饒毅：氧氣研究先驅——神父普里斯特利

　　 以“發現氧氣”而廣為后人所知的Joseph Priestley（1733-1804），一生都做牧師。他在多個領域有創見，其思想影響遍及科學、宗教和政治。

　　普里斯特利的科學工作有超前世人很多的先見之明，也有終生執迷不悟的錯誤。

　　 普里斯特利一生著有一百五十多本書，其中有：幫他獲得教師職務的《英文語法初步》；奠定其科學聲望的《電學的歷史和現狀，附原始實驗》；1774年至1786年的六卷《幾種空氣的觀察和實驗》；引來爭議和麻煩的《基督教腐敗的歷史》等。他對科學與宗教的思考在時間上有重疊，而非這幾年專注科學、那幾年專注宗教。

　　 普里斯特利在政治上是自由派，彼時表現為支持立憲、鼓勵宗教寬容、贊同法國革命、反對英國壓迫美國。他的政治和宗教立場曾導致暴民燒他的家，在英國待不下去而移民美國。他與美國第二任總統亞當斯和第三任總統杰弗遜都有聯系，他在美國居住10年后，逝于費城。

　　 普里斯特利對電學的貢獻起源于他決心寫電的書，并非先研究電學有發現再寫書，他在寫作過程中發現問題才開始做電學實驗。他于1767年出版的《電學的歷史和現狀》，影響其后百年電學，包括卡文迪許(Henry Cavendish,1731-1810)、伏打(Alessandro Volta, 1745-1827)等人。普里斯特利還是提出電學一個基本定律（以后稱為庫侖定律）的科學家之一。

　　普里斯特利跨行跨界，這里僅介紹他有關氧氣的實驗系列。

　　 一般對普里斯特利的氧氣實驗簡介為：普里斯特利將玻璃罩倒放桌上，先在里面點燃蠟燭，蠟燭過一段時間會熄滅，再放老鼠進去，幾分鐘后會死亡，說明蠟燭燃燒導致空氣中失去了某種氣，就是氧氣。

　　 其實，普里斯特利并非做一個實驗、而是一系列實驗。在以上實驗后，他還用植物做過：在蠟燭燃燒熄滅后，把植物放到玻璃罩里面，結果發現與動物實驗結果相反，植物不僅不會很快死掉，還可活很長時間。

　　 他進一步做實驗，在先用蠟燭燃滅后再放進植物，過些天再放蠟燭或老鼠，這時蠟燭可以再燃，老鼠不會很快死掉、依舊可以活很長。

　　 這些實驗說明，蠟燭燃燒去除了動物需要的某種成分，而植物無需這種成分、反而可以產生這種對蠟燭燃燒和動物生存所需要的成分，也就是我們現在知道的氧氣。

　　 普里斯特利與美國科學家、開國元勛富蘭克林（Benjamin Franklin）長期信件往來。好友富蘭克林在得知普里斯特利的研究結果后，回信中將這些從實驗室取得的結果推廣，提出世界上植物與動物產生和消耗物質的關系，它們形成循環。富蘭克林還依此提出環境保護：希望以此說服人們遏制砍伐樹木。

　　 所以，普里斯特利的研究以及富蘭克林對其結果高屋建瓴的總結，使他們實際上成為依據科學提出生態平衡、提倡環境保護的先驅，可惜其意義直到二十世紀才能為大家理解。

　　 以上是普里斯特利在氧氣方面理解正確并富有遠見的部分。

　　 如果只談發現氧氣發現，其優先權還有爭議：在普里斯特利之前瑞典的Carl Wilhelm Scheele也通過實驗發現了氧氣。

　　最為可惜的是：普里斯特利搞錯了氧與燃燒的關系。

　　 普里斯特利之前流行燃素理論（phlogiston theory），認為可以被燃燒的物體含燃素，燃燒后燃素耗盡，物體重量減少。這很符合人們的直觀，如木材、紙被燒后留下人們可以看到的固體重量減少。但實際沒有考慮可能出現其他氣體（如燃燒時氧氣變成二氧化碳）而揮發，看到燃燒后剩下固體的重量但未考慮（也未檢測）燃燒后產物的總重量。

　　 普里斯特利沒有意識到燃素理論的問題，結果錯誤理解了氧與燃燒的關系。普里斯特利的實驗有很重要的化學版本：他于1774年8月，對放在玻璃罩內的氧化汞加熱，發現有氣體出現，他當時按燃素理論稱之為dephlogisticated air，“去燃素氣”，這種氣體呼吸起來感覺很好。法國科學家拉瓦錫（Antoine Lavoisier，1743-1794）重復其實驗后，于1777年將之命名為氧氣，詞根取希臘文的“酸原”，因為誤認為酸都含氧。拉瓦錫對氧化汞的實驗進行精心的設計，非常漂亮地證明氧氣的產生與加熱的關系。拉瓦錫否定了燃素理論，提出：被燃燒的物體不是失去原有的燃素，而是獲得氧--被氧化。拉瓦錫的工作被譽為化學革命，是化學的經典工作，其細節超出本文內容。化學老師介紹拉瓦錫的工作都用普里斯特利做反面教材，因普里斯特利在化學上確實有錯。

　　 但如果全面看普里斯特利做的一系列有關氧氣的動物和植物實驗，他對推進理解生態平衡、人與自然關系的貢獻，在十八世紀超出了除富蘭克林以外一般人的理解能力，后來的化學家也未必充分理解普雷斯利全套實驗的意義。

　　 哦，還有…普里斯特利最沒有科學意義的工作，是今天有些大公司最賺錢的：他發明了蘇打水。

　　Steven Johnson：The Invention of Air, the story of science, faith, and thebirth of America，閆鮮寧翻譯，上海科技出版社，2012。