【化學奇境】不存在的魚:普里斯利沒發現氧氣

■ 撿貝殼或者扭獅子尾巴,這是兩種科學發現的方式。而革命性的科學發現,比較近似於後者。

漫遊分子奇境‧第三講 特稿
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但以理在獅子坑中。(Briton Riviere畫作)

撰文 ∣ 高英哲、張茵惠

  關於科學發現,有人曾經做過一個妙喻:就好像是坐在海面的一艘船上,拿根魚竿垂釣;釣上來的魚才算是魚,沒釣上來的就不算數。如果你跟他說,海裡還有很多你不曾見過、無法想像的魚,他會跟你說,因為那些魚沒有被釣起來過,所以對他來說並不存在。

  中研院近史所的雷祥麟老師,在10月16日的講座中提到,科學的進展至少有兩種形式。一種是線性的發現,如同牛頓的名言「在沙灘上撿貝殼的小孩」,那些真理一顆一顆的在那裡等待被你撿到,只需將布幕掀開,一切便油然呈現。另一種則不那麼連續與累積,像是「扭獅子的尾巴」,必須面對獅子不讓你扭的問題。從燃素發現的過程,我們可以發現,即使是名載科學史冊的科學家,在面對「革命性的科學發現」時,也未必能立刻瞭解自己「釣上來的是什麼東西」。

  講者首先從「發現」這個詞的英文 discover 來切入,定義為「揭開蓋在某個事實上面的布幕」(dis-cover)。這個字根的拆解會比較像我們一般對於科學的想樣:目標明確,一旦找到就會立刻認得的,就像是撈到了黑鮪魚就會想撈撈看有沒有別種鮪魚,撈到黃鰭鮪魚就會馬上發現這也是鮪魚的一種;另一種卻是目標不明(譬如人生的意義),答案有時完全出乎預期,因此即使找到了恐怕也不知道自己找到什麼。就像是本來想撈鮪魚,卻撈上來一隻海豚。不僅不是鮪魚,甚至不是魚,困惑的漁夫此時可能會尋思:「這鮪魚也未免長得太奇特了點。」

  後面這一種就是所謂「革命性的科學發現」。雷老師以英國化學家普里斯利(Joseph Priestley)「發現」氧氣的故事為例,告訴我們革命性的科學發現有多麼難得,又是多麼容易失之交臂。普里斯利是氧氣的發現者,但他並不知道自己發現了氧氣。這是怎麼一回事呢?普利斯特里是當時流行的「燃素說」的信徒,認為一切可燃物體都含有一種叫做「燃素」的物質,東西燃燒時,燃素便會釋放出來。但在實驗中他發現有種氣體可以讓物質燃燒得更劇烈,小鼠也可以活得更久,這就是氧氣。不過「燃素說」其實要處理的不是現在我們認為的「氣體助燃」的問題,應該說,這對當時難以製備跟儲存氣體的化學家來說,氣體不是他們關心的問題。燃素論認為燃素在燃燒中被釋放,而現代化學則確認氣體在燃燒中與金屬結合,兩者剛好是「出」與「入」的差別。

  燃素說有個致命的問題,它無法解釋為何物質會越燒越重。但一心信仰燃素的人並不是很關心這個理論的致命瑕疵。普里斯利始終用他一生深信不疑的燃素說,來解釋這個難解的現象,因此自始至終他都沒有意識到自己發現的是「氧氣」,知識框架與實驗結果會互為表裡,增強原本的信念,蒙蔽你已經看到卻視而不見的真相。

收支不太對勁

  這事一直要到普里斯利的死對頭法國化學家拉瓦錫(Antoine-Laurent de Lavoisier)再做實驗,才發現物質燃燒時或許不是釋放燃素,而是從大氣中吸收了一些東西。本來就對燃素說有所懷疑的他,想到一般空氣的成分或許比人們一直以來認為的更複雜,而這種「比空氣更好的空氣」,其實只是一般空氣的其中一種成分而已的可能性。而為什麼拉瓦錫會比一般當時的科學家更關心越燒越重的問題呢?可能與他是稅務官,很在意損益平衡有關。

  氧氣最終就這麼被真正「發現」了。不過從這個故事裡,我們可以發現許多科學發現,特別是那些出乎意料的革命性發現,絕少是單純的「揭開蓋幕」,而比較接近培根所形容的「扭住獅子的尾巴,逼牠吐出大自然的奧秘」。但是你怎麼使勁去扭,用什麼工具去扭,為什麼要扭,都跟牠吐出的奧秘有關。客觀的科學本身並不真的客觀,它帶有目的性,也終會被目的所侷限。

  在我們面對科學發展的歷史時,經常會偏重於「是誰」在「什麼時候」發現了「什麼」,但這只能描述整個科學進程的一部份。譬如,普里斯利至死都從來不認為自己發現的是「氧氣」,那是否真可稱為「氧氣的發現者」呢?而到底為什麼在同一個時空裡,會存在著相信與不相信燃素說的人呢?知識真的是純然客觀只待發現的嗎?顯然不是的。在扭獅子尾巴的過程中,獅子會抵抗,這正是革命性知識的本質—並不客觀,也並不安穩,時時要抗拒你。任何一個愛知識的人,都應該去感受來自於知識的抵抗,並因為自己正在做有意義的事情而感到高興。

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延伸閱讀:科學概念的指稱與投射(陳瑞麟)
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One thought on “【化學奇境】不存在的魚:普里斯利沒發現氧氣

  • 2010 年 11 月 12 日 at 15:21:34
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    另外一句話是: One cannot twist Nature's arm.
    聖經也有一句話:因為祂不能違背自己。
    從邏輯上思考,自我設限是全能者的奧祕。科學家應該深黯此道。畢竟,大自然才是我們最佳的教科書。
    至於客觀與否,海森堡測不準原理早就提出了探究方法與探究對象可能發生的終極限制的問題。觀察者是否可能在不干預獅子的情況下進行探究的工作,可能也不是有絕對答案的問題。

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