(09)科技之谜-第10部分
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
的问题。
结果，他证明，只有次数是二的倍数的方程式，如2、4、8、16、32……
等，才能只用直尺和圆规绘制图形。
就是说，可以用二次式、四次式等表示的图形，才能用直尺和圆规作图，
而三次式不能作图。但是，角的三等分，却是与三次式相对应的作图。因此，
不管作多大努力也是徒劳的。
旺采尔同时还证明，第二个问题也不可能解决。就是说，与第二个作图
3
相对应的方程式是x…2=0，这也是三次式，所以，不能作图。
第三个问题，到1882年，德国的C·L·F·林德曼（1852～1939年）解
决了。他证明，把圆变成正方形，绝对需要通过作图求出圆周率π的值。林
德曼证明，不存在根是π的代数方程式。不但次数不存在，说起来连方程式
本身都不存在，所以，不言而喻，只用直尺和圆规是不能作图的。
就这样，古代遗留下来的三大作图问题，都以不能作图的结果得到了解
决。虽然如此，至今还不断有人埋头钻研这些作图问题。
能否制成永动机
奴隶要吃饭，牛马要吃草，发动机吞食煤炭或汽油，马达消耗电力。那
么，能不能制造一种机器，什么也不消耗，却能不停地工作，为人类造福呢？
这种幻想也许自古就有，但人们或多或少地感到有实现的可能性，并开
始具体研究，则是在大工业发展起来以后。
风车和水车安装后，就可以不借助人的帮助而一直工作下去。但这类东
西是借助外力工作的。在完全不需要借助外力而工作的机械——即使不另外
做什么也要克服机械内部必定存在的摩擦而永远转动的机械是理想的，这种
机械被称为永动机仅就文字记载而言，最早的永动机设想，是 13世纪哥德式
建筑工程师韦拉尔·德·奥努克尔提出来的。其结构是，在轮缘上用合页安
上七个木棰，木棰打击轮缘，使轮子转动。但是，永动机的研究活跃起来，
是从工业革命临近的17世纪前后开始的。伍斯特二世侯爵想出来的用铅球下
落推动轮子转动的方法和阿基米德的用螺旋使水循环推动水车的方法等，都
是非常闻名的。
随着机械的发达，对永动机的研究越来越活跃，千方百计地利用浮力、
水流、毛吸现象、热能、光能、磁力、电力和化学反应等各种各样的物质现
象。但是，任何一种永动机都不能实际运转，甚至连转动的模型都造不出来。
有的人造出来实际转动的装置，摆出展览，向观众索钱，请资本家出钱建厂，
但这些都是骗人的。
因此，自古就存在的认为永动机在原理上行不通的想法逐渐占了上风。
而明确地证明了这一点的，是在迈耶和焦耳等人研究的基础上，赫尔姆霍茨
于1847年提出的能量守恒定律。这个定律认为，能量既不能创造，也不能消
灭，只能互相转化。永动机是以凭空创造能量为前提的，所以，是不可能的。
但是，在能量守恒定律确立起来之后，仍旧不断有人热衷于研究永动机。
为自己发明的永动机申请专利权的人也不少。美国用申请书务必附上工作模
型的方法来拒绝接受申请。
铜和铅能变成金吗
一言以蔽之，炼金术就是要把铅和铜等一般金属变成金子的技术。不同
的时代，不同的国家，不同的人，对构成炼金术的基础的想法、目的和方法
也大相径庭。炼金士留下的文字，非常含混，隐语和比喻连篇，究竟使用了
什么，发生了什么反应，是很难弄清的。
炼金士所宣扬的理论，也随着时代的改变而改变，但大体上都以希腊大
哲学家亚里士多德的学说为根据。亚里士多德认为，物体都是由形式因和质
料因构成的。比如说，产生马或房子这种东西的特性的原因在于形式因，而
使形式因表现出来的，即马肉或木材则是质料因。但是，马肉或房子都是由
其本身的形式因和构成的水或土等质料因构成的。归根结底，就是说，一切
物体都是由气、火、水、土所谓四元素构成的。但是，就是这四种元素，也
并不是完全不能互相转变的，说穿了就是只存在一种基本质料因。
所以，一切物质只是外形不同，如果改变了形式因，任何一种物质都能
变成另一种物质。比如说，马不能直接变成狮子，但是，马死后，变成质料
因，狮子吃了马肉，马就变成了狮子。所以，铅、铜变成金子决不是不可能
的。
但是，这就需要确定程序和方法。（1）除铅和铜的形式外，还要恢复金
属的一般质料因； （2）在它里面植入黄金的种子；（3）再赋予来自天或大
气的灵气；（4）再加以适当的温度使它变成金。炼金士认为，需要这样四个
阶段。这是从植物和动物新生的过程类推出来的。其中，（1）可以强火烧铜
和铅，或者溶成药品，（4）也很容易办到。问题是（2）和（3），为了做到
这点，炼金士们绞尽脑汁，想出了各种各样的独特的秘方。
到中世纪，人们广为相信所有金属都是由硫磺和水银 （后来又加上盐）
组成的理论。他们认为，金属的种类取决于这些元素的混合比例，如果混合
比例发生变化，就能够变成其他的金属。金是接近于最纯的金属，把一般金
属加工，将它含有的渣滓清除掉，最后就能够变成金子。
因此，就绝对需要一种“哲人之石”。据说，如果将一般金属事先进行
适当处理，然后再加上这种哲人之石，就会立即变成金子。对炼金士来说，
寻找这种哲人之石就成了最大的课题。他们还相信，这种石头能医治人的疾
病，具有使人长生不老的效力。
炼金士有哪些活动
可以设想，炼金术很早以前就有了，但我们确切知道的，是在纪元一世
纪前后，在希腊的科学圣地——埃及的亚历山大活跃着一群炼金士。在中国，
很早以前就有一种叫做炼丹术的炼金术。这与其说是炼金，不如说主要是为
炼取长生不老药。它同西方炼金术的关系如何，尚不很清楚。
不久，炼金术的中心从亚历山大经拜占庭而转到了阿拉伯。格伯 （本名
叫扎比尔·伊本·海扬，760～810年）和拉茨 （本名叫阿尔·拉兹，865～
925年）是有名的大炼金士。
11世纪前后，通过翻译，阿拉伯科学被介绍到了欧洲，炼金术也传到了
欧洲，从12世纪开始流传开来。到13世纪，涌现出了一些有名的炼金士，
如德国的大哲学家阿尔伯特·马格努斯（1193～1280年）、英国的优秀科学
家罗吉尔·培根（1214～1284年）、法国医生阿尔诺·德·韦尔努维（1235～
1312年）、西班牙神学家拉蒙·拉尔（1235～1315年）等等。这些人都是很
踏实的研究人员。但是，后来得知，传说他们写的冶金文献，几乎都是在他
们去世后半个世纪到两个世纪后捏造的假文献。
从14世纪前后开始，炼金术变得更加神秘和离奇了。到16世纪，由于
受到欧洲宗教争端和战争的影响，炼金术越发发展起来。特别是君主们对炼
金术寄予期望，把它作为获得财产的手段，各地的宫廷都拥有炼金士，并给
他们拨出经费从事实验。神圣罗马帝国皇帝卢多尔夫二世 （1552～1612年）
和费尔迪南多三世 （1608～1657年）特别热心。
但是，这些受雇的炼金士都没能过上幸福的生活，有的被卷进政治斗争，
有的因没有取得成功而受到指责，悲惨而死。据说，其中之一是卢多尔夫二
世招聘的炼金士莫伦菲鲁斯伯爵，他在1604年被迫穿上贴有金箔的厚纸做成
的外衣，走上镀金的绞刑架被绞死了。
17世纪后半叶，由于科学知识的普及，炼金术逐步丧失了信用。但是，
也有像牛顿那样的大科学家，直到晚年还是埋头研究炼金术。到18世纪末，
由于拉瓦锡等人的努力，确立了现代化学，炼金术被吸收进去，似乎变得销
声匿迹了。
但是，炼金术至今仍然存在，特别是以法国为中心，有一些团体还在继
续活动。
是因为放出燃素才燃烧吗
从16世纪前后开始，欧洲的采矿业和玻璃工业兴盛起来，从矿石中炼出
金属的冶金技术和用高温熔炼玻璃的技术很发达。由此而产生了一系列的疑
问：“火是什么？”“物体燃烧是怎么回事？”“金属在空气中受高热为什
么会生锈？”“矿石中掺入木炭加热为什么可以得到闪光的金属？”那种自
亚里士多德以来认为所有物质都是由火、空气、水、土四元素构成的想法，
已经不能充分回答这些疑问了。
1669年，德国化学家约钦姆·贝歇尔（1635～1682年）提出了取代四元
素论的新的物质理论。哈雷大学教授、普鲁士国王的御医奥尔格·恩斯特·斯
塔尔 （1660～1734年）进一步丰富了这个理论，创造了燃素说的理论体系。
燃素说认为，炭、硫、油、磷等可以燃烧的物质都含有一种叫作燃素的
元素。这些物质燃烧时，放出燃素，表现为光和热（这就是火），余下的就
是灰。在空气中烧金属，金属生锈而变成金属灰，同样是因为金属中的燃素
逸出的结果。因此，容易燃烧的东西中充满燃素。可以说，炭几乎完全是由
燃素构成的。矿石是金属灰渣，如果把它同木炭放在一起加高温，炭燃素就
同金属渣化合，还原成原来的金属。
为了便于理解，可以把上述情况归结为下述公式：
燃烧的物质=灰渣＋燃素
金属=金属灰渣＋燃素
燃烧：燃烧物质…燃素=灰渣
金属的灰化：金属…燃素=金属灰渣
金属的还原：金属灰渣＋燃素=金属
这样，燃素说就使用燃素这样一个元素系统地说明了从燃烧到金属氧
化、还原，以至动物呼吸的问题。斯塔尔的继承者们进而发展了这个理论，
形成了一个包括所有的化学亲和力、酸和碱、色和味等这些物质的化学和物
理性质的庞大的理论体系。
但是，燃素说也有弱点。很早以前有人就了解到，金属在变成金属灰渣
时，重量会增加，但燃素说不能很好地解释这一点，斯塔尔辩解说：“由于
空气进入物质放出燃素后出现的空隙，因而变重了。”而多数继承者解释说，
“燃素具有一种负的重量。”
在我们看来，燃素说使人感到奇怪，但在18世纪末以前，人们普遍相信，
主要的化学家大都坚持这一立场。
燃素说是怎样被击败的
由于法国化学家安东尼·洛朗·拉瓦锡（1743～1794年）的天才和不懈
的努力，终于击败了有巨大影响的燃素说。
拉瓦锡从1772年开始研究燃烧问题。他把硫、磷、锌和锡放在密封的容
器中反复进行燃烧实验，他逐渐相信，物质燃烧时，一部分空气被吸收并固
定到燃烧的物质上。但是，这部分空气是什么？尚不清楚。
1775年，英国的化学家约瑟夫·普利斯特列（1733～1804年）来到巴黎，
将自己发现的新气体的情况告诉了拉瓦锡。1774年，普利斯特列把汞燃烧得
到的红色粉末 （现在叫氧化汞）放入玻璃容器，从外部用大的凸透镜集聚太
阳光加热，得到了与普通空气不同的气体。蜡烛在这种气体中燃烧比在空气
中燃烧得更旺。普利斯特列认为，这种气体根本不含燃素，而蜡烛大量地释
放出燃素，所以烧得更旺。他把这种气体叫做“无燃素空气”。
拉瓦锡自己立即反复进行这个实验，于是他认识到这种“无燃素空气”
正是自己寻找的空气的一部分 （现在叫氧气）。这样，他才得以弄清燃烧的
本质。
拉瓦锡认为，空气是由这种氧气和不助燃的氮（燃素说中，把它叫做“充
满燃素的空气”，因为在这种气体中燃素不能再逸出，所以不能燃烧）组成
的，物质燃烧，金属变成金属灰渣，是因为它们同氧气化合的结果。
灰渣和金属灰渣是氧气同物质或金属化合生成的，金属灰渣同木炭混合
在一起加热还原成原来的金属，是因为金属灰渣中的氧气为木炭吸收的结
果。
在前面列举的公式中，如果把减燃素改成加氧，把加燃素改成减氧，我
们就会明白，拉瓦锡恰好说明了这种情况。如果用加上具有重量的氧气取代
减去具有重量的燃素，这种奇妙的煞费苦心的说明就不能成立了。
1776年，拉瓦锡为了证实自己的想法而进行了有名的实验。他在玻璃容
器中放入汞，在加热12天之后，一部分汞变成了红色粉末，容器内空气的体
积只减少了约五分之一。证明剩下的空气是氮。其后，把红色粉末收集在一
起再加热，这时便得到了与减少部分的体积相同的气体，并且证明了这些气
体是氧气。把两种气体混合起来就变成了空气。因此，燃素说的错误是显而
易见的。
热是不是物质
17世纪有影响的物理学家伽利略、波义耳、胡克、惠更斯等人都认为，
热是组成物质的微粒子 （原子和分子）的运动。因此，它能够说明冷的时候
搓手生热，手变得暖和的现象。
但是，到18世纪，认为热是物质的想法占了上风。奇怪的是，支持这种
想法的人是原子论者。其中有古代的德谟克利特、伊壁鸠鲁和近代法国的伽
桑狄、比埃尔（1526～1655年）。燃素说也支持这种想法，否定了燃素说的
拉瓦锡也是这样认为的。他给热这种物质取名为热素。
首先对热进行定量研究的是英国的约瑟夫·布莱克（1728～1799年）。
他的研究是从1760年前后开始的，但发表却是在他死后的 1803年。
布莱克找到了用一定量的物质产生的温度变化的刻度数来测定热量的新
方法，这一发明取得了非常巨大的成果。
他把热和温度朋确�
