牛津通识读本：科学革命 [11]
图10 冯·盖里克引人注目地表明，连马队都无法将一个抽出空气的中空球体拉开，这证明了大气的压力。加斯帕·肖特，《工艺志》（纽伦堡，1664）。
罗伯特·玻意耳（1627—1691）很快就加入了研究空气的行列。他是英国最富有的人的幼子，因此有充足的时间和资源去献身于实验，实验地主要是他姐姐在伦敦帕尔马尔街的寓所，他成年后主要在那里生活。玻意耳和他的许多同代人指出空气可以压缩，特别是，一定量的空气所受压力越大，体积就越小，这一关系后来被称为“玻意耳定律”，今天的化学课仍然会讲授它。1658年，玻意耳听说了冯·盖里克的空气泵，于是和天才的罗伯特·胡克制造了一个改良的空气泵。它能够将一个大玻璃球抽空，使人看到密封于其中的物体在空气抽出时发生的变化（图11）。
玻意耳将一个气压计（他可能是为托里拆利管而创造了这个词）密封在他的空气泵中，看到水银面随着空气被抽出而下降。他在空气泵中做了令人眼花缭乱的实验：从试图点燃火药、用手枪射击、听手表滴答作响，一直到测量猫、鼠、鸟、蛙、蜜蜂、毛虫等各种生物在没有空气的情况下能活多久。他还用燃烧的蜡烛在空气泵中做实验，指出火依赖于空气的量。
火：化学家的工具
近代早期之前，早已有人对火作为一种物质元素的地位提出了异议。在参与这些争论的人当中，炼金术士常把火用作主要工具来研究和控制物质及其转变。科学革命是炼金术的黄金时代。今天，“炼金术”往往意味着一意孤行地（徒劳地）制备黄金，这或多或少有些“魔法”意味，从而有别于化学。但在近代早期，“炼金术”和“化学”指的是一些同样的追求。今天的一些历史学家用古体拼写chymistry来指所有这些未分化的追求。制金是化学的一个关键要素，但并不涉及（现代意义上的）“魔法”，而是一种理论基础与我们不同的活动。流传下来的一些笔记记录了“炼金术士”的日常操作，往往显示出关于实验操作、文本解释、观察和理论表述方面的细致方法论。除了追求黄金，化学还包括更广泛地研究物质，生产药物、染料、颜料、玻璃、盐、香水和油等商品。物质生产与自然哲学思辨的结合是这门学科的一个核心特征，它于公元4世纪起源于希腊化时期的埃及，一直演变成今天的化学。
图11 玻意耳和胡克的空气泵。罗伯特·玻意耳，《关于空气弹性的物理——力学新实验》（牛津，1660）。
寻找一种方法把铅变成金并非只是一厢情愿。它基于一种理论，即认为金属是由“汞”和“硫”两种成分在地下生成的复合物。两者以正确的比例和纯度结合时就会形成金。如果没有足够的硫，就会产生银。过多的硫（一种干的易燃本原）会产生铁或铜，这表现于这些金属的易燃、坚硬和难熔。过多的汞（一种液体本原）会产生锡或铅——柔软易熔的金属。因此从理论上讲，嬗变不过是对两种成分的比例进行调整，使之符合它们在金中的比例。人们观察到，银矿石中含有一些金，铅矿石中含有一些银，这暗示嬗变是在地下自然发生的，成分不佳的复合金属被净化或“催熟”为更加稳定、成分更好的金属。问题是如何通过人工手段更快地实现这种转变。于是，制金者试图制备他们所谓的“哲人石”，这是一种引发嬗变的物质动因。据说一旦在实验室制备出来，少量哲人石几分钟之内就能把与之混合的熔化的贱金属变成金。许多文本都声称成功地实现了这个过程，追求嬗变的人力图对此进行重现。困难在于这些著作会故意保密——它的成分、过程甚至是理论都掩藏在暗号、封面名称、隐喻和往往怪异的图案标志背后（图12）。
炼金术的保密性部分源于手工活动，因为有必要将专利权保持为行业秘密。出于对货币贬值的恐惧，中世纪的法律禁止嬗变，这进一步加强了保密性。此外作者们还声称，他们的知识倘若落入坏人之手会很危险，而且这些知识是一种优越的知识，不能泄露给配不上它的人，因此需要保密。
英国人一直用“化学家”意指“药剂师”，这起源于近代早期，那时大多数化学家都至少把部分精力投入制药。把化学用于医药始于普罗旺斯的方济各会修士鲁庇西萨的约翰（1310—约1362），他提倡用从酒中蒸馏出来的酒精来制备药用提取物。把化学用于制药在整个15世纪迅速发展，最终在帕拉塞尔苏斯（1493—1541）这位具有传奇色彩的人物那里得到了最热情的拥护。帕拉塞尔苏斯批判了以希腊、罗马和阿拉伯的作者们为基础的传统医学，并且基于从直接观察到日耳曼民间信仰的各种来源提出了自己的体系。他提倡以化学为手段把几乎所有物质都转化成一种强大的药物，对制金他并没有什么兴趣。他的指导思想是，有害性质起因于原本健康的物质中的杂质，这就像罪恶和死亡污染了那个由上帝所造的、本质上美好的世界。化学利用蒸馏、发酵和其他实验室操作，提供了区分好坏、辨别良药与毒药的方法。帕拉塞尔苏斯还告诉我们，所有物质都是由汞、硫、盐这三种主要成分构成的，这是地界的三位一体，被称为“三要素”（tria prima），反映了神的三位一体和人的三位一体本性——肉体、灵魂和精神。帕拉塞尔苏斯所谓的“炼金术”（spagyria）过程力图将一种物质分成其三要素，并分别进行提纯，然后将其重新组合成一种“高贵”的原始物质，它的药力更强而且没有毒性。
图12 一则炼金术讽喻，描绘了金和银的提纯，这是制备哲人石的第一步。国王代表黄金；跳过坩埚（一种用来提纯金属的器皿）的狼代表辉锑矿，这种材料能与银和铜起反应，除去常与金混合的银和铜；女王代表银；老人代表铅，指用铅来提纯银的灰吹过程。《赫耳墨斯博物馆》（法兰克福，1678）。
但帕拉塞尔苏斯更进了一步：化学不仅是一种用来制药的工具，而且也是理解宇宙的关键。帕拉塞尔苏斯在16世纪末的追随者对其往往混乱的著作（有人传言他是酒醉时口授的）做了系统整理，提出了一种化学论（chymical）世界观，把几乎一切事物都设想成本质上化学的。雨水经过海洋、空中和陆地而完成的循环是一次大蒸馏。地下矿物的形成，植物的生长，生物的产生，消化、营养、呼吸和排泄等身体机能，这些都被视为本质上化学的。上帝本身没有变成柏拉图主义者所说的几何学家，而是变成了化学大师。上帝从原始的混沌中创造出一个有序的世界，就类似于化学家将普通材料萃取、提纯和转化为化学产品；上帝用火对世界进行末日审判，就类似于化学家用火把杂质从贵金属中清除出去。这种世界观甚至把人的最终命运看成化学的。人死后，灵魂和精神脱离肉体。物质性的肉体在坟墓中腐烂，直到全部死者复活时得到更新和转变，作为化学家的上帝将净化后的灵魂和精神重新注入其中，产生出一个荣耀的、永生的人，一如在帕拉塞尔苏斯所说的炼金术中，三要素从物质中分离，提纯后重新结合成一种“光彩夺目的”产物。
帕拉塞尔苏斯的学说吸引了众多追随者。1572年第一次看到新星的不久前，第谷还在实验室中根据帕拉塞尔苏斯的学说制备药品。后来，第谷在他的天文台城堡中建了一个实验室，旨在研究他所谓的“地界天文学”，即化学（所谓“上行下效”）。帕拉塞尔苏斯的风格具有反体制性（往往表达为痛骂古典学问、大学和执业医师），因此他的观点引发了激烈的争论，其追随者往往集中于体制外。事实上，整个化学在大多数时间都存在于传统的学术机构之外，地位很是尴尬。物理学和天文学从中世纪以降就是大学必须研究的科目，但化学直到18世纪才获得了学术地位。其中一个原因是，它无法夸耀其古典根源，无论是亚里士多德还是任何其他古代权威都没有写过化学论著，这一点不同于天文学、物理学、医学和生命科学。化学与商业和人工制品有密切关联，具有实用性，而且往往混乱不堪、艰苦费力、气味难闻，这些都使化学无法令人尊敬。然而，注重实用性的实验也意味着化学能够收集大量材料，认识它们的属性，掌握处理它们的能力。在整个17世纪，这些知识在商业上的重要性与日俱增，许多化学家因此走上了一条实业道路——有时是被王侯或其他主顾以及采矿业所雇佣，旨在提高产量或探索物质的嬗变；有时是独立工作，旨在为市场推出新的商品。不幸的是，化学仿造宝石和金属的能力以及关于制造黄金的说法为诈骗提供了可乘之机，导致人们普遍将化学与不道德的勾当联系起来。早在中世纪晚期，但丁就把化学家——“自然的模仿者”——与伪造者一道置于地狱的第八圈，后来，17世纪剧作家本·琼森在其《炼金术士》（1610）中也用弄虚作假的化学家及其贪婪的客户来增强喜剧效果。
17世纪的化学训练大都是在医学环境中进行的。在德国，约翰内斯·哈特曼（1568—1631）于1609年成为第一位化学医学（chemiatria）教授。授予他此项教职的马堡大学是黑森——卡塞尔公国的莫里茨王子新建（因此更能创新）的一所加尔文主义机构，莫里茨王子的宫廷资助了许多制金者、帕拉塞尔苏斯主义者和其他化学家。在法国，常规的化学教育开始于巴黎的国王花园（Jardin du Roi），这是一个旨在传播和研究药用植物的植物园。一系列讲师在花园基于面向公众的实验演示来讲授实用课程。私人讲师往往是药剂师，他们也讲化学课，比如尼古拉·莱默里就在其巴黎寓所内讲课，他的教科书《化学教程》（1675）成为畅销书。事实上，在法国和德国出版的数十本化学教科书确立了一种教学传统，弥补了化学在大学课程中的缺失。
化学的实用色彩并不意味着它没有对自然哲学理论作出重要贡献，事实恰恰相反。17世纪最重要的进展之一，即原子论的复兴，便是部分建基于化学观念和化学观察。13世纪末的一位被称为盖伯的拉丁炼金术士，已经用一种准微粒的物质理论来解释化学性质。例如，他设想金的“最微小部分”被紧紧挤在一起，其间不留空隙，从而解释了金的密度和耐腐蚀性。而铁的“最微小部分”排列得更为松散，留下的空隙使铁的重量更轻，并且为火和腐蚀剂进入铁、将其分解为铁锈提供了空间。后来的化学家继续发展稳定的微粒这一思想，并借此来解释他们观察到的现象。主流的亚里士多德主义者