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講 題【科學史沙龍】近代化學的房角石
講 者國立臺灣大學化學系名譽教授 陳竹亭
日 期2015/12/29長 度01:00:00人 氣92 次
摘 要
■撐起現代化學的兩大柱石,是元素論跟原子論;然而元素的概念,卻是始自於哲學而非科學。為什麼近代科學可以接受人無法眼見為憑的東西,作為理性的基石呢?且讓我們回到理性思維最初的源頭,從化學的角度出發,探究科學精神的發展脈絡。

單一元素說是由古希臘的愛奧尼亞學派首度提出,這是人類歷史上第一次企圖對世界的多樣性,提出一種「理性的說明」。承襲這個講究理性論述的傳統,留基伯 (Leucippus) 便提出了原子的概念,認為世界是由不可分割的粒子組成;他的學生德謨克里特 (Democritus) 進一步主張,世界存有無數不斷運動的原子,其形狀、大小、重量、熱度都不同,而世界就是這些原子不斷組合的結果。

古希臘人對元素的看法,在亞里斯多德集其大成,他接受了自然是由地、水、火、空氣等四元素組成的概念,而四元素各有其品質,世間萬物都是受到四元素及其品質的影響。雖然亞里斯多德在諸多學科成就斐然,然而他對元素的見解,始終沒能擺脫他的老師柏拉圖的形而上概念。不過我們也不需要以今非古,小看古希臘人理性推論的能力,他們總是企圖在可理解的世界中,儘量去尋求證據,而不是草率地人云亦云,或是用無可追究的說法自圓其說。雖然他們確實犯了不少錯誤,卻提供了人類一套反思與覺悟的最佳方法。

若我們說古希臘形上學的方法論,是科學日出前的序曲,那麼隨著文藝復興而起的科學革命,無疑就是日出之時。伽利略率先倡導,要恢復柏拉圖主張的數學之美,他認為很多乍看之下不可能的事,只要用上一點理性分析,就能揭露那大道至簡的真理之美;隨後有培根、霍布斯、笛卡兒等人,突破天主教會的宇宙觀,提出了機械哲學。

發現氣體壓力與體積成反比定律的波以耳,是第一個將「鍊金術」 (alchemy) 改名為「化學」 (chemistry) 的人,他相信元素是不可以再分解的,甚至堅信元素具有粒子的性質,可以串接合成不同的物質,也就是化合物。雖然他並沒有真正捐棄鍊金術的窠臼,但他對於化學甚至整個科學發展有個絕大貢獻,那就是確立了以簡易有序,可以重複的方式,進行經過設計的實驗方法,從而建立了實驗要有清楚記錄,並且可以檢驗結果的研究典範。之後布萊克發現二氧化碳,普羅斯特發現定比定律,都是在波以耳的實驗架構上,得到的確切科學結果。

不過真正使為近代化學奠下基礎,使其猶如旭日東昇般發展的,則是被稱為現代化學之父的拉瓦節。拉瓦節雖然不是第一個發現氧氣的人,但他的貢獻比發現單一物質還要大得多:他把氧氣、燃燒、化學反應、元素、化合物、混合物、以及化學反應質量守恆,透過具體設計的實驗,將所有這些事物整理在一個正確的理論系統下。有了拉瓦節的理論系統,道耳頓才得以發展出原子論,爾後給呂薩克的氣體反應體積定律,以及亞弗加厥提出分子假說,都是沿襲道耳頓的原子論發展而成的。

科學的進展也許日新月異,但我們確實可以看到其中一脈相承,環環相扣的關聯性。大家真的都是站在前人的肩膀上,才能夠看得更遠一點。

撰文|高英哲
提 供科學講古–科學史沙龍-科學史沙龍
本講座係由科技部補助舉辦
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