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沈飛在和王徵設計定型連弩這三個月裡,蔣發也已經把師姐王薇招募了過來,沈飛也給了她部門福利和內功輕功,太極係傳人內功都配《純陽無極功》,輕功自然是雲雁步。
當天晚上崇禎又來了,說了幾件事情。首先是引導宋應星和薄玨兩人進行了幾種物理理論和實驗研究,宋應星在《氣論》裡就提出“天地間,非形即氣,非氣即形”、“由氣化而形、形複返於氣”,這和嘉靖年間任過兵部尚書的王廷相提出的“氣有聚散,無生滅”一致,都已經從理論上認識到了物質守恒原理,沈飛看過的幾本現代編著的《明代哲學史》就作過這樣的評價。但是這畢竟不是實驗,隻要經過實驗驗證,就能徹底認識到物質守恒原理,有了這個理論指導,後續的研究就能突飛猛進。
宋應星著作提到“水銀一斤,加入石亭脂二斤,放在密封的罐中用火加熱,三炷香之後,冷卻打開,得到銀朱十四兩,次朱三兩五錢,還有剩餘石亭脂若乾”,宋應星著作裡,水銀、朱砂、銀朱都是同一種東西的不同形態,“凡朱砂、水銀、銀朱,原同一物,所以異名者,由精細老嫩而分也”,一斤十六兩,加熱後,分成銀朱、次朱共十七兩五錢,多出了一兩五錢,崇禎提示宋應星把剩下的石亭脂也稱量一下,看看石亭脂減少的分量,是不是正好就是銀朱和次朱多出來的那一兩五錢?
崇禎本來以為宋應星的實驗已經隻差這最後一步,隻要驗證了這一點,就能做成物質守恒原理的實驗,可是宋應星卻說他關於水銀煉製銀朱前後分量的變化,是從李時珍的《本草綱目》裡抄來的,他自己沒有做過實驗。他回去以後,一定自己動手煉製,操作一下整個過程,看看前後分量變化怎麼樣。崇禎這才明白是怎麼回事,李明珍也未必做過實驗,《本草綱目》大概也是從道家煉丹的著作裡抄過來的,不過讓宋應星親自從頭到尾完整做一遍實驗效果更好。
崇禎又提到了宋應星提出的“火質”假說,宋應星說這是自己的創見,以前從來沒有人說過,薄玨聽後也來了興趣。宋應星說他認為可以燃燒的物體中都含“火質”,水火相吸,空氣裡往往含有水意和水神,火質不能自動離體,需要空氣中的水神吸引才能引動而出。“火質”和“水神”一相遇,就會燃燒發出火焰,火質被空氣中的水神源源不斷吸引出來,又重新化為空氣。
崇禎說他問宋應星說的“水神”的含義,宋應星解釋是指水的神髓、水的精神,是指能與火質吸引結合的氣。薄玨質疑說按這種說法,隻要把可以燃燒的物體放在空氣中,“火質”就能被空氣中的“水神”吸引出來,就會自燃了,這不符合實際情況。
宋應星解釋物體中都同時包含火質和水意,平時火質被水意包圍在物體之中,不能與空氣中的水神相遇。要使物質燃燒,需要有外加的火,將物體中的水意逼出來,使火質騰起,才能與空氣中的水神相遇燃燒。這時撤出外加的火,火質也能繼續被水神源源吸引出來變成氣體,化入空氣中。
薄玨這才比較認可宋應星的說法,也想到了例子,草木清葉可以絞出水來,再在太陽下曬乾,水意極少之後就容易點燃。宋應星補充說不僅是這樣,把木柴封閉在窯中煆燒,把水意逼掉,火質無法散逸,留在本體中就生成了木炭,木炭就是火的變體,非常便於燃燒。
薄玨也點頭說到現在各處燒煤很多,也有把煤封閉在爐窯中煆燒形成焦炭,焦炭無論日常使用還是冶煉金屬,效果都遠遠好過煤。而且也能解釋風助火力,燒木柴燒煤炭時,用鼓風器具不斷把空氣送進爐中,就能燃燒更旺。應該也是送入空氣越多,空氣裡水神和火質接觸更多,就是吸引更多火質騰出在空氣中。
崇禎對沈飛說這個火質說比斯塔爾類似的燃素說早七十多年,更進一步,就是通向正確答案氧化了,就提示兩那應該有純粹的火質,隻要放在空氣中就可以燃燒。宋應星說晚上墳墓中的鬼火大概就是屍骨時間長了以後形成了純粹的火質,和空氣中的水神相遇就燃燒放光,隻是沒有人能把形成鬼火的火質隔絕空氣收儲起來。
善於做實驗的薄玨提出按宋應星的說法,隻要不斷加熱木炭,總可以把其中的水意逼儘,剩下的純粹的火質就可以燃燒,為什麼沒人能用這個方法製取火質?宋應星也有些疑難,說或許是木炭重濁,還有其他雜質,隔絕了火質和空氣中的水神相遇。或者把木炭碾成粉末,揚在空中就容易起火了。
薄玨對宋應星的這種猜測並不滿意,又問宋應星火質有沒有重量?宋應星說應該有,木柴燃燒以後,火質騰逸在空中,剩下的灰燼比木柴輕地多,應該就是去掉火質以後,物質變輕的原因。薄玨還不滿意,說隻是木柴燃燒還不足以證明。其他物品燃燒以後,是不是都會變輕?這個問題宋應星就沒有把握了,遲疑之後說這個要等他再做實驗。
薄玨又問宋應性,物品燃燒是加熱以後,火質從物品轉移到空氣中,那加熱空氣,逼出空氣中的水意水神,空氣中能不能剩下純粹的火質?宋應星對刨根問底的薄玨有些頭疼,說空氣中水神已經和火質結合,怎麼還能分離?薄玨追問那物體中火質和水神怎麼能加熱後分離?宋應星說物體中隻有水意沒有水神。
薄玨說水意和水神不同,那能不能從空氣中提煉出純粹的水神?宋應星說空氣無形無色,水神混在其中,怎麼能提煉?即便提煉出來,又怎麼能區分?薄玨說提煉確實棘手,但是區分的辦法確實有,水神能助燃,可以用燭火測試,隻要提煉出來的氣能使火燭劇烈燃燒,那多半就含水神。如果把燭火放進去不能燃燒,那就是不含水神。
宋應星說即便真的分離,分彆收集含有水神的氣和不含有水神的氣,密封在泥罐中,放入燭火也看不見有沒有燃燒。薄玨說隻要用玻璃做成密封瓶罐就能看見,何況就算看不見,燭火放進去以後燃燒過還是馬上熄滅,把蠟燭取出來就能看出來。
崇禎看他們一問一答說的越來越深入了,覺得這種方法不錯,把愛好研究格物的學者聚在一起問答討論,能極大加速學科進展,本來宋應星隻是提出火質和空氣裡的水神假說,在薄玨的步步追問下,就逼得宋應星去做實驗驗證了。
而且《氣論》裡“水塵三章”宋應星已經意識到了氧氣,引導他認識這一點,就能從火質說直接進階到氧化說,徹底解決燃燒原因的問題,就叫停了兩個人的討論,讓他們做實驗以後再交流。崇禎又提到宋應星《氣論》的《水塵三章》裡提到的“水死”、“氣死”現象,讓他詳細說一下。
宋應星說魚在水中,也需要水和空氣相通,水中的魚才能活。他在《氣論》中提出一個實驗,如果以器皿裝上水和魚,把器皿密封起來,過幾個小時打開,水中的魚已經死了。說明水不與空氣接觸就是水死,水死以後,其中的魚也會死。
崇禎說起宋應星的原話“魚育於水,必借透塵中的氣而後生。水一息不通塵,謂之水死,而魚隨之”,問宋應星這裡說的“塵”究竟是什麼?是不是灰塵?崇禎知道這裡的塵就是氧氣,提問激發宋應星進行更深入的思考。
宋應星說這塵不是灰塵,是空氣中的微粒,肉眼難以看見,他稱為“元氣自有之塵”,他猜測空氣中如果有這個“元氣自有之塵”,那就是活氣,人呼吸活氣才能活。水與這“元氣自有之塵”接觸,水才是活水,魚才能在其中存活。如果空氣中“元氣自有之塵”耗儘就必死無疑,魚、雞鴨貓狗,乃至人都是這樣。他猜測空氣中肯定有“元氣自有之塵”,通入水中,可以使魚活,流動在空氣中,可以使人活,是活物片刻離不開的。
崇禎確定宋應星說的“元氣自有之塵”概念就是氧氣,進一步引導問宋應星說的“元氣自有之塵”能不能從空氣中提取出來?宋應星說“元氣自有之塵”與灰塵不同,不過人也可以看見。
薄玨來了興趣,問人真的能看到“元氣自有之塵”?宋應星說陽光照窗戶時,人看陽光,可以看到微小塵埃懸浮空中,扇子扇風,彆人以為裡麵是灰塵,他認為也是“元氣自有之塵”,薄玨的神情對這種說法是懷疑的。
崇禎也明白宋應星雖然通過觀察猜想到了空氣中存在氧氣,但是對氧氣的具體表現形式認識還是並不準確,其實宋應星離發現氧氣不遠了,隻要啟發他“元氣自有之塵”就是他前麵說能引起物體燃燒釋放火質的“水神”,不僅能讓動物呼吸生存,也能維持燃燒,就離發現氧氣隻隔一層紙了。
崇禎單刀直入,問宋應星有沒有想過“元氣自有之塵”和他前麵說的空氣中吸引火質的“水神”有什麼關係?宋應星表示這倒是沒有。薄玨倒是對崇禎的說法產生了興趣,建議宋應星可以做一個實驗,把一個活物放進一個密封器皿中,等活物死去,想必這密封容器裡的“元氣自有之塵”已經耗儘,再把一個燭火放進容器裡,看能不能燃燒。要是能燃燒,說明“元氣自有之塵”和水神無關,如果不能燃燒,說明“元氣自有之塵”和水神有關。
崇禎說也可以反過來,先在一個密封器皿中燃燒火燭,等熄滅以後,再放入活物,看能不能呼吸生存。宋應星說這實驗難做,密封器皿活物死去後怎麼放入火燭?要是臨時打開,就不是密封了。
薄玨說這個容易,可以在器皿裡設一個小隔間,用一層可以打開的隔板封住。主器皿密封,小隔間用窗口打開。活物放在主器皿中,火燭放在隔間中。等主器裡的活物悶死,再把有火燭的隔間的窗口封閉,等火焰微弱到即將熄滅時,把隔間和主器之前的隔板打開,觀察火燭是不是熄滅?
反過來實驗也是這樣,等主器裡火燭熄滅後,把一隻小老鼠放在隔間中,可以先灌滿水。小老鼠被水淹沒的一刹那還不至於死,把隔板打開,小老鼠就會逃進主器中,就可以觀察小老鼠會不會悶死?薄玨說出了實驗方案,並且強調器皿最好用透明玻璃做成,更加方便觀察。宋應星對巧妙的實驗設想也大為讚歎,表示這樣實驗確實可行。
崇禎交代薄玨在玻璃製作上多下些功夫,不僅可以製作望遠鏡透光玻璃,也可以製作各種形狀的實驗器皿,薄玨表示製作玻璃器皿比製作琉璃鏡容易得多。