牛顿世界观对化学发展的影响 21

本系列文章预计会有30个章节，这套文献将系统讲述物理学本身，这里是第四季第21篇

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引言

我发现学习科学最有趣的地方就是顺藤摸瓜，去探索科学发展起点到终点的整个过程。这个过程或跌宕起伏，或目光短浅，但所有的规律都像达尔文所说即：从简单到复杂。更重要我们学到的不仅是知识，而是知识所带的故事，以及人类的文明。

正文

1700～1900年是一个人类科学认知加速发展的过程，仅在这短短200年里面就发展出很多著名的学科，包括我们所熟悉的化学、生物学以及电动力学等。而这些重大变化，或多或少都具备了牛顿科学体系的一些特征。

在这200多年间出现了大量的科学发展，总的来说，我们的切入点将是试图展现牛顿世界观在这一时期的发展是多么让人欢欣鼓舞，展现几个科学主要学科是如何发展变化，并最终进入广阔的牛顿体系的大伞之下的。

从某种意义上说，这些科学领域都“被牛顿化”了。这一时期特别让人振奋，以至于到了大约1900年，似乎大多数有关这个世界的主要问题都已经在牛顿科学体系中得到了解答。

这就像是现代社会的信息爆炸一样，众多知识从牛顿世界观的大伞中涌出，并形成了自己独有的辉煌。

好，今天我们详细解说下化学方面的发展。

化学

现代化学的起源可以追溯到18世纪晚期，以安托万·拉瓦锡（1743—1794）的研究为标志。

要理解为什么这是现代化学的起源，首先了解一下17世纪以前的化学研究将很有帮助。

今天，当我们谈到化学时，通常所想到的，在很大程度上说是一个以定量研究为主的学科。

如果你在高中或大学上过包括实验的化学课，那么你无疑对化学的定量研究有过一些体会。今天的实验室工作通常涉及对重量、体积、温度等因素的精确测量。简言之，今天的化学基本上是一门定量学科。

17世纪以前的化学

然而，在17世纪以前化学更多地被认为是一门定性科学。也就是说，化学家所关心的主要是定性的变化，比如颜色的变化。

众所周知，炼金术士的目标之一是将铅变成黄金，这可以作为范例来说明这一点。定性地说，铅和黄金很相似。两者都是密度很高且具有高度延展性的金属。事实上，铅和黄金主要质的区别在于颜色，铅是暗灰色，而黄金是闪亮的淡黄色。

如果你可以让铅发生一个相对较小的质变，具体来说，就是将黄金淡黄色的性质引入铅，那么所得结果应该就是黄金（至少按照当时已有的观点是如此）。

请注意，火焰通常是淡黄色的，因此认为与火焰有关的元素都和淡黄色的性质有关联是合理的。所以，也许我们可以用火把淡黄色的性质传递给铅，从而把铅变成黄金。

以上是对炼金术士的部分理论及其所进行的部分活动的简化描述，不过，关键点是要注意其中对定性的强调。顺带提一下，炼金术士的方法从化学的角度看来可能相当原始，至少按照现代标准是如此。

但是，如果考虑到当时的科学水平，他们的做法就相当合理了（牛顿也是炼金术的研究人员之一，他在这一领域做了大量研究）。如果我们把现在最前沿的科学放到500年以后，按照那时的标准，可能看起来也很原始。也就是，你只能利用自己所处时代的全部知识来尽自己之所能。

18世纪的化学

化学的定性研究方法在18世纪晚期发生了巨大变化。安托万·拉瓦锡开始以天平作为主要实验工具来进行大量化学研究。

通过这种做法，拉瓦锡提出了新的观点，这些观点的解释和预测能力要优于当时现有理论，很快他的定量研究方法就开始成为化学研究的主流。

到了19世纪早期，化学家已经可以明确阐述许多定量规律。比如，约翰·道尔顿（1766—1844）构建了他的原子理论，这是一个基本在牛顿科学体系内的理论。

道尔顿认为理解气体运动模式最好的方法是，把它们看作粒子因互斥力而相互作用的结果。请注意这种研究方法与牛顿的研究方法之间的相似之处。比如，牛顿认为行星的运动是天体受外力影响的结果。

类似地，道尔顿认为气体的运动从根本上说，所涉及的就是物体和作用于物体上的力。

这些相互作用可以用（过去确实也是用）定量的规律来描述，最终，这些规律都通过数学表达出来。在这里，我们看到化学被纳入了特色鲜明的牛顿方法，也就是把物体受外力影响的思路运用到化学中，并且用数学对其中的外力进行了描述。

最终，在整个19世纪以及20世纪初，通过运用牛顿方法，化学研究取得了卓著成果，化学的某些分支甚至逐渐变成了物理学的分支，从而使物理学和化学不再是两个完全分离的学科，而是在不同层级来研究这个世界的方法。

不管是化学还是物理学，它们所研究的世界基本上被构建为一个可用牛顿科学体系来探究的世界，也就是在这个世界中，物体都受到外力影响，而这些外力都可以通过数学法则来精确描述。

好，今天就到这里，下一讲看看生物学方面的发展。

总结

请注意，当时的学科都认为，它们所研究的世界基本上被构建为一个可用牛顿科学体系来探究的世界，所以人们都以为这个世界用牛顿的世界观可以解释一切，其实不然，我们后期再谈！

Masir 2022/2/22 

于东莞

祝好运~

参考文献 

理查德.德威特 《世界观》

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