【國二理化】淺談國中理化中的科學史-從早期科學到原子說與近代物理的脈絡（上）

國中理化中

有幾個科學家是我們不得不認識

但是也有幾個科學家在精(ㄧㄢ)簡(ㄍㄜ)的教材中被消失

所以我們就按照歷史脈絡及課本來談談幾個科學家吧

在科學的發展中，或是更正確地來說，

是以人類的文明發展歷史中。

我們對於未知的事物存在著許多恐懼與幻想，

所以最早起源的基本上就是神學。

看到有火，好可怕，有火神；

看到有淹水，好可怕，有水神；

看到有太陽每天東昇西落，好有規律，有太陽神；

埃及人看到糞金龜滾球，就覺得有糞金龜神(凱布利)在滾太陽；(聖甲蟲 GET!)

希臘人覺得是有帥哥駕馬車帶著嬌滴滴的太陽出來遊車河(黃道)；(赫利俄斯的馬車可不是人人可以開)

等等......太多因為未知而將自然現象訴諸神鬼巫術的例子了

而後

古希臘一群哲學家(其實是幹話王)，開啟了人類自我思考追根究柢的想法，

每天想著宇宙是如何形成的？！人有病其實是靈魂有病？！(柏拉圖-靈魂三分說)

當然也在這群幹話王中出了稍微講理一點的人，

追求真理的亞里斯多德。（不過依然是幹話王……重的掉的比較快？！）

但好歹是科學的啟蒙，自己想辦法自圓其說。

然後，

就沒有然後了......，

因為羅馬時期(西元後)開始大推一神信仰(基督教)，

導致此時的科學只要與教會想法不同，就會有生命的危險!!!

看看下列精美的受害者名單

希柏提亞(Hypatia, 375-415)，女數學家。吉朋(Gibbon)在《羅馬帝國表亡史》中敘述時說：「她由車上被拉下來，剝脫衣服到一絲不掛，被拖至教堂，為一群野蠻而無人性的狂徒，用尖利的蠔將她的肉由骨上剝削下來，手腳砍下，拋擲火燄之中。」

維薩留斯(A. Vesalius, 1514-1564)，解剖學家，發表了《人體的構造》。教會判他死刑，並通緝追捕。從此他就離開意大利，至老而不知所終。

塞爾維特(M. Servetus,1529-1553)，解剖學家，發現人體血液大循環系統外還有小循環系統。寫有《論三位一體的謬誤》。 逃往日內瓦時被捕，幾星期後被關在一個寒冷潮濕的地牢，手腳上被上了鐐栲。最後被加爾文下令用慢火燒烤二小時。

布魯諾 (G. Bruno, 1548-1600)是個思想家和哲學家。他反對所謂三位一體說，寫了《論限宇宙和世界》、《論原因、本原和同一》、《諾亞方舟》。更進一步發展哥白尼的宇宙結構模型，指出「太陽也只是千千萬萬個普通恆星之一而非宇宙中心」，被羅馬教廷的宗教裁判所迫害而逃亡各地十五年，終于在威尼斯被捕，過了八年酷刑的監倉生活。在 1600年被送往刑場時他大聲反對，因此被用鉗子將舌頭從口內拉出並剪斷，然後火刑燒死。

伽利略(Galileo Galilei, 1564-1642)，物理學家和天文學家。他出版了一連串有關天文學的著述。用望遠鏡證明木星有衛星存在，月亮上有山，太陽有黑點。寫了《世界雨個最偉大的對話》支持哥白尼的日心論。後來被迫在宗教裁判所中簽字認錯，從獄中遷往受監視的小屋幽居，渡過九年的憂苦生活，于1642年病逝。

拉美特利(1709-1751)，法國啟蒙思想家，唯物主義及無神論哲學家，主要的無神論著作為《人是機器》，出版後大大激怒教會，著作被焚毀，威嚇要殺死他，拉美特利被迫逃亡終生。

狄德羅(1713-1784)，法國啟蒙思想家，唯物主義及無神論哲學家，《百科全書》的主要編輯者。狄德羅一生提倡科學和理性，反對宗教神學，曾被教會關押三個月。

所以，

以前研究科學的風險跟職災還真不小，

所以當時基本上都是講求能夠用的『實用科技』，

不然就是接近巫術或是煉金術。(四元素論)

直到印刷術的發明，

讓知識擴張的可以更加迅速，也間接導致宗教改革。

使宗教及政治掛勾的力量減小。

另外就是大航海時代及工業革命，使得教會力量變得更小。

自此以後科學才開始加速發展。

16-17世紀

伽利略·伽利萊（Galileo Galilei ；1564年2月15日－1642年1月8日）

因為他實在太屌，基本上被稱為科學之父……

有太多太多的東西可以講，

所以還是談談他對原子說的貢獻好了！

他最大的貢獻就是留下了一個抽水泵浦……（三洨）

沒錯，就是那個抽水泵浦～引領了托里切利

托里切利（Evangelista Torricelli, 1608－1647）

於1643年完成伽利略生前未能解決的一個問題：為什麼抽水幫浦怎樣都沒辦法把水打到十米以上的高度？

托里切利懷疑是因為空氣本身有重量，但要用抽水幫浦做實驗也太大費周章，於是他用密度是水的13.5倍的水銀取代水，如此就可以大幅降低水柱高度。他將水銀裝滿一米長的細長玻璃管中，用拇指封住管口，倒立垂直置於水銀槽中。放開拇指後，水銀柱即下降停留在76公分高的位置，屢試不爽。托里切利主張維持水銀柱不墜的，正是空氣重量施加於水銀槽面的壓力，也就是大氣壓力。

而托里切利也是第一個製造出真空狀態的人。

為了紀念他，我們將水銀柱上的真空狀態稱為托里切利真空!!

（延伸閱讀：【科學史上的今天】6/11——大氣之海，水銀真空）

波以耳（Robert Boyle，1627年1月25日－1691年12月30日）

1657年他在羅伯特·胡克(沒錯，就是那個彈簧的虎克、那個顯微鏡看軟木塞的虎克)的輔助下，

對奧托·格里克(是的，就是他媽……，不對，是馬德堡半球實驗的那個市長)發明的氣泵進行改進。

而後發現了波以耳定律：密閉定溫的情況下，壓力與體積的乘積為定值。

這對後來的氣體科學研究給了一個很重要的發展基礎。

但是更重要的，1661年波以耳發表了《懷疑派的化學家》，在這部著作中波以耳批判了一直存在的四元素論，不過也開闢了一條新的道路。(所以也啟發了後來的科學家想出了燃素說)

並提出了元素的初步構想。

18-19世紀

英國人卜利士力（Joseph Priestley，1733-1804，）

1774年，卜利士力發現當他加熱氧化汞（mercuric oxide，HgO）時，會產生一種氣體。

蠟燭在這種氣體裡可燃燒得更旺盛，老鼠在裝滿這種氣體的容器裡會比在相同容積空氣裡存活時間多一倍。當時科學界的主流理論是燃素說（phlogiston theory），燃素說的核心概念是認為在可燃燒的物質中含有燃素（phlogiston)，在燃燒的過程會不斷釋放燃素到空氣裡，當空氣中的燃素達到飽和時，物質就無法燃燒。普利斯利無法拋棄燃素說的思維，而氧氣讓物質燃燒更旺盛的現象，從燃素說的角度來解釋是因為氧氣缺乏燃素，所以燃燒較旺盛（較慢達到燃素飽和狀態）。因此他將自己發現的氣體命名為「去燃素氣體（dephlogisticated air）」，並在英國皇家學會發表成果。

不過很可惜的他選錯邊了，所以我們後來只能在題目中看到他的卜利士力製氧

拉瓦節（Antoine-Laurent de Lavoisier，1743年8月26日－1794年5月8日），被後世尊稱為「近代化學之父」

有錢公子哥，踢爆燃素論，並利用實驗直接得到『質量守恆定律』，

可惜在法國大革命時被砍頭了……

不過也因為拉瓦節奠定的化學的基礎，前人製造設計的設備，

使得下一個重要的科學家他的發現更加有意義！

（延伸閱讀：拉瓦節）

普勞斯特（Joseph Louis Proust，1754年9月26日－1826年7月5日）

法國化學家，其最大貢獻是確立了定比定律。

他最初是跟隨父親的腳步, 成為一名藥劑師, 但Proust反而對幾個化學領域做出了重大貢獻. 他最著名的發現是『絕對比例定律』也被稱為『定比定律』。

定比定律規定, 化學化合物元素的比例總是一樣的, 無論來源如何. 這意味著, 例如, 一個水分子永遠包括一個氧原子和兩個氫氣原子, 無論這些元素是來自哪裡。

在『定比定律』被理解之前, 人們認為元素可以以各種方式結合. 普魯斯特定律幫助證實了約翰·道爾頓的原子說, 其中指出所有物質都是由原子組成的, 化合物由元素組成, 它們總是以相同的方式結合在一起.

道耳吞（John Dalton，1766年9月6日－1844年7月27日）

道耳吞在化學上的最偉大貢獻，是在1808年提出的「原子說」。（同時也是個色盲……。）

而在原子說之前，他也基於定比定律提出了『倍比定律』。

若兩元素可以生成兩種或兩種以上的化合物時，在這些化合物中，一元素的質量固定，則另一元素的質量成簡單整數比。

所以化學到此先喘口氣～

而氣體的物理實驗也隨著時代在進步，

給呂薩克（Joseph Louis Gay-Lussac，1778年12月6日－1850年5月10日）

法國物理學家、化學家，以研究氣體而聞名。

他最重要的發現就是『氣體反應體積定律』：同溫同壓下，氣體相互之間按照簡單體積比例進行反應，並且生成的任一氣體產物也與反應氣體的體積成簡單整數比。

這個定律也讓一個怪咖級的科學家亞佛加厥，不知哪來的勇氣提出『亞佛加厥假說』；

並且在這個假說下提出了『分子說』。

還有重新發表『查理-給呂薩克定律』，指定量定壓的理想氣體，體積與絕對溫度成正比；定量定容的理想氣體，壓力與絕對溫度成正比。間接的導致克爾文制定了新的溫標絕對溫度。

亞佛加厥（Amedeo Avogadro，1776年－1856年）

義大利化學家，提出了亞佛加厥假說，還提出了分子說想修正化學道爾吞的原子說。

而且他除了是律師外還是一個物理學家……。

所以不被重視也是很正常的，但是之後證明他才是對的。

當然也被留下一個令國高中生害怕的數字……

亞佛加厥數 6*10^23 或 6.02*10^23

（延伸閱讀：分子說-亞佛加厥）

而此時，我們又要來加入一個場外亂鬥的人。

伏打（Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta，1745年2月18日－1827年3月5日）

義大利物理學家，發明電池！

不過他發明電池的過程也是跟另一位科學家賈法尼有著千絲萬縷的愛恨情仇～

也就是因為有電池，卻沒有電器可以用……

所以科學家們開始電一些奇怪的東西，並在電解的過程中發現新的元素。

化學元素發現年表

門得列夫（1834年2月8日－1907年2月2日），

想想當年拉瓦傑提出 20 種左右的元素在伏打發明電池後五十年內增加到 63 種。

門得列夫發現化學元素的周期性，依照原子量，製作出世界上第一張元素周期表，並據以預見了一些尚未發現的元素。根據不完全準確的原子量和有空位的序列發現了元素周期律，體現出他敏銳的洞察力和充滿智慧的想像力。

而後通過英國科學家莫色勒的工作，人們才發現原子核里的正電荷數目（即原子序、質子數）決定了元素的化學性質。周期表所反映的，實際上是元素隨原子序數上升時，最外層電子數的周期性變化。

（延伸閱讀：門得列夫與週期表：頑固就是戰鬥民族的浪漫（上））

參考：

https://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=3198

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A1%9E%E5%8B%92%E6%B6%85

https://history.pansci.asia/post/121236767460/%E7%A7%91%E5%AD%B8%E5%8F%B2%E4%B8%8A%E7%9A%84%E4%BB%8A%E5%A4%A9611%E5%A4%A7%E6%B0%A3%E4%B9%8B%E6%B5%B7%E6%B0%B4%E9%8A%80%E7%9C%9F%E7%A9%BA