نویسنده: جان گریبین
مترجم: رضا خزانه
مترجم: رضا خزانه
دانشمندانی مانند بلک، پریستلی، شیله و کاوندیش با کشفیات خود، شیمی را به عنوان یک علم بنیان نهادند. کاوندیش آن قدر زندگی کرد که ببیند این کشفیات به دست مردی که بزرگ ترین شیمی دان هم عصر او شناخته می شد، یعنی آنتوان لاووازیه به شکلی حقیقتاً علمی در قالب علم شیمی گردهم آید. در واقع کاوندیش پس از لاووازیه فوت کرد زیرا لاووازیه در جریان انقلاب فرانسه قربانی حکومت ترور شد.
آنتوان- لوران لاووازیه در 26 اوت سال 1734 در خانواده ای کاتولیک، در محله ای به نام ماره در پاریس به دنیا آمد. پدربزرگ و پدر (ژان-آنتوان) وکلای موفقی بودند و آنتوان جوان در محیط مرفه طبقه متوسط رشد کرد. او خواهری به نام ماری-ماگریت-امیلی داشت که در سال 1745 به دنیا آمد. مادر آنها امیلی در سال 1748 درگذشت و خانواده از آن پس نزد مادربزرگ بیوه خود در نزدیکی محله له هال زندگی کردند. در آنجا، خواهر امیلی که ازدواج نکرده بود جانشین مادر آنها شد و زندگی خود را وقف این دو کودک کرد. آنتوان در کالج مازارن به تحصیل پرداخت (این کالج طبق وصیت کاردینال مازارن که از سال 1602 تا 1661 زندگی کرد و در دوران پیش از بلوغ لویی چهاردهم حکمران فرانسه بود ایجاد شد. زمینه تحصیلی او در این کالج معلومات کلاسیک و ادبیات بود ولی به فراگیری علم نیز توجه کرد. در سال 1760، ماری خواهر لاووازیه در 15 سالگی فوت کرد؛ یک سال بعد لاووازیه به قصد گام نهادن در مسیر زندگی حرفه ای خانوادگی به مدرسه حقوق پاریس راه یافت. در سال 1762 لیسانس خود را دریافت کرد و در سال 1764 اجازه وکالت گرفت. اما مطالعات او در زمینه حقوق باز هم وقت اضافی در اختیار او می گذاشت تا علایق خود را به علم دنبال کند. لاووازیه به موازات کارهای حقوقی خود، درسهایی را در زمینه اخترشناسی، ریاضی، گیاه شناسی، زمین شناسی و شیمی دنبال کرد. او پس از خاتمه تحصیلات، حقوق را رها کرد و به علم پرداخت و به مدت سه سال به عنوان دستیار ژان یتین گتار(1786-1715) در پروژه نقشه زمین شناسی فرانسه کار کرد که شامل نقشه برداری و جمع آوری نمونه ها بود.
زمانی که کارهای نقشه زمین شناسی به پایان رسید، لاووازیه آزاد بود که زندگی حرفه ای دلخواه خود را انتخاب کند. مادربزرگ او در سال 1766 فوت کرد و بیشتر ثروت خود را (که برای گذران زندگی کافی بود) برای او باقی گذاشت. در همان سال، لاووازیه در محافل علمی در سطح وسیعی شناخته شد. او در این زمان به پاداش جزوه ای که درباره بهترین روش روشنایی خیابان های شهر بزرگ در شب تهیه کرده بود، مدال طلا را از دست رئیس آکادمی سلطنتی علوم، به نمایندگی پادشاه دریافت کرد. در سال 1767با پشتیبانی رسمی دولت از برنامه تهیه نقش زمین شناسی، کار تهیه نقشه ایالت آلزاس-لورن را با گتار شروع کرد (از این پس او به عنوان همکار و نه دستیار گتار کار می کرد). این کار به قدری در تثبیت شهرت او تأثیر داشت که در سال 1678 در سن 25 سالگی به عضویت آکادمی سلطنتی علوم انتخاب شد.
وضع آکادمی فرانسه با انجمن سلطنتی انگلستان کاملاً تفاوت داشت. انجمن سلطنتی انگلستان در حقیقت تنها باشگاهی برای ملاقات اعضای آن بود و وضعیت رسمی نداشت. اما آکادمی فرانسه بودجه ای داشت که دولت تأمین می کرد. اعضای آن حقوق می گرفتند و موظف به انجام کارهایی با ماهیت علمی برای دولت بودند، هر چند می توانستند پست های دیگری نیز داشته باشند. لاووازیه که مدیر قابلی بود سهم مهمی در کارهای آکادمی ایفا کرد و زمانی که عضو آکادمی بود در تهیه بسیاری از گزارش ها درباره موضوعات کاملاً متفاوتی از قبیل تقلب در مشروب آب سیب، بالن مونگولفیه، شهاب سنگ ها، کشت کلم، معدن شناسی منطقه پیرنه و ماهیت گاز متصاعد از مخازن فاضلاب کار کرد. اما مهارت های انکارناپذیر او شامل علم غیب درباره رویدادهای آینده نبود و در سال 1768 تصمیم به خریداری یک سوم سهام یکی از «کارگزاران مالیات» گرفت، تصمیمی که عواقب شومی در زندگی او داشت.
سیستم مالیاتی فرانسه ناعادلانه بود و مدیریت ناصالح و فاسدی داشت. بسیاری از مسائل به ثبات سیستم سیاسی فرانسه بر می گشت و در دوران سلطنت 72 ساله لویی چهاردهم (در ابتدا با کمک کاردینال مازارن) در قرن های هفدهم و هجدهم نیز ادامه داشت. در همین دوران در انگلستان پادشاه دو بار از سلطنت خلع شد، ولی فرانسه از این تحول به دور ماند و لویی پانزدهم به مدت 59 سال دیگر از سال 1715 تا 1774 سلطنت کرد. هیچ کدام از این پادشاهان به خواسته های ملت فرانسه توجه نکردند. این نحوه عمل (مانند معاف کردن نجبا از پرداخت مالیات) که ممکن بود در اوایل قرن هفدهم به عنوان «نظم طبیعی امور» مورد قبول بوده باشد، به صورت بقایای فسیل شده عصر پیشین، هنوز در آخرین ربع قرن هجدهم به قوت خود باقی بود. این وضع عامل بزرگی در ایجاد نارضایتی هایی بود که به انقلاب فرانسه منجر شد.
زمانی که لاووازیه کارگزار جمع آوری مالیات شد، حق جمع آوری مالیات ها (مالیات هایی از قبیل مالیات نمک، گمرک و نوشابه های الکلی) از طرف دولت به گروه های مالی به نام کارگزاران مالیات واگذار می شد و آنها در ازای این امتیاز مبلغی را ( که معمولاً با گرفتن وام تأمین می کردند) به دولت می پرداختند. آنها بعداً مبلغ پرداخت شده به دولت را به اضافه سودی معقول بابت مالیات از مردم می گرفتند و چنانچه مبلغ دریافتی بیش از مبلغ پرداخت شده به پادشاه می شد می توانستند آن را برای خود بردارند.(1) این نحوه جمع آوری مالیات آن قدر رو به فساد رفت که حتی کارگزاران درستکار و کاردان ( که کم تعداد بودند) تنها زمانی می توانستند حق جمع آوری مالیات را به دست آورند که به وزیران، خانواده های آنها یا اعضای خانواده سلطنتی باج بدهند. درک اینکه این نحوه عمل برای مالیات دهندگان (که هر کس غیر از ثروتمندان را در بر می گرفت) تا چه اندازه غیر مردمی بود، نیاز به قوه تخیل زیادی ندارد. اما از دیدگاه اوایل قرن بیست و یکم به قوه تخیل زیادی نیاز داریم تا درک کنیم لاووازیه مرد بدی نبود که به بینوایان ستم روا دارد، بلکه به طور ساده کاری کرد که به نظرش سرمایه گذاری خوبی بود. او بدون شک برای منافع «کارگزاری» خود سخت کار می کرد و گواهی در دست نیست که در جمع آوری مالیات سخت گیر بوده باشد. اما در هر صورت او یکی از مسئولان جمع آوری مالیات بود و این سیستم، حتی اگر در چارچوب حقوقی اداره می شد به خودی خود ناعادلانه بود. اما هر چند این همکاری عاقبت بدی داشت، مطمئناً خوب آغاز شد و منافع آن تنها مادی نبود. در 16 دسامبر سال 1771، لاووازیه با ماری-آن-پیرت پولز ازدواج کرد. این ازدواجی برنامه ریزی شده بود و همسر 13 ساله او دختر ژاک پولز بود که به وکالت اشتغال داشت و مانند او کارگزار مالیات بود. پدر لاووازیه برای گرامی داشت این رویداد لقب کوچکی برای پسرش خرید؛ هر چند از این لقب استفاده زیادی نشد، از این پس او رسماً «دو لاووازیه» نامیده شد. ازدواج به تولد فرزندی منجر نشد اما به نظر می رسد که با کامیابی همراه بوده است. ماری علاقه زیادی به علم پیدا کرد، به عنوان دستیار لاووازیه مشغول به کار شد و برای تهیه یادداشت های آزمایش ها به او کمک کرد.
در اواخر دهه 1760، لاووازیه چند آزمایش بر مبنای رهیافت عجیب بلک در شیمی انجام داد. در این آزمایش ها او ثابت کرد که نمی توان آب را به خاک تبدیل کرد. اما کاری که او امروز به خاطر آن شهرت دارد، در دهه 1770پس از ازدواج انجام شد. او الماس را به وسیله عدسی های عظیمی که نور خورشید را متمرکز می کرد گرم کرد (عدسی ها دارای قطر 4 فوت و ضخامت شش اینچ بودند) و در سال 1772 ثابت کرد که الماس می سوزد. او تا پایان سال نشان داد که وزن سولفور در اثر سوختن کاهش نیافته بلکه زیاد می شود. این اولین گام مستقل او به سوی درک نوینی از سوختن به عنوان فرایندی بود که در آن اکسیژن هوا با ماده در حال سوختن ترکیب می شود. این نمونه سرآغازی برای انجام تعداد زیادی آزمایش، از جمله بررسی دقیق «هوای پایدار» بلک و تولید آنچه ما اکنون به عنوان اکسیژن می شناسیم، با گرم کردن آهک قرمز سرب (سرب قرمز) توسط عدسی های بزرگ بود. در سال 1774، پریستلی پس از کشف اکسیژن همراه لرد شلبورن به سفر اروپا رفت. در ماه اکتبر همان سال پریستلی از لاووازیه در پاریس دیدار و وی را از نتایج کار خود آگاه کرد. در نوامبر سال 1775، لاووازیه آزمایش های خود را در همین راستا انجام داد و در مه سال 1775 مقاله ای منتشر و اعلام کرد که «ماده»ای که در فرایند آهکی شدن (تشکیل آهک) با فلزات ترکیب می شد از جو می آید و همان «هوای خالصی» است که پریستلی به کشف آن نائل شده است.
در همین ایام لاووازیه بیش از پیش در کارهای دولتی درگیر شد. زمانی که لویی شانزدهم در سال 1774 به تخت سلطنت نشست، سعی کرد تا در بعضی از روش های اداری فاسدی که به او به ارث رسیده بود اصلاحاتی به عمل آورد. از جمله این روش ها، طرز تحویل باروت (یا چنانکه اغلب رخ می داد عدم تحویل آن) به ارتش و نیروی دریایی بود. در سال 1775، لویی شانزدهم موفق به ملی کردن صنعت باروت سازی شد و برای اداره آن چهار نفر (از جمله لاووازیه) را به عنوان اعضای هیئت مدیره انتخاب کرد. لاووازیه به اسلحه خانه پاریس نقل مکان کرد تا در انجام کارهای خود تمرکز بیشتری داشته باشد (در آنجا هم مثل همه کارهای دیگری که انجام داد، کاردان و سخت کوش بود) و آزمایشگاه خود را در همین محل برقرار کرد. در آنجا بود که او برتری مدل نوین سوختن را نسبت به مدل فلوژیستن نشان داد و سرانجام در سال 1779 نام اکسیژن را بر این ماده نهاد.(2)
لاووازیه مانند بسیاری از شیمی دان های زمان خود عمیقاً به بررسی ماهیت دما که آن را «از منشأ آتش» می دانست علاقه مند بود. پس از آنکه او با انجام آزمایش هایی نشان داد که اکسیژن هوا توسط حیوانات (از جمله انسان ها) در حین تنفس به هوای پایدار تبدیل می شود نتیجه گرفت که همان طور که ذغال در اثر احتراق گرما از دست می دهد، حیوانات دمای بدن خود را با تبدیل اکسیژن به هوای پایدار ثابت نگه می دارند (از نظر اصولی او درست می گفت هر چند فرایندهای تولید گرما در بدن قدری پیچیده تر از احتراق ساده اند). اما او چطور قادر به آزمودن این فرض بود؟ او برای اثبات این فرض در اوایل دهه 1780 چند آزمایش مبتکرانه با همکاری همکار آکادمیسین خود، پیر لاپلاس، که داستان او در فصل بعد خواهد آمد، روی خوکچه ی هندی انجام داد.
خوکچه هندی در محفظه ای قرار داده شد که اطراف آن را یخ فرا گرفته بود. تمام این مجموعه در محفظه دیگری جای گرفت (کل این مجموعه به نام کالریمتر یخ معروف است). پس از آنکه این مجموعه به مدت ده ساعت در محیط سرد قرار داده شد، بدن این حیوان 13 اونس از یخ را ذوب کرده بود. با سوزاندن قطعات کوچکی از ذغال در یک کالریمتر، لاووازیه و لاپلاس مقدار ذغالی را که برای ذوب کردن همین مقدار یخ لازم بود تعیین کردند. سپس مقدار هوای پایدار بازدم خوکچه هندی در مدت ده ساعت استراحت و مقدار هوای پایدار حاصل از احتراق مقادیر مختلف ذغال را اندازه گیری کردند. نتیجه آن بود که مقدار هوای پایداری که خوکچه هندی در اثر بازدم تولید کرده است، برابر همان مقدار هوای پایداری است که مقدار ذغالی متصاعد می کند که گرمای آن می تواند موجب ذوب شدن 5/10 اونس از یخ شود. مطابقت این دو کاملاً برقرار نبود و لاووازیه و لاپلاس آگاه بودند که آزمایش بی نقص نیست. آنها این عدم مطابقت را تأییدی بر این ایده می دانستند که حیوانات خود را با تبدیل چیزی که امروز کربن می نامیم ( که از غذای آنها به دست می آید) به آنچه امروز دی اکسید کربن می نامیم (گازی که از خود متصاعد می کنند) گرم نگه می داشتند. این تبدیل با ترکیب اکسیژن و هوا (که از طریق تنفس جذب می شد) به دست می آمد. لاووازیه و لاپلاس نتیجه گیری کردند که به این ترتیب «تنفس احتراق آهسته ای است که از جهات دیگر شبیه به احتراق ذغال است». این نمونه یک گام اساسی در شناخت از نوع بشر به صورت سیستم های (پیچیده) بود که از همان قوانین «سنگی که می افتد» و «شمعی که می سوزد» پیروی می کنند. در پایان قرن هجدهم، علم نشان داده بود که نیازی نیست که برای تولید گرمای وابسته به زندگی بدن انسان به چیز دیگری در فراسوی دنیای شناخته شده علم استناد کنیم. دیگر نیازی به «گرمای طبیعی» که هاروی به آن اشاره کرده بود وجود ندارد.
لاووازیه هم زمان با کار در زمینه تنفس، نظریه احتراق را باز هم توسعه داد و براندازی نهایی مدل فلوژیستن را که خودش مسبب آن بود در سال 1786 با انتشار مقاله ای در یادواره های آکادمی علوم اعلام کرد. با این وجود، آخرین هواداران مدل فلوژیستن برای کنار گذاشتن این مدل به زمان نیاز داشتند. به جاست که خلاصه این کار را از زبان خود او در مقاله ای که منتشر کرد بشنویم و به خاطر داشته باشیم که او از واژه «هوا» برای آنچه ما امروز «گاز» می نامیم استفاده کرده است:
1. تنها در حالتی که جسم در حال احتراق در تماس با اکسیژن باشد، احتراق حقیقی با پیدایش تدریجی نور و شعله به وجود می آید؛ احتراق در محیطی با هوای دیگر یا خلأ ایجاد نمی شود و اگر اجسام در حال احتراق در این محیط ها قرار بگیرند، مانند حالتی که در آب انداخته می شوند خاموش می شوند.
2. در هر احتراق، هوای محیط جسم در حال سوختن جذب می شود؛ اگر هوا اکسیژن خالص باشد، تمام این اکسیژن جذب می شود.
3. در هر احتراق، وزن جسمی که می سوزد افزایش می یابد و این اضافه وزن دقیقاً با وزن هوای جذب شده برابر است.
4. در هر احتراق به تدریج گرما و نور به وجود می آید.
پیش تر به این مطلب اشاره کردیم که چارلز بلگدن چگونه لاووازیه را در ژوئن سال 1783 در پاریس از کار هنری کاوندیش در مورد ترکیب آب آگاه کرد؛ اکنون می بینیم که این مدل چگونه به طور طبیعی در مدل احتراق لاووازیه جای گرفت اگر چه آزمایش های اولیه او در زمینه احتراق هیدروژن، از دقت کمتری نسبت به آزمایش های کاوندیش برخوردار بود.
اینکه لاووازیه هنگام انتشار نتایج خود به کاوندیش ارج کافی ننهاد بازتاب مناسبی نداشت. اما نکته مهم آن است که این لاووازیه بود که برای اولین بار متوجه شد که آب همان طور که «هوای پایدار» از سوخت کربن و اکسیژن به وجود می آید، ترکیبی از «هوای قابل اشتعال» و اکسیژن است در حالی که کاوندیش به این نکته پی نبرده بود.
اولین جدول عناصر: لاووازیه دوباره عناصر را نام گذاری می کند؛ او کتاب رساله مقدماتی شیمی را منتشر می کند
لاووازیه کار یک عمر خود در زمینه شیمی را در کتابی به عنوان «رساله مقدماتی شیمی» در سال 1789، سال شورش زندان باستیل، منتشر کرد. این کتاب که چندین ترجمه و چاپ مجدد را در پی داشته است، شیمی را به عنوان رشته علمی اصیلی بنیان گذاری کرد و بعضی اوقات معادل کتاب پرینسیپیای نیوتون در فیزیک قلمداد می شود. لاووازیه در این کتاب علاوه بر ارائه توصیف پر دامنه ای از فنون شیمی، شامل انواع دستگاه های مورد استفاده و انواع مختلف آزمایش هایی که انجام شده است، روشن ترین تعریف را از معنای عنصر شیمیایی ارائه می دهد که تا آن زمان بی سابقه بود. او در راستای این هدف بینش رابرت بویل مربوط به دهه 1660 را عملی می سازد و مفهوم چهار «عنصر» یونانیان باستان را به زباله دان تاریخ می اندازد. او همچنین اولین جدول عناصر را منتشر می کند که به رغم کمبودهای بسیار به عنوان پایه ای شناخته شده است که جدول جدید عناصر بر مبنای آن استوار است.(3) او به شکل آشکاری قانون بقای جرم را بیان می کند، نام های قدیمی (مانند هوای محتوی فلوژیستن، هوای غیر قابل اشتعال و زاج) را کنار می گذارد، آنها را با نام هایی بر اساس سیستم منطقی تهیه فهرست (مانند اکسیژن، هیدروژن و اسید سولفوریک) جایگزین می کند و روشی منطقی برای نام گذاری ترکیب ها مانند نیترات ها ارائه می دهد. او با دادن زبانی منطقی به شیمی، کوشش شیمی دان ها را در اطلاع رسانی کشفیاتشان بسیار آسان کرد.در حقیقت هر چند شاهکار لاووازیه یکی از مهم ترین کتاب های علمی است که تاکنون منتشر شده است اما در سطح شاهکار نیوتون قرار نمی گیرد، چنانچه هیچ کتاب دیگری در این سطح نیست. اما انتشار آن لحظه ای را مشخص می کند، تا آنجا که بتوان چنین لحظه ای را به دقت معلوم کرد که شیمی از آخرین بقایای کیمیاگری رها شد و به رشته ای علمی تبدیل شد که امروز آن را به این اسم می شناسیم. لاووازیه در سال انتشار کتابش 46 سال داشت و کاملاً محتمل بود که او دیگر به هیچ سهم مهمی در زمینه علم دست نیابد حتی اگر در دورانی می زیست که از آشوب و اغتشاش خبری نبود. اما با آغاز دهه 1790، رویدادهای سیاسی در فرانسه فرصت کار علمی بیشتر را از لاووازیه گرفت.
اعدام لاووازیه
لاووازیه در همان زمان فعالانه در امور دولتی درگیر بود. ابتدا این درگیری با خرید ملکی در فرشین، در استان اورلئان شروع شد (این ملک شامل عمارت اربابی و مزرعه ای بود که لاووازیه در آنجا آزمایش های علمی درباره روش های کشاورزی انجام می داد). اگر چه لاووازیه عضو فرعی جامعه نجبا بود اما در سال 1787 (انگار که تا آن زمان به اندازه کافی متشخص نشده بود) به عنوان نماینده طبقه سوم (دو طبقه دیگر نجبا و کلیسا بودند) در مجلس ایالتی اورلئان انتخاب شد. از نظر سیاسی، او به بیان امروزی آزادی خواه و اصلاح طلب بود و تلاش ناموفقی برای ایجاد سیستم عادلانه تر مالیاتی در ایالات فرانسه انجام داد. در ماه مه سال 1789، لاووازیه به همکاران خود در مجلس موقت نوشت: «با نابرابری مالیات تنها در صورتی می توان رواداری کرد که به ضرر ثروتمندان باشد.»اولین مرحله پیشرفت انقلاب در فرانسه با اکثریتی دموکراتیک که به نظر می رسید کنترل مجلس ملی را در دست گرفته و پادشاه را کنار زده است، با ایده های لاووازیه بسیار هماهنگ بود. اما به زودی ورق به طرز ناخوشایندی برگشت. هر چند او به خدمات دولتی خود در کمیسیون باروت و از راه های دیگر ادامه داد اما به طور غیر منصفانه ای مورد این سوءظن واقع شد که کمیسیون باروت منافع زیادی به زیان عواید عمومی به جیب زده است. در حقیقت به خاطر اصلاحات کمیسیون بود که فرانسه در دوران جنگ های ناپلئونی به اندازه کافی باروت با کیفیت عالی در اختیار داشت. لاووازیه به طور جدی تر (و به طرز توجیه پذیرتری) از کینه گسترده مردم نسبت به کارگزاران مالیات صدمه دید. به رغم همه این مشکلات، لاووازیه به خدمات دولتی خود حتی در دورانی که ماهیت دولت در حال تغییر بود با جدیت ادامه داد؛ او نقش مهمی در برنامه ریزی اصلاحات سیستم آموزشی فرانسه ایفا کرد و عضو کمیسیونی بود که در سال 1790 ایجاد شد و نیز از بانیان سیستم متری بود. اما زمانی که دستگاه حکومتی ژاکوبن ها تصمیم گرفت که برای عبرت دیگران، کارگزاران پیشین مالیات را که لاووازیه یکی از 28 نفر آنها بود (بعضی درستکار و بعضی فاسد) تنبیه کند، هیچ یک از این خدمات مورد توجه قرار نگرفت. این کارگزاران به طور دسته جمعی در 8 مه سال 1794 زیر گیوتین رفتند. در آن روز در صورت اسامی اعدامی ها، لاووازیه نفر چهارم و ژاک پولز، پدر زن او نفر سوم بود. زمانی که این اعدام ها انجام می شد، جوزف پریستلی روی دریا به سوی آمریکا سفر می کرد. این دوران حقیقتاً پایان عصری در علم شیمی بود.
پی نوشت ها :
1- کارگزارانی مانند لاووازیه مسئول جمع آوری مالیات ها نبودند؛ آنها در رأس هرم بودند و کارگزاران مالیات، کارمندان و مأمورانی را در اختیار داشتند که این کار را انجام می دادند.
2- اکسیژن از واژه یونانی «دهنده اسید» می آید. لاووازیه به اشتباه فکر می کرد که اکسیژن در تمام اسیدها وجود دارد.
3- اما لاووازیه در اینجا نقطه کوری داشت. او واژه های «کالریک» و «جزء گرما» را در جدول خود در کنار واژه هایی مانند اکسیژن، هیدروژن، ذغال، سولفور، طلا و سرب جای داد.