【科學史沙龍】近代化學的房角石

■撐起現代化學的兩大柱石，是元素論跟原子論；然而元素的概念，卻是始自於哲學而非科學。為什麼近代科學可以接受人無法眼見為憑的東西，作為理性的基石呢？且讓我們回到理性思維最初的源頭，從化學的角度出發，探究科學精神的發展脈絡。

講者｜臺灣大學化學系 陳竹亭教授
撰文｜高英哲

單一元素說是由古希臘的愛奧尼亞學派首度提出，這是人類歷史上第一次企圖對世界的多樣性，提出一種「理性的說明」。承襲這個講究理性論述的傳統，留基伯 (Leucippus) 便提出了原子的概念，認為世界是由不可分割的粒子組成；他的學生德謨克里特 (Democritus) 進一步主張，世界存有無數不斷運動的原子，其形狀、大小、重量、熱度都不同，而世界就是這些原子不斷組合的結果。

古希臘人對元素的看法，在亞里斯多德集其大成，他接受了自然是由地、水、火、空氣等四元素組成的概念，而四元素各有其品質，世間萬物都是受到四元素及其品質的影響。雖然亞里斯多德在諸多學科成就斐然，然而他對元素的見解，始終沒能擺脫他的老師柏拉圖的形而上概念。不過我們也不需要以今非古，小看古希臘人理性推論的能力，他們總是企圖在可理解的世界中，儘量去尋求證據，而不是草率地人云亦云，或是用無可追究的說法自圓其說。雖然他們確實犯了不少錯誤，卻提供了人類一套反思與覺悟的最佳方法。

若我們說古希臘形上學的方法論，是科學日出前的序曲，那麼隨著文藝復興而起的科學革命，無疑就是日出之時。伽利略率先倡導，要恢復柏拉圖主張的數學之美，他認為很多乍看之下不可能的事，只要用上一點理性分析，就能揭露那大道至簡的真理之美；隨後有培根、霍布斯、笛卡兒等人，突破天主教會的宇宙觀，提出了機械哲學。

發現氣體壓力與體積成反比定律的波以耳，是第一個將「鍊金術」 (alchemy) 改名為「化學」 (chemistry) 的人，他相信元素是不可以再分解的，甚至堅信元素具有粒子的性質，可以串接合成不同的物質，也就是化合物。雖然他並沒有真正捐棄鍊金術的窠臼，但他對於化學甚至整個科學發展有個絕大貢獻，那就是確立了以簡易有序，可以重複的方式，進行經過設計的實驗方法，從而建立了實驗要有清楚記錄，並且可以檢驗結果的研究典範。之後布萊克發現二氧化碳，普羅斯特發現定比定律，都是在波以耳的實驗架構上，得到的確切科學結果。

不過真正使為近代化學奠下基礎，使其猶如旭日東昇般發展的，則是被稱為現代化學之父的拉瓦節。拉瓦節雖然不是第一個發現氧氣的人，但他的貢獻比發現單一物質還要大得多：他把氧氣、燃燒、化學反應、元素、化合物、混合物、以及化學反應質量守恆，透過具體設計的實驗，將所有這些事物整理在一個正確的理論系統下。有了拉瓦節的理論系統，道耳頓才得以發展出原子論，爾後給呂薩克的氣體反應體積定律，以及亞弗加厥提出分子假說，都是沿襲道耳頓的原子論發展而成的。

科學的進展也許日新月異，但我們確實可以看到其中一脈相承，環環相扣的關聯性。大家真的都是站在前人的肩膀上，才能夠看得更遠一點。