油画《拉瓦锡和夫人》中的科学秘密

张九庆

《拉瓦锡和夫人》的诞生

估计是玛丽`拉瓦锡提议她的丈夫安托万一拉瓦锡先生，应该有一张他们自己的肖像画了。

1788年，45岁的拉瓦锡先生已经攀登到了他的科学高峰，他的替代燃素说的氧化学说受到了年轻科学家的欢迎。1787年，他与同时代的科学家戴莫维、贝托雷、佛克罗伊合作，完成了化学物质的命名和分类的标准化，出版了《化学命名法》。包含他全部科学成就的最新个人专著《化学基础论》也完成了稿件，即将在下一年出版。

画像的任务落到了一位与拉瓦锡名望相当的法国画家身上。这位画家是雅克·大卫，他正是拉瓦锡夫人的美术指导老师。此时的大卫也已经接近了自己的绘画顶峰，《荷拉斯兄弟之誓》《苏格拉底之死》等画作使他成为了当时新古典主义画派的代表人物。

画像是在1788年12月16日进行的。这一天，拉瓦锡夫妇都做了精心的打扮，但是他们显然没有把画像的地点选在实验室，而是在一间比较空旷的办公室里。棕色的地板，装饰有柱子的背景墙，不会给画面增加繁多杂乱的印象，也符合新古典画的背景必须庄重肃穆的要求。

他们也精心准备了道具。一张覆盖着红色绒布的写字台，上面摆放了水银气压计、气量计、蒸馏瓶，这些实验和测量用的仪器足以彰显他们的化学研究工作。为突出拉瓦锡先生创作完成《化学基础论》书稿，桌面还摆上了墨水瓶、羽毛筆和一叠写着字的稿纸。

被科学史“遗忘”的拉瓦锡夫人

在这幅肖像画中，拉瓦锡夫人占据了画面的最大空间，她面带浅浅的微笑，正面对着画家，也正对着未来将要欣赏此画的我们，拉瓦锡则侧身回头注视着他的夫人。这幅画给人的最初感觉是，画中主人公不是拉瓦锡先生，而是拉瓦锡夫人。

但是，拉瓦锡夫人的站姿暴露了她的实际地位。她站着略微倾斜地倚靠丈夫，一只手搭在他的肩上，这是那个时候夫妻肖像的典型造型。如果整张桌子代表的是拉瓦锡的科学世界，拉瓦锡夫人的一只手恰恰放在桌边，这可能是一种暗示，暗示着在拉瓦锡得到的化学研究荣誉殿堂中，拉瓦锡夫人本应占有一定的位置。

年轻的拉瓦锡夫人有着极强的求知欲和记忆力，在结婚之后，她很快掌握了英语，这是拉瓦锡欠缺的语言。学成后，她就把一些重要的英文化学著作翻译给拉瓦锡。在大卫的指导下，她也掌握了工艺绘图技术。她十分注重仪器的正确摆放，平时会将实验场景忠实地描绘出来。拉瓦锡论文和著作中的实验插图，都是她完成的。

大致在1778年，拉瓦锡才真正组建自己的科研团队，有了几位男助手，在此之前，拉瓦锡夫人独自担任了多年的实验助手和秘书的角色。仔细观察一下这幅画，你会发现在拉瓦锡夫人的身后有一把椅子，椅子上躺着一件她在做实验时穿的黑色衣裙，椅子上还立着一块画板，这就是拉瓦锡夫人日常工作的体现。

这样看来，拉瓦锡夫人在科学界中想要有自己的一点地位也是正常不过的，但是那个时候的法国，女人进入科学界是不被社会接受的。因此，在拉瓦锡的论文中，不可能署上拉瓦锡夫人的名字。她只能在那些插画上找个不起眼的角落，签上自己的名字。

倒地烧瓶的隐喻

我们把目光回到画面的右下方。在拉瓦锡的皮鞋前面，是一个倒地的烧瓶和两只瓶塞，一只瓶塞封住了烧瓶瓶口，旁边还有一只闲置的瓶塞。单纯从画面的布置和色彩来看，似乎这两件道具不会为油画增加额外的光彩。那么，把它们放进画面的用意是什么呢？我的猜想是，这些道具是特意摆放的，目的在于表现拉瓦锡的科学贡献，即通过化学革命，推翻了旧的化学传统。

科学史家认为，拉瓦锡确实引发了一场近代化学的革命，把发端于17世纪中期的波义耳、成熟于18世纪初的斯塔尔的燃素说，变成了氧化说。不过，拉瓦锡被一些人认为在化学物质和现象上几乎没有新的发现，但是他通过重复别人的实验过程，形成了自己的独特思想。

拉瓦锡特别重复了一个波义耳的煅烧金属实验，最大的区别在于拉瓦锡为烧瓶加盖了瓶塞。通过这个实验，拉瓦锡证实了反应前后物质的总质量不变，提出了灰烬是金属与空气某种成分结合的产物。他还特别重复了舍勒的磷燃烧实验和普利斯特里的氧化汞分解实验，这些实验都必须在封闭的烧瓶中进行，才能进行准确的测量。烧瓶的封闭与否，成了拉瓦锡建立氧化学说的一系列判决性实验的重要组成部分。

密封盒子的隐喻

我们再把目光移到画面右边中间的桌面上。这里摆放着一个盖着盖的盒子。细心和好奇的人会问，为什么这里会摆放一个盒子呢？盒子里面装的是什么？

精确定量是现代科学的特征，牛顿的万有引力定律使得他之前众多天文学家所观测到的精确数据得到了完美的统一。1687年，牛顿出版《自然哲学的数学原理》，为天文学和物理学上的科学革命画上了圆满的句号。化学革命则要滞后得多。一个重要原因是，化学现象涉及物质的变化，尤其是气体物质的变化，这使得精确定量非常困难。拉瓦锡的科学信念是必须用天平进行精确测定来确定真理。

好在18世纪最后的二三十年里，法国的精密仪器制造业追上了英国的脚步，能够为化学研究提供所需的工具。拉瓦锡选择了天平作为精确测量的仪器，把它与热量计、气量计共同使用，与计算方法联系起来，追踪反应中所出现的数量变化。他拥有由巴黎制造商制造的几乎是当时最精确的天平，精确度到了毫克级，其他人没有这些仪器，就难以重复他的实验。为拉瓦锡制造天平、温度计、燃烧设备的人，是当时最著名的科学仪器制作者方廷和梅尼。

拉瓦锡对精确测量的高要求也得益于和科学家拉普拉斯的合作。他们共同测量燃烧和呼吸过程中热量的释放，特别是把使用天平进行精确测量的方法，应用到水的分解和合成的实验中。

因为对这些精密仪器的独占，英国化学家普利斯特里公开指责拉瓦锡，“强加给科学共同体的是残酷的权力炫耀而不是理性的说服”，因为购置这些实验设备需要花很多的钱，做成百上千次实验要花更多的钱，而其他科学家只能“听命于”他的精确数据。

结论似乎顺理成章了，这个盒子里装的是天平的砝码，使用后的砝码必须擦拭干净放入盒中。

画中的瑕疵：水银计的水平面

研究科学革命的科学史大家I.B.柯恩很欣赏这幅油画，但他找到了画中的一个瑕疵。

让我们把注意力集中在盒子前面的那个气压计上。那应该是个水银气压计，人们通过水银柱的读数来知道大气压力的大小。水银装在玻璃容器里，中间液面应该稍微凸起，但是此画中的液面却是水平的。这个装置会不会不是气压计，而是一个液体量杯，里面盛的是水呢？这也不对，如果里面盛的是水，中间液面应该是凹下的，何况水是透明的。

按照科学来解释，是因为液体的表面张力不同。水银的表面张力很大，水银对玻璃表面不浸润而被推开，水银分子就往中间收缩导致液面凸起（与水银掉在地面呈珠同一个道理）；水的表面张力较小（不足水银的1/6），水对玻璃表面浸润，中间的水分子被拉离后液面凹下（与水滴在玻璃上迅速散开同理）。

当然，也许柯恩过于苛刻了，对艺术作品的评价，不能完全按照科学原理来进行。更何况，如果画家离这个液体装置比较远，观察时视角与液面平齐，液面凹凸程度又很小，观察到的是水平液面也是正常的。

（责任编辑：白玉磊 责任校对：夏越）endprint