說到原子論，不妨先一竿子支回到古希臘。
古希臘的德謨克利特提出了古典原子論，他認為世界是由叫做“原子”的微粒組成的，物質(zhì)只能分割到原子為止。這個觀點真是沒什么好驚世駭俗的，現(xiàn)在隨便一個高中生也都能理解，而且還能指出他的錯誤——到了核物理層面，原子顯然還能繼續(xù)分割為質(zhì)子、中子、電子等微粒。
然而，我們應該想到，在幾千年前的古希臘，別說核物理，就是什么玩意兒叫做“化學”恐怕都沒人知道。在自然科學基本屬于荒蠻水平的情況下，德謨克利特竟然能完全憑理性思考就提出了原子論，實在是牛到不行。
發(fā)短信不是事兒，但是如果猴子會發(fā)短信，可就是個事兒了。
德謨克利特的原子論體現(xiàn)了西方人一直以來對世界本源的追問，中國人則少有這種刨根問底的理性精神。更為深入的是，原子論投射出一種西方的社會觀，那就是人類社會也是由“人”這個基本“原子”組成的，而既然人人都是“原子”，那么這個社會的每一個人就必然是平等、獨立和自由的。
德謨克利特
這就是中國古代很難提出原子論的原因之一，因為中國人的社會觀是以血緣關系為紐帶的家族關系為核心的，人與人之間的關系是錯綜復雜的裙帶關系，以及君為臣綱、父為子綱、夫為婦綱的層級關系，獨立和平等的概念比較難以被接受。
隨著化學學科的發(fā)展，德謨克利特的原子論在沉寂了上千年之后，終于在18、19 世紀復活了。在近代原子論誕生之前，化學物質(zhì)的組成和分子量的測定一直處于混亂的狀態(tài)。有的化學書里醋酸的化學式竟然有十幾個之多，化學物質(zhì)中的化學元素到底按什么比例組成，化學家們一直是一頭霧水。
近代原子論，在跟各種氣體的“斗氣”中逐漸誕生。
氣體運動的事兒咋也躲不開“熱”的問題。既然提到了“熱”，熱力學第二定律的始祖克勞修斯馬上笑嘻嘻地湊了上來。他認為一個氣體分子的撞擊微不足道，但是無數(shù)氣體分子形成團隊組團撞擊容器壁，宏觀上就形成了比較穩(wěn)定的力，這個力就是氣體的壓力。而且他認為氣體的動能跟溫度有關系，溫度越高，氣體動能越大，撞擊也就越猛烈，反映出氣體的壓強也就越大，這就是他對蓋—呂薩克定律的解釋。
克勞修斯
熱力學第二定律的克勞修斯跑來解釋氣體運動，奧地利物理學家玻耳茲曼則跑去拿氣體運動來解釋熱力學第二定律。
他認為熱力學第二定律里所說的“熵”，就是氣體的混亂程度。所謂“熵增”，就是如果不對氣體輸入能量或做功，氣體將不可避免地走向混亂和無序。就像沒人管的員工，將不可避免地走向遲到早退和躺在家里睡懶覺。
氣體的運動遵從著“不患寡而患不均”的平均主義思想，而這個思想是按照統(tǒng)計學的標準進行的。很難出現(xiàn)一堆氣體分子擠在容器一邊，而另一邊空空如也；也很難出現(xiàn)高溫氣體分子湊在一起，而低溫氣體分子湊在一起的情況。隨著時間的推移，容器內(nèi)的氣體分子將必然走向壓強和溫度的平均。
就像隨著時間流逝，生活將不可避免地走向庸俗。
認識到了這個悲觀的結(jié)局，搞熱學研究的科學家們紛紛緘默，低下了理想主義的頭顱。然而電磁學天才麥克斯韋大師不甘寂寞，也跑到熱學領域來“斗氣”，因為他堅信顛覆一個行業(yè)的，一定是“外行”。
麥克斯韋
他將統(tǒng)計學的理論引入到了分子運動理論當中，還修正了克勞修斯認為所有氣體分子運動速度一致的觀點，用氣體的溫度來表征氣體分子的平均動能。最重要的是，他不服輸、不信邪，堅持要挑戰(zhàn)熱力學第二定律的悲觀結(jié)論。
他提出了著名的“麥克斯韋妖”，也叫“麥克斯韋精靈”，與后來的“薛定鍔的貓”一起堪稱科技史上最能折騰的兩個動物。
麥克斯韋做了一個假想實驗：在一個充滿氣體的容器里放一個隔膜，一側(cè)被稱為高溫區(qū)，一側(cè)被稱為低溫區(qū)。在隔膜上安裝一個小門，這個小門由“麥克斯韋妖”把守。當高溫區(qū)過來一個低速分子的時候，小妖就打開小門，把這個低速分子放行到低溫區(qū)。反之，當?shù)蜏貐^(qū)過來一個高速分子的時候，小妖就打開小門，把這個高速分子放行到高溫區(qū)。小妖周而復始地做著篩選工作，高溫區(qū)和低溫區(qū)的溫差也就不斷加大，熱力學第二定律就此被顛覆。
麥兄，這個天天上班不領加班費的小妖，難道不需要吃飯喝水上廁所嗎？要知道，判斷分子的溫度和開關小門，本身也是需要能量的，而這個能量從哪里來？
這個事兒，后來的諾貝爾物理學獎得主普里戈金在他的“耗散結(jié)構”理論中說得很明白——一個系統(tǒng)要想變得有序，有一個必要條件就是必須對這個系統(tǒng)輸入能量。如果不給小妖吃喝，小妖就會累死，容器中的氣體還是最終走向了混亂。
普里戈金
熱力學第二定律至今無人能破。分子運動論雖然討論得這么熱鬧，但當時還沒人見過分子長啥樣。1827年英國植物學家布朗發(fā)現(xiàn)的“布朗運動”可以被看做分子存在的有力證據(jù)，然而他也沒實現(xiàn)突破。直到后來愛因斯坦出場，才從數(shù)學上對“布朗運動”進行了解釋。
氣體研究與分子運動的混亂局面直到近代原子論誕生，才得以被全面解釋。
提出近代原子論的是英國化學家道爾頓。道爾頓是個色盲，分不清紅色和黑色的襪子，他就順手研究了一下色盲問題，并發(fā)表了人類歷史上第一篇研究色盲的論文。
道爾頓
不過，中國高校則明確規(guī)定化學專業(yè)不招收色盲考生，這是在諷刺“化學家”道爾頓嗎？
1803年，道爾頓將古希臘哲學層面的古典原子論發(fā)展為了定量層面的近代原子論。他認為化學元素是由原子組成的，同種元素原子質(zhì)量相同，不同元素原子質(zhì)量不同，原子是化學反應中的最小單位，原子在化學反應中按照整數(shù)比例進行結(jié)合。當然，他認為原子不可分等觀點，也有一定時代局限性。
1808年，道爾頓出版了《化學哲學的新體系》，系統(tǒng)闡述了自己的原子論。原子論提出以后，道爾頓著實火了起來。但是對于原子量的測定工作，一直是困擾科學家的難題。另外一個難題就是，雖然我們之前說了一大堆“分子”的事，但是在原子論都已經(jīng)誕生的情況下，“分子”的概念還沒有準確地誕生。
意大利物理學家阿伏伽德羅于1811年提出了“分子”的概念。他認為相同體積的氣體，分子數(shù)是一樣的。因為有的氣體可能是多個原子構成的分子，并提出了阿伏伽德羅常數(shù)。但是他這個提法剛提出的時候化學界完全不睬，因為他的這個理論跟已經(jīng)得到公認的瑞典化學家貝采利烏斯的“電化二元論”理論矛盾——“電化二元論”認為同元素原子攜帶電荷相同，因為斥力不可能結(jié)合。
阿伏伽德羅
直到1860年，著名的國際化學會議召開。會上大家就原子量問題吵得不可開交，直到即將結(jié)束時，意大利化學家康尼查羅散發(fā)了自己論文，呼吁重視阿伏伽德羅提出的“分子論”，阿伏伽德羅才終于進入科學界的視野。
這是一次團結(jié)的大會、奮進的大會、勝利的大會。這次大會基本確立了化學界對原子分子論的認可，原子量的測量工作也從此步入正軌。
隨著原子量的測量工作全面開展，人們逐漸開始思考元素與原子量之間到底是什么關系。人們把不同原子量的元素進行排序，試圖發(fā)現(xiàn)它們之間的規(guī)律，給各種元素排一個有關聯(lián)的“家譜”出來。
全面揭示元素“家譜”的，是俄國化學家門捷列夫。他的胡子和頭型跟達·芬奇有點像。1860 年那次著名的化學大會他也去了，康尼查羅的論文使他“有了主張”。1869 年，門捷列夫提出了元素與其原子量之間的周期性變化規(guī)律，并提出了第一張元素周期表。
門捷列夫
元素周期表的提出，讓整個化學界徹底摸清了門道。就像迷宮里的超級瑪麗找到了地圖，沙漠里的驢友發(fā)現(xiàn)了GPS導航儀，考研學生提前買到了考試答案。
盡管后來我們知道元素的順序是由其原子核中質(zhì)子數(shù)而不是原子量決定的，但是在當時那個“混沌”的年代，能夠提出并完善元素周期表，絕對是經(jīng)天緯地的大事。門捷列夫還通過元素周期表，預言了許多應該存在而沒有被發(fā)現(xiàn)的元素。而后來一系列諾貝爾獎獲得者的所謂成就，無非就是不斷發(fā)現(xiàn)了這個或那個新元素而已。
而作為解開這張化學神秘大網(wǎng)的先知——門捷列夫，卻因小人作梗，以一票之差與諾貝爾獎失之交臂，這成為諾貝爾獎評選史上的一大笑話。
書名：科技史脫口秀
作者：姜萌
出 版 社：清華大學出版社
定價：￥39.00
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