Det finns en typ av anhängare av gnu-ateism och/eller scientism som intar en mycket svartvit inställning till definitionen av vetenskap och även till vetenskapens historia. För dessa människor, och det finns förvånansvärt många av dem, är teorier antingen riktiga, och därmed vetenskapliga, och bidrar till vetenskapens framsteg eller felaktiga, och därmed ovetenskapliga, och hindrar dessa framsteg. Ur historikerns synvinkel är denna attityd eller ståndpunkt naturligtvis en attityd eller ståndpunkt som bara kan betraktas med otrohet, eftersom vår gnu-ateistiska förespråkare för scientism avfärdar geocentrism, phlogistonteorin och lamarckism som falska och därmed som något som bör dumpas i historiens soptunna, samtidigt som han hyllar Kopernikus, Lavoisier och Darwin som vetenskapens gudar, som ledde oss ut ur okunnighetens dal och in i det rationella tänkandets solsken.
Jag har tagit upp denna situation tidigare vid mer än ett tillfälle, men som vetenskapshistoriker anser jag att det är en läxa som måste upprepas med jämna mellanrum. Eftersom det är American Chemical Societys ”National Chemistry Week 2015” ska jag på nytt granska Phlogiston-teorin, vars skapare Georg Ernst Stahl föddes den 22 oktober 1659 i Ansbach, som ligger i Mittelfranken strax nedanför där jag bor.
Georg Ernst Stahl (1660-1734) Källa: Wikimedia Commons
Stahl hade en ganska konventionell karriär och studerade medicin vid universitetet i Jena från 1679 till 1684. 1687 blev han hovläkare åt hertigen av Sachen-Weimar och 1694 utnämndes han till professor i medicin vid det nygrundade universitetet i Halle, där han stannade till 1715 då han blev personlig läkare åt Friedrich Wilhelm I, kung av Preussen. Stahl liksom de flesta kemister under den tidigmoderna perioden var en professionell läkare, kemin existerade endast inom det akademiska sammanhanget som en underdisciplin till medicinen.
För att förstå phlogistonteorin måste vi gå tillbaka och ta en kort titt på utvecklingen av teorin om materia sedan de gamla grekerna. Empedokles introducerade den berömda teorin om fyra element, jord, vatten, luft och eld, på 500-talet f.Kr. och detta förblev den grundläggande teorin i Europa fram till den tidigmoderna perioden. På nionde århundradet e.Kr. lade Abu Mūsā Jābir ibn Hayyān till svavel och kvicksilver till de fyra elementen som principer, snarare än ämnen, för att förklara de sju metallernas egenskaper. På 1500-talet tog Paracelsus över al-Jābirs svavel och kvicksilver och lade till salt som sin tria prima för att förklara egenskaperna hos all materia. På 1600-talet, när Paracelsus inflytande var som störst, antog många alkemister/kemister en teori om fem element – jord, vatten, svavel, kvicksilver och salt – där luft och eld utelämnades. Robert Boyle kastade i sin The Sceptical Chymist (1661) ut både den grekiska fyrelementsteorin och Paracelsus tria prima och försökte sig på ett mer modernt elementbegrepp. Vi är nu framme vid phlogistonteorins ursprung.
Tysken Johann Joachim Becher (1635-1682), läkare och alkemist, var en stor beundrare av Boyle och hans teorier och reste till och med till London för att lära sig vid mästarens fötter.
Johann Joachim Becher (1635-1682) Källa: I sin Physica Subterranea (1667) ersatte han dem med en teori om två element, jorden och vattnet, där luften bara fanns med som ett blandningsmedel för de två. Han återinförde dock i princip Paracelsus tria prima i form av tre olika typer av jord.
- terra fluida eller kvicksilverjord som ger materialet egenskaperna, flytande, finhet, fugacitet, metalliskt utseende
- terra pinguis eller fet jord som ger materialet egenskaperna oljig, svavelhaltig och brännbar
- terra lapidea glasartad jord som ger materialet egenskaperna smältbarhet
Stahl tog upp Bechers system av element och koncentrerade sig på sin terra pinguis, gjorde den till sin centrala substans och döpte om den till phlogiston. Enligt hans teori innehåller alla ämnen som är brännbara phlogiston, som avges när de brinner, och förbränningen upphör när phlogiston är uttömd. Den klassiska demonstrationen av detta var förbränningen av kvicksilver, som förvandlas till aska enligt Stahls terminologi (kvicksilveroxid enligt vår terminologi). Om denna aska värms upp på nytt med träkol återställs phlogistonet (enligt Stahl) och med det kvicksilvret. (Enligt vår uppfattning tar träkolet bort syret och återställer kvicksilvret). I en komplicerad serie experiment förvandlade Stahl svavelsyra till svavel och tillbaka igen, och förklarade förändringarna återigen genom avlägsnande och återställande av phlogiston. Genom en utvidgning kunde Stahl, som var en utmärkt experimentell kemist, förklara det som vi nu känner till som redoxreaktioner och syra-basreaktioner, med sin phlogistonteori som grundade sig på experiment och empiriska observationer. Stahls phlogistonteori var således den första empiriskt baserade ”vetenskapliga” förklaringen av en stor del av kemins grunder. Det är ett klassiskt exempel på vad Thomas Kuhn kallade ett paradigm och Imre Lakatos ett vetenskapligt forskningsprogram.
Sett i efterhand är phlogistonteorin härligt, underbart och absolut felaktig i alla dess aspekter, vilket leder till det förakt med vilket den betraktas av våra gnu-ateistiska förespråkare för scientismen, men de har dock fel när de gör det. Jag föredrar Lakatos vetenskapliga forskningsprogram framför Kuhns paradigm just därför att det beskriver phlogistonteorins framgång mycket bättre. För Lakatos är det irrelevant om en teori är rätt eller fel, det viktiga är dess heuristik. Ett vetenskapligt forskningsprogram som producerar nya fakta och fenomen som passar in i programmets beskrivningsområde har en positiv heuristik. Ett program som producerar nya fakta och fenomen som inte passar in har en negativ heuristik. Vetenskapliga forskningsprogram har både positiv och negativ heuristik samtidigt under hela sin existens, så länge den positiva heuristiken överväger den negativa fortsätter programmet att accepteras. Detta var precis fallet med phlogistonteorin.
De flesta europeiska 1700-talskemister accepterade och arbetade inom ramen för phlogistonteorin och producerade en stor mängd ny viktig kemisk kunskap. Mest anmärkningsvärda i detta avseende är de, mestadels brittiska, så kallade pneumatiska kemisterna. Joseph Black (1728-1799), professor i medicin i Edinburgh, isolerade och identifierade koldioxid medan hans doktorand Daniel Rutherford (1749-1819) isolerade och identifierade kväve. Svensken Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) producerade, identifierade och studerade syre, vilket han inte får äran för, för även om han var först, dröjde han med att publicera sina resultat och fick stryk av Joseph Priestley (1733-1804), som oberoende av varandra också hade upptäckt syre och felaktigt betecknade det som dephlogistikerad luft. Priestley, den överlägset störste av de pneumatiska kemisterna, isolerade och identifierade minst åtta andra gaser samt lade grunden för upptäckten av fotosyntesen, vilket kanske var hans största bedrift.
Henry Cavendish (1731-1810) isolerade och identifierade vätgas, som han under en tid trodde att det i själva verket kunde vara phlogiston, innan han fortsatte med att göra den viktigaste upptäckten inom ramen för phlogistonteorin, nämligen vattnets struktur. Genom en rad noggranna experiment kunde Cavendish visa att vatten inte var ett grundämne utan en förening som bestod av två mått phlogiston (väte) och ett mått dephlogistoniserad luft (syre). Med samma precision visade han också att normal luft består av fyra delar kväve och en del syre, eller rättare sagt inte riktigt. Han fann ständigt något som han inte kunde identifiera närvarande i en hundra tjugondel av volymen kväve. På 1800-talet skulle detta slutligen identifieras som gasen argon.
Alla dessa upptäckter är att räkna till phlogistonteorins positiva heuristik. Det som vägde tungt på den negativa sidan är det faktum att när mätnoggrannheten ökade under 1700-talet upptäckte man att den aska, till exempel av kvicksilver, som lämnades kvar vid förbränning var tyngre än den ursprungliga substansen som förbrändes. Detta var bekymmersamt eftersom förbränning antogs vara en frigörelse av phlogiston. Vissa anhängare av teorin föreslog till och med negativ phlogiston för att förklara denna anomali. Detta förslag, som aldrig slog igenom, blir särskilt hånat i dag, något som jag tycker är lite märkligt i en tid som har varit tvungen att acceptera antimateria och som nu uppmanas att acceptera mörk materia och mörk energi för att förklara kända anomalier i de nuvarande teorierna.
Ironiskt nog var det upptäckterna av syre och vattnets sammansättning som gav Lavoisier de nödvändiga byggstenarna för att demontera phlogistonteorin och bygga upp sin egen konkurrerande teori, som i slutändan skulle visa sig vara framgångsrik och skicka phlogistonteorin till kemihistoriens skrothög. Man får dock aldrig glömma att det var just denna teori som gav honom de verktyg han behövde för att göra detta. Som jag skrev i min undertitel kan till och med en teori som är fantastiskt felaktig vara fantastiskt fruktbar och bör behandlas med respekt när den betraktas i efterhand.