Istnieje pewien typ zwolenników ateizmu gnu i/lub scjentyzmu, którzy przyjmują bardzo czarno-białe podejście do definicji nauki, a także do historii nauki. Dla tych ludzi, a jest ich zaskakująco wielu, teorie są albo słuszne, a więc naukowe, i pomagają postępowi nauki, albo błędne, a więc nienaukowe, i hamują ten postęp. Oczywiście z punktu widzenia historyka taka postawa lub stanowisko może być postrzegane jedynie z niedowierzaniem, jako że nasz gnu ateistyczny zwolennik scjentyzmu odrzuca geocentryzm, teorię flogistonu i Lamarckizm jako fałszywe, a zatem do wyrzucenia na śmietnik historii, podczas gdy wychwala Kopernika, Lavoisiera i Darwina jako bogów nauki, którzy wyprowadzili nas z doliny ignorancji do słońca racjonalnej myśli.
Zajmowałem się tą sytuacją wcześniej przy więcej niż jednej okazji, ale jako historyk nauki uważam, że jest to lekcja, która musi być powtarzana w regularnych odstępach czasu. Ponieważ jest to „Narodowy Tydzień Chemii 2015” Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego, będę ponownie badał Teorię Flogistonu, której twórca Georg Ernst Stahl urodził się 22 października 1659 roku w Ansbach, które znajduje się w Środkowej Frankonii tuż przy drodze od miejsca, w którym mieszkam.
Georg Ernst Stahl (1660-1734) Źródło: Wikimedia Commons
Stahl miał dość konwencjonalną karierę, studiował medycynę na uniwersytecie w Jenie w latach 1679-1684. W 1687 r. został nadwornym lekarzem księcia Sachen-Weimar, a w 1694 r. profesorem medycyny na nowo założonym uniwersytecie w Halle, gdzie pozostał do 1715 r., kiedy to został osobistym lekarzem Fryderyka Wilhelma I, króla Prus. Stahl jak większość chemików w okresie wczesnonowożytnym był zawodowym lekarzem, chemia istniała tylko w kontekście akademickim jako subdyscyplina medycyny.
Aby zrozumieć teorię flogistonu musimy się cofnąć i krótko przyjrzeć się rozwojowi teorii materii od starożytnych Greków. Empedokles wprowadził słynną teorię czterech elementów, Ziemi, Wody, Powietrza i Ognia, w piątym wieku przed naszą erą i pozostała ona podstawową teorią w Europie aż do okresu nowożytnego. W dziewiątym wieku naszej ery Abu Mūsā Jābir ibn Hayyān dodał siarkę i rtęć do czterech elementów jako zasady, a nie substancje, aby wyjaśnić właściwości siedmiu metali. W XVI wieku CE, Paracelsus przejął Siarkę i Merkurego Jābira dodając Sól jako jego tria prima, aby wyjaśnić właściwości całej materii. W XVII wieku, kiedy wpływ Paracelsusa był u szczytu, wielu alchemików przyjęło teorię pięciu pierwiastków – Ziemi, Wody, Siarki, Rtęci i Soli – porzucając powietrze i ogień. Robert Boyle, w swoim The Sceptical Chymist (1661), odrzucił zarówno grecką teorię czterech elementów, jak i tria prima Paracelsusa, zmierzając w kierunku bardziej nowoczesnej koncepcji pierwiastka. Dochodzimy teraz do początków teorii flogistonu.
Niemiecki Johann Joachim Becher (1635-1682), lekarz i alchemik, był wielkim fanem Boyle’a i jego teorii, a nawet podróżował do Londynu, by uczyć się u stóp mistrza.
Johann Joachim Becher (1635-1682) Źródło: Wikimedia Commons
Podobnie jak Boyle odrzucił zarówno grecką teorię czterech elementów, jak i tria prima Paracelsusa, w swojej Physica Subterranea (1667) zastępując je dwuelementową teorią Ziemi i Wody z Powietrzem obecnym jedynie jako środek mieszający te dwa elementy. Jednak on zasadniczo ponownie wprowadził Paracelsus tria prima w postaci trzech różnych rodzajów ziemi.
- terra fluida lub rtęciowa Ziemia nadająca materiałowi cechy, płynność, delikatność, ulotność, metaliczny wygląd
- terra pinguis lub tłusta Ziemia nadająca materiałowi cechy oleiste, siarkowy i palny
- terra lapidea ziemia szklista, nadająca materiałowi cechy topliwości
Stahl podjął schemat pierwiastków Bechera, koncentrując się na jego terra pinguis, czyniąc z niej substancję centralną i nadając jej nazwę flogiston. W jego teorii wszystkie substancje, które są łatwopalne zawierają flogiston, który jest oddawany podczas spalania, spalanie ustaje, gdy flogiston jest wyczerpany. Klasycznym dowodem na to było spalanie rtęci, która zamienia się w popiół, w terminologii Stahla (tlenek rtęci w naszej). Jeśli ten popiół jest ponownie ogrzewany z węglem drzewnym, flogiston jest przywrócony (według Stahl), a wraz z nim rtęci. (W naszej opinii węgiel usuwa tlen przywracając rtęci). W skomplikowanej serii eksperymentów Stahl zamienił kwas siarkowy w siarkę i z powrotem, tłumacząc zmiany ponownie usunięciem i powrotem flogistonu. Stahl, doskonały chemik doświadczalny, był w stanie wyjaśnić to, co dziś znamy jako reakcje redoks i reakcje kwasowo-zasadowe, za pomocą swojej teorii flogistonu opartej na eksperymencie i obserwacji empirycznej. Teoria flogistonu Stahla była więc pierwszym empirycznie opartym „naukowym” wyjaśnieniem dużej części podstaw chemii. Jest to klasyczny przykład tego, co Thomas Kuhn nazwał paradygmatem, a Imre Lakatos naukowym programem badawczym.
Patrząc z perspektywy czasu, teoria logistonu jest chwalebna, cudowna i absolutnie błędna we wszystkich swoich aspektach, co prowadzi do pogardy, z jaką jest postrzegana przez naszych gnu ateistycznych zwolenników scjentyzmu, jednak są oni w błędzie. Wolę program badań naukowych Lakatosa od paradygmatu Kuhna właśnie dlatego, że znacznie lepiej opisuje on sukces teorii logistonu. Dla Lakatosa nie ma znaczenia, czy teoria jest słuszna czy nie, liczy się tylko jej heurystyka. Program badań naukowych, który produkuje nowe fakty i zjawiska, które mieszczą się w opisowym zakresie programu, ma pozytywną heurystykę. Ten, który wytwarza nowe fakty i zjawiska, które do niego nie pasują, ma heurystykę negatywną. Programy naukowo-badawcze przez cały czas swojego istnienia mają jednocześnie heurystykę pozytywną i negatywną, dopóki heurystyka pozytywna przeważa nad negatywną, program jest nadal akceptowany. Tak właśnie było w przypadku teorii flogistonu.
Większość europejskich osiemnastowiecznych chemików akceptowała i pracowała w ramach teorii flogistonu i wytworzyła wiele nowej, ważnej wiedzy chemicznej. Najbardziej godni uwagi w tym sensie są, głównie brytyjscy, tak zwani chemicy pneumatyczni. Pracując w ramach teorii flogistonu Joseph Black (1728-1799), profesor medycyny w Edynburgu, wyizolował i zidentyfikował dwutlenek węgla, podczas gdy jego doktorant Daniel Rutherford (1749-1819) wyizolował i zidentyfikował azot. Szwed Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) wyprodukował, zidentyfikował i zbadał tlen, za co nie należy mu się uznanie, bo choć był pierwszy, zwlekał z opublikowaniem swoich wyników i został pokonany przez Josepha Priestleya (1733-1804), który niezależnie odkrył tlen, oznaczając go błędnie jako powietrze. Priestley, zdecydowanie największy z chemików pneumatycznych, wyizolował i zidentyfikował co najmniej osiem innych gazów, jak również położył podwaliny pod odkrycie fotosyntezy, być może jego największe osiągnięcie.
Henry Cavendish (1731-1810) wyizolował i zidentyfikował wodór, o którym przez pewien czas myślał, że może być w rzeczywistości flogistonem, zanim przeszedł do najważniejszego odkrycia w ramach teorii flogistonu, struktury wody. Dzięki serii starannych eksperymentów Cavendish był w stanie wykazać, że woda nie jest pierwiastkiem, lecz związkiem składającym się z dwóch miar flogistonu (wodoru) i jednej miary zdeplenionego powietrza (tlenu). Z taką samą precyzją wykazał, że normalne powietrze składa się z czterech części azotu do jednej części tlenu lub lepiej powiedzieć, że nie do końca. Ciągle znajdował coś, czego nie potrafił zidentyfikować, obecnego w jednej setnej i jednej dwudziestej objętości azotu. W XIX wieku zostałoby to w końcu zidentyfikowane jako gaz argon.
Wszystkie te odkrycia należy zaliczyć do pozytywnej heurystyki teorii flogistonu. Co ważyło się mocno na negatywnej stronie jest fakt, że jak dokładność pomiaru wzrosła w XVIII wieku odkryto, że popioły, rtęci, na przykład, pozostawione na spalanie były cięższe niż oryginalna substancja spalania. Było to niepokojące, gdyż spalanie miało być uwolnieniem flogistonu. Niektórzy zwolennicy teorii sugerowali nawet ujemny flogiston jako wyjaśnienie tej anomalii. Ta sugestia, która nigdy się nie przyjęła, jest dziś szczególnie wyśmiewana, co uważam za nieco dziwne w epoce, która musiała zaakceptować antymaterię, a teraz prosi się o zaakceptowanie ciemnej materii i ciemnej energii, aby wyjaśnić znane anomalie w obecnych teoriach.
Ironicznie było to odkrycie tlenu i składu wody, które dało Lavoisierowi niezbędne elementy do rozmontowania teorii flogistonu i zbudowania własnej konkurencyjnej teorii, która w końcu okazała się skuteczna i zobowiązała teorię flogistonu do odłożenia jej na złom w historii chemii. Nie należy jednak zapominać, że to właśnie ta teoria dostarczyła mu narzędzi, których potrzebował, aby tego dokonać. Jak napisałem w podtytule, nawet teoria, która jest cudownie błędna, może być fantastycznie owocna i powinna być traktowana z szacunkiem, gdy patrzy się na nią z perspektywy czasu.