安托万·拉瓦锡

引言

安托万-洛朗·德·拉瓦锡是整个科学史上最具变革意义的人物之一。他于1743年出生于巴黎的一个特权家庭，1794年在恐怖统治期间被送上断头台，其一生既有非凡的智识成就，也有同样戏剧性的个人灾难。在大约二十年集中的化学研究中，拉瓦锡推翻了延续数百年的燃烧理论，鉴定并命名了氧气，确立了物质在化学反应中既不会被创造也不会被消灭的原理，并协助锻造出一套描述物质世界的全新语言。据说，哲学家兼数学家约瑟夫-路易·拉格朗日在得知拉瓦锡被处决的消息后评论道：砍掉这颗头颅只需一瞬间，而法国或许一百年也再产生不出这样一颗头颅。时间证明拉格朗日所言并非夸张，而是切中要害：拉瓦锡在化学中发起的革命如此彻底地重构了这门科学的基础，以至于此后每一代化学家都在他所创造或从根本上塑造的框架内工作。

拉瓦锡一生的故事与十八世纪晚期法国的社会和政治世界密不可分。按照任何现代意义来说，他都不是一位职业科学家；那样的类别当时几乎并不存在。他是一位贵族，受过法律训练，以包税为职业，经任命担任火药管理官员，而出于强烈的热情成为科学家。他的财富大部分来自他在"总包税所"中的份额——那是一个代表法国王室征税、备受憎恶的私人财团——这些财富资助了他的实验室，并使他有时间和物质资源去从事精度和雄心都非同寻常的实验。而正是同样的财富，同样的在一个被革命民众与压迫和腐败联系在一起的机构中的身份，最终夺去了他的生命。

要完整地理解拉瓦锡，必须既理解科学也理解这个人，而要理解其中任何一方面，又必须理解他工作于其中的那个世界。他所处时代的化学由一种围绕名为"燃素"的神秘物质建立起来的燃烧理论所主导，这一概念深深嵌入科学思想之中，以至于要推翻它不仅需要新的实验，还需要对化学是什么、化学为何而存在进行全面的重新概念化。拉瓦锡的成就在于提供了这种重新概念化，并以如此强大的力量、如此严格的实验和如此崇高的机构权威为之辩护，以至于科学共同体最终追随了他，尽管其中许多最杰出的成员曾长期激烈抵制。

本文追溯拉瓦锡的一生：从他出生于巴黎一个富裕家庭，到他接受法律与科学教育，进入皇家科学院，进行关于燃烧和气体的决定性实验，系统改革化学命名法，与他非凡的妻子玛丽-安娜·波尔兹的合作，在公共行政中的任职，恐怖统治期间的被捕与处决，以及他作为现代化学奠基人的不朽遗产。这是一个关于天才与方法、财富与毁灭、思想革命与政治悲剧的故事。

巴黎的早年生活与教育

安托万-洛朗·拉瓦锡于1743年8月26日出生在巴黎圣厄斯塔什教区四风街的家中。他的父亲让-安托万·拉瓦锡是一位隶属于巴黎高等法院的律师，而巴黎高等法院在旧制度的法律与行政结构中是一个享有相当声望的机构。他的母亲埃米莉·庞克蒂斯出身富裕家庭，为这桩婚姻带来了财富和社会关系。她在安托万年仅五岁时去世，这一丧失在很大程度上塑造了他的童年。母亲去世后，拉瓦锡主要由他的姨母庞克蒂斯小姐抚养长大，她终身未婚，以极深的疼爱和关怀献身于外甥。这个家庭相当富有，安托万在一个智识体面、物质安稳的环境中成长。

拉瓦锡家的财富在安托万还是孩子时便大幅增加，因为他从母亲一方继承了一笔可观的财产。姨母的悉心照料确保他获得了巴黎所能提供的一切教育优势。1754年，大约十一岁时，他进入四国学院（又称马扎然学院）。该机构依据马扎然枢机主教的遗嘱创办，1688年开学，坐落于塞纳河左岸一座隔河面对卢浮宫的宏伟建筑中，素有法国最优秀中等学校之一的声誉。那里的课程是传统意义上的古典课程，强调拉丁文、修辞学、历史和哲学，但该学院在数学和自然科学方面也有卓越的成绩，正是在这里，拉瓦锡首次接触到科学研究的世界。

他在马扎然学院的岁月恰逢法国思想激荡的时期。启蒙哲人们的影响力正处于巅峰；狄德罗和达朗贝尔的伟大《百科全书》在整个1750年代和1760年代一卷接一卷地问世；自然科学，尤其是天文学、植物学、地质学和化学，正在迅速发展。拉瓦锡有幸师从当时一些最杰出的科学人物。天文学家兼数学家尼古拉·德·拉卡伊刚从一次著名的好望角远征归来，在那里绘制了南天星图，他在马扎然学院任教，并把拉瓦锡引入严谨的科学观察与测量。植物学家贝尔纳·德·朱西厄（其侄安托万-洛朗·德·朱西厄后来变革了植物分类学）是拉瓦锡思想形成中的另一位重要人物。矿物学家让-艾蒂安·盖塔尔是其家庭的朋友，也是法国首屈一指的博物学家之一，他对年轻的拉瓦锡尤为关注，成为他的某种科学导师，最终与他合作开展法国地质调查，这项工作在1760年代初占据了他的部分精力。

1761年完成马扎然学院的学业后，拉瓦锡按照家族从事法律的传统，进入巴黎大学法学院学习。他于1763年获得法学学士学位，1764年获得执业资格证书，具备了像他父亲那样在巴黎高等法院担任律师的资格。但即便在攻读法律期间，他的科学兴趣仍在不断加深。他参加了纪尧姆-弗朗索瓦·鲁埃尔开设的化学公开讲座，鲁埃尔是法国最著名的化学教师之一，也是向一代法国学生引介燃素说核心概念的人。鲁埃尔的讲课富有戏剧性、充满热情，偶尔也杂乱无章，但它们传达出一种对化学可能性的感染性兴奋，拉瓦锡吸收了这种兴奋，尽管他最终将摧毁鲁埃尔赖以工作的理论框架。

在整个法律学习期间，拉瓦锡继续与盖塔尔从事地质工作。1763年和1764年，两人在阿尔萨斯和洛林地区进行了广泛的野外考察，采集岩石和矿物样本并记录地质观测。拉瓦锡已经开始养成系统观察和精确记录的习惯，这将成为他成熟时期科学工作的特征。1765年，二十二岁的他向皇家科学院提交了第一篇科学论文，研究石膏的性质及其受热后的转变。这篇论文做得扎实而细致，但更值得注意的是它所展现的自信：一个二十二岁的法科学生向法国最负盛名的科学机构呈交原创研究。拉瓦锡的自信并非傲慢；那是一个被培养成相信自身智力能力、并拥有物质资源去追求兴趣而无需为就业或声誉焦虑的人的自然流露。

1766年，他凭借一篇关于大城市街道最佳照明方法的论文获得科学院颁发的金质奖章，这是一个曾引起王室关注并设有丰厚奖金的实际问题。该奖章的授予不仅出于科学价值，也出于拉瓦锡研究的彻底与严谨，他以一位如此年轻之人身上罕见的强度投入其中。到此时已经可以清楚看出，他的未来在科学而非法律，尽管他仍将保留律师资格，并在一生中不断运用他的行政才能。

包税所与金融生涯

1768年，拉瓦锡做出了一个将决定他物质生活、资助他科学生涯并最终导致他毁灭的决定。他购买了总包税所的一份股份，这是一个代表法国政府征收各种间接税的私人包税财团。包税在革命前的法国是一种普遍做法：王室长期现金短缺，将征收某些税项的权利出租给一个由富有投资者组成的私人集团，后者预先向国库支付一笔固定金额，然后尽可能多地向公众征收，把差额作为利润。总包税所是其中规模最大、权力最强的一种安排，负责征收食盐、烟草、葡萄酒的税，以及经由城市关卡（即所谓"总包税人之墙"）进入巴黎的各类商品的税。

对于像拉瓦锡这样社会地位的富有年轻人来说，加入包税所的决定并不罕见；法国许多最显赫、最受尊敬的公民都持有该组织的股份。他的父亲帮助他筹措了购股资金，几年之内他便积极参与包税所的行政工作。他后来成为其中最精力充沛、最尽职尽责的官员之一，致力于改革某些税项的征收，调查欺诈和逃税，并提出改进该组织行政程序的建议。1771年，他娶了包税所同僚之一的十四岁女儿玛丽-安娜·波尔兹，这桩婚姻不仅是一次社会和财务上的联盟，还将成为历史上伟大的科学伙伴关系之一。

包税所的财务回报十分可观。拉瓦锡所分得的利润，加上他的遗产和妻子带入婚姻的财富，使他成为巴黎较为富有的私人之一。他用这笔财富建立并装备了一座在当时设备极为精良的实验室，最初设在好孩子街的住所，后来迁至兵工厂，他在那里担任皇家火药厂的管理者。实验室中配备了当时可得的最优质仪器：灵敏度在化学实践中前所未有的精密天平、最高品质的玻璃器皿、能够维持极高温度的炉子，以及一整套用于收集和操作气体的气体化学装置。在他活跃研究的那些年里，装备和维护这座实验室的费用极其庞大，除了法国最富有的人之外，几乎无人负担得起。如果没有总包税所的收入，就不会有拉瓦锡的化学革命。

在讨论拉瓦锡在总包税所中的角色时，抵制漫画化的诱惑是很重要的。该组织广受憎恨，而且这种憎恨并非完全没有道理：它是一个私人财团从征收对普通民众负担沉重的税收中牟利的机制，其官员在追查逃税和催缴欠款时可能十分严苛。但拉瓦锡本人在这一体制内似乎并不是一个格外严苛或腐败的官员。他致力于引入行政改进，一贯反对最恶劣的滥权行为，并把部分个人收入用于真正具有公共精神的项目，包括在卢瓦尔河谷弗雷希讷的庄园上推行农业改良计划，他在那里试图引入更好的耕作方法，帮助佃户获得更多繁荣。包税所是旧制度的一种结构性不公，拉瓦锡自愿且有利可图地参与其中；但在那个不公的体制内，他并不是一个特别恶劣的角色。然而当革命到来时，这并不能挽救他。

进入科学院

1768年当选皇家科学院院士是拉瓦锡科学生涯中最核心的机构性事件。科学院是法国最负盛名的学术团体，是负责推进自然科学的官方国家机构，当选院士赋予一位法国科学家所能获得的最高认可。自学生时代起，拉瓦锡就朝着这一目标努力，他早期的论文，包括关于石膏的研究和照明研究，部分就是为了向科学院现有成员证明自己的能力而设计的。他的当选是通过另一位成员去世所空出的席位实现的，而且并非毫无争议：在拉瓦锡被提名时，科学院在技术上并没有空缺，因此必须作出特别安排，先接纳他为额外成员，直到有正式职位空出。当时他二十五岁，即使以一个包含若干非常年轻成员的机构的标准来看也很年轻。

1768年的科学院是一个极为杰出的团体。其成员包括布丰，这位伟大的博物学家的多卷本《自然史》正在改变人们对自然世界的理解；达朗贝尔，数学家兼《百科全书》的共同主编；拉瓦锡的老师鲁埃尔；天文学家拉朗德和拉卡伊；以及数十位法国科学界的其他领军人物。拉瓦锡进入这一群体，使他置身于世界上最活跃、最成熟的科学文化的中心。他以一贯的精力投入科学院的工作。他在委员会任职，评估来自全法各地发明人寄给科学院的发明和技术方案。在1783年和1784年蒙戈尔菲耶兄弟的气球飞行之后，他参与了航空学实验。他参加了考察监狱状况、巴黎供水、动物磁性（弗朗茨·安东·梅斯梅尔的伪科学理论）以及许多其他公共议题的委员会。

在科学院的内部文化中，拉瓦锡逐渐确立起最多产、最具影响力的成员之一的地位。他自1779年起担任司库，这是一个行政责任相当重的职位，他极其高效地履行了职责。他参与组织科学院的出版物，并管理其与王室及外国学术团体的关系。他在科学院工作中的参与既给了他推广科学思想的机构权威，也给了他为化学改革计划招募合作者的职业人脉。当他在1780年代着手系统改革化学命名法时，他能够借助科学院的声望为改革提供官方认可，而这被证明对其迅速被采纳至关重要。

早期化学研究

在当选科学院院士后的头几年里，拉瓦锡最早的化学研究的特点是对化学物质本性的广泛好奇，以及对空气在化学过程中所起作用日益浓厚的兴趣。他受到英国化学家约瑟夫·布莱克工作的影响，后者在1756年证明，当石灰石受热时会产生一种特定的气体，布莱克称之为"固定空气"（即我们今天所说的二氧化碳），它与普通大气不同。布莱克的工作是研究不同气体性质的更广泛运动的一部分，这一领域后来被称为气体化学，而拉瓦锡很早就认识到，理解空气在化学反应中的作用是化学的一项核心挑战。

在1760年代末和1770年代初，拉瓦锡进行了一系列关于水的转变的实验。古老的观念认为水经长时间煮沸可以转变为土，这种观念在某些圈子里仍然流行，其依据是在玻璃容器中长时间煮沸水会产生白色沉淀。拉瓦锡以其一贯的精确性攻克了这个问题。他仔细称量了一个装有定量水的密封玻璃容器，然后在容器内将水煮沸101天，再次称量整个系统。他发现密封系统的总重量没有变化，但当他打开容器并单独称量容器时，容器失去的重量几乎恰好等于沉淀物的重量。他正确地得出结论：所谓的水转化为土，实际上是玻璃容器本身的物质溶解进了水中。水并没有变成土；土来自玻璃。这个早期实验展示了天平作为化学工具的威力、以质量守恒方式思考的习惯，以及在区分相互竞争的假说时受控定量比较的重要性。

在1770年代初，拉瓦锡还开始研究煅烧，即金属转变为当时化学家称之为"金属灰"（我们今天称之为氧化物）的过程。当锡或铅在空气中强烈受热时，会形成一种粉状物质：锡变成氧化亚锡，铅变成氧化铅。按照燃素说，这一过程涉及燃素从金属中释放出来，留下金属灰。因此金属灰就是金属减去其燃素。但拉瓦锡注意到一件燃素论者难以令人信服地解释的事：当金属被煅烧时，金属灰的重量大于原来的金属。如果有某种东西（燃素）离开了金属，为什么产物反而更重？燃素论者对这个问题有各种回应，包括提出燃素具有负重量，但这些解释从未显得完全令人满意，而拉瓦锡在煅烧中的增重现象中认出了一个要求解释的关键实验事实。

1772年11月，拉瓦锡向科学院秘书递交了一份著名的密封笔记，这在当时是一种常见做法，用以在尚未准备好发表细节之前确立发现的优先权。笔记记录了他发现硫和磷在燃烧时重量增加而非减少，并且它们吸收了大量空气。他还发现，当铅的金属灰（氧化铅）通过与木炭一起加热还原为金属铅时，会释放出大量气体。他写道，这些观察向他提示了一种对这些现象的解释，在他看来具有重大意义，他希望记录自己的优先权，以防他人正在进行同样的探究。1772年11月的这份密封笔记有时被视为拉瓦锡革命的奠基文件，是他首次领悟到空气——或至少是空气的一部分——在燃烧和煅烧中是一种化学反应物而非单纯旁观者的时刻。

氧气与燃素说的推翻

拉瓦锡着手推翻的燃素理论在化学史上根基深厚，并在他那个时代最杰出的化学家中享有强大的支持。它的起源在于德国医生约翰·约阿希姆·贝歇尔的工作，他在十七世纪晚期提出，可燃物质含有一种特殊的土质本原，在燃烧时被释放出来。贝歇尔的追随者格奥尔格·恩斯特·施塔尔是十八世纪早期最有影响力的化学家之一，他发展并系统化了这一思想，形成了后来的燃素说。施塔尔提出，所有可燃物质都含有燃素（源自希腊语"可燃的"），燃烧时燃素被释放到空气中。木材、煤、硫和金属都含有燃素；当它们燃烧或煅烧时，燃素逸出，留下灰烬、金属灰或残渣。这一过程是可逆的：金属灰可以通过与木炭等富碳物质一起加热而恢复为金属，木炭向金属灰提供燃素，使其重新变回金属。

燃素说具有真正的解释力。它解释了为什么物体会燃烧（因为含有燃素），为什么在密闭空间中燃烧最终会停止（空气被燃素饱和），为什么用木炭还原金属灰会得到金属（燃素从木炭转移到金属灰），以及为什么某些金属在置换反应中似乎会把燃素从一种传给另一种。这一理论并非简单粗暴地错误；它捕捉到了化学行为中真实的规律性，尽管它从根本上误判了正在发生的事情。这就是它长期抵抗推翻的原因，也是其捍卫者——包括才华横溢的英国化学家约瑟夫·普里斯特利——并非愚人，而是在一个连贯概念框架内工作的聪明人的原因。

在拉瓦锡发现氧气的故事中，关键人物正是普里斯特利本人。1774年8月，普里斯特利用强力聚光透镜强烈加热红色汞灰（氧化汞）进行实验，得到一种气体，他发现这种气体助燃能力约为普通空气的五倍，并且呼吸起来格外轻快。他称这种气体为"去燃素空气"，意思是其中的燃素已被完全除去的空气，因而能够最大限度地接受来自燃烧物质的更多燃素。1774年10月，普里斯特利访问巴黎并与拉瓦锡共进晚餐，向他讲述了自己关于这种新气体的实验。拉瓦锡此前已因1772年11月的笔记及导致该笔记的实验而有所准备，立即认识到普里斯特利发现的重要性。

在1774年冬季并延续至1775年，拉瓦锡极为细致地重复并扩展了普里斯特利的实验。他加热红色汞灰并收集所产生的气体。随后他在该气体中燃烧各种物质，发现它们比在普通空气中燃烧得更为猛烈。他发现汞的金属灰受热时会放出大量这种气体，同时重量减轻：这种气体原本结合在金属灰中，当金属灰还原为金属汞时被释放出来。接着他尝试用木炭将金属灰还原为汞，发现产生了这种新气体与他所称"固定空气"（二氧化碳）的混合物。所有这些都与一种与普里斯特利截然相反的解释完全吻合：这种气体不是被剥去燃素的空气，而是大气中的一种特定成分，在煅烧和燃烧过程中被吸收。

拉瓦锡在1775年4月向科学院宣读的一篇论文中发表了他的结果，并于1778年为科学院的《论文集》作了大幅修订和扩充。在1778年的版本中，他把自己分离出来的物质命名为"principe oxygine"，即氧，源自希腊语"成酸者"，因为他相信（事实证明是错误的）氧是所有酸的组成成分。这一命名代表了一个决定性的主张：这不是普里斯特利意义上的去燃素空气，而是一种具有特定性质并在化学过程中扮演特定角色的新元素。氧是燃烧和煅烧中的活性本原；它被燃烧的物质和被煅烧的金属从空气中吸收；而空气本身是混合物而非单一物质，其中氧只是一部分。另一部分，拉瓦锡后来命名为"azote"（今称氮），不支持燃烧或呼吸，构成了大气的主体。

拉瓦锡与普里斯特利之间关于氧气发现优先权的争议成为科学史上最具争