科學轉向社會：皇家研究所的圣誕大餐

吳以義

1848年的圣誕節。倫敦皇家研究所，就是那個常常被縮寫成RI的聲名遠播的英國頂尖科學研究機構的大講堂里，華燈璀璨，座無虛席。當天的主講人是這個學院的富勒講座教授麥克爾·法拉第，大家都知道他，就在不久前，女王還把漢普敦的一套住宅賜給他居住，這可是亨利八世以來英格蘭最尊貴的人才能得到的殊榮。其實，法拉第并不怎么在乎這個榮譽，他兩次拒絕了皇家學會會長一職的聘任，還婉拒了女王的封爵——終其一生，他始終是“法拉第先生”，而不像牛頓那樣，是“牛頓爵士”。他不怎么在乎人世間的榮耀，他關注的，是科學的榮耀，他要把這份榮耀介紹給所有的人。

蠟燭的故事

法拉第講演的題目是“蠟燭的故事”，分6次講完。聽眾是普通市民，多數是青少年，對他們來說，這一系列講演確實是一份實在的圣誕禮物。但是，關于“蠟燭”，這種人人天天在用的東西，這個圣誕節日的明星，科學可以告訴我們什么呢？

法拉第一開始就聲明，他是以“一個少年跟一群小伙伴們談心的身份”，“像與親人談家常似的”，來給大家介紹蠟燭的故事。先是各種各樣的蠟燭，盡管有些很漂亮，有些很平常，從化學的角度看，它們燃燒的時候都是差不多的。燭油熔化，沿著燭芯，通過毛細作用，源源不絕地提供燃油，保持了火焰，發出了光亮。進一步仔細觀察，很容易發現火焰的形狀是不一樣的。這就是上升氣流的作用。第2講接著研究火焰的亮度，空氣在燃燒中的作用，還有水的生成。在做實驗的時候，法拉第不忘告訴他的青年聽眾，做科學研究時，在得到一點啟發之后，必須尋根究底，求得對現象的徹底了解。他的演示顯示出火焰有復雜的構造，而在火焰的各個部分，溫度是不一樣的。他又演示了氫和磷的燃燒，又把硫酸滴在氯酸鉀和硫化銻的混合物上，原來這也能引起燃燒。當種種不同物質在燃燒時發出的明亮美麗的光芒把他的聽眾看得眼花繚亂時，法拉第問道，這種明亮的火焰還能告訴我們什么呢？

第3講是氫燃燒形成的水，冷凝，這一直到現在還是中學化學課上受歡迎的一個保留節目。但是，在一聲悶響之后——你怎么知道沾在玻璃容器壁上的液體是水呢？法拉第突然問道。他演示了檢測，只是他的測驗方法在今天看來有點太貴了。他是用他的老師戴維先生發現的金屬鉀和水的反應來證明的：鉀遇見水后爆裂，水變成了堿性的氫氧化鉀溶液。法拉第接著比較了水在不同溫度下體積的變化，比較了從河水海水蒸餾出來的水，指出無論哪里來的水，它們的性質，和金屬的反應，都是一樣的，由此又討論了定組成定律。然后，用排水集氣法收集了氫氣，這些氫氣在幾天以后的第4講里，又和氧化合，重新變成了水。他非常詳細地介紹了水的成分，實驗裝置，反應生成物的鑒定，水中氫和氧的比例。利用水的電解，法拉第引入了氧，氧如何助燃。然后是磷在空氣中燃燒，耀眼刺目，光芒四射，給所有人留下了難忘的印象。第5講進一步擴展到空氣的性質，蠟燭燃燒后的其他產品，特別是碳酸氣和氮氣，空氣的成分和重量，原來“空無一物的空氣”其實不空，順便介紹了大氣壓力的存在。至于碳酸氣，它的重量讓它常常沉在量筒的底部，“我們可以用小吊桶把它打上來”，法拉第說這和用吊桶把水從井底打上來沒什么兩樣。

最后一講，第6講，碳酸氣仍舊是主角，用石灰水驗證碳酸氣的存在，探討了碳酸氣的性質，最后談到了呼吸，證明這和燃燒是一回事。人和動物呼出的碳酸氣，經過大氣環境，被植物吸收，原來，法拉第說，這就是大自然相輔相成的共存規律，這也讓人想起了牛頓常說的，自然界是和諧的。

法拉第的講演受到了熱烈的歡迎。事隔十幾年，他還把這個主題又重講了一遍，受到了同樣熱烈的歡迎。講演的速記稿，后來編成一本小冊子，叫做《蠟燭的化學史》，不到幾年，就譯成了所有的歐洲語言。半個多世紀后，這本小冊子的簡寫本還成了蘇聯學生的教材，學生由此同時得到英語和化學的訓練。1963年，中譯本出版，用了一個更加吸引人的新名字，《蠟燭的故事》，后來迭有重印。這樣看來，這個圣誕大餐就不僅僅是圣誕時節的應景，也不僅僅是限于英倫一隅，真正成了世界的食糧了。

科學概念社會化

法拉第的講座在皇家研究所有相當的歷史。自1799年創立之初，“傳播知識”一直是研究所的一項主要工作，而這種把科學概念社會化的一個途徑是開設面向公眾的科學講座。得益于一幅1802年的速寫畫，我們幾乎能直接看見會場當時生動的情景：衣冠楚楚的紳士，濃妝艷抹的女眷，亂糟糟地圍坐在講臺周圍，主講人噶爾瑞正用力捏著一個人的鼻子，似乎是在這個熱衷的志愿者配合下講解呼吸作用。學院的創始人湯普森在講臺的一側一本正經地看著這個偉大的演示，而當時作為助手的年輕人漢佛萊·戴維則站在主講人的身后，這時他剛應聘為化學教授不久，但不久則注定要成為這一講座的明星。他后來展示給世人的，有最新的電學實驗，有心肺的作用，從呼吸講到笑氣。據他報告，聽眾常近 500 人，而且“掌聲不絕”。

這樣的場面和5年以后他關于堿金屬和堿土金屬的演示相比，真是算不了什么。他先是請出了他發現的“雙胞胎”鉀和鈉。閃閃發光的液態金屬，像是兩顆小水滴，在水面上回旋奔突，絲絲作響，然后爆出一縷火光，轉瞬間消失無形，變成了大眾熟知的苛性堿。上面提到的，法拉第用以檢驗水的，正是這種神奇的物質。

說來有趣，把法拉第引上科學道路的，正是這種公眾講座，而他后來花了大力氣推動的圣誕講座則是其中最著名的。法拉第出生在普通的勞工階級家庭，并沒有受過系統的學院式的教育，從14歲起就在一家書店當書籍裝訂的學徒。由一個偶然的機會，1812年2月29日到4月10日，他去聽了戴維的4次講座，化學的神奇令他傾倒。回來以后，他把記錄稿謄寫清楚，配上插圖，裝訂成冊，送給戴維并表達了參加科學研究的愿望。當時皇家研究所并無空缺，但這個年輕人給了時任皇家學會會長的戴維深刻的印象。次年，當研究所有空缺時，法拉第由戴維推薦受聘，開始了他的科學生涯。

從法拉第講演的主題來說，燃燒，大氣的組成成分及其性質，即使在當年，也不是什么尖端。從席勒發現氧氣到拉瓦錫提出燃燒理論，還有氧化反應和呼吸的關系，到法拉第的講演，已是將近80年；就是水的電解，也差不多50年了。我們上文之所以不厭其煩地重述他的講演，意在力圖說明，他對概念的把握，對實驗操作的演示，法拉第的精心設計，全注重于凸顯科學的精神。他的講演之所以成功，不在于時髦，而在科學中一種永恒的，貫穿始終的東西，即科學態度和科學精神。他在講演中展示了觀察、推理和實驗，強調了實驗在科學研究中的中心作用，他多次向聽眾提問，把他們的思路和注意力引向理性的思考和推理。

從法拉第的圣誕講座看我們常常留意的“科學概念的社會化”，可以發現，我們通常所說的普及科學，不僅僅是，甚至主要不是向非專業受眾介紹科學成果，宣揚科學的神奇；如果僅限于此，我們不過是把對鬼神的崇拜變成了對科學的崇拜，成為一種非理性的盲從。科學概念的社會化，首先是向社會大眾介紹科學家是如何工作，科學是如何發展的。或者用我們常見的說法，不僅僅是“什么”，而是“怎么”。能夠或者正在從事專業科學研究的，在社會上畢竟是一個很少的少數，而科學的知識和訓練，在科學高度專業化的今天，只有通過長年的、系統的、嚴格的訓練和學習才能得到。講座的作用在于宣揚科學精神，倡導理性思維，在于確立科學的權威。這種權威所要求的，不是對科學的頂禮膜拜，而是在社會活動和日常生活中，貫徹科學的即理性的方法，畢竟，一個昧于理性思考的民族，是不可能自立于世界民族之林的。