Der er en type tilhængere af gnu-atheismen og/eller scientismen, som har en meget sort/hvid holdning til definitionen af videnskab og også til videnskabens historie. For disse mennesker, og der er overraskende mange af dem, er teorier enten rigtige, og dermed videnskabelige, og bidrager til videnskabens fremskridt, eller forkerte, og dermed ikke videnskabelige, og hindrer dette fremskridt. Set fra historikerens synspunkt er denne holdning eller dette standpunkt naturligvis en holdning eller et standpunkt, som kun kan betragtes med vantro, da vores gnu-ateistiske fortaler for scientismen afviser geocentrismen, phlogiston-teorien og lamarckismen som falske og derfor skal smides i historiens skraldespand, mens han hylder Kopernikus, Lavoisier og Darwin som videnskabens guder, der førte os ud af uvidenhedens dal og ind i den rationelle tankes solskin.
Jeg har behandlet denne situation før ved mere end én lejlighed, men som videnskabshistoriker mener jeg, at det er en lektion, der skal gentages med jævne mellemrum. Fordi det er American Chemical Society’s “National Chemistry Week 2015”, vil jeg genoverveje Phlogiston-teorien, hvis ophavsmand Georg Ernst Stahl blev født den 22. oktober 1659 i Ansbach, som ligger i Mittelfranken lige nede ad vejen fra hvor jeg bor.
Georg Ernst Stahl (1660-1734) Kilde: Wikimedia Commons
Stahl havde en ret konventionel karriere, idet han studerede medicin ved universitetet i Jena fra 1679 til 1684. 1687 blev han hoflæge for hertugen af Sachen-Weimar, og i 1694 blev han udnævnt til professor i medicin ved det nyoprettede universitet i Halle, hvor han forblev indtil 1715, hvor han blev personlig læge for Friedrich Wilhelm I, kong af Preussen. Stahl var som de fleste kemikere i den tidlige moderne periode en professionel læge, idet kemi kun eksisterede inden for den akademiske kontekst som en underdisciplin af medicin.
For at forstå phlogiston-teorien er vi nødt til at gå tilbage og tage et kort kig på udviklingen af teorien om stoflighed siden de gamle grækere. Empedokles introducerede den berømte teori om de fire elementer, jord, vand, luft og ild, i det femte århundrede f.v.t., og denne teori forblev den grundlæggende teori i Europa indtil den tidlige moderne periode. I det niende århundrede e.Kr. tilføjede Abu Mūsā Jābir ibn Hayyān svovl og kviksølv til de fire grundstoffer som principper snarere end som stoffer for at forklare de syv metallers egenskaber. I det sekstende århundrede e.Kr. overtog Paracelsus al-Jābir’s svovl og kviksølv og tilføjede salt som sin tria prima for at forklare alle stoffers egenskaber. I det syttende århundrede, hvor Paracelsus’ indflydelse var på sit højeste, vedtog mange alkymister/kemikere en teori om fem elementer – jord, vand, svovl, kviksølv og salt – hvor luft og ild blev udeladt. Robert Boyle smed i sin The Sceptical Chymist (1661) både den græske fire-elementteori og Paracelsus’ tria prima ud og gik i retning af et mere moderne elementbegreb. Vi når nu frem til phlogiston-teoriens oprindelse.
Den tyske Johann Joachim Becher (1635-1682), en læge og alkymist, var en stor fan af Boyle og hans teorier og rejste endda til London for at lære ved mesterens fødder.
Johann Joachim Becher (1635-1682) Kilde: Johann Joachim Becher (1635-1682): Wikimedia Commons
Lige Boyle forkastede han både den græske fire-elementteori og Paracelsus’ tria prima og erstattede dem i sin Physica Subterranea (1667) med en to-elementteori Jorden og vandet, hvor luften kun var til stede som et blandingsmiddel for de to. Han genindførte dog grundlæggende Paracelsus’ tria prima i form af tre forskellige typer af jord.
- terra fluida eller mercurialjord, der giver materialet egenskaberne, fluiditet, finhed, fugacitet, metallisk udseende
- terra pinguis eller fed jord, der giver materialet egenskaberne olieagtig, svovlholdig og brændbar
- terra lapidea glasagtig Jord, der giver materialet de karakteristiske egenskaber smeltbarhed
Stahl tog Bechers skema over elementer op og koncentrerede sig om sin terra pinguis, gjorde den til sit centrale stof og omdøbte den til phlogiston. I hans teori indeholder alle stoffer, som er brændbare, phlogiston, som afgives når de brænder, idet forbrændingen ophører når phlogistonet er opbrugt. Den klassiske demonstration af dette var forbrændingen af kviksølv, som bliver til aske i Stahls terminologi (kviksølvoxid i vores terminologi). Hvis denne aske genopvarmes med trækul, genoprettes phlogistonet (ifølge Stahl) og dermed kviksølvet. (Efter vores opfattelse fjerner trækulet ilten og genopretter kviksølvet). I en kompleks serie af eksperimenter omdannede Stahl svovlsyre til svovl og tilbage igen og forklarede ændringerne endnu en gang ved at fjerne og returnere phlogiston. Stahl, som var en fremragende eksperimentel kemiker, var i stand til at forklare det, vi i dag kender som redoxreaktioner og syre-base-reaktioner, med sin phlogiston-teori baseret på eksperimenter og empiriske observationer. Stahls phlogiston-teori var således den første empirisk baserede “videnskabelige” forklaring på en stor del af kemiens grundlag. Den er et klassisk eksempel på det, som Thomas Kuhn kaldte et paradigme og Imre Lakatos et videnskabeligt forskningsprogram.
Set i bakspejlet er phlogiston-teorien herligt, vidunderligt og absolut forkert i alle dens aspekter, hvilket fører til den foragt, hvormed den betragtes af vores gnu-ateistiske fortalere for scientisme, men de tager fejl, når de gør det. Jeg foretrækker Lakatos’ videnskabelige forskningsprogram frem for Kuhns paradigme, netop fordi det beskriver phlogiston-teoriens succes meget bedre. For Lakatos er det irrelevant, om en teori er rigtig eller forkert, det afgørende er dens heuristik. Et videnskabeligt forskningsprogram, der producerer nye kendsgerninger og fænomener, der passer inden for programmets beskrivende rammer, har en positiv heuristik. Et program, der producerer nye fakta og fænomener, som ikke passer ind, har en negativ heuristik. Videnskabelige forskningsprogrammer har både positive og negative heuristikker samtidig i hele deres eksistens, og så længe den positive heuristik vejer tungere end den negative, bliver programmet fortsat accepteret. Dette var netop tilfældet med phlogiston-teorien.
De fleste europæiske kemikere i det attende århundrede accepterede og arbejdede inden for rammerne af phlogiston-teorien og producerede en stor mængde ny vigtig kemisk viden. Mest bemærkelsesværdige i denne henseende er de, for det meste britiske, såkaldte pneumatiske kemikere. Joseph Black (1728-1799), professor i medicin i Edinburgh, som arbejdede inden for phlogiston-teorien, isolerede og identificerede kuldioxid, mens hans doktorand Daniel Rutherford (1749-1819) isolerede og identificerede kvælstof. Svenskeren Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) fremstillede, identificerede og studerede ilt, som han ikke får æren for, for selv om han var den første, forsinkede han med at offentliggøre sine resultater og blev slået af Joseph Priestley (1733-1804), som uafhængigt af hinanden også havde opdaget ilt og fejlagtigt kaldte det for dephlogistisk luft. Priestley, der var langt den største af de pneumatiske kemikere, isolerede og identificerede mindst otte andre gasser og lagde desuden grundlaget for opdagelsen af fotosyntesen, som måske var hans største bedrift.
Henry Cavendish (1731-1810) isolerede og identificerede brint, som han i en periode troede kunne være phlogiston, før han gjorde den vigtigste opdagelse inden for rammerne af phlogiston-teorien, nemlig vandets struktur. Ved en række omhyggelige eksperimenter var Cavendish i stand til at påvise, at vand ikke var et grundstof, men en forbindelse bestående af to mål phlogiston (brint) med et mål af dephlogistansk luft (ilt). Med samme præcision påviste han også, at normal luft består af fire dele kvælstof til en del ilt, eller rettere sagt ikke helt. Han fandt konstant noget, som han ikke kunne identificere, der var til stede i en hundrede og tyvendedel af kvælstofmængden. I det nittende århundrede ville dette endelig blive identificeret som gassen argon.
Alle disse opdagelser skal regnes til den positive heuristik af phlogiston-teorien. Det, der vejer tungt på den negative side, er den kendsgerning, at efterhånden som målepræcisionen steg i det attende århundrede, opdagede man, at den aske, f.eks. af kviksølv, der blev efterladt ved forbrænding, var tungere end det oprindelige stof, der blev brændt. Dette var foruroligende, da forbrænding formodes at være en frigivelse af phlogiston. Nogle tilhængere af teorien foreslog endda negativ phlogiston for at forklare denne anomali. Dette forslag, som aldrig slog igennem, bliver især hånet i dag, hvilket jeg finder noget mærkeligt i en tid, hvor man har måttet acceptere antistof og nu bliver bedt om at acceptere mørkt stof og mørk energi for at forklare kendte anomalier i de nuværende teorier.
Ironisk set var det opdagelserne af ilt og vandets sammensætning, der gav Lavoisier de nødvendige byggesten til at afmontere phlogiston-teorien og opbygge sin egen konkurrerende teori, som i sidste ende skulle vise sig at være en succes og henvise phlogiston-teorien til kemihistoriens skrotbunke. Man må dog aldrig glemme, at det netop var denne teori, der gav ham de redskaber, han havde brug for til at gøre det. Som jeg skrev i min undertitel, kan selv en teori, der er vidunderligt forkert, være fantastisk frugtbar, og den bør behandles med respekt, når den ses i bakspejlet.