拉瓦锡氧化说错在何处

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拉瓦锡氧化说错在何处
(一切燃烧都是裂变说)
王紫馨（方悟）    2005年1月1日
物质为什么会燃烧？现代人似乎不该再有疑问，拉瓦锡早已回答，但许多习以为常的事情恰恰正是荒谬的，否则，老子的哲学怎会成为平常人所不能理解的“非常之道”？
　　火是人类最早认识的自然现象之一，在古代人看来，火是那么神秘，它能带来美味和温暖，也能毁坏家园。火是什么，为什么会着火？用火，成为认识火的起点，从用火到认识燃烧的本质，人类跨越了五十万年历程。
　　人类深入了解燃烧的本质实际始于十八世纪初，因近代工业生产和化学研究急需从理论上阐明燃烧的机理，1703年，德国医生兼化学家贝歇尔（J．J．Becher，1635—1682）和他的学生施塔尔（G．E．Stahl，1660—1734）共同提出著名的燃素说来解释燃烧现象。他们认为：“燃素是一种很微小的物质，它能穿过稠密的物质。燃素本身既不燃烧又不发光，也不可见。但是，一旦它迅速运动，就能将它的运动传递给接受它的物质粒子，产生火光。火就是一堆燃素的聚集体。”世界一切可燃物或多或少都含有燃素，含燃素多的物质如油、木炭，燃烧就剧烈，而黄金、石头不含燃素，因此不能燃烧。这种火的微粒，既能同其他元素结合成化合物，也能以游离的形式存在。大量的火微粒聚集在一起就形成明显的火焰，它弥漫于大气中给人以热的感觉。由这种火微粒构成的火元素就是“燃素”，燃素充塞于天地之间，流动于风雨雷电之中，动植物、矿物质都有它。燃素说认为一切与燃烧有关的化学变化都可归结为物体吸收燃素与释放燃素的过程。富含燃素的物质在燃烧时为什么一定需要空气呢？燃素说者的解释是：物质在燃烧时，燃素不能自动分解出来，需要空气将其中的燃素吸取出来，燃烧才能实现。燃素说在化学发展初期有功绩，使化学家有了自己的学说，摆脱了炼金术对化学的束缚，恩格斯称赞它“借燃素说从炼金术解放出来”。燃素说合理的地方在于看到了能量的释放和燃烧物的质量减少。
　　18世纪后半叶，新发现的化学现象层出不穷，燃素说面临危机。通过对燃烧现象和呼吸作用的深入研究，人们开始认识到气体的多样性和空气的复杂性。在实验中陆续发现了碳酸气（二氧化碳），氢气、氯气、氮气等气体，重要的是氧气的发现。普利斯特利（J.Priestley　1733—1804）是研究化学气体的著名代表，1767年，他在无意中发现酿酒厂发酵的啤酒桶里不断地放出气体，他收集的这种气体能让燃着的木条立刻熄灭。为了弄清这个问题他又做了许多实验，如往装小鼠的容器中放进一支点燃的蜡烛，然后盖紧容器，发现蜡烛很快熄灭，小鼠也很快死去。这一现象使普利斯特利想到，空气中可能存在一种物质，当它燃烧时空气就被污染，成为一种不能供动物呼吸的、也不能使蜡烛继续燃烧的“受污染的空气”。普利斯特利进一步想到植物会怎样呢？他将一盆花放入一个密闭的玻璃罩内，同时放入一支燃着的蜡烛，以制取“受污染的空气”。蜡烛过了一段时间才熄灭，植物没有任何变化，而且次日长出了花蕾，他想植物可能有净化空气的功能。他指出植物吸收“受污染的空气”（二氧化碳），放出“活命空气”（氧气），这种活命空气可维持动物呼吸，又能使物质更猛烈地燃烧。此后，普利斯特利开始“制取活命空气”的探索。1771年，普利斯特利在加热硝石时，曾收集到氧气，而且发现，在他收集的气体中，蜡烛不仅能点燃，而且火焰增大。1774年，他用凸透镜对准汞锻灰（氧化汞)做实验，发现很快有气体产生，这种气体不仅助燃，而且小鼠在这种气体中活得更长。他自己亲自尝试了一下，觉得这种气体使人感到异常的舒服。受燃素说的影响他把所发现气体的特殊性质解释为：这种气体不含燃素，为“脱燃素空气”，所以在燃烧时可以吸收更多的燃素。
　　法国化学家拉瓦锡（Antoine Laurent Lavoisier，1743～1794）在了解到普利斯特利的实验后，把大量的精确实验材料联系起来，摆脱传统思想的束缚，揭示了燃烧和空气的关系。1777年，他在《燃烧概论》中，全面阐述了燃烧的氧化说，把燃烧过程解释为一种与氧化合的过程。由于氧的发现以及揭示燃烧现象新本质的氧化说的建立，人们对氧气及可燃物质的燃烧过程有了进一步认识，拉瓦西通过实验证明，动物的呼吸是吸入氧气，呼出二氧化碳，这是一个氧化即燃烧的过程。呼吸现象不过是作为燃料的空气进入体内产生燃烧的现象而已。他的工作成为19世纪末科学家们研究动物的代谢的出发点，也是现代营养学的基础之一。氧化说合理处在于看到了燃烧过程中有新的化合物产生，但它缺乏对能量释放的合理解释，拒绝承认质量亏损。
我们今天回顾燃烧理论的历史发展，主要是想指出燃素说和氧化说都产生于近代经典理论的形而上学时代，其不完善性和局限性不言而喻。当物理学已跨入现代门槛时，化学还拖着“长辫子”，元素变化也必须用量子理论来说明了。一切燃烧都有光、热产生，而光子无静止质量，是纯能量物质现象，发光就是释放能量。发热也是发射和释放能量，它虽然不发可见光，但红外辐射也是光，是不可见光，可见光与不可见光都是电磁波，光热同一，光热同源，对此，氧化说没有做出合理解释。
我们知道，在没有外界能量输入的情况下，一定空间区域内的物质的总能量不变，如果此区域物质向外输出能量，就意味着总能量的减少。根据爱因斯坦质能方程：；E = c  （E为能量，ｃ为光速，ｍ为粒子静止质量，p为粒子动量。）当粒子静止时, 能量不为零, 直等于mc2, 这个能量叫静止能量,为粒子内能。一定质量等于一定能量，反之亦同，总能量的减少就意味着质量的减少。而拉瓦锡氧化说却认为物质燃烧仅是氧化反应，反应过程前后总质量不变，它对于大量能量的释放怎样回答？。
我们来看一下拉瓦锡氧化说的所谓划时代意义的实验。他在曲颈甑里放入4 汞，曲颈甑用玻璃钟罩罩上，并且跟水银相通。钟罩和甑的体积是50立方 。把曲颈甑在火上加热，时汞沸腾了。加热到第二天，汞面浮起红色鳞斑状渣滓，继续加热，渣滓不断增加。连续加热12天，到红色渣滓不再增加停止实验。冷却后测定空气的体积是42立方 ，减少1／5。红色渣滓重45喱，比原先的汞重。把点燃烛火伸入玻璃钟罩内，烛火立即熄灭；放进小鼠，小鼠立即窒息而死。拉瓦锡把红色渣滓收集起来加热分解，又得到汞和无色气体，汞重量为4 ，收集到的气体体积正好等于原先减少的体积。把这个气体再放入钟罩内，得到的混合气跟空气性质完全一样。
这个汞氧化加热试验有两大缺漏：一是该试验为加热试验，非燃烧试验，却被用来说明燃烧过程，张冠李戴。二是汞在吸收热量过程中和氧发生反应，此为吸收能量过程，而非燃烧的释放能量过程，不能用作说明燃烧。如果真想用试验方法解释燃烧，应使燃烧物在全封闭的透明容器中自行燃烧，不得从外界输入能量，使质量的增减可得准确测量和观察。如果把1000克可燃物放在密闭的透明容器中，充以足够的助燃氧气，能让它燃尽，精确称量燃烧前后的总质量（可燃物加上氧），我们会立即否定氧化说，因为一半以上的质量转化成能量辐射出去了。但这样的试验谁也没做过，一是完全封闭下，燃烧能否持续进行我们不知道；二是物质燃烧后会猛烈膨胀，产生极大压力而发生爆炸，危险极大。正因为没人对物质燃烧做过绝对封闭的试验，在燃烧中不让任何物质逸出或掺入，氧化说仍是一个未得证明的假说。也许有人能在高精确度测量条件下（误差不超过百万分之一），对封闭在透明容器中的微量可燃物及氧气做个燃烧试验而不致爆炸，那么请站出来扶拉瓦锡兄一把，我希望看到真正的燃烧试验而非加热试验。许多人把铁矿石的熔炼和金属氧化都当成燃烧例证，与拉瓦锡犯了同样错误。冶炼金属都是加热过程，燃烧的不是矿石，而是焦炭，氧化也只是化合反应。加热的可以冷下来，化合的还可再分解，都可逆，而燃烧是不可逆的，谁能把燃烧的灰烬复原？本质不同的过程怎么可以混为一谈！加热过程和燃烧过程有本质不同：加热过程从外界输入能量，燃烧过程向外界输出能量，就试验物品而言，一是增能和吸收能量过程，一是减能和释放能量过程，二者正相反。拉瓦锡是能量守恒定律的发现者之一，却不遵循能量守恒定律岂不怪哉！
从大一统观来看，每一领域都有自己的共性规律，这一领域的事物都不得违背。实际上根本就不存在违反共性的事物，只存在违背共性的人的认识，氧化说就是一例。如果一切燃烧过程都需要氧元素介入，那么氧化说可站得住脚，但是我们在中高温领域，在地幔的熔岩和恒星表面燃烧过程中，在彗星的燃烧过程中，都没有氧元素助燃，说明燃烧不一定需氧气参与，如果我们还承认它们都是燃烧过程的话。宇宙是人类最好的实验室，我们即使把恒星燃烧看成聚变，它也非氧化过程。彗星非恒星，许多彗星小到根本不可能发生任何聚变效应的程度，但它照样发出耀眼光芒。彗星的碎片—流星，在真空中运行（未坠入地球大气层），也能燃烧发光。可以说氧只是地球表面重力状态下低温燃烧过程的必要条件，像木星上的大红斑则是木星表面大气层在重力场作用下的低温燃烧状态，它不需要氧气参与。在整个宇宙中，地球是一个特例，氧化作用也是一个特例，它不带有本质属性，氧化说错在把对局部的认识、对部分事物的认识当成了对整体和所有事物的认识。那么燃烧的本质究竟是什么？我们可以这样下定义：一切燃烧都是原子与原子核的裂变反应。
为什么都是裂变反应？因为释放光和热只有在裂变条件下才能进行。我在《致诸学友的公开信》中指出：“粒子在高温下聚合的观点违背热力学第二定律，也无实验证明，是完全错误的。在座标图上，你只能看到粒子随温度升高而分裂的趋向，旧理论是把裂变效应错解释成了聚变。空间重力场理论说明：宇宙整体能量有一个限度，埃丁顿、狄拉克也都这样看。我在《波粒二象解》中指出，以质子作单位的宇宙总能量为1080（埃丁顿提出的1079，狄拉克提出的1078，不符合极限系列的量子特性和倍数关系），这个总能量不变。星系是宇宙的细胞，是具体的存在，新陈代谢不断生灭，导致具体空间区域的能量有增有减。因能量守恒要求，这种增减分成两个相反过程：在我们生活的正物质星系的减能过程中，总能量通过光辐射而不断减少，直到全部能量释放殆尽，整个星系坍缩为黑洞为止。在我们不可能进入的反物质黑洞的增能量过程中，总能量通过对热能的不断吸收而不断增加，直至达到能量饱和状态的2.7K转变为白洞——类星体（类星体实为新星系的诞生）为止。这个循环过程为热力学定律所确认，此处减少的能量被彼处所吸收，总能量保持不变。减能过程以粒子的不断分裂，最后变为光、热来完成，此过程不可逆。我们在太阳表面看到的都是分裂过程：首先光辐射就是裂变的产物，我们仅知正负电子湮灭能产生光辐射，宇宙中没有独立的正电子，它从哪里来？只有原子核带有正电荷，也就是说，只有原子核分裂的情况下，才能分离出正电子，才能产生光辐射，恒星发光不是聚变反应而是裂变反应。其次黑子活动剧烈时，太阳表面发生耀斑，产生太阳风暴，其中的大量等离子体恰都是原子裂变产生的。当原子裂变为等离子体后，我们以任何方式都不能使之复原，即无法让电子与质子重新结合成原子，更何况让原子核聚合了，这就叫不可逆。人工可控核聚变搞了半个世纪未成功，不是技术不过关，而是我们从一开始就走上了违背客观规律的死路。有人说聚变是在太阳内部产生（高温产生高压，但高压并不产高温，我们用万吨水压机压一个物体，它不会升高1度，只可能被压碎。），按理应该是高温向外传导，但我们在太阳黑子活动中发现的却是太阳内部的低温气体向外输送，再在表面发生裂变反应。太阳日冕温度高达百万度以上，光球5000——6000度，连接光球之下的对流层的黑子只有4000度，从外到内，温度是下降的，客观事实符合空间重力场论的裂变说而背离聚变说。尤其是宇宙中所有恒星不管新老（已变成白矮星的除外）都保持十分之三的氦丰度，无法按聚变理论解释，正是这些解不开的谜让我毅然放弃聚变说转向裂变说。”
在整个宇宙中，物质的运动是无限的单向循环过程，因而时间表现出一维性，“大曰逝，逝曰远，远曰反”（《老子》二十五章）。这个单向循环是从基本粒子的裂变释放能量到基本粒子的聚变吸收能量，再到裂变释放能量，循环往复，以至无穷，此过程不可逆。聚变说错误地认识了运动形式，氧化说把局部经验当成整体认识，皆违背宇宙大一统规律——能量守恒定律。氧化说诞生230年，聚变说也有70年历史，新时代期待新理论，推陈出新，人类才有未来。