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本文由科学杂志（kexuemag）原创并授权转载，本文版权归上海《科学》杂志所有，转载请注明。 《拉瓦锡和夫人》是法国画家大卫的油画作品。本文简单描述了化学家拉瓦锡和夫人的科学贡献，并详细阐释了画家通过对素材的组织和画面的安排，展现科学中的隐喻，例如女性科学家的地位、化学革命的发生，科学实验对精确的追求等。本文还特别分析了画中的一处科学错误。 |作者：张九庆 《拉瓦锡和夫人》是18世纪欧洲绘画史上著名的双人肖像画。囿于笔者的兴趣和认知，对此画做出艺术性的鉴赏分析（例如艺术流派、构图、线条、色彩、空间与透视等）不是力所能及的事。笔者只能从科学史的角度，对画中涉及的人和事，做一些简要的介绍。 《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·拉瓦锡（A. L. de Lavoisier， 1743—1794年）先生，应该有一张他们自己的肖像画。 1788年，45岁的拉瓦锡已经取得巨大成就，他的氧化学说推翻了燃素说，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（G. de Morveau， 1737—1816年）、贝托雷（C. L. Berthollet，1748—1822年）、佛克罗伊（Fourcroy， 1755—1809年）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个人专著《化学基础论》的稿件也完成了，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。这位画家是新古典主义画派的代表人物大卫（J. L. David，1748—1825年）。他的画风严谨，技法精湛，《荷拉斯兄弟之誓》、《苏格拉底之死》是其代表作。 当玛丽找到大卫的时候，想必大卫爽快地答应了她的请求。这不仅因为拉瓦锡先生是著名的科学家，还因为大卫是拉瓦锡夫人的美术指导老师，何况拉瓦锡夫人不会让画家白辛苦，将支付7000利弗尔（1利弗尔等于1法郎）作为报酬。 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。 拉瓦锡先生的服饰主色调是黑色：黑色上衣，黑色筒裤，黑色袜子,黑色皮鞋，带有花边胸饰和花边袖口的白色衬衣，突破了黑色的垄断。拉瓦锡戴上梳理过的假发，还为假发涂了粉。 拉瓦锡夫人选择了18世纪末法国贵妇人的时尚打扮：一身洁白的、带有花边衣领的、裙摆及地的连衣裙，配上一条蓝色丝绸腰带，来打破白色的垄断。拉瓦锡夫人也戴上了一头白色的、蓬松的、卷曲的假发。 他们显然没有把画像的地点选在实验室，而是定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，也符合新古典画背景庄重肃穆的要求。 他们也精心准备了道具。一张写字台，上面覆盖了一块红色的绒布。桌子上摆放水银气压计、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，桌面摆上了一个墨水瓶、三只羽毛笔和一叠写着字的稿纸。 拉瓦锡夫人的工作如何体现呢？一把椅子，椅子上躺着一件她在实验时穿的黑色衣裙，椅子上立着一块画板，画板是拉瓦锡夫人日常描绘实验过程所使用的。 一切准备就绪。大卫要做的就是生动准确地描述背景、道具和拉瓦锡夫妇呈现出的姿态。如果那个时候有彩色照片的话，也许拉瓦锡夫人会花高价钱，请一个优秀摄影师来完成这个任务。 画中的女主角拉瓦锡夫人 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。她站得略为倾斜地倚靠丈夫，一手搭在他的肩上，这是当时夫妻肖像的典型造型。整张桌子代表的是拉瓦锡的科学世界，而拉瓦锡夫人的一只手恰恰轻轻放在桌边。这可能是一种暗示，拉瓦锡夫人本应在拉瓦锡的化学研究荣誉殿堂中，占有一定的位置。 1771年，玛丽·波尔兹是一个13岁的少女。母亲过早地离开了她，父亲在一家替皇家收税的包税公司工作，算负责人之一。在家里，她以女主人的身份招待客人。客人中一位50岁的老先生看中了她，向她父亲提出了求婚。他的父亲没有直接拒绝这位老先生，因为这样可能会导致自己丢饭碗。玛丽当然也不愿意嫁给一位年岁已高的人。为了逃避老先生对女儿的求婚，父亲想到自己的一位年轻同事，可能是玛丽更合适的对象。这位同事就是拉瓦锡。 玛丽与拉瓦锡比较熟悉，因为拉瓦锡经常到波尔兹家做客，两人一起玩过一些游戏。拉瓦锡也对玛丽聊起过他的地质学、化学和天文学知识，彼此互有好感。这样，不满14岁的玛丽与28岁的拉瓦锡在1771年完成了婚约，玛丽成了拉瓦锡夫人。 拉瓦锡夫人虽然嫁给拉瓦锡先生后不愁吃穿，但她有着极强的求知欲和记忆力。她很快掌握了英语，这是拉瓦锡所不会的语言。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，平时会将实验场景真实地描绘出来。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，玛丽独自担任了多年的实验助手和秘书的角色。当时，在法国上流社会中，一些家庭富有的夫人作为召集人、协调人，会经常举办文学和艺术沙龙。拉瓦锡夫人也不例外，不过她接待的人主要是拉瓦锡先生的朋友，大多谈论有关科学、哲学的话题。 这样看来，拉瓦锡夫人在科学界中想有自己的一点位置也是正常不过的，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。 那么，如果没有历史的局限，在拉瓦锡先生的内心中，他真的愿意让自己的夫人署名吗？ 画中的男主角拉瓦锡先生 拉瓦锡坐在桌子的一角。他左手胳膊肘支撑在桌面上，右手握着羽毛笔，正准备写点东西。如果拉瓦锡聚精会神的话，他应该低着头，眼神集中在纸面。或者他也像拉瓦锡夫人一样，正面看着画家，或者为了表示夫妻的亲密关系，他的头应该和夫人的头靠得更近些。但是他们的头部保持了一定的距离，拉瓦锡从写稿中分神，侧着头回望着夫人，眼神平静淡定。我猜想这样的姿态不是拉瓦锡夫人的特意安排，像是拉瓦锡有意保持着两人间的某种紧张状态，即不那么情愿让自己的夫人来分享自己的科学研究中的成就。 拉瓦锡是一位律师的儿子。他虽然有法学学位，但更热衷于地学和化学研究。1765年，拉瓦锡因在石膏方面的研究取得突出成绩，得到了法国皇家科学院的赏识，成了其成员。同时，拉瓦锡继承了一笔遗产并购买了包税公司的股份，成为包税公司的一名收税员，获得了经济上的独立。 1771年是拉瓦锡个人家庭生活的转折点，也是他科学生涯的转折点。从1772年开始，拉瓦锡真正踏上了成为著名科学家和化学革命缔造者的道路。他开展了一系列的实验，包括金属与非金属的燃烧与煅烧、酸的形成、酸碱盐的反应、水的合成与分解、动物的呼吸等。所有这些实验的基础，源于他的物质不灭信念：物质不能凭空得到，也不能凭空消失。这个信念在他的心目中是不证自明的，像数学上的公理一样。 1776年，他被国王任命为国营火药厂的主管之一。不但收入增加了，而且也在火药厂建立起自己的实验室。那个时候，拉瓦锡在火药厂的工作时间是朝九晚五，他的科研工作都只能算是业余的，既不能从科研中得到报酬，而且几乎只能在星期天或节假日进行实验。通过这些实验，他逐渐抛弃了燃素说，几乎与普利斯特里（J. J. Priestley，1733—1804年）、舍勒（C. W. Scheele，1742—1786年）等人同时发现了氧气，提出了氧化学说。 与此同时，一些年轻人聚集在拉瓦锡周围，以与他共同完成实验、参与讨论为荣，他的氧化学说得到了年轻人的认可。这些人被称为是“氧化学派”或者“兵工厂团队”。然而，令人遗憾的是，拉瓦锡独占了这些科学研究的成就，在他的论文中，他特别声明自己一个人拥有科学优先权，如氧化和燃烧的全部理论，空气分析和分解，成酸理论等等。 在拉瓦锡过分贪功的心中，拉瓦锡夫人自然是不能享有科学发现优先权的。 倒地烧瓶的隐喻 接下来，把目光回到画的右下方。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辉。那么道具放进画面的用意是什么呢？笔者的猜想是，这些道具是拉瓦锡特意摆放的，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，否定了发端于17世纪中期的玻意耳（R. Boyle）、成熟于18世纪初的施塔尔（G. Stahl）的燃素说，建立了氧化说。 燃素说的核心内容是：燃素是构成火的元素；燃素聚集时形成火焰，燃素弥散开来就产生热。燃素存在于大自然中，无生命物质因为有燃素才会燃烧，生命物质因为有燃素才有活力。物体失去燃素变成灰烬，灰烬得到燃素复活。燃素借助空气环绕才会释放出来；所有的燃烧现象可归结为燃素的转移。 作为一种物质的存在，燃素本应该具有稳定不变的质量。越来越多的实验现象表明，燃素是不可测量的，甚至只有燃素质量必须负数的假设，才能解释实验现象；而且燃素不能独立存在，必须依赖于空气。 旧理论的困境成了新理论的机会。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，形成自己的独特思想。他特别重复了玻意耳的煅烧金属实验，两个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。 氧化学说的核心内容是：物质燃烧会产生光和热；物质燃烧需要空气；空气中有可燃和不可燃成分；物质燃烧时吸收了空气中的可燃部分而增加重量，增加的重量与空气中减少的重量相等；非金属燃烧后会变成酸，金属燃烧后的灰烬是金属氧化物。 盖盖盒子的隐喻 随后，再把目光移到画右边的桌面上。这里摆放着一个盖盖的盒子。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？可以相信无论是拉瓦锡夫妇还是画家，都不会给画面增添无意义的物体；也可以认定这不是拉瓦锡夫人的盒子，毕竟画面的右边都是属于拉瓦锡先生的地盘。 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》（Philosophiae Naturalis Principia Mathematica），为天文学和物理学上的科学革命打上了圆满的句号。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。拉瓦锡认为必须用天平进行精确测定来确定真理。 好在18世纪后二三十年里，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、几乎是当时最精确的天平，精确度达到毫克级。其他人没有这些仪器，难以重复他的实验。为拉瓦锡制造天平、温度计、燃烧设备的是当时知名的科学仪器制作者方廷（Fontin）和梅尼（Meyner）。 拉瓦锡对精确测量的高要求还体现在与数理科学家拉普拉斯（P. S. Laplace， 1749—1827年）的合作上。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。 因为拉瓦锡对这些精密仪器的独占，引来普利斯特里公开指责，“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”，因为其他科学家只能受制于拉瓦锡的精确数据。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。虽然拉瓦锡个人生活并不奢侈，但是他的实验投资不得不耗费更多的税收。他的苛税行为为科学研究提供了足够多的经费，必然引发民众的不满。 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科恩（I. B. Cohen）很欣赏这幅油画，但他找到了画中的一个知识瑕疵。 关注一下盒子前面的那个气压计，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。会不会这个装置不是气压计，就是一个液体量杯，里面盛的是水呢？这个假设也不对，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。 按照科学理论来解释，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状是同一个道理）；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）。打个比方，一群热爱美声歌手讨厌通俗歌手的人，当几个美声歌手出现在四周，他们会跑向美声歌手，中间人群就是松散了；当几个通俗歌手出现在他们四周，他们会躲开通俗歌手，中间人群就密集了。液体物质的表面张力大小，是它的物质特性之一。 当然，也许科恩过于苛刻了，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。 此画之后——拉瓦锡夫妇和相关者的命运 1789年7月，巴士底狱被攻陷，法国大革命爆发。一些贵族、皇家成员被逐渐推上了断头台。拉瓦锡作为皇家收税人自然是无法逃脱革命者的惩罚。拉瓦锡被雅各宾革命派负责人之一的马拉（J. P. Marat， 1743—1793年）列入了叛国者的名单。 马拉认为自己是一位化学家，与拉瓦锡重视化学实验和精确测量不同，他是传统意义上试图通过简单观察就获得科学结论的人。马拉渴望得到法国皇家科学院及拉瓦锡的认可，而拉瓦锡对马拉的科学成就嗤之以鼻。如马拉认为自己发明了一种能观察到火焰物质的装置，但拉瓦锡关注的是有否收集并测量过火焰物质：没有精确的测量，就只能是猜想，与化学无关。拉瓦锡的傲慢无疑在马拉心中留下了仇恨的种子。 政治革命是难以捉摸的，马拉却比拉瓦锡更早离开人世，他在1793年7月被一个女青年刺死。为拉瓦锡夫妇作画的大卫也是雅各宾派革命的支持者，他用油画《马拉之死》记录了马拉死时的状况。这幅油画更加刺激了雅各宾派革命者的热情。 1792年8月，拉瓦锡被迫离开了获得报酬的工作岗位。1793年8月，拉瓦锡失去了在法国皇家科学院工作和科研的权利。1793年11月，拉瓦锡被逮捕。1794年5月8日，不到51岁的拉瓦锡和他岳父连同包税公司的其他工作人员一起被处以死刑。 拉瓦锡夫人被捕后又被释放。雅各宾派失势后，被处死的拉瓦锡得到平反，拉瓦锡夫人继承了拉瓦锡先生的遗产。她与一个科学家再婚度过4年生活后再次守寡，在整理拉瓦锡的著作和回忆中独自活到1836年，享年78岁。 大卫也因是雅各宾派的人被捕但又被学生营救，一直从事绘画到1825年77岁去世。 《拉瓦锡和夫人》是艺术家刻画科学家的典范之作。艺术家可以从新古典主义艺术作品的视角来欣赏这幅经典双人肖像画，科学家可以从近代科学史的视角来分析画中展现的科学场景和事实，一般读者也可以像笔者这样，从自己的审美视角和拥有的背景知识，来探求这件艺术作品的魅力所在。相信读者的每一次赏析，都将得到美好的回报。 （本文关于画面的设计部分属于猜测，可能会降低画家的创造性。你也可从画家自创的角度来解读这幅画，因为画家对拉瓦锡夫妇的工作十分了解。） 张九庆：编审，中国科学技术发展战略研究院，北京100038。 Zhang Jiuqing: Senior Editor, Chinese Academy of Science and Technology for Development, Beijing 100038.
关键词：油画 拉瓦锡和夫人 科学 科学家 ■ 本文刊载于《科学》杂志2017年第5期。 来源：科学杂志1915 |
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