才会有那活塞的来去。现在这个蒸汽机比那撬石头的木棍自然不知要高档多少倍，它所提出的问题也自然要引起这新时代的阿基米德们的联想，以后还有什么重要发现，且听我慢慢讲来。
第三十三回
旧学说 百年统治终破产，新原理 一时沉埋永放光
——质量守恒定律的发现
上回说到随着纺纱机、蒸汽机的发明，一场工业革命从英国开端了。工业技术和生产的发展必然引起人们对生产原料更深刻的认识。而纺织业的发展必然促使人们去研究染料，研究酸硷，这又同化学提出了新的要求，而在这方面打头阵的，现在该轮到一个法国人了。他就是拉瓦锡（1743…1794）。
1743年8月26日，拉瓦锡生于巴黎。父亲是一个很有钱的律师，这使小拉瓦锡不愁吃穿，上了中学又上大学，法律系毕业后也当上了律师。但不知一种什么缘由，使拉瓦锡对矿物特别感兴趣。在他办公桌的抽屉里，常常放看一些石头，什么硫矿呀，石膏呀，就连卷宗里也不时可抖出一些红绿颜色的矿粉来。意外中他的一篇论文在一次竞赛中竟获得法国科学院一枚金牌，这更便他决心辞掉了律师职务，闯入自己酷爱的化学领域。
但是私人研究化学，要建实验室，要买仪器，钱从何来？这拉瓦锡凭借他律师的阅历，用特殊的眼光上下左右在财政界一扫，便发现了一个诀窍。原来18世纪中叶，法国新兴的资产阶级已积聚成一股强大的力量。但封建王朝还不甘退位，更加紧了对人民的搜刮。搜刮的一个妙法就是收重税。可政府并不出面，而是承包给“包税人”。包税人先向国家交一笔巨款，然后再去收税。包税人只要保证向国家缴钱，至于向老百姓收多少，国家是不管的。为了研究化学，拉瓦从父亲那里借来钱作押金，违心地当上了一名包税人。很快，拉瓦就拥有了自己的化学实验室，同时，又很快认识了一位金发碧眼的姑娘玛丽。玛丽是包税公司经理的女儿，才14岁。但他们感情笃深，终成眷属。这玛丽性情温柔，又为的一手好字，并擅长绘画，为丈夫抄论文，绘图表，天赐一个好内助。拉瓦真是要钱有钱，要物有物，要家有家。比起那开普勒、牛顿来，真是科学家当中少有的幸运者了。
却说1789年冬尽春来的一个夜晚，寒气还笼罩着巴黎，拉瓦锡和娇妻玛丽正围炉夜话，玛丽手中拿着一篇刚收到的文章说：“亲爱的，听我给你念一段，这里说的这个实验可真有意思。”文章不长，喝杯茶的工夫便已念完，但拉瓦锡听完便再也没有喝茶谈天的闲心了。他一把抢过文章连读了两遍。原来这文中说到将一块金刚石烧得炽热后，它使会消失得无影无踪。他想，这是不可能的，任何东西烧完总要留下一点灰烬。拉瓦锡立即钻进实验室，照做了一次，确实如文章所说，金刚石不翼而飞了。整整一夜，玛丽感到睡在身旁的丈夫翻来覆去不能成眠，但温柔的她不敢说话，怕引起他的话头更不能入睡。天将亮时，玛丽见他还在瞪眼看天花板，就说：“都是我不好，忘了要睡觉了不该给你说什么实验的新消息。”拉瓦锡却拉住她的手，翻身坐起：“玛丽，我们赶快进实验室去，办法有了，也许问题正出在这里。”
拉瓦锡只穿一件睡衣坐在实验台旁，他将一块金刚石用不怕火的石墨软膏厚厚地裹起来，然后放在火上高温加热。他想过去人们研究燃烧都是在空气里进行，被烧过的东西多啦，少啦，都看作是这东西自己发生了变化，谁敢保证这看不见的空气里不会有什么物质在燃烧时参加进去，或者又带走什么呢？我今天将这金刚石裹得严严实实不见空气，看它会出现什么样子。他就这样睡衣拖鞋，蓬头黑手地在实验台旁忙着，亏得玛丽贤惠，一会儿捧过一块热毛巾为他擦擦满脸的汗水，一会儿又往他嘴里塞一块面包干，心疼地伯他饿坏肚子。这时在高温火焰下，那裹着石墨的金刚石已被烧得通红，就像炉子里的红煤球一样。拉瓦锡小心地停了火，等待它慢慢冷却下来剥开一看，金刚石竟完好无损！
“看来燃烧和空气大有关系。”他一边洗脸，一边说。
“燃烧不是物质内的燃素在起作用吗？”玛丽一边收拾仪器，一边问道。
“大家都这么说，我看未必就是这样。”
原来自波义耳研究燃烧现象之后，1606年他的学生终于创建了一种燃素说。凡物质能燃烧就用含燃素来解释。但是一些金属烧过后重量反而增加，燃素既然烧掉了，怎么物质反倒加重？这真有点让燃素说下不了台。但是拥护燃素说者又想出一种解释，说那燃素与一般肉眼看见的物质不同，它包含的是一种负重量，负重量一走，东西自然就重了。可见当时燃素说已经露出破绽，难自圆其说了。拉瓦锡也早就对此产生了怀疑。今天这个实验更明明白白地证明，金刚石被裹严时就不变，露天时就发生变化，帮助根子不在燃素，而在空气。
正是
多少糊涂事， 只因太孤立， 单见树有叶， 不见枝连理。
到底在燃烧过程中空气发生了什么变化呢？最好的办法就是检测一下它的重量。拉瓦锡立即设计出新的实验。
他在密闭的容器里炼烧金属，燃烧前后他都仔细地用天秤称过重量，并没有一点的变化，他再称金属灰的重量，是增加了，又称烧过后的空气的重量，却减少了，而减少的空气和增加了的金属灰正好重量相等。于是拉瓦锡便发现了化学上一条极重要的定律：重量（质量）守恒定律。物质既不能创生也不能消失，化学反应只不过是物质由这种形式转换成另一种形式。
自从拉瓦锡由燃烧金属发现燃素说不可靠后，他立即放下其他研究而专攻各种燃烧现象。他又投资添了一些设备，选了几个助手，将自己的实验室重新布置一番，这里可真成了一个燃烧展览馆。他这个豪华的实验室接待过许多科学名人，瓦特、富兰克林都会到这里作客。这一天英国学者普里斯特利又来访问，拉瓦锡陪他在这仪器丛林间边漫步边讨论问题。一会儿来到几个玻璃罩前，普里斯特利问：“这里在干什么？”
“我将磷用软木飘在水面罩着燃烧，烧后水面就上升，占去罩内空间的五分之一。你看这个罩内是烧硫磺的，水面也上升了五分之一。这帮助燃烧时总有五分之一的空气参加了反应。”
“对。我也早发现空气中有一种‘活空气’，蜡烛有它变得更亮，而小老鼠没有它就会死亡。拉瓦锡先生，你知道杜勒在1772年就曾找见过这种空气，他叫它‘火焰空气’，我想，这和你找见的那五分之一的空气是一回事。可是，我觉得物质燃烧是因为有燃素，恐怕和这种空气没有关系。”
“不，有没有它大不一样。你看这罩里剩余的五分之四的‘死空气’，你再放进什么有'燃素'的东西，无论磷块还是硫磺，它也不会着了。尊敬的普利斯特利先生，你的发现对我太有启发了，看来空气里一定有两种以上的元素，起码这‘活空气’就是一种，空气并不是一种元素。”
“这么说，水也不是一种元素了。因为我已经发现水里也有这种活空气，而且用这种活空气和另外一种空气（氢气）在密闭容器里加热，就又能生成水。”
“真的吗？”拉瓦锡突然停下脚步，眼睛直盯看普里斯特利。
“真的。你这里的实验条件太好了，我们马上就可以重做一次。”
普里斯特利熟练地制成两种气体，混合到一个密封容器里，开端加热，一会儿容器壁上果然出现了一层小水珠。拉瓦锡等实验一完就拉着普里斯特利到客厅里，连叫玛丽：“快拿酒来，我们今天要庆祝一件天大的喜事。”年轻漂亮的玛丽立即托着三杯酒，轻盈地走出来，连问：“什么喜事？这样高兴。”说着也陪客人坐下喝酒叙话。
“玛丽，你知道，我们今天不但进一步找到了燃烧的秘密，还找到了新的元素，它既存水中，又在空气中，这一下子就打破了水和空气是元素的旧说法，帮助它们都是可分的。这种东西能和非金属结合生成酸，又能使生命活下去，就叫做氧吧（由希腊文酸、活二字而来）。”
“拉瓦锡先生，你真是一个大胆的科学家，我做了不知多少次实验，可就是不敢放弃燃素说，总也没有找到问题的关键。今天这个发现真是我们化学界的一件大喜事。”
各位读者，这氧气本是杜勒和普里斯特利最先发现，但是他们为什么看不到它与物质燃烧的关系呢？原来是旧燃素说的束缚，使他们不敢有任何非分之想。本来做学问一靠观察积累，二靠思考比较。这观察积累基本上还是在旧理论指导下的收集、整理，要的是细心与吃苦；那思考比较是在新事实的基础上归纳突破，要的是大胆与勇敢。有如雏鸡在壳经二十一天的暖孵，只待那猛力一啄，跃出壳外，眼前便是一个好大的世界。一个旧理论的推翻就是一个新天地的开拓。当年地心说借上帝之力何等顽固，人们作了许多改良，却终不能突破，出了个布鲁诺只一句话：“对不起，我的体系没有给上帝留下位置！”一切问题便迎刃而解。过去人们总说行星在作圆周运行，可多年测量老有误差，开普勒抛弃圆周说而立椭圆之法，众星便各引其路再不出轨。但可悲的是许多人虽足已长而鞋小，宁肯削足而不弃旧履；身高而檐低，宁可弯腰而不迁新居，科学史上确有不少这类的悲剧。只有少数既聪明又勇敢的人才知道既不断观察新问题，收集新材料，又不断打破旧理论，抛弃旧假设，于是胜利便属于他们了。
回头再说拉瓦锡三人正添酒举杯，满心欢喜，忽然一个仆人走了进来，手里拿看一张《人民之友》日报，像有什么事要回主人，但又不便开口。拉瓦锡说：“什么事，你说吧，普里斯特利先生也不是外人”“
“报上说您的坏话了，先生。”
拉瓦锡接过报纸一看，只见一篇署名马拉的文章写道：“法国公民们，我在你们面前谴责拉瓦锡这个诈骗大王。暴君的伙伴、流氓的徒子徒孙、窃贼的大师……请你们相信，这个自夸每年有四万里亚尔收入的税收员不知从你们身上搜刮走多少财富……”
拉瓦锡一看，脸色顿时沉了下来。他知道这个马拉前几年曾为了一本《关于人的特性的研究》，漏洞百出，他曾着文反驳。不料1789年法国大革命后，这人倒成了革命领袖，看来现在要报仇了。他生气地将报纸往桌上一放，说：“我是赚了一点钱，但没有这钱，哪有这实验室，哪有这些成果，钱是给科学用了啊！”普里斯特利不知怎么一回事，连忙放下酒杯，取过报纸一看，便也就知趣地起身告辞。因科学发现而引起的这阵小小的欢乐，却因一个政治黑影的介入而又突然消失了。
自从这次被报纸点名攻击之后，拉瓦锡的处境便明显困难起来，不久他正式被控贪污，又过了不久他的实验室被查封。拉瓦锡倒觉得不会有什么大事。他想，我一个科学家，总要为社会办好事，于是位更加紧编书。过去他出过一本《化学教程》总结了他多年来的实验，提出氧化学说，统治化学界近百年的燃素说才被真正地戳穿。书一出即被抢沟一空。现在拉瓦正在补充修订，准备再版。他又将这几年新发现的元素整理成一张表，共三十三种，分作四类：
气体单质：光、热、氧、氢、氮。
非金属单质：硫、磷、碳、盐酸根、硫酸根、硼酸根。
金属单质：锑、银、砷、钴、铜、锡、铁、锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、钨、锌。
土类单质：石灰、镁土、铝土。
这是化学史上第一份科学的元素表。那水、土、气、火的四元素说到此也彻底破产了。化学在拉瓦锡面前是彻底敞开了大门。许多新奇的现象，有趣的问题，一个接一个地跳了出来。但是他有一种预感，觉得有什么祸事就要临头，手头的任务怕是干不完了。这种莫名的念头自然不好对玛丽说，所以他只是整天埋头写作，玛丽就加紧帮他画插图。
果然，一天上午，拉瓦锡刚在桌旁坐定就有两人进来，只说法庭传他去一趟。他知道那个模糊的预感今天要变成现实了。他冷静地站起来说：“幸好我的书已经全部写完。”返身取了一顶帽子便随来人而去。法庭上的审判极为草率，他这个律师出身的人也未能张口为自己辩护几句。一位好心的律师提醒法官：“拉瓦锡先生可是一位全欧洲闻名的科学家啊！”法官说：“革命不需要科学家，只需要正义。”当即判了他的死刑。
1794年5月8日，拉瓦锡被反绑着双手，推向广场中心的断头台。这时广场上已人山人海，将要断头的几个人一字站在台上。这断头台是挖空心思想出的一种杀人方法。先搭一个一人高的平台，台上竖两根丈余高的方木，两木间吊着一把斜刀大铡刀，足有桌面那么大，烁光闪闪，寒气逼人。下面有一张大桌子，犯人就趴在桌子上，伸长脖子，等看那刀落下来砍头。拉瓦锡被推赴刑场，惊动了巴黎的许多科学家，什么时候听说过一个科学院的院士被抓来砍头呢？和他一起研究化学命名法的柏托雷连忙赶来。玛丽也来了，她一夜之间像老了十岁，这时正抱住拉瓦
