下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
知识就是力量！
但知识从哪来？“二手”知识，当然主要从书本中来，从前人总结的经验和教训中来；而一手知识，特别是开创性的科学知识，则主要从各种实验中来，更准确地说是从对实验结果的反复凝练、反复分析和反复归纳演绎中来。到底如何通过实验来凝练知识呢？本回的主人翁波义耳将给出一个很好的示范，甚至他的口头禅都是“要想做好实验，就要敏于观察”“人之所以能效力于世界，莫过于勤在实验上下功夫”“实验决定一切，空谈无济于事”等。至于其中的奥妙嘛，欢迎大家细细品味如下这些遥远的故事。
在很久很久以前，即明朝皇帝朱由校驾崩、朱由检登基那年；也即最后一只纯种欧洲野牛死于波兰，从而宣告该物种灭绝的那年；还即提出“知识就是力量”著名论断的弗朗西斯·培根去世后的一年；更准确地说，是1627年1月25日。在爱尔兰利兹莫城的一个贵族家庭，诞生了本回的主人翁波义耳。小宝宝睁眼一看，哇，好家伙，自己的6个哥哥和7个姐姐以及父母等亲人喜滋滋、齐刷刷地欣赏着自己，有的扮鬼脸逗俏，有的俯身又亲又抱，还有的拉着小手一个劲儿地摇。突然，波义耳意识到自己还赤身裸体，竟这样被指指点点委实不妙，于是，“哇”地一声，就哭得大家哄堂大笑。书中暗表，前面为啥多次提到培根呢，因为，波义耳是培根的忠实崇拜者，以至于把培根的话当成自己的座右铭。而培根正是实验哲学的倡导者和捍卫者，他几乎倾全力研究实验方法论，为近代科学提供新工具，对牛顿、胡克、波义耳等科学先驱都产生了重大影响。
波义耳绝对是含着“金钥匙”出生的，他既是“官二代”，更是“富二代”。他爸是著名的政治家兼冒险家，从英格兰迁来爱尔兰，史称“第一位殖民百万富翁”，曾任爱尔兰财政部长，也是权倾朝野、封地广博的李察大公爵。他不但积累了众多财富，而且还建立了显赫一时的科克家族。只可惜，按当时贵族子弟的标准，波义耳算不上好苗子。因为，他从小就体弱多病，还有些口吃，对骑马射箭等武功又缺乏兴趣，因此既无法提枪上战场，也不可能成为光荣的骑士，当然就更别想继承家族爵位或成为政治家、冒险家了。波义耳唯一的爱好就是安静读书，但并不显得特别聪明，不过，他思想活跃，想象力丰富，爱提问题，记忆力也好。4岁时，波义耳遭受了人生首次不幸，妈妈因病去世；8岁时，本该13岁才入学的他却被望子成龙的老爸，急匆匆送到伦敦，经特批进入了当时最有名的伊顿公学。书中再暗表，伊顿公学素以半军事化的严格管理而著称，特别崇尚骑士精神；在一战时，普通英国士兵的战死率约为11%，而从伊顿公学毕业的士兵，其战死率却高达20.6%。由此可见，在潜意识里，冒险家父亲其实还是希望儿子“只解沙场为国死，何须马革裹尸还”。而后来的事实也证明了父亲的内心想法：1644年，父亲自己也毫不犹豫上了战场，并在那里光荣献身；波义耳的一个哥哥也在同年阵亡。
波义耳13岁时，英国爆发内战，父亲担心儿子受影响，就送波义耳到国外读书。他先后在法国、瑞士、日内瓦、意大利等留学4年，最后定居于佛罗伦萨，并开始研究伽利略的理论。波义耳对伽利略推崇备至，决心像伽利略那样，不迷信权威，勇于开创科学实验新道路。他还认真研读了伽利略的名著《关于两大世界体系的对话》。该书给他留下了深刻印象，以至于20年后，波义耳的代表作——《怀疑派化学家》就是模仿伽利略的写作风格撰写的。
17岁时，同时收到父兄死讯的波义耳，急匆匆赶回爱尔兰，却见满目焦土，四野荒凉。战争的残酷使波义耳看清了政治家们的无聊，于是，他独居于父亲遗留的城堡中，开始苦苦思索人生意义，试图找出拯救众生的答案。刚开始时，他找到的答案是学医，希望依靠高超的医技来减少人间疾苦。因为，他母亲当年之所以早逝，就是由于大夫医技不精，抢救不及时所致；而他自己在童年时，也有过一次被庸医开错药的亲历。幸亏那时他体质虚弱，肠胃受不了刺激，才意外引发呕吐，保住了性命，从此他怕医甚于怕病，生病也不愿再找医生，而是自寻药方。
事实证明，波义耳学医，无异于张飞学绣。不过，由于当时没制药厂，医生们都得亲自进行各种实验，以便研制相关药物。一来二去，药物虽未研制成功，但波义耳却歪打正着，竟深深爱上了研制药物的各种化学实验，并为自己树立了一个榜样：比利时医药化学家海尔蒙特，一位没日没夜完全沉浸于化学实验中的、自称“火术哲学家”的奇人。欲做化学实验，就得建立专用实验室，幸好这点建设经费对波义耳来说不过是九牛一毛而已。于是，波义耳就这样，意外锁定了人生归宿。从此以后，他就带着自己高薪聘请的众多助手，在自己投资的豪华实验室中，整日沉溺于实验的幸福里，甚至终生未娶，真正把自己献给了科学实验。至此，波义耳的“实验实验再实验，凝练凝练再凝练”故事，才真正开始了！
在波义耳时代，虽然人们已经意识到：许多问题特别是医学问题从本质上说，其实都是化学问题。但是，当时的化学主要局限在药物研制方面，而且，理论也十分粗糙，漏洞百出。总之，无论从深度或广度来看，化学都算不上是一门科学。不过，经波义耳“开光”后，情况就完全不同了。比如，波义耳明确指出：化学研究，目的在于认识物质本性，故需专门实验并认真观察实验结果。为此，他强调必须重新认识化学，摆脱其从属于炼金术或制药术的“下等人”地位，努力将化学发展成一门探索自然本质的独立科学。用波义耳的话说，那就是“化学，必须是为真理而追求真理的化学”，这也是波义耳在其1661年出版的代表作《怀疑派化学家》的核心观点。为此，1661年被公认为近代化学的诞生之年，波义耳也因此被称为“近代化学之父”。
为使化学成为一门严谨的科学，首先就得搞清一个最基本的概念——元素或化学元素。虽然，今天的中学生都知道：元素指自然界中100多种基本的金属和非金属物质，它们只由一种原子组成，其原子核中的质子数相等，且用一般的化学方法不能使之分解；元素可组成一切物质；截至2007年，共发现了118种元素，其中94种存在于地球上。1923年，国际原子委员会又进一步决定：把核电荷数相同的一类原子，称为同一种元素。但是，在波义耳时代，情况绝非如此清晰，甚至在整个人类史中，有关元素的学说几乎层出不穷，比如古巴比伦人和古埃及人就曾把水，后来又把空气和土，当作世界的主要组成元素，形成了“三元素说”；古印度人也有“四元素说”；古代中国更有金、木、水、火、土的“五元素说”等。特别是苏格拉底学派的“四元素说”，其雏形是土、水、气、火；13世纪左右，炼金士们又在亚里士多德的基础上补充了新元素：硫、汞、盐。
但是，以上所有这些元素学说，无论出自哲学家、炼金士或药学家等，都有一个共同特点，那就是，他们对元素的理解，都只是通过对客观事物的简单观察，主要在臆测基础上提出来的。直到1661年，波义耳通过一系列反复实验才终于发现，原来前人提出的所谓“元素”，其实并非真正的元素，它们实际上还可由更基本的元素组成，比如盐就可再分解为氯和钠。于是，波义耳首次给出了元素的精确科学定义：不能用化学方法再分解的简单物质。例如，黄金就是元素。正是波义耳的这一精确定义，才引发了认识论突破，才使化学终于明确了自己的研究对象。
由于本书是科学家传记，希望引导读者成为科学家，所以，我们并不想细论具体科学成果（那是科普的任务），而是想分析其背后的成功方法论。回忆一下，在波义耳之前的数千年人类史中，关于元素的学说如此之多，为啥没人仔细考虑过元素的本质到底是什么呢？无论“三元素说”“四元素说”或“五元素说”也好，为啥没人去验证一下，所有物质真的都能由那些所谓的“元素”组成吗？各种各样的炼金术如此之多，炼金士如此之神，但是，几千年来，有谁曾炼出过哪怕一两黄金呢？为什么大家不逆向思维一下，如果黄金是一种元素，那当然就不可能从任何别的物质中炼出来嘛！原来，大家都忽略了“实验”这个科学思维的基础，忽略了培根提出的实验思想，而正是波义耳揭示的“通过实验，实现对自然界的深入观察”，才使得化学的发展正式进入了科学轨道。波义耳反复强调“化学，为了完成其光荣而庄严的使命，必须抛弃古代传统的思辨方法，必须像物理学那样，立足于严密的实验基础之上”，正是这样的身体力行，才使波义耳把科学观点和思想带进了化学，从而解决了化学理论的一系列基础问题，为化学的健康发展铺平了道路。因此，如果说伽利略通过科学实验开创了经典物理学的话，那么也可以说，波义耳通过科学实验开创了近代化学。
科学实验虽很重要，但必须明白，它只是手段，而非目的。科学实验的真正目的在于：对实验结果进行正确解释，并由此发现普遍规律。关于这一点，“波义耳定律”的发现过程，就是一个很好的范例。大约是在1662年，法国科学家搞了这样一个著名实验：在一个黄铜气缸中，装有严丝合缝的活塞，然后，数人同时用力按下活塞，以压缩气缸里的空气；接着，突然松开活塞，活塞将会被部分弹回，但却又不能被完全弹回。于是，关于该实验结果的解释，就出现了“公说公有理，婆说婆有理”的乱象。“鹰派”科学家解释说，空气有弹性，因为活塞被弹回了嘛。“鸽派”科学家解释说，空气没弹性，因为活塞从未被完全弹回嘛。“骑墙”科学家则“王顾左右而言他”，活塞若太紧，摩擦力就会太大，即使有弹力，也无法完全弹回；活塞若太松，又会漏气，更不可能弹回。波义耳一看，哈哈大笑：“该实验与结论，风马牛不相关”。于是，波义耳找来一根左端封闭、右端开口的玻璃管，将其烧制成U型，然后，将水银从右端口慢慢滴入。当水银淹没U型底后，左端管中的空气柱，便被右端水银柱压缩；当从U型底部的阀门释放部分水银时，左端空气柱的体积又会恢复原状；而且，左端空气柱的体积，与右端水银柱的高度之间，存在稳定的量化关系。这便完美地证明了：空气确实能被压缩，同时也能完全被弹回，即空气确有弹性！若该实验到此结束，那就不是波义耳的风格了。果然，他又再接再厉，对左端空气柱的体积与右端水银柱的压力之间的量化关系，进行了反复实验，终于发现了一个伟大定律，即波义耳定律：在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比；换句话说，理想气体的体积与压强相乘，始终都是一个常数。该定律是描述气体运动的首个量化公式，也是如今化学课的必修内容，它为气体的量化研究和化学分析奠定了基础。波义耳定律还揭示了这样一个秘密：与固体一样，气体也是由原子构成的；只不过在气体中，原子距离较远，互不连接，所以气体能被挤压。换句话说，争议了数千年的原子存在性问题，就这样被完美的实验给证明了！
对波义耳来说，事事皆实验，处处皆实验，时时也实验，甚至连其凄美的爱情故事中也充满了科学实验。据说，女友意外去世后，在波义耳的实验桌上就永远插上了她最爱的那朵紫罗兰。一次，该紫罗兰被意外溅上了浓盐酸；情急中，波义耳赶紧把冒烟的花朵浸入水中，片刻之后，他惊奇地发现：深紫色的紫罗兰，竟然变成了红色！于是，他顺藤摸瓜，实验了许多花木的酸碱作用效果。由此发现，大部分花草受酸或碱作用后，都能改变颜色。其中，以石蕊地衣提取的紫色浸液最明显，它遇酸就变红，遇碱就变蓝。利用该特点，波义耳制成了如今仍在常用的酸碱试纸——石蕊试纸。看来，机遇真是钟情于有准备的头脑呀。也是在同类实验中，波义耳进一步发现：铁盐在5倍水液中，就会生成一种无沉淀的、长久不变色的黑色溶液。于是，他发明了一种墨水制取法，该方法被沿用了几乎一个世纪之久。波义耳还发现，从硝酸银中沉淀出来的白色物质，若暴露于空气就会变黑。该发现为后人制作照相感光胶片，做出了先导性的贡献。总之，波义耳的这一系列实验成果，奠定了分析化学的基础。因此，他也被称为“分析化学之父”。
比较鲜为人知的是，波义耳还首次将化学分析法应用于临床医学。特别是在专著《人血的自然史略》中，他通过实验证明了血液中含有氯化钠，并将它称为固定盐；他注意到了血液蒸馏后的砖红色残渣，并由此推断血中含铁。他首次从动物尿液中提取出了磷，还发现：磷只有在空气中才会发光并燃烧形成白烟，该白烟与水作用后就会形成酸液，即磷酸；把磷与强碱一起加热就会得到另一种气体——磷化氢，该气体与空气接触也会燃烧并形成白烟等。
波义耳的科学成果当然不止上述几项，实际上它们遍布化学、热学、光学、哲学、神学、工艺学、气象学、电磁学、无机化学、分析化学、气体物理学、物质结构理论等。比如，在空气研究方面，他就用精巧的实验逐一验证了：在真空情况下，物质无法燃烧；真空产生的吸力，来源于空气压力；在排气泵容器中，气压计水银柱将下降；在真空中，虹吸失效；压力降低时，沸点降低；在抽成真空的容器中，动物不能生存，钟表不能传出嘀嗒声等。
伙计，波义耳生活的时代是一个天才辈出的时代，前有伽利略、开普勒、笛卡儿等，后有牛顿、莱布尼茨等。但是，客观地说，波义耳本人却算不上天才。他最终能与天才们并肩屹立的唯一原因就是，实验实验再实验，凝练凝练再凝练！
本书已多次强调过，科学研究的两大法宝是大胆猜测和小心求证。而科学实验就是“小心求证”的得力工具，波义耳在该方面已做到了极致。但是，在“大胆猜测”方面，波义耳也是首屈一指。比如，他早在350多年前，就对人类科技发展进行了24项大胆预言，而更加神奇的是，如今他的这些预言竟然大部分都已梦想成真了！
预言1，人类飞向蓝天。1903年12月17日，莱特兄弟首次实现了可控制的动力飞行。如今，人类不但已飞向蓝天，也飞上了月球，进入了太空；若算上外星探测仪的话，那就已飞出了太阳系。
预言2，通过器官移植治疗疾病。1954年12月23日，科学家在波士顿成功进行了首例肾脏移植手术。如今，除大脑等极少器官外，多数器官都能实现移植。
预言3，找到一种可行的经纬度确定方式。地球同步卫星系统，比如GPS就已于20世纪70年代问世。今后，“北斗”等更多的全球卫星定位系统也将普及。
预言4，制造既轻又硬的盔甲。20世纪60年代研制的凯夫拉尔纤维，重量极轻，硬度却超过钢铁。如今，随着材料科学的进步，类似的东西就更多了。
预言5，加快农业生产速度。如今现代化农业早已普及。
预言6，用药物增强想象力、记忆力以及其他功能。如今迷幻药、阿司匹林、安眠药等都已常见，它们或助人清醒，或缓解疼痛，或辅助睡眠等。
预言7，通过饮料，让人不必每天睡得太多。该猜想提出后不久，咖啡馆就在欧洲开张了。其实，喝茶在中国已有上千年的历史，只可惜当年的波义耳没这口福。
预言8，在任何风向都能航行的船，永不沉没的船。目前前者显然已实现，但如何理解“永不沉没”呢？
预言9，改变动植物的物种。如今人工育种早就普及，基因技术也正在迅速发展。
预言10，巨型农作物。转基因作物便是这样。
预言11，模仿鱼类。如今的仿生学研究的不但是模仿鱼类，而且还要模仿所有生物的可取之处。
预言12，整容手术。如今整容医院已屡见不鲜。
预言13，延长寿命。由于医疗条件的改善、生活水平的提高，人类的平均寿命确实在不断提高。
伙计，岁月无情，伟大的波义耳又不得不与我们说再见了。公元1691年（康熙三十年）12月30日，波义耳在他的一个姐姐去世后仅一周，在捐献了其所有财产后，便追随心中那朵永不凋谢的紫罗兰而去了，享年65岁。
安息吧，波义耳！