【正文】 4）所著的《電學(xué)的歷史和現(xiàn)狀及最初的實(shí)驗(yàn)》（1776）18世紀(jì)末葉，電學(xué)從靜電研究向流電研究發(fā)展。其中最重要的是意大利動(dòng)物學(xué)家伽法尼（Galvani,17371789）于1780年在解剖青蛙時(shí)發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物電流。但把這個(gè)物理現(xiàn)象從生理學(xué)范疇中分離出來并做出物理學(xué)解釋的是伏打（17451827）。他在電堆實(shí)驗(yàn)和發(fā)明原電池的基礎(chǔ)上，提出了接觸理論，認(rèn)為任何物體中都含有電流質(zhì)，只是其緊張程度不同；當(dāng)兩種不同金屬接觸時(shí)，電流質(zhì)就可從一種金屬流向另一種金屬。盡管這種解釋逐漸取代了伽伐尼的動(dòng)物電觀點(diǎn)，但這兩種解釋均未觸及到電流產(chǎn)生的真正本質(zhì)。然而這兩種解釋之間的爭論，客觀上促進(jìn)了電化學(xué)的發(fā)展。不管怎樣，從靜電到流電的研究畢竟標(biāo)志著電學(xué)認(rèn)識上的一次飛躍。 1 7—18世紀(jì)的聲學(xué)人類對聲學(xué)的研究起源于音樂。從古代到17世紀(jì)，主要從算術(shù)(比例)的角度對諧音的音程進(jìn)行研究。17世紀(jì)科學(xué)家中不少人提出過音程的汁算原則。如伽利略、笛卡兒、默森(Marin Mcrsne，15881648)、胡克等人均證明了—個(gè)律音的音調(diào)由產(chǎn)生它的振動(dòng)之頻率所決定。特別是伽利略的法國學(xué)生默森在1636年著的《普通聲學(xué)》中提出弦的律音的頻率和弦的張力的平方根成正比，而和弦的長度及單位長度上的質(zhì)量成反比的定律。繼伽利略之后，默森、沃利斯(1616—1703)、W．諾布爾和丁．皮戈特等人研究了伽利略提出的“和應(yīng)振動(dòng)”及其規(guī)律。法國物理學(xué)家J．索維爾(JOseph SauvcLit，1653—1716)對共鳴進(jìn)行了觀察，對弦的諧音作了研究，進(jìn)行過振動(dòng)頻率的測量，并且第一次在駐波理淪中引入了科學(xué)術(shù)語——“波節(jié)”與“波腹”。牛頓在計(jì)算空氣中所產(chǎn)生聲波的波長時(shí)曾利用了索維爾的測定頻率裝置。18世紀(jì)的許多數(shù)學(xué)大師如達(dá)蘭貝、丹尼爾?伯努利、布魯克?泰勒(Brook Taylor，1685—1731)、歐拉(1 707—1783)、拉格朗日和拉普拉斯等都曾對弦振動(dòng)的數(shù)學(xué)處理做出了貢獻(xiàn)。其中歐拉于1739年根據(jù)泰勒1713年的研究結(jié)果提出了更為精確的確定音調(diào)的方法，即一根弦的振動(dòng)頻率（n）與其長度（l）和單位長度質(zhì)量（m）之間的關(guān)系。此外，拉普拉斯在牛頓研究的基礎(chǔ)上引入了拉普拉斯因子，從而精確地解釋了聲速與氣體溫度變化的關(guān)系。關(guān)于聲音的傳播媒質(zhì)，在亞里斯多德時(shí)代人們就已猜到空氣是聲音的通常媒質(zhì)。音的通常媒質(zhì)。但在抽氣機(jī)發(fā)明之前，這僅僅是猜測。17世紀(jì)中葉，作為抽氣機(jī)發(fā)明人的蓋里克最早進(jìn)行了關(guān)于空氣和我們對聲音的感知兩者間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。他將一容器中放人可用時(shí)鐘機(jī)構(gòu)敲響的鈴，并用抽氣機(jī)抽去容器中的空氣。隨著容器中空氣的稀薄，鈴聲越來越小。而18世紀(jì)初，F(xiàn)．豪克斯貝則沿著相反的思路改進(jìn)了上述實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)容器中的空氣為一個(gè)大氣壓時(shí)，鈴聲可傳到30碼以外；兩個(gè)大氣壓時(shí)，鈴聲可傳到60碼以外；三個(gè)大氣壓時(shí)則可傳到90碼以外。在做這一實(shí)驗(yàn)的1705年，他還用實(shí)驗(yàn)證明了聲音可在水中傳播。后來普利斯特列證明聲音可在空氣之外的其他氣體中傳播。18世紀(jì)末由于德國科學(xué)家恩斯特?克拉尼(Ernst Chladni，1756 —1827)所進(jìn)行的對弦、桿、薄膜和板的振動(dòng)研究，使聲學(xué)從數(shù)學(xué)的或音樂的研究方法上升到物理聲學(xué)的高度。他于1802年發(fā)表的《聲學(xué)》中記載了他在1785年前后的一些重要實(shí)驗(yàn)。拿破侖看了他的聲圖實(shí)驗(yàn)后，說：“克拉尼使聲音變得可以看見了?！贝送?，克拉尼還研究過縱波，以及聲音在不同氣體中的傳播速度比等問題。 光學(xué)古希臘時(shí)期已知道光的直進(jìn)和反射規(guī)律；托勒密在光折射實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出入射角與折射角成正比的思想；而關(guān)于視覺的本質(zhì)，伊壁鳩魯和亞里士多德等提出過一些哲學(xué)猜測。中世紀(jì)偉大的數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家伊本?海賽姆用實(shí)驗(yàn)測定了折射率。但總的來說，古代與中世紀(jì)的光學(xué)知識是極其有限的。因此近代光學(xué)基本是從零開始的。開普勒是近代光學(xué)的奠基人，其地位如伽利略之于力學(xué)和吉爾伯特之于磁學(xué)。他在1611年出版的《屈光學(xué)》中解釋了荷蘭望遠(yuǎn)鏡或伽利略望遠(yuǎn)鏡及顯微鏡所涉及的光學(xué)原理，并提出了改良望遠(yuǎn)鏡的建議，他的建議在近代導(dǎo)致遠(yuǎn)距照相透鏡組合的發(fā)明。開普勒第一次明確提出光度學(xué)基本定律，即光強(qiáng)與離光源的距離平方成反比地變化。他還研究了球面像差一類復(fù)雜現(xiàn)象，為巴羅等后人的幾何光學(xué)研究提供了基礎(chǔ)。關(guān)于視覺理論，他還提出視網(wǎng)膜上的成像本身不構(gòu)成整個(gè)視覺行為的正確思想。他對折射規(guī)律的研究雖方法正確但未獲成功。第一位提出精確的折射定律的是荷蘭人斯涅爾(W．Sncll，1591—1626)。根據(jù)他于1621年的結(jié)果，可容易地推出現(xiàn)代形式的折射定律。不過是笛卡兒于1637年第——個(gè)發(fā)表了折射定律，并嘗試給它一個(gè)物理證明，但是否與斯涅爾獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)該定律則尚存疑問。在發(fā)表有關(guān)折射定律的這本《屈光學(xué)》中，笛卡兒還提出丁關(guān)于光的本性的微粒假說。他在《氣象學(xué)》中對虹霓理論的研究成為牛頓對虹霓解釋的前提。關(guān)于光的本性的波動(dòng)說，在達(dá)?芬奇的著作和伽利略書信中已有跡象。但正式認(rèn)真地提出光具有周期性的是意大利數(shù)學(xué)家格里馬力迪(F．F．Grimaldi，1618—1663)。他從波動(dòng)觀點(diǎn)出發(fā)解釋了似乎同光的直線傳播定律相悖的衍射現(xiàn)象。他還指出，顏色的不同乃是眼睛受到速度不同的光振動(dòng)刺激的結(jié)果，這個(gè)思想對后來的光學(xué)發(fā)展具有根本性意義。他的光學(xué)著作，在他死后兩年被發(fā)表。在同一年(1665)，胡克的科學(xué)著作《顯微術(shù)》問世，其中光學(xué)部分對多種透明薄膜的閃光顏色現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論的探討。他注意到，在一定的厚度范圍內(nèi)，云母薄片里會(huì)出現(xiàn)虹霓的色彩，不同厚度的部位顏色不同。雖然他未能確定厚度與顏色之間的精確關(guān)系，卻為牛頓對“牛頓環(huán)”現(xiàn)象的研究奠定廠基礎(chǔ)。胡克認(rèn)為光是一種振動(dòng)，發(fā)光體的每—次振動(dòng)或脈動(dòng)必將以球面向外傳播。不過，比較系統(tǒng)地提出光的波動(dòng)理論的還是荷蘭物理學(xué)家惠更斯(1629～1695)。他認(rèn)為，構(gòu)成一個(gè)發(fā)光體的微粒把脈沖傳送給鄰近的 種彌漫媒質(zhì)的微粒，每個(gè)受激微粒都變成一個(gè)球形子波(即次波)的中心。這就是1678年提出的著名的惠更斯原理。用微分幾何的語言來表述，即：波陣面所及的任意點(diǎn)均可看做是新的次波源(即子波中心)，而新的波陣面則是所有次波源向外發(fā)出的半球面次波的包跡。牛頓在大學(xué)時(shí)期就對光學(xué)有濃厚興趣，為了制造一種能消除色差的望遠(yuǎn)鏡而開始研究顏色理淪。1672年在《哲學(xué)學(xué)報(bào)》上發(fā)表的他對色散現(xiàn)象的研究成果，是他第一次公開發(fā)表的科學(xué)論文。他對色散的解釋立即引起他與胡克等人的爭論。牛頓最初吸取了胡克的波動(dòng)思想，傾向于把微粒說和波動(dòng)說結(jié)合起來，1675年他提出彈性以太的思想以解決微粒說的困難。但他拒絕純粹的波動(dòng)理論。而在1704年他的《光學(xué)》中，牛頓則徹底主張光的微粒假說。由于他在科學(xué)界的巨大影響，而使惠更斯提出的較系統(tǒng)的波動(dòng)說被埋沒百年之久，以致整個(gè)18世紀(jì)光學(xué)處于停頓狀態(tài)。直至1 9世紀(jì)初由于偏振、于涉等現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和研究，才使波動(dòng)說占據(jù)了統(tǒng)治地位。第二節(jié) 化學(xué)的重要進(jìn)展化學(xué)燃素說從煉金術(shù)中的解放經(jīng)歷了約300多年，其中主要經(jīng)過醫(yī)化學(xué)與工藝化學(xué)時(shí)期、燃素說時(shí)期和氧化說時(shí)期。醫(yī)化學(xué)即醫(yī)藥化學(xué)。盡管它與煉金術(shù)有千絲萬縷的聯(lián)系，但其實(shí)際工作為化學(xué)發(fā)展開辟了新的方向。主要代表人物是帕拉塞爾蘇斯和范．海爾蒙脫(LU．vail Helmont，1577～1644)。 前面提到的帕拉塞爾蘇斯不僅是醫(yī)學(xué)史上的改革家，而且對化學(xué)發(fā)展也做出了貢獻(xiàn)。盡管他沒有從實(shí)踐上完全擺脫煉金術(shù)，但他認(rèn)為煉金術(shù)的目的是荒誕的。他給煉金術(shù)下了一個(gè)新定義—一把天然原料轉(zhuǎn)化為對人類有用的產(chǎn)品的科學(xué)。他在煉金術(shù)的兩元素(“硫”、“汞”)說基礎(chǔ)上增加了“鹽”而提出三元素說，以此作為他的理論觀念來解釋自然界的物質(zhì)變化。他認(rèn)為“硫”是可燃元素，“汞”是揮發(fā)性或可溶性液體兀素，“鹽”則是不揮發(fā)和不可燃元素。這三元素在物質(zhì)中所占的不同比例，決定了物質(zhì)所具有的不同性質(zhì)。他做過制藥、提純等大量化學(xué)實(shí)驗(yàn)，區(qū)分了白礬和藍(lán)礬，研究了二氧化硫的漂白作用，發(fā)現(xiàn)了醚類物質(zhì)及其麻醉作用，并強(qiáng)調(diào)化學(xué)操作中定量的意義。帕拉塞爾蘇斯的醫(yī)化學(xué)學(xué)派在17世紀(jì)產(chǎn)生了很大影響。比利時(shí)的范?海爾蒙脫就是這個(gè)學(xué)派的最后一位有影響的代表人物。他不同意帕拉塞爾蘇斯的三元素說，認(rèn)為水和氣才配稱為元素，因?yàn)樗鼈兪窃俨荒鼙贿€原為更基本的東西，且兩者不能互變?yōu)閷Ψ?。他通過著名的柳樹實(shí)驗(yàn)論證樹的所有新物質(zhì)幾乎都是由水轉(zhuǎn)化來的。盡管實(shí)驗(yàn)構(gòu)思和結(jié)論是錯(cuò)誤的，但他的定量研究方法為現(xiàn)代化學(xué)奠定了方法論基礎(chǔ)，同時(shí)他的無不生有的信念蘊(yùn)涵著樸素的物質(zhì)不滅思想。海爾蒙脫還注重氣體化學(xué)的研究，他最早區(qū)分了空氣、水蒸氣和其他氣體．還區(qū)分了呼吸用的空氣和使人中毒的一氧化碳以及可以滅火的二氧化碳等氣體。他還研究了酸、堿等物質(zhì)。他倡導(dǎo)化學(xué)教學(xué)應(yīng)當(dāng)用火的操作來證明，并自稱為“火術(shù)哲學(xué)家”。海爾蒙脫對波義耳元素定義的形成有很大影響。他還提出過人體消化過程中的“酸素”理論，這已經(jīng)孕育了近代生理學(xué)中的酶學(xué)說。117世紀(jì)除醫(yī)化學(xué)外，工藝化學(xué)也是從煉金術(shù)向近代化學(xué)過渡的重要方向之一。這方面的代表人物主要有德國醫(yī)生阿格利柯拉(G，Agricola，1494—1555)、意大利工匠畢林古修(V。Biringuccio，1480—1539)等。阿格利柯拉寫過很多的冶金和礦物學(xué)著作，最著名的是1556年初版的《論金屬》。它擺脫了煉金術(shù)的束縛，成為其后200年中采礦、冶金方面的指南。盡管此書側(cè)重于應(yīng)用方面，但已有部分金屬化學(xué)以及地質(zhì)現(xiàn)象的內(nèi)容。畢林古修在其名著《火術(shù)》(1540)中，敘述了鑄鐘和鑄炮等各種運(yùn)用火的生產(chǎn)技術(shù)，并從礦物形成、采礦、提取、冶煉、化合物及其性質(zhì)，一直講到火藥和其他可燃的和可爆的物品。他針對煉金術(shù)，直接提出了“金屬不能轉(zhuǎn)化”的思想。此書和《論金屬》一書均體現(xiàn)了在化學(xué)方面學(xué)者傳統(tǒng)和工匠傳統(tǒng)的結(jié)合，是從煉金術(shù)通過工藝化學(xué)向近代化學(xué)發(fā)展的里程碑。 微素理論17世紀(jì)化學(xué)史上的重要人物之一——波義耳是一位神職人員，兼科學(xué)家。他由于與馬略特分別地發(fā)現(xiàn)了氣體定律而成為著名物理學(xué)家。但他再科學(xué)史上更主要的貢獻(xiàn)是在化學(xué)方面。他在其代表作《懷疑派化學(xué)家》(1661)中系統(tǒng)地批判了煉金術(shù)化學(xué)認(rèn)為“性質(zhì)決定一切”、“性質(zhì)組合而成為物質(zhì)”的錯(cuò)誤原則，并在古代原子論以及醫(yī)化學(xué)家范?海爾蒙脫的影響下，提出他的微素理論。微素理論認(rèn)為構(gòu)成自然界的材料是一些細(xì)小致密、用物理方法不可分割的微粒，正是物質(zhì)的這些機(jī)械微粒決定著物質(zhì)的性質(zhì)及其變化，其中包括：它們的大小、位置、機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以及當(dāng)時(shí)人們所了解的一切物理、化學(xué)性質(zhì)。物質(zhì)的機(jī)械微粒結(jié)合成更大的粒子團(tuán)，而這些大大小小的粒子團(tuán)作為基本單位參加各種化學(xué)反應(yīng)。也就是說，所謂化學(xué)變化就是這些粒子團(tuán)的運(yùn)動(dòng)、組合、排列從而形成新物質(zhì)的過程。波義耳還批評煉金術(shù)中的“同情”、“憎惡”、“親和”等不科學(xué)的、帶感情色彩的概念。他認(rèn)為化合反應(yīng)中的吸引力或“親和力”，可以解釋為運(yùn)動(dòng)粒子相互匹配集聚的結(jié)果，而根本不是什么“相親相愛”的結(jié)果。他用微粒本身的特點(diǎn)來解釋化學(xué)反應(yīng)，是很有意義的。他的微粒說是燃素說的理論前身。比如，從他對燃燒現(xiàn)象的解釋，就可以看出這點(diǎn)。他認(rèn)為金屬燃燒后，由于火的微粒(火素)穿過玻璃容器與金屬化合，從而產(chǎn)生金屬灰。這是燃燒后重量增加的原因。盡管波義耳的“火素”不是后來斯塔爾(1660—1734)的“燃素”，但波義耳的微素學(xué)說對燃燒現(xiàn)象的解釋卻是建立燃素說的基礎(chǔ)。兩者作為機(jī)械的微粒哲學(xué)，反映了那個(gè)時(shí)代人類認(rèn)識自然的機(jī)械論特征。波義耳不僅否定古代的元素說，也否定煉金術(shù)和霍亨海姆的元素說。他認(rèn)為既然不能通過實(shí)驗(yàn)把元素從物體中提取出來，它們就不配作為構(gòu)成物體的元素。他給元素下了一個(gè)較清楚的定義：元素是“指某種原始的、簡單的、一點(diǎn)沒有摻雜的物體，元素不能用任何其他物體造成，也不能彼此相互造成。元素是直接合成所謂完全?昆合物的成分，也是完全混合物最終分解成的要素?！彼J(rèn)為化學(xué)的一個(gè)重要任務(wù)就是把復(fù)雜的物質(zhì)分解為它的組成元素，并由此認(rèn)識物質(zhì)的本性。應(yīng)當(dāng)指出，波義耳的“元素”在多數(shù)情況下相當(dāng)于現(xiàn)代化學(xué)中的“單質(zhì)”概念，后來拉瓦錫正式使用“單質(zhì)”概念，以區(qū)別于“元素”概念。 作為弗?培根的信徒，波義耳認(rèn)為化學(xué)要建立在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，要對化學(xué)進(jìn)行定量研究。他第一次使用“分析”一詞，元素概念的提出就是由“分析”而來。他說，現(xiàn)在不僅要指出自然是由復(fù)雜元素組成的，而且要指出到底由多少種元素組成。他一生中記錄了很多定性分析的實(shí)驗(yàn)。由于波義耳確立了化學(xué)的獨(dú)立性，給出了比較清楚的化學(xué)元素的定義，并進(jìn)行了大量的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而成為近代化學(xué)的奠基人。在西方文化史上，波義耳對于揚(yáng)棄古代自然哲學(xué)的整體論思維，并過渡到近代科學(xué)的分析思維，無疑是做出了巨大貢獻(xiàn)的。 燃素說完成化學(xué)學(xué)科統(tǒng)一的并不是波義耳的元素定義，而是在他的“火素”概念基礎(chǔ)上形成的燃素說。法國化學(xué)家貝歇爾(J．Becher，1635～1682)不同意波義耳把燃燒現(xiàn)象解釋為化合過程，而提出燃燒是一種分解過程即釋放“燃燒性油土”的過程。所謂“油土”不過是煉金術(shù)中的“燃燒性硫”。后來，他的學(xué)生、德國御醫(yī)斯塔爾(G．E．Stahl，1660～1734)于1703年重新編輯出版了貝歇爾著作，并增加大量注釋。他用“燃素”代替波義耳的“火素”和貝歇爾的“油土”，提出了系統(tǒng)的燃素說。燃素說的基本觀點(diǎn)是： (1)燃素是構(gòu)成火的元素，當(dāng)它們聚集在一起時(shí)就形成火焰，當(dāng)它們彌散時(shí)只能給人以熱的感覺。 (2)燃素充塞于天地之間，大氣中因?yàn)橛兴艜?huì)有閃電，生物體因含有它才富于生命活力，無生命物質(zhì)因含有它才會(huì)燃燒。物體失去它就成為死的灰燼，而灰燼獲得它就會(huì)得到復(fù)活。 (3)燃素不會(huì)自動(dòng)從物體中分離出來，只有在借助空氣而發(fā)生燃燒時(shí)，燃素才能釋放出來?；鹧媸亲杂傻娜妓?，燃素是被禁錮的火。 (4)所有燃燒現(xiàn)象都可歸結(jié)為燃素的轉(zhuǎn)移一—吸收或釋放。比如，金屬燃燒時(shí)逸出(釋放)燃素而成鍛灰，而煅灰與木炭一起燃燒時(shí)又從木炭中吸收燃素，重新變?yōu)榻饘?。由于燃素說使包括燃燒現(xiàn)象在內(nèi)的大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)在系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)上得到了說明，從而使化學(xué)擺脫了煉金術(shù)，結(jié)束了化學(xué)在18世紀(jì)中葉以前知識零散、解釋混亂的局面，完成了化學(xué)學(xué)科的統(tǒng)一。燃素說傳播日廣，到18世紀(jì)中葉時(shí)，幾乎被舉世公認(rèn)，很多著名化學(xué)家都成了它的信徒。 拉瓦錫的氧化學(xué)說燃素說是一種有嚴(yán)重錯(cuò)誤和重大困難的理論。其主要錯(cuò)誤是把煅灰說成是單質(zhì)，卻又把金屬說成化合物，