现代化学之母:玛丽-安娜·波尔兹·拉瓦锡

作者: 努米尔宁

来源: 赛先生

发布日期: 2022-02-18 12:30:00

本文详细介绍了玛丽-安娜·波尔兹·拉瓦锡,被称为“现代化学之母”的女性科学家,她在化学领域的贡献以及与丈夫安托万·拉瓦锡的合作。文章还探讨了她在法国大革命期间的个人经历和后续的生活。

现代化学之母是谁?努米尔宁。2022年斯隆研究奖(Sloan Research Fellowship)名单公布,计算机领域的4位女性科学家当选,她们分别是:陈丹琦、方飞、李博与宋舒然。可喜可贺!如今,我们看到越来越多的女性在科研工作的岗位上发光发热。但是翻开历史,追溯到400年以前,在那个所有规定都依照男性为主的世界里,学术研究的舞台上几乎找不到女性的身影。那么女性真的对人类科学的贡献微乎其微吗?

还是出于社会的阻力和时代的偏见被主流历史刻意回避了?同样身为女性的芬兰记者努米尔宁怀抱着相同的疑问,用了长达数十年的时间,搜索、考证、记录那些被历史遗忘的杰出女性,最终写成《蒙尘缪斯的微光》一书。依靠努米尔宁做的大量工作,我们得以拂去时间的灰尘,隔着历史倾听她们的故事,感受她们在那个黑暗时代的努力和抗争。点击阅读原文,赛先生书店有售。

今天,让我们一起走近“现代化学之母”——玛丽-安娜·波尔兹·拉瓦锡,拉瓦锡化学成就的“军功章”,无疑有一半属于他的夫人。1794年3月8日,玛丽-安娜·波尔兹·拉瓦锡的世界崩溃了。架设在巴黎革命广场(今称协和广场)附近的断头台上开始了一个血腥的事件:28位男性遭处死,包括拉瓦锡夫人的丈夫安托万·拉瓦锡和她的父亲雅克·波尔兹。在那个下午,除了生命,她失去了一切。

国民大会没收了她所有的财产,包括她的住宅。她被监禁数个月。当她出狱后,随即发现所有以前的朋友都离她而去,只剩一个忠心的仆人愿意支持她,直到她设法取回部分财产。根据法国共和历,那是共和国第一年。1789年10月5日,巴黎的贫穷妇女举行了示威活动,并进入凡尔赛宫,要求国王夫妇给巴黎的穷人和饥民提供面包。随后有个未经证实的谣言传播开来,内容是说有人听到王后玛丽·安托瓦内特说:“若无面包,何不食蛋糕?

”从13岁的妻子到科学沙龙的女主人,1771年,亦即法国大革命爆发前大约20年,年轻的玛丽·波尔兹必须做一个影响她整个未来的重大决定:若不选择嫁给那位由已故母亲的亲戚为她介绍的男人,便会被送去修道院,由她选择。候选新郎是个50岁的富有伯爵,他可以提供给她未来的经济保障和将她引进宫廷。这个女孩不愿意服从她亲戚所做的安排,不想嫁给这个男人。

雅克·波尔兹支持女儿的决定,因此玛丽开始准备进入一家修道院,她认为这是两个差劲的选择中比较好的一个。同年的11月,她父亲带来了一个新的丈夫人选:年轻又和蔼可亲的安托万·拉瓦锡,28岁的律师和法国科学院的会员。雅克·波尔兹之所以遇见这个年轻人,是因为他是一名税务人员。身为国王的税务人员,拉瓦锡能够把他的时间投入他的最爱——科学,尤其是化学上。

在这对新人第一次见面后的4个星期他们便举行了婚礼:新娘13岁,新郎28岁。这个十来岁的妻子很快发现,如果想见到她忙碌的丈夫,即使惊鸿一瞥,那么她最好对科学有点兴趣。她并不厌恶做这件事情,因为她在娘家接受过良好的基础教育。在丈夫及其聘请的教师的指导下,她学习自然哲学和化学。她也学习视觉艺术和语言,因为这些技艺对他们的共通兴趣——化学——是有用的。

只不过几年之后,她便已经以安托万·拉瓦锡的“哲学妻子”之名闻名于巴黎学术圈。拉瓦锡夫人沙龙里的一位常客以热情的口吻描述道:“在所有的各种研究上,没有一个人比她有更多的智力、能力、才华……她女性的身体中藏着一副男性的灵魂。”随着时间的推移,玛丽·拉瓦锡成长为她丈夫的无价之宝:实验室助手、译者、科学书籍插画家。

她将自己奉献给丈夫的科学工作,就像在英吉利海峡对岸的卡罗琳·赫歇尔把自己奉献给哥哥的天文学事业一样。固然这两位女性是同一时代的人,而且两人都和男性家庭成员一起进行重要的科学工作,但是她们的个性非常不同,过着极为不同的人生。虽然当时英国政治动荡,却没有影响到一向沉默的卡罗琳·赫歇尔的生活。然而个性外向、社交活跃的玛丽·拉瓦锡则成长和生活于社会动荡不安的巴黎。

在大革命爆发之前,在失去丈夫之前,玛丽·拉瓦锡曾经是丈夫在科学上积极的伙伴长达近20年的时间,而且在丈夫将化学建立成现代科学的工作方面做出了贡献。拉瓦锡夫人还不到20岁时,已经在自己家里老练地主持沙龙了。获邀的来宾有巴黎的知识分子和外国的访问学者。这一类沙龙非正式又自由的气氛,让与会者可以就社会事件和最新的科学成就交换意见。

拉瓦锡夫人的沙龙不仅法国人常来,外国的科学人士,比如美国的本杰明·富兰克林、英国的约瑟夫·普里斯特利和詹姆斯·瓦特也是常客。1775年,安托万·拉瓦锡被授予火药委员会中的重要职位,这对夫妻于是在巴黎军火库里住下来,并在此设立了当时最棒的化学实验室。接下来的13年,是他们活跃又快乐的时光,即便如此,他们却无法有孩子,虽然那是他们所期许的。

这对夫妻拥有很广的社会关系网,以至于他们的社交活动十分频繁,然而两人依然有时间从事自然科学的工作,特别是化学。安托万·拉瓦锡被视为“现代化学之父”,而拉瓦锡夫人与丈夫的合作如此紧密且重要,所以她也可以被称为“现代化学之母”。化学革命——对燃素之战,亚里士多德的自然哲学观对后世的化学研究和与物质最终性质有关的理念的影响,一直持续到18世纪晚期。

虽然罗伯特·波义耳在自己的《怀疑的化学家》一书中已经列出了由4种基本元素“气、火、水、土”和3个基本原则所引起的问题,但是他没有推导出更好的综合性理论。波义耳对元素提出了一个新的定义:一种已不能再被分解为更基本的物质之物。然而这样的定义并没有被采用,因为在18世纪70年代,多数的化学家仍信守“燃素”理论。该理论说,一切物体都是由空气、水、两种不同类的土(汞土和石土)及燃素所组成的。

燃素则被认为是由极细小的分子构成的,它唯有从燃烧的物体中逸出时才能被观察到。因此,所谓燃烧就只是燃素从物体中分离而已。早在18世纪30年代,很多博学人士就对化学产生了兴趣,包括埃米莉·德·夏特莱和伏尔泰,事实上他们宣称,当某些金属加热至足够的高温时,质量会增加。然而多数的化学家没有兴趣在定量条件下解释化学现象。在18世纪末期,化学家仍然缺乏足够精密的仪器,来测量出燃烧前后这么微小的质量差别。

对18世纪80年代的巴黎人而言,热气球飞行是让人惊叹和钦佩的事情。拉瓦锡父母页研究找寻可用于热气球的气体。此图描绘的是1783年12月1日法国人雅克·夏尔和尼古拉斯·罗伯特第一次搭乘载人氢气球,悬在杜乐丽花园上方。安托万·拉瓦锡在做化学实验时对于仪器的精确度要求极高。由于没有适当的仪器,他只好自行设计,并请人专门替他制造。他坚持所有的实验在实施前必须仔细规划,同时在整个过程中写下正确的记录。

在他的实验室日志中,许多条目都是玛丽·拉瓦锡手写的,由此可见,设计实验和做正确的笔记都是她的工作。她对这些用来做实验的仪器知之甚详,因为她在铜板上描绘和雕刻了所有仪器的模型,供她丈夫所写的图书之用。安托万·拉瓦锡想把化学转变成有系统的学科,同时完全脱离炼金术和古希腊的元素学说。为完成这样的革命,仅仅是证明普遍存在的观点的错误仍显不足;他必须建立一套新理论,并为化学发展出一种新语言。

在这个工作上,他得到玛丽·拉瓦锡的协助。在他积极的职业生涯里,两人一起工作了将近20年。安托万·拉瓦锡正在他的实验室指导一项与呼吸有关的实验。画面右侧玛丽·拉瓦锡在书桌前记载有关过程和发现的笔记。源自玛丽·拉瓦锡制作的凹版原画作(阿伦茨,1888)。当时,在英吉利海峡两岸,人们对化学的研究从来没有像这样投入过,而且在英国和法国之间,似乎有某种非正式的竞争存在着。

玛丽·拉瓦锡有语言天分,因此她决定学习英语,以便能够为她那位语言不灵光的丈夫翻译英国最新的化学研究报告。虽然许多有名的英国化学家,例如约瑟夫·布莱克、约瑟夫·普里斯特利、亨利·卡文迪什也有不少新发现,甚至这些最后还帮助拉瓦锡发展出他自己的理论,可是,他们仍然不能用这位法国同行的全新观点来看待化学。所有重要的英国化学家仍信守燃素理论。

1783年,拉瓦锡写信给法国科学院:“……化学家将燃素塑造成一个模糊的学说,完全未经严格定义,结果变成随需要而解释……有时它是自然的火,有时它是结合土元素的火;有时它通过容器的孔,有时透不过它们……它是名副其实的普罗透斯,每一瞬间都在改变它的形状。”拉瓦锡夫妇一点一点地反驳燃素理论。他们证明了空气不是元素而是混合物。

他们成功地把氧气从空气中分离出来,并且显示出它的真正性质;在当时,氧气被称为“明显地可被呼吸的气体”。安托万·拉瓦锡认为这种气体是所有酸类的重要成分,后来将它命名为oxygène,意思是酸的形成者(希腊语oksys,是“酸”的意思;genein,是“产生、形成”之意)。接下来,他确认了亨利·卡文迪什以前所提出的说法,亦即水也不是一个元素,而是由氧气和“可燃的气体”组成的混合物。

他重新将“可燃的气体”命名为hydrogéné,意思是水的形成者(希腊语hydro,是“水”的意思;genein,是“产生、形成”之意)。燃素理论的支持者特别注意燃烧现象,并将它定义为燃素从物质中分离。拉瓦锡夫妇设法根据实证显示,燃烧是物质和氧气的结合。因此,燃素并不存在。燃素理论的多数支持者在看了拉瓦锡的研究论文之后便放弃了该理论,但是对燃素之战仍未取得胜利。

1787年,爱尔兰化学家理查德·科万的作品《论燃素》出版,在书中他仍固执地捍卫旧理论。拉瓦锡夫妇决定向该理论的支持者发动反击,并将燃素理论彻底丢进科学史的垃圾桶内。玛丽·拉瓦锡在这最后的反击中扮演了重要角色。在理查德·科万的书出版后第二年,玛丽·拉瓦锡将它编译成法文。每章的结尾都附带一篇由法国化学家执笔的批判性文章,反驳理查德·科万的观点。

除了安托万·拉瓦锡以外,这些批判性文章的写手还包括皮埃尔-西蒙·德·拉普拉斯、加斯帕尔·蒙日、克劳德·路易·贝托莱。1789年,安托万·拉瓦锡出版了一本书,名为《化学基本论述》,他希望新时代学化学的学生会使用它。很快该书被译成欧洲的多种文字,而且对化学的研究与指导产生革命性的影响。在这本书的写作过程中,玛丽·拉瓦锡也扮演了一个重要角色,她负责为这本书画插图。

用于化学实验的仪器的详图是该书的重要组成部分。《化学基本论述》完全不像以往与化学有关的教科书一般,它是以教导人如何去准备各种物质为主的一本书。拉瓦锡脱离四元素的旧原则,建立了新的定义:“所有我们到目前所发现的物质,若无法将其分解,对我们而言,它就是元素。”安托万·拉瓦锡所著的《化学基本论述》出版于1789年,书中插图出自他的妻子玛丽·拉瓦锡。

她在铜板上签名时还加上了自己的姓氏“波尔兹·拉瓦锡”,这是为了强调作品是她而不是她丈夫做的。固然罗伯特·波义耳在100年前便提出类似的定义,但拉瓦锡设法将元素表系统化同时为它们命名,甚至这一命名法至今仍被使用着。他也第一个清楚地表达了质量守恒定律;根据此定律,在化学反应中物质的质量维持不变——没有东西消失,也没有东西增加。

虽然引发了化学世界的一场革命,但安托万·拉瓦锡最后却成为法国大革命牺牲者中最有名的人士之一。他的妻子玛丽·拉瓦锡只差之毫厘就躲不过这些恐怖的岁月,事实上她从来没有从大革命引起的创伤中完全恢复过来。安托万·拉瓦锡在大革命前曾经是税务人员,遭控诉犯有有关收税的罪行,而玛丽·拉瓦锡则被认为分享了来自税收的不义之财。安托万·拉瓦锡被处以上断头台的死刑,但是对他的控诉从未得到证明——不论当时或以后。

他在整个人生中都在尝试帮助其他人,而且还规划和参与了各种有利于整个国家的项目与计划,这让他的判刑显得非常不公平。玛丽·拉瓦锡于丈夫去世后再婚。她与美国伯爵拉姆福德的婚姻是场暴风雨,4年后两人便离婚了。此后,玛丽·拉瓦锡将她的余生投入对第一任丈夫的回忆中。她编写了安托万·拉瓦锡的回忆录,在1805年以《化学回忆录》之名出版。

她没有写自己的回忆录,这就是为什么我们从来没听过与她的生活故事及科学工作有关的、她自己的说法。1788年,由艺术家雅克—路易·大卫所绘的玛丽和安托万·拉瓦锡肖像,是科学史上的名作之一。观察这幅绘画作品如何反映启蒙时代与追求科学的贵族夫人有关的理念是件很有趣的事。在这幅双人肖像中,我们的注意力首先被拉至玛丽·拉瓦锡的脸上:她直接望向观赏者。安托万·拉瓦锡则转头看着妻子。妻子站着,丈夫正在写着什么。

雅克—路易·大卫所绘的玛丽和安托万·拉瓦锡肖像。这样的画面是象征着一个男性正望着他以寻求灵感的、科学的缪斯吗?在妻子的身后,观赏者可以看见绘画工具,这意味着玛丽·拉瓦锡扮演了一个活跃的科学教科书插画者的角色。对于一个缪斯来说,她的姿态过于自信。画中这位自信满满的女性,拉瓦锡夫人,很清楚地知道自己的地位较高:她是自家的科学沙龙里受过良好教育的女性,精通多门语言,对科学的追求和丈夫不分轩轾。

为了更进一步强调她的重要性,在画中她站着,而且高过丈夫。实际上,对这幅画有许多种解读都说得通。如果这位艺术家也想把她视为缪斯,似乎也无妨。然而对现代观赏者来说,或许很难将玛丽·拉瓦锡优雅的长薄纱礼服、这对夫妻扑粉的假发与他们在化学实验室里的严肃工作联系起来,虽说18世纪人们通常穿着符合他们身份与社会地位的服装,而且不管什么活动,贵族总是展现令人印象深刻的态度。

在画中那些与化学相关的物品,无疑在凸显画中人的主要兴趣。这位画家与肖像里的人物相知颇深,因为玛丽·拉瓦锡曾在大卫的辅导下学习视觉艺术。在社会动荡期间,大卫转为大革命忠实的支持者,在安托万·拉瓦锡遭处死之后,毋庸置疑地和以前的这位学生关系变冷淡了。不过,玛丽·拉瓦锡仍视大卫为艺术家,因为在大革命之后,这张由大卫所绘的双人肖像画就挂在她新家用来招待访客的房间内最显眼的位置。

和拉姆福德伯爵离婚后,玛丽·拉瓦锡在巴黎重新办起文学沙龙,一星期聚会一次,以招待她的来宾,并讨论科学和社会事件,直到她去世。本文摘自《蒙尘缪斯的微光》(人民邮电出版社,2018年10月出版)。赛先生经授权摘录发布,略有改动。

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