油畫《拉瓦錫和夫人》中的科學秘密

張九慶

《拉瓦錫和夫人》的誕生

估計是瑪麗`拉瓦錫提議她的丈夫安托萬一拉瓦錫先生，應該有一張他們自己的肖像畫了。

1788年，45歲的拉瓦錫先生已經攀登到了他的科學高峰，他的替代燃素說的氧化學說受到了年輕科學家的歡迎。1787年，他與同時代的科學家戴莫維、貝托雷、佛克羅伊合作，完成了化學物質的命名和分類的標準化，出版了《化學命名法》。包含他全部科學成就的最新個人專著《化學基礎論》也完成了稿件，即將在下一年出版。

畫像的任務落到了一位與拉瓦錫名望相當的法國畫家身上。這位畫家是雅克·大衛，他正是拉瓦錫夫人的美術指導老師。此時的大衛也已經接近了自己的繪畫頂峰，《荷拉斯兄弟之誓》《蘇格拉底之死》等畫作使他成為了當時新古典主義畫派的代表人物。

畫像是在1788年12月16日進行的。這一天，拉瓦錫夫婦都做了精心的打扮，但是他們顯然沒有把畫像的地點選在實驗室，而是在一間比較空曠的辦公室里。棕色的地板，裝飾有柱子的背景墻，不會給畫面增加繁多雜亂的印象，也符合新古典畫的背景必須莊重肅穆的要求。

他們也精心準備了道具。一張覆蓋著紅色絨布的寫字臺，上面擺放了水銀氣壓計、氣量計、蒸餾瓶，這些實驗和測量用的儀器足以彰顯他們的化學研究工作。為突出拉瓦錫先生創作完成《化學基礎論》書稿，桌面還擺上了墨水瓶、羽毛筆和一疊寫著字的稿紙。

被科學史“遺忘”的拉瓦錫夫人

在這幅肖像畫中，拉瓦錫夫人占據了畫面的最大空間，她面帶淺淺的微笑，正面對著畫家，也正對著未來將要欣賞此畫的我們，拉瓦錫則側身回頭注視著他的夫人。這幅畫給人的最初感覺是，畫中主人公不是拉瓦錫先生，而是拉瓦錫夫人。

但是，拉瓦錫夫人的站姿暴露了她的實際地位。她站著略微傾斜地倚靠丈夫，一只手搭在他的肩上，這是那個時候夫妻肖像的典型造型。如果整張桌子代表的是拉瓦錫的科學世界，拉瓦錫夫人的一只手恰恰放在桌邊，這可能是一種暗示，暗示著在拉瓦錫得到的化學研究榮譽殿堂中，拉瓦錫夫人本應占有一定的位置。

年輕的拉瓦錫夫人有著極強的求知欲和記憶力，在結婚之后，她很快掌握了英語，這是拉瓦錫欠缺的語言。學成后，她就把一些重要的英文化學著作翻譯給拉瓦錫。在大衛的指導下，她也掌握了工藝繪圖技術。她十分注重儀器的正確擺放，平時會將實驗場景忠實地描繪出來。拉瓦錫論文和著作中的實驗插圖，都是她完成的。

大致在1778年，拉瓦錫才真正組建自己的科研團隊，有了幾位男助手，在此之前，拉瓦錫夫人獨自擔任了多年的實驗助手和秘書的角色。仔細觀察一下這幅畫，你會發現在拉瓦錫夫人的身后有一把椅子，椅子上躺著一件她在做實驗時穿的黑色衣裙，椅子上還立著一塊畫板，這就是拉瓦錫夫人日常工作的體現。

這樣看來，拉瓦錫夫人在科學界中想要有自己的一點地位也是正常不過的，但是那個時候的法國，女人進入科學界是不被社會接受的。因此，在拉瓦錫的論文中，不可能署上拉瓦錫夫人的名字。她只能在那些插畫上找個不起眼的角落，簽上自己的名字。

倒地燒瓶的隱喻

我們把目光回到畫面的右下方。在拉瓦錫的皮鞋前面，是一個倒地的燒瓶和兩只瓶塞，一只瓶塞封住了燒瓶瓶口，旁邊還有一只閑置的瓶塞。單純從畫面的布置和色彩來看，似乎這兩件道具不會為油畫增加額外的光彩。那么，把它們放進畫面的用意是什么呢？我的猜想是，這些道具是特意擺放的，目的在于表現拉瓦錫的科學貢獻，即通過化學革命，推翻了舊的化學傳統。

科學史家認為，拉瓦錫確實引發了一場近代化學的革命，把發端于17世紀中期的波義耳、成熟于18世紀初的斯塔爾的燃素說，變成了氧化說。不過，拉瓦錫被一些人認為在化學物質和現象上幾乎沒有新的發現，但是他通過重復別人的實驗過程，形成了自己的獨特思想。

拉瓦錫特別重復了一個波義耳的煅燒金屬實驗，最大的區別在于拉瓦錫為燒瓶加蓋了瓶塞。通過這個實驗，拉瓦錫證實了反應前后物質的總質量不變，提出了灰燼是金屬與空氣某種成分結合的產物。他還特別重復了舍勒的磷燃燒實驗和普利斯特里的氧化汞分解實驗，這些實驗都必須在封閉的燒瓶中進行，才能進行準確的測量。燒瓶的封閉與否，成了拉瓦錫建立氧化學說的一系列判決性實驗的重要組成部分。

密封盒子的隱喻

我們再把目光移到畫面右邊中間的桌面上。這里擺放著一個蓋著蓋的盒子。細心和好奇的人會問，為什么這里會擺放一個盒子呢？盒子里面裝的是什么？

精確定量是現代科學的特征，牛頓的萬有引力定律使得他之前眾多天文學家所觀測到的精確數據得到了完美的統一。1687年，牛頓出版《自然哲學的數學原理》，為天文學和物理學上的科學革命畫上了圓滿的句號。化學革命則要滯后得多。一個重要原因是，化學現象涉及物質的變化，尤其是氣體物質的變化，這使得精確定量非常困難。拉瓦錫的科學信念是必須用天平進行精確測定來確定真理。

好在18世紀最后的二三十年里，法國的精密儀器制造業追上了英國的腳步，能夠為化學研究提供所需的工具。拉瓦錫選擇了天平作為精確測量的儀器，把它與熱量計、氣量計共同使用，與計算方法聯系起來，追蹤反應中所出現的數量變化。他擁有由巴黎制造商制造的幾乎是當時最精確的天平，精確度到了毫克級，其他人沒有這些儀器，就難以重復他的實驗。為拉瓦錫制造天平、溫度計、燃燒設備的人，是當時最著名的科學儀器制作者方廷和梅尼。

拉瓦錫對精確測量的高要求也得益于和科學家拉普拉斯的合作。他們共同測量燃燒和呼吸過程中熱量的釋放，特別是把使用天平進行精確測量的方法，應用到水的分解和合成的實驗中。

因為對這些精密儀器的獨占，英國化學家普利斯特里公開指責拉瓦錫，“強加給科學共同體的是殘酷的權力炫耀而不是理性的說服”，因為購置這些實驗設備需要花很多的錢，做成百上千次實驗要花更多的錢，而其他科學家只能“聽命于”他的精確數據。

結論似乎順理成章了，這個盒子里裝的是天平的砝碼，使用后的砝碼必須擦拭干凈放入盒中。

畫中的瑕疵：水銀計的水平面

研究科學革命的科學史大家I.B.柯恩很欣賞這幅油畫，但他找到了畫中的一個瑕疵。

讓我們把注意力集中在盒子前面的那個氣壓計上。那應該是個水銀氣壓計，人們通過水銀柱的讀數來知道大氣壓力的大小。水銀裝在玻璃容器里，中間液面應該稍微凸起，但是此畫中的液面卻是水平的。這個裝置會不會不是氣壓計，而是一個液體量杯，里面盛的是水呢？這也不對，如果里面盛的是水，中間液面應該是凹下的，何況水是透明的。

按照科學來解釋，是因為液體的表面張力不同。水銀的表面張力很大，水銀對玻璃表面不浸潤而被推開，水銀分子就往中間收縮導致液面凸起（與水銀掉在地面呈珠同一個道理）；水的表面張力較小（不足水銀的1/6），水對玻璃表面浸潤，中間的水分子被拉離后液面凹下（與水滴在玻璃上迅速散開同理）。

當然，也許柯恩過于苛刻了，對藝術作品的評價，不能完全按照科學原理來進行。更何況，如果畫家離這個液體裝置比較遠，觀察時視角與液面平齊，液面凹凸程度又很小，觀察到的是水平液面也是正常的。

（責任編輯：白玉磊 責任校對：夏越）endprint