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原子的文艺复兴-从炼金术到元素周期表

时间:2023-10-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:洛克惊异于构成水的“小团子”,称它们“极端微小”,就算使用高倍的显微镜都看不见。洛克所描述的“联结”与“拒斥”,在普利斯特里看来正是支配宇宙的力量:“原子必然可分,其各个组成部分之间必定存在无限强大的吸引力,否则必然分崩,而难以形成坚实的原子。离开此力,则原子将不再致密坚固,即它将不成物质,因它失却了成其为物质的本性。”

原子的文艺复兴-从炼金术到元素周期表

拉瓦锡建构了新的化学框架,重新定义了“元素”概念,不过在他之后,关于物质为何五花八门、物质如何构成等问题,依然没有公论。在拉瓦锡的时代,微粒说依然占据主流地位。空气泵和气压计等装置虽早已让“自然界拒斥真空”的说法难以立足,但仍有不少问题有待解决,例如到底可以存在多少“真空”。

波义耳的新版微粒说解释了物质的多样性,他还认为,微粒的结合取决于微粒的形态:如果两种物质不能发生反应,则意味着它们的微粒形态不匹配。

世界上产生了不可计数的来回移动的小体群集,其中有许多适合相互粘连,组成凝结物,也有许多彼此脱节,扰动分离……不难设想,物体的细微部分可能会有数不胜数的联结和纹理。因此,自然造就的大量物质各自承载着充分的独特品质,名副其实地拥有着不同的名称。

——波义耳,1661年

17世纪英国哲学家约翰·洛克认为,微粒之间存在某种相互吸引或排斥的机制——他将吸引和排斥分别命名为“联结”和“拒斥”,但并没有进一步阐释。他断言,在搞清楚这个机制之前,人们不可能真正理解化学反应。洛克惊异于构成水的“小团子”,称它们“极端微小”,就算使用高倍的显微镜都看不见。他描述说,流动的水一经冰冻,“那些小原子就粘在一起,非大力不能分开”。他惆怅地总结道,这将是需要以几个世纪去解决的谜题:“能如此迅速地结合原子的那种黏合剂,谁发现了它,谁便破解了一个伟大的未知之谜。”(1690年)

约翰·洛克的观点是正确的,但要想深入探究这个观点,还有很长的科学之路要走
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牛顿也采纳了微粒集结的物质模型:微粒的团簇逐渐增大,直至最终形成确定的物质属性以及化学行为。物质由团簇组成,团簇可分解为更小的组成部分——这种观念使物质的转化变得可能且合理。另外,牛顿还认为物质当中存在大量空隙。物质的密度取决于各类团簇之间的紧密程度,即便是我们能触摸到的最坚实的材料,也一样含有大量空隙。1777年,普利斯特里曾发表过一个震撼人心的说法:“说来违背我们的认知:整个太阳系中的固体物质,或许能装进一只坚果壳里——真空所占的比例就是如此巨大。”

当时通行的物质模型自此发生了根本性的转变,宇宙从“充满物质的空间”(plenum)变成了空荡荡的空间,这个空间中只有很少的实体物质,它们通过某种力量彼此联系,牛顿意识到了这种力量的存在,但当时的人们并不理解。洛克所描述的“联结”与“拒斥”,在普利斯特里看来正是支配宇宙的力量:“原子必然可分,其各个组成部分之间必定存在无限强大的吸引力,否则必然分崩,而难以形成坚实的原子。离开此力,则原子将不再致密坚固,即它将不成物质,因它失却了成其为物质的本性。”

空洞空间的概念对于牛顿的宇宙观非常重要,从微观层面到宏观层面都是如此。正如他设想粒子之间的空洞空间一样,他认为整个宇宙也是一个天体系统,其间有足够的空间,可以使天体间的引力弱到一定程度,避免相互碰撞

普利斯特里受到了博学多才的科学家博斯科维奇(R. Bošković)的影响。博斯科维奇生于拉古萨共和国,这是1358—1808年以拉古萨(今克罗地亚杜布罗夫尼克)为中心的国家。尽管如今鲜有人知,但在当时,博斯科维奇影响过众多伟大的科学家。他认为实体物质“不可贯穿”,这种坚固性来源于力,而非物质本身。他还提出:物质由不可再分的点或原子构成,它们是力的核心。

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