The Poetry of Science_ or_ Studies of the Physical Phenomena of Nature Robert Hunt 988 downloads.pdf

古腾堡计划电子书《科学的诗意；或，对自然物理现象的研究》
此电子书可供美国及世界其他大部分地区的任何人免费使用，且几乎没有任何限制。您可以根据随附的古腾堡计划许可条款，或访问www.gutenberg.org获取相关许可，从而复制、分发或重新使用此电子书。如果您不在美国，使用此电子书前需先了解您所在国家的法律规定。

书名：《科学的诗意；或，对自然物理现象的研究》
作者：罗伯特·亨特
发布日期：2016年4月30日 [电子书编号#51897]
最新更新时间：2024年10月23日
语言：英语
更多信息及格式请访问：www.gutenberg.org/ebooks/51897
致谢：由Emmanuel Ackerman以及http://www.pgdp.net上的在线分布式校对团队制作（该文件是由互联网档案馆/加拿大图书馆提供的图片转换而成的）

*** 古腾堡计划电子书《科学的诗意；或，对自然物理现象的研究》开始 ***

科学诗篇；
或，
对自然物理现象的研究。

作者：罗伯特·亨特，著有《光的研究》、《基础物理学》、《潘西娅，即自然之灵》等作品，曾任大都会科学学校物理学教授等职。

第三版，经过修订与扩充。

伦敦：
亨利·G·博恩，考文特花园约克街。
1854年。

从莎士比亚到柏拉图——从哲学诗人到诗意的哲学家——这种转变其实很容易实现，而历史上也有许多例子可以作为我们当前主题的佐证。

你可曾认真思考过“存在”本身，将其视为一种纯粹的存在行为？你可曾深思地对自己说：“就是如此！”——此时你不会去在意面前的是人、花还是沙粒，简而言之，你不会去考虑存在的具体形式或方式。如果你真的做到了这一点，那你必定会感受到一种神秘感，这种神秘感一定会让你的心灵充满敬畏与惊奇。
——柯勒律治

伦敦：
威尔逊与奥吉尔维出版社，
斯金纳街57号。

前言
自1848年《科学之诗》首次面世以来，已历经两版，均被抢购一空。倘若需要校样，这一事实本身便足以说明：有大量读者对科学中的各种推论抱有浓厚的兴趣。此外，它还表明：无论何种真理看似多么抽象，只要将其与那些能够涵盖各种自然现象的普遍规律联系起来加以研究，就会展现出巨大的实用价值。基于这样的信念，第三版的《科学之诗》对内容进行了扩充，涵盖了截至1853年底在自然哲学领域所取得的所有重要发现。现在，这本书以全新的形式、更低的定价呈现在世人面前，希望随着其传播范围的扩大，能激发更多人对书中所述科学领域的深入而健康的兴趣。

R. H.
爱丁堡，1854年3月7日

目录
页码

前言 iii

目录。v

引言。ix

第一章。

物质的一般性质
物质的多种形态及其不断变化的外在形式——尘埃的颗粒、其性质与作用力——无机物质中的组合以及有组织的结构——我们对物质的认知——关于基本原子的理论——作用于物质构成的各种物理力量——那些超出实验科学范畴的微妙原理确实存在。1

第二章

运动。
物理力是否属于运动的形态？——运动的定义——关于运动的哲学观点，以及与运动相关的原理——地球与太阳系的运动——地球绕自身轴心旋转的可见证据——地球自身的运动对物质状态的影响——运动转化为热能的理论等等——物理力被视为独立于运动之外的原理，尽管它们往往是运动的成因，有时甚至看似是运动的结果。

第三章。

引力。
物质的形态——
地球的形状——
该行星在星云状态中形成这一现象的概率——
黄道光——
彗星——
通过人工手段使固体物质挥发——引力的原理——引力在空间中的作用以及在其最小作用范围内的影响——
各行星的引力强度——地球的密度——
牛顿万有引力定律的正确性——海王星的发现——脱离引力作用的物体状态——
解释土星环等的实验——
总体推论21

分子力。
物质的状况——
各种有序结构形式——无机物形态——所有物质均可还原为最简单的状态——
转化是一种自然现象——
化学基本原理——
物质的可分割性——原子、分子、粒子——
分子力包含多种作用力，例如热对物体的作用力；所有物体都具有多孔性——溶液、混合物、化合物——
力的作用中心——不同状态的物质（同素异形体状态）——富兰克林、埃皮努斯和库仑的理论——电力和磁力——古代人的观念——内聚力等等。35

第五章。

结晶作用力
结晶与分子力——区别——实验证据——构成晶体的粒子的极性——有机形态与无机形态的差异——自然界中晶体的分解——晶体中粒子的取代现象——假象晶形——晶形并不取决于化学性质——同质多象性——二态性——关于结晶吸引力的理论——电与磁的影响——结晶过程中的现象——原始原子能否发生形态变化？——结晶的实例说明 50

第六章

热量——太阳热与地球热
太阳热与地球热 62
——地球在太阳系中的位置——阳光中所包含的热量与光——物体对热量的透射性——光谱中不同颜色光线的加热能力——波动理论——地壳的导热性——对流——辐射——大气层对热射线的影响——特殊的热射线——不同物体对热量的吸收与辐射——太阳光成分的变化——被吸收的太阳热与被反射的太阳热之间的差异——露水现象——太阳热对海洋的影响——大气层与海洋对热量的循环作用——地球的温度——平均温度——中心

热量——恒定
热辐射
所有物体发出的射线
——热成像技术——
热量对分子排列的影响
地球上的热源——物体的潜热——动物的热量
——绝热过程——
球形状态下的寒冷
——凝结现象——
冻结现象及其理论解释
热量——自然现象——以及哲学上的结论

第七章

光。
光的本质理论——牛顿与惠更斯的假说
——光的来源——太阳
——光的速度——透明度
——光谱中的暗线——光的吸收
——颜色——棱镜分析——光谱线——彩虹
——衍射——干涉
——歌德的理论——偏振——光的磁化
——视觉——眼睛——类比
——声音与光——光对动物和植物的影响
——由多种原因产生的磷光——人造光——其颜色取决于物质 118

第八章。

化学性辐射——光辐射。
太阳光及其能量
——角的变黑现象
银——尼埃普斯的发现——棱镜光谱
光、热与光辐射的折射性——达盖尔的发现——摄影术
太阳辐射产生的化学效应
光辐射的吸收作用
达盖尔照相法中的各种现象
所有物体所发生的化学变化
物质恢复原有状态的能力
光能防止化学变化
在黑暗中拍摄的照片
光对有组织结构的物体的化学影响
太阳热量的化学效应
光辐射对电的影响
黑暗中的辐射——莫泽尔的发现等。166

第九章。

电。
电力的发现——193
电力遍布于所有物质之中——什么是电？——各种理论——摩擦生电——物体的导电性——两种流体的假说——电的图像——伏打电——对动物的影响——伏打电池的化学原理——一滴水所具有的电能——电化学作用——电流——热电现象——动物电——电鳗与鱼雷——大气中的电——闪电——导体——电流产生的地球磁场——对动植物生命活动的影响——地面电流——矿脉中的电能——电铸术——热量、光线及辐射的作用

关于电现象
第十章

磁性。
磁铁——
古人对磁性的认识——人造磁铁——电磁铁——电磁学——
磁电现象——关于磁性的各种理论——软铁和钢的磁性——热量对磁性的影响——地磁场——指南针指针的偏转——地球磁场的变化——磁极——汉斯汀的推测——月度与日度变化、磁场的强度与方向——热磁性——北极光——磁暴——物质的磁性状态——抗磁性等等。235
第十一章。

化学力。
自然界的化学现象——
由化学结合所引起的变化——
物质的原子结构——结合规律——
反应物之间的等量关系——选择性亲和力——化学分解——
化学现象的复合特性——催化作用及其影响——
有机物的转化——有机化学——
反应比例的恒定性——体积定律、取代定律、同分异构状态等等。270

第十二章。

化学现象。
水——其组成成分——
氧——氢——
过氧化氢
——水的物理性质——冰——海水
——氯——盐酸——碘
——溴——
氢与碳的化合物——燃烧
——火焰——安全灯——呼吸作用——
动物的热量——大气层——
碳酸——植物对空气的影响——植被的化学现象——
氮的化合物——矿物界，等等。295

第十三章。

时间——地质现象
时间，作为自然界运作中的要素——地质科学——其事实与推论——星云假说的应用——原始岩层——深成岩与变质岩——过渡岩系——古生代岩层——有机生命的出现——深成岩中磷酸的存在——化石遗迹——煤的形成——砂岩——第三纪岩层——始新世、中新世和上新世的岩层——如今显而易见的渐进变化——总体结论——物理学在解释中的作用 332

第十四章

植物生命现象。
花的心理学——物质向有序结构的演变——生命力——自然发生——植物细胞——最简单的结构形式——晶体与细胞——原始胚芽——植物的生长过程——光的影响——形态学——发芽——木质纤维的形成——叶子——叶绿素——碳酸的分解——光、热及辐射对植物生命现象的影响——花与果实——徒长现象——季节变化对阳光强度的影响——植物的分布——电力与各种物理力量 357

第十五章。

动物生命现象。
自然界的各个界别——动物生命的演化——海绵——水螅体——原生动物——微小动物——发光动物——环节动物——多足动物——动物的变态发育——鱼类——鸟类——哺乳动物——神经系统——动物电——化学因素的影响——光对动物生命的影响——动物产生的热量——机械作用——神经兴奋——人类与各种动物群体等。383

总体结论。
太阳系运动对物理现象产生的影响——物理力在宇宙空间中的作用——各种力量的平衡——物质的多样性——物质的延展性——虚无理论——物质创生是一个无可争议的事实——研究科学的益处——结论 403

索引 413

博恩的书籍。

转录者注。

引言。
真实即美好。每当这一事实为我们的感官所感知时，它所带来的影响便具有提升灵魂的力量。无论是通过物质的外在形态来领略美，还是通过光与色的和谐来感受美，或是通过悦耳的声音来欣赏美，又或是通过与那些构成万物内在本质的要素相融合来体会美——这些美都是诗人自然而然的创作主题，也是哲学家们乐于研究的对象。

但有人会问：艰苦的科学研究与构成诗歌的那种超凡意境之间究竟存在怎样的联系呢？实验室里的各种气体、碱液和酸类，以及天文台里的各种机械装置、望远镜和透镜，似乎都不适合出现在缪斯女神所描绘的美丽景象之中。然而，正是化学家在实验室里的辛勤工作，以及天文学家在观测塔上的无数观察，才孕育出了那些真理；哲学家们利用这些真理来解读自然的奥秘，也为诗人的灵魂提供了他在崇高想象中所追求的实在之物。

科学通过归纳法从物质世界中探寻其基本原理以及这些原理所遵循的规律。哲学则努力将已发现的事实应用于存在的各种现象之中，从零散的观察结果中推导出普遍性的结论，从而从物质及其属性上升至那些驱动整个世界的力量，这些力量仿佛悬浮在感官的边界上，虽朦胧不清，却暗示着那些与无限更为接近、并在心灵现象中神秘显现的更高力量。诗歌则既把握科学的事实，也理解哲学的理论；它以优美的思想将二者结合起来，以此唤起最单纯的心灵对真理的追求，引导善于思考的头脑不断向更高的境界迈进；它将平凡的现象与崇高的理念联系起来，并运用其最神圣的力量，为人类的心灵赋予“真实”这一至高无上的力量。

真理是诗人思想的灵魂；真理也是哲学家辛勤劳动的回报。承载着这一特质的他们的作品，将永远流传于世。如今的科学为能够服务于文明的发展而欢欣鼓舞，它满足于因那些能提升生活舒适度或增添生活奢华感的应用而获得的回报。在艺术与制造业方面的每一项进步，除了能增加社会效益之外，还有助于提升人类的境界。科学在我们日常的工作中始终发挥着作用，但在安息日时却不可被忽视——此时我们停止劳作，可以愉快地思考那些为我们所知晓的真理，从而以有限生命所能及的方式，与那些赋予万物生命、美丽与神圣之力的力量建立联系。

人类的心灵天生就乐于探索真理；即便在各种错误观念的持续影响下，真理的曙光仍会如阳光般照亮那些身处黑暗牢狱中的痛苦之人。心灵的努力在于在创造世界的种种奥秘之中追寻真理，从被厚重阴云笼罩的平原上采集那些闪耀着天界色彩的珍宝。诗人可以报答大自然的恩赐，哲学家则可以回归到我们共同的母亲怀抱之中；即便他们的名字会随着时间的流逝而消失，就像从天空中消失的行星一般，但他们为人类揭示的真理却会以永恒不灭的光辉继续闪耀。真理不会消亡，它会从一个人传递到另一个人，一路上传播光明，并在传播过程中不断焕发新的光彩。真实即美好，而那些被揭示给我们的真理让我们能够发现世间更多的美好。真理带来的喜悦如同快乐孩童的响亮笑声，那欢快的声音会在最偏僻的地方回荡。永远保持真实，这就是诗歌的精髓；而真理的揭示，则是科学的诗意。

人类是一种拥有强大能力的创造物，但对自己而言却是个谜。他们生活在这样一个奇妙的世界里，周围涌现出无数形态各异、充满神奇色彩的现象，宛如不安之夜中的幻影。坚硬的岩石也会遵循某种力量，使其原子组合成千变万化的形状，每一个形状都堪称几何学上的完美之作。而覆盖在岩石表面的植物……

对某种外部刺激的响应会以多种多样的形式表现出来，从极为优雅的到极其怪异的，其特性也更为多样且相互对立。在更高层次冲动的驱动下，动物有机体——那些内在的力量不断改变着外部力量的影响——从单细胞生物到猛犸象，再到人类，呈现出一系列更为惊人的组合形态，以及更为奇特的对立特征。

将目光投向地球之外的浩瀚空间，我们会发现行星与行星之间、星系与星系之间彼此相连，所有这些都在一种普遍力量的驱使下，有规律地围绕着一个共同的中心运转。最遥远的恒星的摆动也能通过这种无形的纽带传递过来；而我们的地球也在各种力量的作用下遵循着某种神秘的规律，这些力量调控着地球上的无机物质，而地球上的有机生命则不得不屈服于这些力量之下。

白天的灿烂太阳，以及夜晚寂静而神秘中的月亮和星星，都被认为能够影响所有的物质世界，它们用那根无法断裂的绳索将地球紧紧束缚在一起。广阔海洋中的潮汐现象、多样的动植物生命、被风暴云遮蔽却又被彩虹点缀的大气层，或是被电光闪烁所撕裂的天空——这一切都证明了这些基本力量的强大。

这些只不过是发生在我们这个星球上的诸多奇妙现象中的一小部分，它们要么让人惊叹不已，要么令人恐惧不安。在迈向更高境界的进程中，人类的思维面临着将地球视为一个需要解决的问题的任务，而在有生之年内，人类必须努力去解答它。人类的智慧足以理解一切有限的事物。只要经过适当的训练，人类就能够探究整个可见世界的奥秘，甚至能够了解驱动整个世界运转的那些秘密机制。

在朦胧的阴影中，地球上最早的诗人们从外部自然的美丽景象中汲取灵感，创造了许多美好的精神意象。在他们看来，幽暗的森林里栖息着各种灵体；喷涌的泉水中有奇妙的精灵出没；奔流的瀑布呈现出透明的色彩；巨大的山丘则是神灵的居所；而环绕地球的海洋则由……守护着。

那些神秘莫测的形态，正是人类在最初意识到存在着不可见的力量时，凭借其敏锐的思维所创造出来的。哲学家在由因及果、错综复杂的黑暗路径中艰难前行，逐渐接近光明，从而捕捉到那伟大现实的轮廓——宛如海市蜃楼一般，美丽而真实，尽管终究只是那浩瀚不可见之物的倒影罢了。正如此，人类的思维从理想走向现实，诗人蜕变为哲学家，而哲学家则又成为诗人；但就在我们从神话走向事实的同时，那些曾让浪漫主义显得神圣、为一切追求赋予崇高意义的灵魂情感，却常常被融入那种沉闷的哲学之中，这种哲学执着于世俗，将人的思维降格为机械性的存在，只满足于积累事实，而不去关注支配这些事实的伟大法则，以及维持一切物质组合和谐的规律。在科学中，我们可以找到最崇高的诗歌元素；在物理力量的神秘运作中，我们能够发现与那无限的思想世界的联系——那些伟大的头脑乐于在其中考验自己的能力，其复杂程度与秩序之美，几乎与他们主要研究的心理现象如出一辙。在可见的自然界中，由于其形态的多样性以及色彩的魅力，我们能感受到美；而在那些始终在不断创造和维持物质现状的原理作用下，我们则能体会到崇高。花朵的形态与色彩或许能引发我们的赞叹，但当我们开始探究构成那种对称美与绚丽色彩的所有现象，了解其结构各部分的生理构造，了解其木质纤维与汁液的形成机制，以及了解其表面如何将白色阳光反射为彩色光线的规律时，我们的赞叹便升华为对这一完美过程的深深惊叹，以及对那位伟大设计者的敬畏之情。的确，“树木也有语言”；唯有科学才能解读它们神秘的低语，而这，便是科学的诗意所在。

仅仅陈述一个真理是不够的，那只是完成了任务的一半而已。正如每一个物质原子都处于由各种性质与力量构成的环境中，这些性质与力量将它与宇宙中的所有物质联系在一起；同样，每一个真理，无论多么普通，也都被各种冲动所环绕——这些冲动一旦被激发，就会像音乐波动一样从一个人类灵魂传递到另一个灵魂，通过空间的回声不断重复，永世不息。那些源于对推动物质变化的各种力量的思考、并以科学所揭示的真理为基础而产生的诗歌，绝不应逊色于那些因物质形态之美及其组合之妙而产生的诗歌。人类对自己及其所处世界的想象——即浪漫主义思维的产物——一直以来都备受人们的热烈追捧。我们存在的奥秘以及我们最终消亡的奥秘，不断刺激着那些试图理解自身本质的人类智慧，从而自然而然地引发了对理想境界的向往。那些能够引导人类智慧迈向其内心深处所渴望的那种认知境界的真理，所带来的震撼远超过任何再美的幻想作品。现实中的现象比理想世界中的幻象更为惊人；真理比虚构更加不可思议。科学在研究物质组合方面所取得的许多发现，都展现出了我们此前通过推理根本无法预料的结果，这些结果体现了自然力量之间的精妙平衡以及它们那不可控的强大威力，为我们的感官提供了极具诗意的美感体验。当雷云在我们头顶上怒吼时，我们会感到恐惧；诗人则利用暴风雨的恐怖景象来增强诗句的感染力。想象力会创造出风暴之王的形象，浪漫主义的天才则用闪电为他的恶魔们披上外衣，而雷声则作为它们的前兆。这些狂野的想象一直深受人类喜爱，其中确实蕴含着令人惊叹的元素；但是，那些已被证实的事实——比如花朵上闪烁的露珠，或是眼睑上颤动的泪珠，其透明结构中蕴含的电能，竟然与暴风雨期间雷云释放的电能相当——难道不更令人惊叹吗？

在这些关于不断呈现在人们视野中的各种现象，以及科学在探索物质世界过程中所揭示的各种因果关系的研究中，我们可以发现：在外部世界的美丽表象之下，存在着一种如同其“灵魂”一般的普遍力量。这种力量以多种形式存在，为整个世界赋予生命与美感，并将这个物质世界的各个部分与某种我们无法理解的宇宙性原则紧密相连。至于人类能否通过提升思维能力来掌握那些支配着这些遥远原理的规律，以我们目前的智力水平还无法确定。但即便我们能够清晰地认识到那种被我们认为能够支配已知力量的理论性力量，我们仍然必须承认还有某种我们无法知晓的力量存在，而这种力量只能归因于创造者的意志。

科学的诗篇。

第一章 物质的一般状况
物质的多种形态及其不断变化的外在形式——尘埃的特性与作用力——无机物质与有机生物中的组合现象——我们对物质的认知——关于基本原子的理论——作用于物质构成的各种物理力量——那些超出实验科学范畴的微妙原理确实存在并发挥着作用。

地球以各种有机与无机物质的形式，向我们展现着无穷多样的现象。无论是晶体状还是层状的岩石，或是与氧、硫及其他元素结合而成的各种金属，或是那些闪耀着光芒、散发着色彩的宝石，再或是植物界千变万化的形态与色彩，以及更为神秘的动物世界，都让我们不得不承认：一切终究都是尘埃，也终将回归尘埃。无论物质看似多么稳定，其形态始终处于变化之中。“永恒之山”的表面会被滋润大地的细雨侵蚀，而这些被冲刷下来的碎石又会随着水流进入海洋，从而形成新的大陆。从地球的岩石与山脉上，我们可以看到地球过去的变迁痕迹，这些记录告诉我们一个不可动摇的事实：正如现在正在过去，地球的形态也将发生重大变化。那些曾经造就安第斯山脉和喜马拉雅山脉的力量至今仍在起作用；那些被河流从陆地带到海洋、最终沉积成层状物质的微粒，将来也会孕育出新的世界，生命将在那里继续发展，而一种强大的智慧也将遍布这些新世界。

如果我们观察地球上那些美丽而多样的有机生物，就会发现变化是确定且持续不断的。

植物生命转化为动物形态，二者最终都会消亡，为未来的植物提供养分。如今身为强大民族领袖的人类，几年之后也会回归到最初的尘土之中。那个曾被赋予统治权与紫色长袍的、由基本原子构成的存在，过一段时间后或许会在田野里的草丛中，或山谷中平凡的花朵中被找到。

因此，有一个确定的真理——我们周围所有可见的事物都不过是原子的聚合体。在显微镜下几乎无法区分彼此的尘埃微粒，孕育出了大自然中各种多样的形态。这些尘埃颗粒、沙粒拥有奇异的性质与力量。科学已经揭示了一些真相，但在这看似普通的物质分子中，还有更多奥秘尚未被我们的哲学所揭示。它对热量的反应如此奇特，光线对其的影响也充满神秘，电场能奇妙地激发它，而它对化学力量的反应则更为令人惊叹。这些都是我们已经观察到的现象；我们了解它们，也能随心所欲地再现它们。我们已稍稍揭开了自然的秘密，从目前所掌握的知识出发，我们以更加清晰的视野展望未来；但我们也发现仍有许多未知之处，这让我们认识到另一个事实——对于与这些尘埃颗粒相关的大量事物，我们其实还极为无知。

这些尘埃颗粒会聚集在一起，彼此相互作用，按照某种规律围绕中心排列，从而形成美丽的晶体，其几何上的完美结构令人赞叹不已。它们还具备其他力量：原子与原子相互结合，在各种外部作用力的影响下发生难以解释的变化。那些构成钻石的尘埃，可以汇聚成高大的树木；它们还能混合在一起，形成优雅、芳香且色彩绚丽的花朵；进一步结合则能产生美味的果实。它们在尚未被发现的能量驱动下活跃起来，展现出生命迹象：尘埃在生命力的神秘作用下开始运动，进而形成了血液、骨骼、神经和肌肉。有一些力量是我们即便运用最精密的哲学理论也无法察觉的，正是这些力量在支配着一切，而同样的尘埃……

它们构成了岩石，也在树木中生长，从而形成了有生命、会呼吸的实体，能够接受神圣的光辉，在新的状态中承载着灵魂的喜悦与荣耀。
这些思考促使我们反思自己的知识水平。我们会问自己：我们究竟知道些什么？我们知道，这个充满多样性的世界是由各种物质原子构成的；尽管这些原子以多种形式呈现于我们面前，但它们之间很可能并无本质上的差异。
我们还知道，这些原子遵循某些规律，而这些规律似乎取决于运动、引力、热力、光、电以及化学作用力等的影响。我们只能通过这些力量对物质产生的作用来了解它们；虽然我们将所发现的种种现象视为不同原理的表现，但它们或许只是某种普遍力量的不同表现形式而已。
因此，在探讨科学所揭示的真理时，为了让思维专注于这一主题，我们有必要假设某些条件为真。这些条件可以用几句话概括出来，之后，我们就不必再去纠结那些一直困扰着科学、阻碍真理发展的形而上学难题，而是继续研究我们对周围不断出现的现象的了解。
在人类所能探索的范围之内，无论是无机物还是有机物，都是由原子构成的；在特定物理力的作用下，这些原子能够呈现出与其所在物体物理状态相对应的特性。[1]
那些能够产生这些特性的已知力量包括：运动形式、引力与聚集作用、热力与光；此外还有放射作用或化学辐射、各种形式的电力，以及被视为独立基本原理结果的化学亲和力。
这些力量应被视作能够完全独立地发挥作用的力。它们或许只是同一原理的不同表现形式，但这种观点仍只是一种假设而已。

这些观点仅依赖于一些粗略的类比，因此，任何试图仅依据科学真理来解释问题的尝试都是不可取的，否则将会带来风险。在研究自然界中的各种现象时，我们不得不认为，必定存在着比科学所发现的那些更为根本、更为活跃的力量，正是这些力量驱动着生命活动，无论是在植物还是动物身上。在探讨这些问题时，虽然无法完全避免推测，但只能在其有助于将各种现象联系起来时才加以运用。我们必须研究那些赋予自然以形态与特征的活跃力量——它们决定了生命的和谐、美丽与活力；同时，物质状态的那些巨大变化也依赖于这些力量，而这些变化恰恰让我们相信：死亡只不过是另一种存在状态的开始。

脚注：
[1] 艾萨克·牛顿爵士认为物质是由坚硬、不可穿透且完全无弹性的原子构成的。
博斯科维奇则对物质的构成有不同的看法。在他看来，最基本的原子是一个被具有无限弹性力的场所包围的点。（关于博斯科维奇理论的详细说明，可参阅罗宾逊博士的《机械哲学》一书。）
法拉第博士的观点也值得关注——从他那篇富有启发性的重要论文中的一两段简短摘录中就能了解其观点：“如果假设上述关于物质构成的观点是正确的——那么，我们可以把物质粒子以及它们之间的空间（比如在水或水蒸气中）视为两种不同的东西——那么空间就应该是唯一连续的部分，因为粒子之间是通过空间相互隔开的。空间会像一张网一样渗透到所有物质中，只不过它没有网眼，而是形成了一个个单元，将每个原子与其周围的原子隔离开来，而空间本身则是连续的。”
在研究不同物体的导电性时，由于空间是唯一连续的部分，根据现有的物质观，空间有时会成为导体，有时则会成为绝缘体。因此有这样的观点：“由此看来，如果接受传统的原子理论，那么就可以证明，在绝缘体中空间是绝缘体，而在导体中空间则是导体；但这种推理最终只会推翻该理论而已。”

“总而言之，如果空间是绝缘体，那它就不可能存在于导体中；而如果空间是导体，那它也不可能存在于绝缘体中。”——迈克尔·法拉第所著《关于电传导与物质本质的思考》，D.C.L., F.R.S.等头衔持有者所著，载于《哲学杂志》第24卷，第三系列。另可参阅沃拉斯顿所著《关于大气层有限范围的论述》，载于1822年的《哲学汇刊》；杨所著《关于物质基本性质的论述》，收录于《自然哲学讲义》；莫索蒂所著《关于分子作用的论述》，载于《科学回忆录》第1卷，第448页。

第二章 运动
物理力是否属于运动的形式？——运动的定义——
关于运动的哲学观点，以及与之相关的原理——地球与太阳系的运动——地球绕自身轴心旋转的可见证据——
地球自身的运动对物质状态的影响——运动转化为热能的理论等等——虽然物理力往往是运动的起因或结果，但人们仍将其视为独立于运动之外的原理。

当今许多著名的思想家倾向于将自然界中所有的作用原理都视为“运动的形式”——他们认为光、热、电，甚至生命力，都是物质粒子之间“位置变化”所产生的现象；而这种变化、扰动或运动则依赖于某种无法被定义的推动者。[2]
那种习惯于将纯粹的归纳分析让位于虚幻的假设，将物质世界视为仅由一些本质属性构成的形而上学实体的人，使得一些著名哲学家试图证明：宇宙中各种神奇的现象其实不过是运动的种种表现形式，背后并无任何先在的力量存在。[3]
形而上学家们对于运动的看法涉及许多复杂的考量，目前我们无需深入探讨。我们只需将运动视为物质质量的位置变化即可。然而，物质本身无法实现这种变化，因为没有推动者的话就不可能有位置变化；因此，从严格意义上来说，运动并非物质的属性。[4]

运动依赖于作用在所有物质上的某些外部干扰力与驱动力；因此，既然每种运动方式都是由作用在运动物体之外的某种力量所决定的，那么从哲学上讲，运动就只能被视为物质在特定条件下的特殊状态。艾萨克·牛顿爵士说：“我们在世界上几乎看不到任何运动，除非它是源自自然的主动力量，或是出于意志的驱使。”[5] 柏拉图、亚里士多德以及毕达哥拉斯学派认为，整个自然界中都存在着一种活跃的力量，物质的种种性质都取决于这种力量。这其实与库德沃思所说的“可塑本质”、伯克利主教所说的“理智之火与人工之火”是相同的概念；所有的运动方式都可以归结为这些力量的作用结果。艾萨克·牛顿也认为，物质宇宙及其各种现象都是依赖于“主动力量”的——比如引力，正是由于引力，行星和彗星才能保持在轨道上运动，而所有物体在下落时也会获得一定的运动速度；还有促进作用力，正是由于它，动物的心脏和血液才能保持持续的温暖与运动状态，地球的内部也能始终保持温暖，许多物体能够燃烧并发光，太阳本身也能燃烧并发光，用它的光来温暖和照亮万物。

地球以每小时1,000多英里的速度绕着自己的轴旋转，同时在同一时间内还能以超过68,000英里的速度绕太阳运转。[8] 地球以及我们太阳系中的其他行星都是围绕一个共同的中心沿椭圆轨道运动的，因此它们的运动不可能仅仅是由某种推力所导致的。至少必须有两种力量在起作用：一种力量使行星向中心靠拢，另一种力量则推动它们沿着曲线做切线运动。这样一来，我们就有了一个由某种力量束缚在巨大中心质量周围的球体系统，这些球体以极快的速度围绕该中心旋转。不仅如此，整个太阳系也被同样的神秘力量束缚在一个尚未被发现的中心周围，以每圈33,550,000地理英里的速度朝着空间中的某个点移动，而与此同时地球才完成一次绕太阳的公转。[9] 钟摆的摆动或球体的旋转等现象，都为地球绕自身轴旋转提供了证据，这些现象实在有趣得不容忽视。

在机械哲学中，有两个含义相近的概念——振动平面的守恒与旋转轴的守恒。对于非专业读者而言，这些概念需要解释；为尽可能简化说明，我们恳请机械哲学领域的专家予以谅解。让我们在一个小圆桌的中心固定一根竖杆，该竖杆顶部有一根延伸出来的臂，我们可以在其上悬挂一个通过绳子连接的相当重的重物。这就是我们的实验装置：在桌面上画一条粉笔线，摆锤将沿着这条线摆动；再将这条线延伸到地板上或墙上的标记处，这样我们的装置就准备好了。将摆锤的球体慢慢抬高并释放，使其振动平面与所画的直线保持一致。当摆锤沿着这条线稳定摆动时，再缓慢而平稳地转动桌子。此时会发现，摆锤仍然会沿着我们延伸到墙上的那条线方向振动，但桌面上的那条线则逐渐远离摆锤。如果我们没有那根竖杆，那么即使把桌子完全转过来，摆锤的振动方向也丝毫不会改变。现在，如果从某个高处，比如圣保罗大教堂的穹顶中心，悬挂一个又长又重的摆锤，并在地板上标出让摆锤自由振动的直线，那么就会像在桌子上的实验那样，看到这条标记线会逐渐远离摆锤下方。尽管地球表面上的那条线会因为地球绕轴自转而不断向前移动，但摆锤仍会在它最初确定的平面内继续振动。旋转轴守恒定律也与此类似。如果让一个普通的风车以倾斜的角度旋转，就会发现它的旋转轴会始终指向运动开始时的方向。如果在车床中放置一个重球，让其突出的轴点搁在可移动的轴承上，然后让这个球以极快的速度旋转，那么即使移除其中一个轴承，这个球也不会掉落到地上。由于运动速度极快，那些有下落趋势的粒子位置会不断变化，从而使得运动力与重力达到平衡；通过这个实验，我们可以理解行星和恒星为何能够以足够的速度绕自身轴旋转，从而在太空中保持稳定状态。一个经过精心平衡的质点，无论是球体还是圆盘，都可以被固定在类似跷跷板的装置中。

这种装置用于调整指南针的指针，它通过某种机械结构实现快速旋转。尽管地球在不断运动，但其旋转轴的位置却始终不变；因此，借助这种被称为陀螺仪的仪器，我们就能像使用摆钟一样，确定地球绕自身轴心的运动情况。由此我们也能明白：为什么在地球绕太阳公转的过程中，它的轴线始终指向太空中的某一点——在夜空中，那点就是北极星。

除了这些巨大的旋转运动之外，地球还存在着其他运动，比如分点的进动以及地轴的章动。地球在其轨道上前进的同时，还会围绕某个点有规律地摆动，就像一个巨大的陀螺在飞速穿越太空的巨型飞船甲板上不停旋转一样，这便是地球在遵循着伟大的运动定律而运动的表现。

假设各种物理力的作用暂时停止，那么这些运动的剧烈冲击足以将地球的物质散布到整个太空中，使其变成普通的星尘。

在思考这个庞大系统如何保持其秩序与美感的机制时，让我们尽量不去考虑地球在整个宇宙中的宏观运动，而是专注于那些与地球这一小型天体群体直接相关的运动效应。

虽然我们还没有实验上的证据，但我们绝不能怀疑：地球自身的运动确实会对其构成物质的状况产生重要影响。每一对原子都如同天平一般，处于一种微妙的平衡状态——一方面存在离心力试图将它们分开，另一方面则有着重力与内聚力试图将它们结合在一起。弹簧已经处于极度紧张的状态，再有一丝震动，它就会断裂。

即便借助人类最熟练的工匠所创造的作品作为比较，我们也无法完全表达出行星力学那令人惊叹的精妙程度，毕竟目前科学所能揭示的还只是其中的一小部分而已。我们必须承认，对于这一庞大复杂系统的理解，我们的认知仍然极为有限。

我们所知道的是，这颗行星以一定的规律和恒定的速度运转，其速度之强足以粉碎最坚硬的岩石；然而，轻轻落在花朵上的绒毛却丝毫不会受到影响。由此可见，物质具有某种力量，使得质量与质量之间、原子与原子之间能够相互结合；这些力量并非我们已研究的那些运动所产生的结果，而是与这些运动相抗衡的力量，它们维持着地球目前的形态。那么，这些力量是否还与其他运动有关呢？我们不知道有这样的运动存在。物质粒子之间很可能不存在绝对静止的状态。电的作用、化学力、晶体的聚集、热量的膨胀力以及许多其他已知的作用力都在不断阻止这种静止状态的出现。不过必须记住，构成一个物体的每一个原子都可能处于各种力的平衡状态之中，因此可以被视为相对静止的。

理论认为运动会产生力——物体被移动时，它位置的机械变化就被视为产生了热量；正因如此，现代科学经过深入研究后得出结论：运动与热量是可以相互转化的。虽然我们承认构成这个世界的物质原子从来不会处于静止状态，但我们无法认为任何有质量的粒子能够自行运动；不过一旦开始运动，它就可能成为其他粒子运动的次要原因。[10] 这个问题所带来的难题似乎如下：热量、光、电等等，它们是物质实体吗？如果它们是物质实体——比如热量就是运动的起因——那么产生热量的物质本身难道不应该也在运动吗？或者，如果它不能自行运动，那它又是被什么推动的呢？如果热量是物质且是运动的根本原因，那么物质就必然具有自我运动的能力；它既可以转化为动力，又可以同时既是原因又是结果，这显然难以被视为合乎逻辑的推论。

当我们移动一个物质粒子时，就会产生热量；如果这种力持续存在，就会产生光、电以及化学作用；从目前对现象的了解来看，这一切都是由于最初被移动的粒子所受到的机械力所导致的。[11] 必须记住，这种机械力来自被移动物体之外，很可能是由肌肉在神经的调控下、在意志的作用下产生的。

我们所假设的那些现象，其实可以用一种无需借助“运动”这一假设的解释来说明。这样一来，我们就能避免陷入形而上学思辨的险境，以及那种基于万物皆无实体的逻辑体系所带来的复杂性。当然，这种解释并不完整：我们无法将这些现象的各个特征一一对应起来，也无法将它们串联成一条完整的链条；但它足以让我们了解已知的事实，同时让未知的部分保留下来，以便进行客观的研究。

那些能够为我们带来关于自然物体的一切认知的微粒、原子——也就是有质量的物质——都包含着或被我们所称的热与电之类的原理所渗透，很可能还有许多我们尚未知晓的原理。虽然根据某种规律，这些原理或力量会与静止的物质处于静态平衡状态，但在外部刺激的作用下，它们仍能自由地发挥作用。一旦其中某一种力量的平衡被打破，另一种力量同样可以透过其产生的效应而被人类感官所感知。

当我们研究这些力量对地球所产生的影响时，就会进一步探讨它们应当被视为运动的起因而非结果这一观点。目前，我们只需大致阐述一下我们对物质状态以及各种力与机械能之间关系的看法即可。在伦福德伯爵和焦耳先生的实验中，所谓的“运动转化为热能”的现象，只不过表明了施加的机械力与释放的热量之间存在某种一致性而已。至于运动能否转化为其他形式的能量，目前还缺乏证据。

为了能够充分理解物质的奇妙特性以及支配整个宇宙形态的各种力量，我们必须将化学中所描述的构成地球的基本粒子视为具有特定且独特性质的有形、有质量的原子。同时，只要有限的人类思维能力允许，我们就应努力将这些力量——如引力、分子间吸引力、电、热、光，以及决定所有化学现象的原理——视为介于最微妙的物质形态与那些隐藏在背后的力量之间的表现形式。

生命的原则，其实仍远远逊于那种精神状态；那种精神状态在心理现象中以隐约的形式显现出来，而在其最高境界则体现为宇宙之神。

脚注：
[2] “因此，运动就是两点之间直线距离的变化。根据这一定义，似乎必须要有两个点才能构成运动；在判断某个物体或点是否处于运动状态时，我们总需要另一个点作为比较对象；而如果宇宙中只有一个原子存在，那么它既不能被说成是在运动，也不能被说成是静止的。我们所说的静止空间通常指的是地球表面，但从天文学的角度来看，地球表面的每一个点都在不断运动，而且运动方向也各不相同。此外，没有任何物质对象是可以被我们的感官视为完全静止的，或者彼此之间也是静止的；因为所有物体都会受到温度变化的持续影响，同时还会因与其他物体的相互作用而产生微小的运动，这些都会导致它们之间的距离发生难以察觉的变化。”——托马斯·杨所著《自然哲学讲义》等，P.凯兰德牧师编，1845年。
[3] “我在本文中想要阐述的观点是：那些构成实验物理学研究对象的种种不可见力量，即热、光、电、磁、化学亲和力以及运动，其实都是相互关联的，彼此之间存在依赖关系；单独来看，它们中的任何一个都不能被视为其他力量的根本原因或直接原因；不过，其中一个力量可以作为动力来产生另一个力量，或者反过来也可以转化为另一个力量——比如热可以直接或间接地产生电，电也可以产生热，其余的也是如此……虽然我非常倾向于认为上述五种物质属性最终都可以归结为运动的形式，但现在就断言它们与运动完全相同未免过于武断。因此，我在谈到它们时使用‘力’这个词，指的是那种与物质密不可分的、能够引发物质各种变化的活性力量。”——W.R.格罗夫所著《物理力之间的关联》，文学硕士、皇家学会会员。
[4] 在讨论霍布斯的假设——即只有与某物体相邻且正在运动的物体才能推动该物体运动时，波义耳问道：“我想要知道，世界上的局部运动究竟是如何产生的？要么是构成宇宙的所有物质部分都具有其固有的运动特性，正如伊壁鸠鲁学派所认为的那样；要么是某些物质部分具有这种运动能力，而另一些则没有，又或者所有物质部分都没有这种能力；但显然，所有物质部分本质上都是静止的。如果承认运动确实存在的话……”

这些特性自然存在于物质的各个部分之中，因此争论也就结束了。这一观点实际上彻底推翻了原有的假设。
“如果霍布斯先生回答说，是上帝将运动赋予了物质的某个部分，那么他说的其实是我最愿意承认为真的话；但若他要与其自己的假设保持一致的话，这种回答就毫无意义了。因为我想要知道，那种被用来解释运动的至高存在，究竟是实体还是非实体？如果它是非实体，却又能成为物体运动的动力，那么‘一切被运动的物体都是由与之相邻的物体所推动的’这一说法就不再具有普遍性了。因为在我们的假设中，那些被上帝直接或通过其他非物质存在所推动的物体，并非由相邻的物体所推动，而是由非实体的精神所推动。”——《关于理性与宗教能否调和的一些思考》：博伊尔，第三卷，第520页。
[5] 博伊尔在这一点上有一些独到的见解：
“物质各部分存在局部运动，这一点显而易见，但物质究竟是如何获得这种运动的，自古以来一直存在激烈的争论。因为那些主张微粒论的古代哲学家们（尽管他们的学说在很多方面与我们所持的观点相似，但并非全部），由于不承认宇宙有创造者，不得不认为运动是物质与生俱来的，因而与物质同时存在。然而，局部运动或运动的趋势并不属于物质的本质——因为物质在静止时与运动时本质上并无区别；而且我们还可以看到，同一块物质在运动后会恢复静止状态，而一旦保持静止状态，只要没有其他物体干扰，它就可以再次被外部力量推动而运动。我并不认为一个不是无神论者的人就是更差的自然学家，因此我愿意像一位古代的杰出哲学家那样说，运动起源于上帝；不仅如此，我认为认为物质在开始运动后被抛在一边就能自行形成这个如此美好而有序的世界，这种观点实在不可信。我进一步认为，万物的智慧创造者通过确立物体间的运动规律，并引导物质微粒的初始运动，使它们以适当的方式聚集在一起，从而构成世界；尤其是，他还创造了那些奇妙而精巧的‘机器’——生物的躯体，並赋予其中大多数生物繁衍后代的能力。”——《关于形态与性质起源的思考与实验》：博伊尔著作集，第二卷，第460页。爱丁堡，1744年。
[6] 库德沃思的《知识体系》。
[7] “根据毕达哥拉斯学派和柏拉图主义者的观点，有一种生命力贯穿于万物之中……这是一种理智的、人为的‘火’——一种内在的原则，即动物精神或自然生命，它在内部产生或塑造各种事物，就像艺术在外部发挥作用一样——它调节、控制着世间万物的各种运动、性质及组成部分。正是凭借这种生命力，巨大的物体才能保持其正常的运动轨迹，而最微小的粒子也能按照引力、重力、电力、磁力等法则进行自然运动。正是它赋予了生物本能，让蜘蛛学会织网，让蜜蜂懂得采集蜂蜜；也正是它引导植物的根系从土壤中吸取养分，让叶子和导管能够分离并吸收养分。”

“空气微粒与基本火元素会按照各自的性质行事。”——伯克利主教，《Siris》第277篇。
[8] “地球的自转周期为一个自然日，更精确地说，是23小时56分4秒。由于地球的赤道周长为24,871英里，因此其赤道表面的任何一点都会以每小时超过1,000英里的速度旋转。这一速度在两极处会逐渐减小直至为零。当地球绕地轴旋转的同时，它还在轨道上做着前进运动。如果将地球轨道的长度定为630,000,000英里，那么它在空间中的移动速度则必须超过每小时68,490英里。”——《大英百科全书·自然地理学篇》。
[9] “这就是阿格兰德、O.斯特鲁夫和彼得斯三位学者通过多尔帕特、阿博、普尔科瓦三座天文台进行的观测研究所得出的惊人成果。他们的结论如下：太阳系在空间中的运动方向，指向天球上位于赫拉克勒斯座π星与μ星连线上的某一点，该点距离π星约为这两颗恒星表观距离的四分之一。太阳及其所附属的所有天体每年沿此方向移动的距离相当于地球轨道半径的1.623倍，即33,550,000地理英里。这一数值的误差范围为1,733,000地理英里，约占其总值的七分之一。因此，我们有理由以40万比1的概率断言太阳确实存在这种前进运动；同时也有理由以1比1的概率认为其移动距离介于3800万至2900万地理英里之间。”——F.W.G.斯特鲁夫所著《恒星天文学研究：关于银河系及恒星距离的研究》，该报告是献给圣彼得堡帝国科学院院长兼公共教育部长乌瓦罗夫伯爵的。
[10] “在分析自然现象时，最常被提及且最为重要的因素就是力。力的作用要么是抵消相反力量的作用，从而维持平衡；要么是使物质产生运动。物质，或者说构成所有能直接被我们感官感知的自然物体的那种东西，具有两种看似相互矛盾的属性——活性与惯性。它的活性体现在它能够自发地使其他物质运动，同时自身也会受到其他物质的相互作用而运动；而惯性则表现为除非受到外部力量或与其他物质之间的相互作用力作用，否则它不会移动，并且会保持原有的运动或静止状态，除非有外部因素干扰它。但实际上，这种矛盾只是表面上的。力是原因，运动则是力对物质产生的结果。所以说物质是惯性的，其实只是意味着该力在产生效果时已被消耗，而同一力量无法（在不重新获得能量的情况下）产生两倍或三倍的效应。从这个角度来看，平衡可以被理解为两种相反效应的持续相互作用，这两种效应每时每刻都在抵消对方的作用。”——详见赫歇尔所著《自然哲学研究论集》第223页。

在《爱丁堡新哲学杂志》第45卷中，可以找到罗伯特·布朗博士撰写的一篇论文——《关于地球上的运动来源及其维持方式》。这篇论文值得仔细研读，因为它揭示了属于最高层次的研究领域，并包含了极具哲理性的推论。

[11] 众所周知，摩擦会产生热量；印度人通过快速摩擦两根木棍来使其燃烧，从而产生热与光这两种现象。在任何机械扰动下都能检测到电学变化，而热量在木材燃烧过程中的作用则属于化学现象。

[12] 鲁姆福德伯爵的实验是将一定质量的金属放入温度已知的水中，然后利用钻孔装置，精确测定在特定转动次数后产生的热量变化。他这样描述自己最令人满意的实验：“一切准备就绪后，我便按照计划开始实验。首先将空心圆柱体内部清理干净，用干净的毛巾将其内壁擦至完全干燥，再将带有钝头钢钻的方形铁棒插入其中；同时，通过铁棒穿过的圆形活塞将圆柱体的开口封闭起来。之后，将整个装置放置到位，再用涂有油脂的皮革环确保铁棒与圆柱体颈部以及容器两端的连接处完全密封。接着向容器中注入冷水（温度为60华氏度），并启动机器。这项实验的结果极为惊人，它带来的乐趣足以弥补我在设计及组装这些复杂机械时所付出的所有努力。圆柱体以每分钟约32次的速率旋转，刚开始运转不久，我把手伸进水中触摸圆柱体外壁，便感觉到有热量产生，没过多久，圆柱体周围的水就变得相当温暖。一小时后，我将温度计插入容器中的水中（水的重量为18.77磅，相当于2又1/4品脱），发现水温上升了47华氏度，此时水温为107华氏度。再过30分钟，也就是机器运转1小时30分钟后，容器中水的温度达到了142华氏度。从实验开始计算，两小时后水温上升到了178华氏度；两小时20分钟后则达到了200华氏度；两小时30分钟时，水甚至开始沸腾。”——摘自《关于摩擦生热起源的研究》，载于1798年的《哲学汇刊》第88卷。

“焦耳先生也在剑桥的英国科学促进会上发表了关于同一主题的报告，该报告后来发表在《哲学杂志》上，以下内容摘自该杂志：‘他在会上展示的装置是一个黄铜制成的桨轮，水平安装在装满水的容器中。可以通过重物、滑轮等装置为这个桨轮提供动力。桨轮在水中移动时阻力很大，因此每个重物（重量为4磅）的下降速度仅为每秒约1英尺。’”

滑轮距地面的高度为十二码，因此当重物下降这段距离后，就必须再次将它们卷起，以便让桨继续运动。这一过程重复了十六次之后，人们便用一种非常灵敏且精确的温度计来测量水温的上升幅度。

“以上述方式进行了九组实验，另外还进行了九组实验，目的是排除大气带来的冷却或加热效应。将实验结果换算成每磅水所能吸收的热量后，发现：水因摩擦而产生的每一度热量，都需要相当于将890磅的重物提升一英尺高度所需的机械功。”

“那些有幸生活在威尔士或苏格兰这样风景如画的地区的读者，想必可以通过测量瀑布上下游的水温来验证我的实验结果。如果我的观点正确的话，817英尺的落差自然会产生一度热量，而尼亚加拉河160英尺的落差则会使河水温度上升约五分之一度。”——《热与机械功之间的关系》，《哲学杂志》，第27卷，1845年。

第三章　引力
物质的形态——地球的形状——构成这颗行星的质量很可能曾处于星云状态——黄道光——彗星——通过人工手段使固体物质挥发——引力的原理——引力在空间中的影响以及在其最小作用范围内的表现——行星的引力强度——地球的密度——牛顿万有引力定律的正确性——海王星的发现——脱离引力作用的物体状态——解释土星环的实验等等——总体推论。

假设地球由固态、液态和气态三种物质组成，若它能够摆脱使其保持目前这种两极稍扁的球形状态的引力作用，但仍会受到其自转和公转的影响。根据支配所有高速运动物体的规律，这种情况下地球会立刻扩散到巨大的范围内。地球上的水甚至固体物质很可能会以极度稀薄的状态存在于太空中，作为围绕太阳运行的星云带，有时会因为反射太阳光或凝结成流星而被人眼所看见。[13]

这一现象可以通过实验来说明。如果在快速旋转的圆盘上放置一颗尘埃球，它几乎会立刻散开，其颗粒会按照一定的曲线排列，而这些曲线的形状会随着旋转速度的不同而变化。除了原子倾向于从中心飞散而导致的解体之外，行星在太空中的运动自然也会使其物质向外扩散；在这种假设情况下，这个天体所能达到的均匀程度其实是非常有限的。

那些可能存在的状况，其实是不同方向上的运动所共同作用的结果。在那些遥远的恒星之中，人们发现了某些类似云朵的奇特天体。这些星云在观察者眼中仅呈现出微弱的光芒，仿佛是某种发光气体所发出的光，因此长期以来一直被视为我们所讨论的那种状况的体现。天文学家们从这些神秘的星云中看到了对自己观点的印证——他们认为天空中的所有天体都曾是一层薄薄的气体，后来由于一些在太空中运动的物体不断作用，这些气体逐渐在中心处凝聚起来，最终形成了球形的恒星，它们在浩瀚的宇宙中和谐地运行着。[14]地质学家们也热衷于接受这一观点，因为它能够解释从地球结构研究中得出的理论结论，即原子在冷却过程中逐渐聚集形成晶体岩石。然而，借助罗斯勋爵制造的精密仪器，现代天文学家们的研究表明，许多看似奇特的星云其实只是恒星群而已；由于距离我们极为遥远，这些恒星发出的光便融合成了一片模糊的光带或发光膜。不过，麦哲伦云以及其他一些特殊的光源区域确实存在一些变化，而这些变化只能用它们缓慢凝聚的理论来解释。目前并没有证据可以否定这样一种观点：宇宙的形成过程可能仍在继续；在我们所熟知的物理定律作用下，粒子会持续不断地聚集在一起，最终形成球形天体。我们或许可以将黄道光视为曾经包围着整个太阳系的、属于太阳的发光大气的残余吧？而那些在彗星接近地球时出现的奇怪现象——比如比拉彗星的分裂，以及从分裂出来的部分最终形成了第二个核——难道不能有力地支持这样一种观点吗？即随着时间的推移，稀薄的物质会逐渐凝聚成固体，而在无尽的宇宙空间中，仍然存在着各种状态的星云云团。[17]

那些构成宇宙的过程，最终会形成恒星，这些恒星会在广阔的蓝天中闪耀着光芒——而那光芒正是实现有序结构以及各种美丽现象所必需的要素。通过对地球状况的仔细研究，我们可以推断出星云物质的存在。在艺术与制造业的作用下，在那些决定有序结构与生命存在的力量的作用下，固体物质会不断以一种人类感官无法察觉的状态存在。然而，每天、每时都在我们周围积累着的无数事实都表明，那些固体金属、各种矿物，以及动植物的构成成分，都会以无形的方式消失，变成“稀薄的气体”。我们知道，这些挥发后的物质仍然以某种物质形态存在于我们周围，而且许多化学实验也证明，只要条件稍有变化，最稀薄的空气也能转化为固体状态。氢气作为最轻、最虚无的化学元素，能够溶解铁、锌、砷、硫和碳；从由此形成的透明混合物中，我们可以轻易地将那些沉重的物质分离出来。这类物质肯定存在于我们的大气层中，那么它们为何不会存在于太空之中呢？这颗行星是否曾经被由微弱光线构成的星云物质所包围，或者以极不规则的轨道像彗星一样在太空中飞驰？这些问题只能依靠推理来解答。地球及其他太阳系天体是否曾经是中心恒星的一部分，后来因某种巨大的力量而被抛离出去，如今则受某种无穷力量的束缚而继续围绕那个恒星旋转？这些都是科学目前还无法揭示的谜题。不过，从宏观角度来看，这一假说确实无愧于提出它的那位伟大思想家。我们所知道的是，地球是一个扁球体，由于绕轴旋转，其赤道部分略微膨胀，两极则较为扁平；地球之所以能持续围绕太阳运行，是因为有两种力的作用——其中一种力会不断将地球拉向太阳本身，但另一种离心力以及旋转物体的动量变化则起到了阻碍作用；同样的力也来自地球的中心。

它本身，以及其物质中每一个粒子的中心，都将整体凝聚成球形。
万有引力原理[19]指的是存在于一切物质中的力，这种力使得粒子之间、质量之间相互吸引，质量较小的会朝向质量较大的那方移动。至于这种力的本质究竟是什么，我们几乎不敢妄加猜测。在人们思维所及的广阔范围内，我们看到有一种力量遍布整个空间，将那些点缀在无限宇宙中的无数星球连接在一起，这让我们不得不驻足思考：这种万有引力究竟是物质的属性，还是某种高于那些更为可感知的力量的存在？如果我们将它视为一种渗透于整个空间的微妙力量，那么我们就不得不去寻找更为精妙的另一种力量；直到我们从有限的事物上升到无限的世界，将万有引力及其作用机制归结为一切力量的核心——即永恒创造者的意志为止，我们才不会停止探索。
科学已经揭示了一个伟大的真理：正是由于这种无处不在的力量，地球才能保持在轨道上；叶子上那晶莹的露珠才能凝聚在一起；漂浮在湖面上的碎片才能聚集成一个整体；海洋才会出现潮汐现象，而大气层也会出现气压变化。在万物之中，这种力量始终处于活跃状态，贯穿于整个自然界。通过对它所遵循的规律的了解，我们可以推断出太阳和那些遥远的行星也如同地球一样是具有质量的物体。我们发现它们也具有引力，通过比较这些引力与地球的引力，我们就能判断出不同行星的质量大小。对于天文学家来说，衡量遥远恒星的质量就像工程师计算梅奈海峡的铁制隧道或其他机械结构的重量一样容易。因此，在整个宇宙中，引力的平衡始终得以维持。如果那些在午夜时分闪烁在遥远星空中的恒星中的某一颗因为某种力量而被移出原来的位置，那么这种精密平衡就会被打破，其影响将会波及到所有的星系。
从这种被称为引力的力量所遵循的规律特点来看，可以推断出它是从力源中心向外作用的；同时也有证据表明，它的强度会随着距离的平方成反比而减弱。

每个物质体的引力与其质量成正比。在天文计算中，我们首先需要知道地球的质量。实验表明，地球上最坚硬的岩石的密度也不超过2.8；但由于在距离地表很深的地方，物质所承受的压力极大，且上方的质量不断增加，因此可以肯定地球的密度肯定远高于这个数值。马斯基林通过在谢哈利恩山上使用重锤和绳索的方法，测定了大质量物体的引力。[20] 卡文迪许则利用极为精密的仪器，观测了已知重量和大小的物体之间的引力作用。通过运用算术运算以及从这些小型实验中获得的数据来分析更复杂的现象，马斯基林得出地球的平均密度为4.71，而卡文迪许则认为其为5.48；不过贝利后来通过更精确的研究将这一数值确定为5.67。[21]

通过这些经过严格实验与数学分析所得到的数据，天文学家可以通过观测遥远恒星的偏移情况，来判断那些恒星附近其他天体对其产生的影响，进而计算出各恒星的相对亮度。这样一来，该定律的准确性就受到了最严格的考验，而天文预测的精确度则成为了该定律具有普遍性和正确性的最强证明。

在浩瀚的宇宙中，天王星独自沿着它的轨道运行。它是由赫歇尔发现的——由于距离极其遥远，即使是最强大的望远镜也几乎无法探测到它微弱的光芒。自被发现以来，人们一直密切监测着它的运行轨迹，并观察到了某些异常现象。这些异常大多可以归因于已知的原因；但在天王星处于其巨大轨道的某个特定位置时，人们观察到了其运动速度的细微变化，而这一变化却无法用已知原因来解释。鉴于牛顿定律的可靠性，以及已知质量的引力不足以造成所观察到的那种异常现象，人们便将这些偏差归因于太阳系之外某个未知质量体的引力作用。通过英格兰的亚当斯[22]和法国的勒维耶[23]的研究，人们最终确定了那个假想质量体的位置，并计算出了它的大小。这无疑是对这一伟大定律的有力验证，同时也彰显了那两位富有洞察力的科学家的卓越贡献。

考虑到它们所处的国家以及年龄等因素，这一假设便变成了现实——在经过精确计算确定的地点，人们发现了海王星。天文学还为我们展现了引力定律的奇妙之处，没有比这更令人惊叹的“诗意”了。整个自然界都受制于这种无穷力量的束缚，因此可以说，任何打破地球上物体平衡的力量，都会通过连续的冲击波传递到无数个甚至远到无法用望远镜观测到的天体上，这并非夸张之言。为了进一步了解旋转与引力之间的相互作用，我们可以通过一个实验来加以说明。众所周知，如果将处于流体状态的物体悬置于地球上方，且该物体可以自由呈现任意形状，那么在地球引力的作用下，它自然会变成扁平的椭球形；而如果不受其他因素影响，来自中心各方向的黏聚力则必然会使物体形成完美的球形。证明这一点的最佳方法如下：将酒精与水混合，直到混合液的比重与橄榄油的比重相同。当达到这一状态后，将橄榄油滴入混合液中，就会发现这些油滴会呈现圆形——显然，在这个实验中地球的引力已被抵消了。而在其他条件下，同样的油滴则会变成扁平状。尽管这个实验很简单，但它却揭示了黏聚力与引力之间那种精妙平衡的奥秘；从这一平凡的现象中，我们可以领悟到深刻的哲学真理。我们的实验还可以帮助我们更好地理解各种已知现象。如果我们用一根钢线穿过那些漂浮的油滴，使其快速而稳定地旋转，从而模拟行星绕轴旋转的运动，油滴就会扩散开来，形成类似地球的椭球形。如果加快旋转速度，当达到一定速率时，油滴会变宽成圆盘状，一个环状物会从中心球体上分离出来，并继续在其周围旋转。[24] 这其实就是土星环的微型模型。这是一个很有启发性的实验，只要善于思考的人反复进行这样的实验，就一定能得出重要的结论。黏聚力、运动以及引力等现象都包含在其中，我们所观察到的结果与行星空间中的状况极为相似。

相同力量的影响。如果我们取一个玻璃球体，将其注满密度适宜的液体，然后向其中投入大小不一的油滴，就能呈现出一个生动的星象图景：那些美丽的光球在各自的轨道上旋转；尽管它们彼此交错，但仍受引力与斥力的作用而和谐地运动着。

从地球的中心到宇宙的最边缘，从无限微小到极其广阔的范围，引力始终发挥着它的作用。虽然到处都有与之相抗衡的物理力量，但引力就像一种主导力量，能够约束这些力量的肆意妄为。

随风飘浮的微小尘埃，也蕴含着永恒之心的强大印记。在它的周围，各种微妙的力量在运转；而引力则将这一切紧紧束缚并引导着。在每一粒沙子里，都蕴藏着支配世界的力量；人类的思想可以从每个原子中迸发出来，试图揭开天空的奥秘，探究那些控制着行星运动以及人类呼吸的各种力量；同时，也能从每一寸土地的神秘之中领悟真理，了解上帝的力量。

脚注：
[13] 对于这一奇妙现象，有三种假说可以加以解释。
第一种：该天体依靠自身发光，之后像火箭一样爆炸，碎裂成肉眼无法看见的微小碎片。
第二种：这样的天体曾经依靠自身发光，但后来突然停止了发光。“那些经常出现在大气层较高处的坠星及其他火流星，根据其形状和大小的差异有不同的名称，它们其实源自……”

漂浮在空气中的酸碱物质所释放出的气体经过发酵作用。当这些气体中较为轻薄的成分被燃烧殆尽后，那些黏稠且呈土状的成分就会变得过于沉重，无法被空气支撑，于是便因重力作用而坠落到地面。——《基思的地球仪使用指南》。根据汉弗莱·戴维爵士在1847年发表在《哲学汇刊》上的观点，“流星和陨石发出的光亮并非源于弹性流体的燃烧，而是由于固体物质的点燃所致。”

3. 天体依靠反射太阳光而发光；一旦进入地球的阴影中，也就不再可见了，换句话说，就是发生了日食或月食现象。基于前两种假设，天体消失这一事实并不能让我们了解它的位置或与地球的距离；我们只能说，如果它是地球的卫星，那么它的高速运动意味着它一定距离地球表面很近——远比月球还要近；而它在穿越空气时所遇到的阻力会非常大，很可能已经超出了我们大气层的范围。J. W. 卢博克爵士则倾向于第三种假设。——J. W. 卢博克爵士，《论流星》，《哲学杂志》第213期，第81页。卢博克爵士还就同一主题发表了另一篇补充文章，见第214期，第170页。

J. P. 焦耳先生提出了一个与克拉德尼为解释陨石而提出的理论类似的关于流星的假说。他认为，这些微型行星体之所以会燃烧，是因为它们与我们的大气层发生了剧烈碰撞，而这正是热能与机械能相等这一原理的绝佳例证。如果我们假设一块尺寸为六英寸立方的陨石以每秒18英里的速度进入我们的大气层，而地球表面的大气密度仅为该陨石密度的1/100，那么此时作用在陨石上的阻力至少为51,600磅；如果陨石在如此大的阻力作用下前进20英里，那么所产生的热量足以让6,967,980磅的水升温1华氏度。当然，这些热量中的绝大部分会传递给被挤开的空气，因为空气中的每一个微粒都会受到冲击，只有陨石的表面才会与大气层发生剧烈碰撞。因此，可以认为这块陨石处于一股高温空气中，热量通过传导从表面传递到中心。所以，只有少量热量会被陨石吸收；但即便我们只估计有1/100的热量被吸收，那也相当于每69,679磅的水升温1华氏度，这一数值足以使陨石所含的任何物质熔化并消散。——J. P. 焦耳先生，《论流星》，《哲学杂志》第216期，第348页。

[14] “拉普拉斯推测，在太阳系形成之初，太阳绕着自己的轴旋转，周围环绕着一种大气层。由于极高的温度，这种大气层延伸到了所有行星轨道之外的很远地方，而那时行星还不存在。随着时间的推移，温度逐渐下降，太阳大气层因冷却而收缩，根据旋转运动的规律，其旋转速度也随之加快；最终，由于中心引力已无法抵消日益增强的离心力，一部分蒸汽从大气层中分离出来。在某些情况下，这部分蒸汽能够保持原有的形态，就像我们在土星的环中所看到的那样；但更多情况下，这层蒸汽会破裂成……”

“若干团物质，通常会合并成一个整体，而这个整体则会围绕太阳旋转。”——惠威尔的《布里奇沃特论著》。
以下段落也是由同一位作者从拉普拉斯的著作中翻译而来的：“那种云状发光状态之前还有其他状态，在那些状态下，星云物质愈发分散，核心的亮度也越来越低。最终我们会看到一种极其分散的星云，其存在几乎难以被察觉。实际上，这正是赫歇尔通过望远镜仔细观测到的星云的初始状态。”
威廉·赫歇尔爵士对这些非凡的天体有如下见解：“迄今为止仍充满神秘色彩的行星状星云的本质，现在已能够得到较为合理的解释——因为它们表面盘面的均匀且极高的亮度，与高度凝聚、具有发光特性的流体极为吻合；而如果认为它们是由聚集在一起的恒星构成的话，就无法完全解释其光线所呈现的乳白色或柔和色调，因为要产生这种色调，恒星之间的凝聚程度必须达到几乎难以想象的程度。至于数以百万计的恒星持续发出的光是否与这种发光流体有关，或许很难确定；不过，尽管光的粒子极其微小，但当发光天体的数量近乎无限大，且发光时间也极为漫长时，所产生的光粒子数量足以构成一种发光流体或发光物质，只要能找到某种方法让这些粒子不会散逸或重新聚合起来即可。”——《关于星云恒星的观察》，《哲学汇刊》，第71卷，1791年。
此外，威廉·赫歇尔爵士关于同一主题的更多研究成果也发表在《哲学汇刊》上：《1000个星云及恒星团名录》，第76卷；《另外1000个星云及恒星团名录，并附有天文学相关论述》，第79卷；《500个星云及恒星团名录，附有上述论述》，第92卷；《具有彗星外观的星云》，第91卷；《行星状星云》，同上；《恒星状星云》，同上；《天球中的恒星区域及其与星云的关系》，第104卷；《星云恒星团的相对距离》，第108卷。
[15] 罗斯勋爵制造的精美望远镜，其设计理念似乎充分考虑了所有最佳条件，从而能够获得能够反射尽可能多光线的反射面，并使这一特性在较长时间内保持不变。用于制造这种反射面的合金是由锡和铜按特定原子比例混合而成的，即1个锡原子对应4个铜原子，按重量计算则为58.9比126.4。——《关于大型反射望远镜的构造》，罗斯勋爵著，1844年英国协会第十四次会议报告，第79页。
[16] 关于黄道光的最佳描述出自约翰·赫歇尔爵士在1843年3月寄给《泰晤士报》的一封信：“顾名思义，黄道光总是出现在黄道带上，或者更准确地说，出现在太阳赤道的平面上，而太阳赤道平面与黄道带之间有7°的倾角。”

从太阳方向看，这颗行星与黄道面的交点位于经度78°和258°左右，也就是说，它远远位于春分点和秋分点之前。因此，在春分或秋分之时，或是稍后一点，以及春季的日落后、秋季的日出前，才是观测它的最佳时机。这不仅是因为此时它的视轴更接近于垂直于地平线，还因为在这些时刻，我们最有可能看到它的完整形态。

在春分时，黄道光呈现出一个相当宽大的金字塔形或透镜状的光体，一旦暮色散去就能被看见。它在靠近地平线的下部区域最为明亮；如果周围有云层，它常常看起来就像远处燃烧的火焰或初升的月亮发出的光芒，只是颜色没那么红。简而言之，它就是那种无固定形状的光团，有位通讯作者认为这种光团可能属于彗星。在更高处，它的光线会逐渐变弱，通常只能勉强在昴宿星团之外被察觉到，不过它通常能够照亮并笼罩住昴宿星团。而且，对当前的研究而言最重要的是，春分时它的轴线总是以60°到70°的角度倾斜于地平线（朝向赤道以北），其最亮的部分位于地平线上，也是最宽的部分；在天气良好的情况下，它的宽度大约为10°到12°。

[17] 最伟大的天文学家之一、已故的奥尔伯斯博士认为，星空的范围实际上是无限的。这一假设成为了一种结论的基础：即宇宙空间在某种程度上缺乏透明度，因此超过一定距离之外的所有区域都将永远无法被观测到。光线的衰减速度远远超过我们望远镜性能提升所能带来的影响。如果并非如此，那么宇宙中的每一个区域都应该像太阳盘面那样明亮，因为任何光线在无限长的路径上总会在某个地方遇到这样的太阳盘面。——《爱丁堡评论》，1848年1月，第185页；《恒星天文学研究》。

[18] 1846年7月的《天文学通报》上发表了迈德勒所写的论文《中心太阳》。迈德勒得出的结论可以从A.高蒂埃在1846年10月的《物理与自然科学档案》中所发表的法文译本中看出：“尽管从上述内容可以看出，我所选择的那个天区满足了所有前提条件，但仍然有必要对其进行各种测试。通过多次不同的组合尝试，我确信在天上找不到另一个点能够哪怕近似地替代我所选择的那个点。现在可能会有人提出这样的反对意见：既然我们恒星系统的质心所在的天区被限定在一定的范围内，那就不一定非得选择阿尔库俄涅作为这个中心，因为它也可能位于该星团或附近的另一颗恒星上。但是，最明亮且恒星最多的星团就在附近，而且这里讨论的并不是某个位于不显眼区域、没有任何特殊特征的任意点；在附近的其他地方，也找不到如此精确的运动一致性。”

这些恒星具有独特的运动特性，其运动规律最符合前述条件。在那些距离相等的恒星中，若将其中心群考虑在内，那么可以推测：亮度最高的恒星其质量也最大。此外，从光学角度来看，阿尔西奥涅位于昴宿星团的正中央；而贝塞尔所测定的它的自身运动速度，与昴宿星团中其他恒星的平均运动速度极为吻合，这一情况也适用于距离该区域10度以内的所有恒星。因此，综合以上种种，我可以得出结论：昴宿星团就是整个恒星系统中的中心群，其范围直至银河系的边界；而阿尔西奥涅很可能是这个星团中真正相当于“中心太阳”的恒星。

[19] 参见由皇家天文学家撰写的《论引力》一文，载于《佩尼百科全书》。

[20] 德朗布尔认为，现代天文学观测的完美形式始于马斯基林——他是第一个编制出如今所称的标准星表的人（公元1790年）。这些星表记录了经过高频、高精度观测的恒星，它们的位置可被用作天体的参考点。他提出编写《航海历书》的想法，并从1767年该历书首次出版起一直负责其编纂工作，相关内容可见《航海历书》第一卷第364页；他关于引力的谢哈利恩实验则记载在第三卷第69页；至于他在格林威治天文台的观测成果，则记载在第二卷第442页。

[21] 《测定地球密度的实验》，作者为亨利·卡文迪许，F.R.S.及F.A.S.会员——《哲学汇刊》，1798年。

[22] 亚当斯：《基于更遥远行星干扰假说对天王星运动异常现象的解释》——1851年《航海历书》附录。

[23] 勒维耶：《关于天王星理论的第一篇报告》，载于《会议记录》，第xxi卷；《关于导致天王星运动异常的行星》，同上，第xxiii卷。

[24] 所提到的实验是普拉托先生进行的一系列实验之一。他对实验中液体的处理方式描述如下：“我们首先制备酒精与蒸馏水的混合物，其中酒精含量略高，这样当将其放入试验管中时，油滴就能较快地沉到底部。确定这一点后，将整个混合物倒入过滤器中，同时要小心用玻璃板覆盖装有液体的漏斗，这样做是为了尽可能防止酒精蒸发。含酒精的液体首先通过过滤器，通常会带出一些极小的油滴。当大部分液体通过后，油滴的数量会增加；此时仍留在第一层过滤器中的物质，即油和剩余的酒精液体，会被倒入另一个新烧瓶上的过滤器中。由于油的粘性，这最后一次过滤的速度会比第一次慢得多，但如果在过滤过程中更换一次或两次过滤器，速度就会大大加快。如果漏斗被妥善覆盖，油就会在酒精液体的层下聚集在烧瓶底部。”——摘自《关于从受力状态中抽出的自由液体所呈现的现象》

《重力论》。作者为根特大学的普拉托教授。译自《布鲁塞尔皇家科学院回忆录》第十六卷，以及《科学回忆录》第四卷第十三部分。

第四章 分子力
物质的形态——各种有序结构——无机形态——所有物质均可还原为最简单的状态——转化是一种自然现象——化学的基本原理——物质的可分割性——原子——分子——粒子——分子力包含多种作用力，其作用可见于热对物体的影响之中——所有物体都具有多孔性——溶液——混合物——结合体——力中心——不同的物质状态（同素异形体状态）——富兰克林、埃皮努斯与库仑的理论——电与磁的作用力——古代人的观念——内聚力等等。

在观察大自然的造物时，我们不禁会怀着虔诚的敬畏之情，去欣赏物质以无数种形式呈现在我们感官之前的景象。处处都展现出极度的多样性；在万物之中，我们都能发现极为完美的秩序；而美则弥漫在一切事物之中。只有那些缺乏教养或心智堕落的人，才会在我们周围的各种造物中看到缺陷。

物质的三种状态为固态、液态和气态；这些状态既存在于有机世界，也存在于无机世界。在有机自然界中，存在着几乎无穷多样的动物形态，它们的发展程度各不相同，但每一種形态都适合该生物在生命阶梯中所处的位置所要求的环境。从多细胞生物到更高级的动物，乃至人类，我们都能看到一种向完美发展的统一性以及序列上的连贯性，这揭示了一个重要的秘密：生命的奥秘在所有生物中都是相同的——那就是与物质相联系的某种精神本质，它通过无限智慧的调控机制来改变物质。

在地球上这个适合人类与动物居住的“植物覆盖层”中——从死水中的水生植物、风蚀岩石上的地衣，到高大的橡树和挺拔的棕榈树——一串极为美丽的生命链条呈现在我们的眼前，让我们不禁能察觉到生物组织结构逐渐复杂的趋势。在缺乏生命现象的无机世界中，我们依然能看到各种极其复杂的自然力量在起作用：晶体的对称排列、矿物形态的多样性、粒子有序聚集形成具有独特性质的团块——这一切都表明，有一些科学至今尚未发现的力在持续发挥着作用。热能、电能、化学能，以及各种黏合力，都被认为与我们所看到的各种形态的形成有关；但深入思考后会发现，这些力量其实是从属于那些我们尚不知晓的其他力量的。我们仅了解地球表面的事物，而且也只是浅尝辄止而已。地质学家们研究着层层叠叠的岩层——从没有任何生物痕迹的原始地层，到逐步记录着动物演化历史的古生代地层，再到那些充满各种遗迹的较新地层；尽管这些遗迹与某些现存动物有亲缘关系，但大多已是已经灭绝的物种。博物学家则在地球、水域和空气中寻找生物；他们所发现的、属于我们这个时代的各种生物形态、生存环境以及高度发达的组织结构，与地球历史上的其他阶段相比既有差异，又仅有微弱关联——这一切都生动地展现了物质所能呈现出的无穷多样的特征。由于我们已经习惯了所有这些物质现象，因此要去研究物质更简单的存在状态就变得相当困难。地球表面的固体外壳、水与大气、植物界的多种结构，以及人类与动物的更为复杂的构造，其实都是微观粒子按照特定规律聚集而成的结果。通过机械手段，各种物质都可以被粉碎成粉末，而这些细小的粒子看起来彼此并无太大差别，但实际上……

每个原子都具有其自身特有的性质，而人类无力改变这些性质。唯有自然才拥有那种神秘的转化能力。那些热衷于炼金术的人试图利用物理力量将金属转化为蒸汽，但金属依然还是金属，其本质并未改变。通过隐士派的技艺，他们可以打破物质的结合状态，但却无法改变构成该物质的各元素的基本原理。每个原子都具备与其所属类别相关的特殊性质，而且每个原子都拥有某种力量，迫使这些性质发生变化，从而改变物质的特性。那么，这些性质究竟是什么？我们对这些力量又了解多少呢？据我们所知，地球由大约六十种我们称之为“基本元素”的物质构成。这些就是我们可以将物质分解到的最简单状态，所有化学家所研究的物质形态都是由它们产生的。其中一些基本元素在常温下呈气态，而另一些则以固态存在；这两种状态之间的差异似乎是由热力与黏附力之间的相互作用所决定的。有些人认为物质是可以无限分割的，但已知的化学结合规律表明，物质存在不可再分割的极限。[25]认为原子具有确定的性质且结构对称这一理论确实有它的优势，因为它为人类思维提供了一个起点——一种可以用来观察宇宙现象的基准点。而那种将所有物质都归结为各种属性、并将一切事物都视为观念的形而上学假设，则会让人们陷入困惑与不确定之中。如果对杜马的观点稍加修改后加以应用，[26]我们会发现，将物质的终极原子视为无法被我们观测到的点会更为合理；根据所谓“无形力量”的作用所决定的规律，这些原子会结合在一起形成分子。而这些分子又会进一步结合，形成我们可以视为机械分割极限的物质微粒。固体物体的微粒

固体中的粒子是固态的，流体中的粒子则是液态的，而气体中的粒子本身则属于气态。不过，仅仅因为某种物质的粒子以某种状态存在，并不意味着该物质的分子就必定也是固态、液态或气态的。这颗行星——作为宇宙中的一分子——是由聚集在一起的原子构成的，同时它还受到自身物理作用力的影响；此外，它还受到其他行星分子所产生的各种作用力的影响，从而成为某个系统的一部分。同样地，任何物质中的分子也会聚集成一个系统或颗粒，而这个系统或颗粒便具有该整体所具有的那些重要特征。在气态物质中，粒子处于极其微小的状态，由于某种斥力作用，分子几乎处于凝聚力开始起作用的临界点上。在流体中，粒子的间距较小，粒子和分子彼此更为接近；而在固体中，凝聚力的作用最为强烈，所有分子间的作用也更为显著。所谓“分子力”，其实包含多种不同的作用力——它们在表现出的现象上各不相同，但却都能决定物质的各种特性。这些作用力需要仔细研究。即使是固体中的粒子，也可以被置于使其能够自由移动的状态之下。通过加热，我们可以增加铁棒或其他金属的长度和厚度，最终使其变为液态——熔化的金属会像水一样自由流动。流体和气体同样会受到热能的影响而发生变化。从这些以及其他类似的现象中，我们可以得知所有物质都具有不同程度的多孔性。流体中粒子之间的间距可以通过这样一个事实来证明：溶解在水中的含水盐所占的空间并不比晶体中所含的水的体积更大；而无水盐溶解后则不会增加流体的总体积。在这种情况下，盐中的所有固体物质似乎都是用来填充液体中存在的那些间隙的。[27]决定物质溶解度以及溶解能力的条件，无论是从机械角度还是化学角度来看，都相当复杂。我们或许可以认为，那些具有……特性的物质……

空隙越大，所能溶解的溶质量就越多。然而事实并非如此，密度较高的流体通常具有更强的溶解能力。氢气似乎能够溶解铁、钾、钠、硫、磷、硒和砷等固体物质，这一现象可以理解为化学亲和力作用于物质结构的结果。同样，盐在水中溶解或酒精与水混合，也可视为化学现象，尽管人们通常将其视为简单的溶解或混合过程，其实其中还伴随着温度变化及其他物理变化。如果将两块金属——比如锡和铜——熔化并合并在一起，其总体积不会等于这两块金属的体积之和。如果将一品脱的硫酸与等量的水混合，所得混合液也无法填满两品脱的容器。[28] 在这些情况下，会有大量热量释放出来，就好像这些粒子在结合时把原本存在于间隙中的“热气”挤压了出来一样。因此我们可以得出结论：在决定物质分子结构的各种因素中，热量起着重要作用。所有这些事实都表明，构成化合物的原子，无论其性质如何，都相当于多个力中心，它们会以特殊的方式相互影响。这些相互作用确实依赖于已知的物理力量，但决定原子特性的规律仍然未知。在自然界的各种过程中，总会发生一些我们无法理解的变化，有些状况的变化甚至可以被视为物质转化的实例。例如，碳就有多种存在状态：钻石具有出色的光折射性能、极高的硬度及比重，同时还能转化为石墨和焦炭。[29] 木炭、石墨和钻石虽然彼此截然不同，但我们知道它们都是由相同的原子构成的。木炭是一种黑色的不规则物质，质地轻且极易燃烧。

石墨是可以结晶的；但其晶体结构与钻石的截然不同，而且它很难被点燃。钻石则呈现出极为规则且透明度极高的形态，只有在极高的人工温度下才能被点燃。然而，实验告诉我们，这种明亮透明的宝石其实是由与木炭中那些暗黑色物质相同的原子构成的。如前所述，通过伏打电池产生的热量，可以从钻石中制得焦炭；最近的实验还证明，从足够强大的电池的一极不断逸出的碳气体会以晶体粉末的形式沉积下来，这种粉末在硬度等方面几乎具有与真正钻石粉尘相同的性质。这其中的奥秘究竟是什么？我们不得而知。人们一直在努力研究这些特殊条件，但科学至今仍未揭开这一谜团。可以肯定的是，同一类原子往往能呈现出不同的状态——这种状态被称为同素异形体状态——因此才产生了各种不同的化合物。继续以碳为例——它与氧和氢按固定比例结合时所表现出的不同性质，或许也是由于该元素原子发生了某种同素异形变化所致。

我们知道，燧石中的金属成分硅能够呈现两种或更多种不同的状态；而硫、硒、磷和砷也能发生这样的奇妙变化：在化学性质毫无变化的情况下，其物理状态却会发生彻底改变。铜、铁、锡和锰至少也存在两种物理性质不同的状态，许多稀有金属也具有同样的特性。因此，我们是否可以推断，那些我们现在称之为“元素”的物质，其实只是同一元素的另一种存在状态呢？许多这类物质之间的相似性进一步支持了这一推测。铱和铂、铁和镍、氯、溴、碘，或许还有氟，都是这类相似性的典型例子，尽管这些物质在物理和化学性质上存在着差异。

那种能在珠宝上闪耀光芒、因其高透明度而备受珍视的折射宝石，与其粗糙的焦炭块相比，唯一的区别就在于其分子排列方式。化学告诉我们，无需破坏原子间的亲和力，只需通过适当的方法……

分子结构的改变会带来相应的效应，这一点从碘化汞的颜色变化中可以清楚地看出来：在轻微的热影响下，其颜色会由红色变为黄色；而通过轻微的机械作用，它又会恢复为红色。只需发生微小的分子结构变化，铁的物理性质就有可能变得与铂相似。[32] 将铁丝插入硝酸中时，它会受到酸的强烈侵蚀；但如果将铁丝的一端放在酒精灯的火焰中加热，那么整个铁丝的长度都会发生状态变化，此时再将其放入硝酸中，便不会再有任何反应。通过对这一现象的研究，我们有充分的理由认为，那些在物理性质上有所不同但又在某些方面相似的物质——如碘、溴等——其实是由于原子处于不同的同素异形体状态所导致的，这种状态类似于上述物质中所观察到的那种状态。这一假设似乎更符合我们所能理解的、指导着无限智慧之力的运作原则，而非那种认为存在无数独立创造物的观点。后续的研究还将表明，光、热、电以及化学作用都具有使物质形态发生更为显著变化的能力。根据这些作用力在不同时间、不同条件下对分子结构的影响，所有那些同素异形体状态都有可能产生。因此，有些物质因为科学手段的局限性而无法被分析，暂时只能被视为新的元素，但实际上它们可能只是同一物质的不同状态而已。法拉第和普吕克尔的实验证明，所有物质都处于某种极性状态之下，具有相互吸引和排斥的能力。[33] 所谓的分子力，是否属于“磁极性”这一概念所涵盖的那些力呢？它们很可能是一些根本原理的表现形式而已。目前看来，这些问题的答案倾向于支持磁性的观点；但由于我们的无知，我们应当暂缓下结论，下一代人无疑会找到这个问题的另一种解决方案。富兰克林认为，物质的原子周围存在着一种微妙的流体或以太，原子能够将这种流体凝聚在自己周围。

这些力以巨大的强度作用于物体表面——实验也表明这种情况很可能是真的[34]——而他则认为以太中的原子之间存在着相互排斥的作用力，从而形成了力的平衡状态。埃皮努斯将富兰克林的假设转化为数学理论；库仑则证明了：以太原子之间的排斥力与物质分子之间的吸引力，都与万有引力一样——无论其强度如何——都遵循“距离平方的倒数定律”。经过仔细研究后可以发现，这些观点确实符合归纳科学所揭示的各种现象；而且当这些观点经过几何学家的严格检验后，它们与已知的电学规律相吻合，这无疑支持了这样一种观点：这种力很可能与物质的分子结构有着密切的联系。许多与磁场相关的现象也对这一研究有着重要影响。不过，如果没有直接的实验证据作为支撑，将物质分子的结合归因于电的作用力，就如同采纳伊壁鸠鲁关于“带钩原子”的理论或那种关于物质间相互作用的占星学观点一样，都是不合理的[35]。然而，科学让我们能够合理地推断：决定大理石立方体或花岗岩山脉结构的力学原理，与决定地球在太阳系中与其他行星关系的原理属于同一类；而整个太阳系，在浩瀚的宇宙中，也只不过是无数恒星中的一个而已。总而言之，内聚力，也就是使粒子相互结合的力，其作用方式与热力这种起排斥作用的力相对立；而那些通常被称为极性力的电现象，无疑会不断干扰内聚力的作用。此外，我们还发现自然界中存在着一种能够改变基本原子结构的力量，进而使得各种物质具有不同的特性。这种力量究竟是什么，我们的科学还无法解释；但我们的理性让我们坚信，它是一种作用极为微妙、且具有普遍性的原理，其影响力甚至超越了其他所有原理。

引力；它就像一种精神性的力量，让我们这些能力有限的人能够体会到全知创造者那无穷强大的力量。分子力则涉及对所有已知物理力的研究，探讨这些力在物质中的作用机制会吸引我们的注意力。不过，在逐步探究宇宙现象的过程中，我们很高兴能发现：即便在看似简单的现象中，我们也能领悟到其中的奥妙，从而从粒子的秘密中了解科学关于行星的深刻真理。

引力与内聚力似乎被视为相同的力。通过精细的归纳法研究，我们确实发现这两种力在作用规律上存在惊人的相似性；但必须记住，它们是否真的相同尚无定论。事实上，我们只了解引力的规律——牛顿以惊人的精确度确定了这种力的作用会随着距离的增大而按距离的平方递减，而内聚力则只在特定距离范围内起作用，目前还无法确定它是否遵循同样的规律。用杨的话来说：“关于各种力的本质，我们所做的所有研究都只能被视为纯粹的思辨活动，除了让我们的认知更加全面、辅助实验研究之外，并没有其他实际用途。”[36]

脚注：
[25] “物质的可分割性远远超出了人类的想象能力，但我们没有理由断言它是无限的；因为那些用来支持这一观点的论据显然只适用于空间。空间的无限可分割性似乎是我们理解其本质所必需的，而且可以从数学上严格证明：在任何给定的圆与其切线之间，都可以画出无数个圆，这些圆除了在接触点外都不会与原圆或切线相接；此外，一艘始终沿着与子午线成固定角度航行的船——比如向东北方向航行——将会永远接近极点，却永远无法真正到达那里。然而，当我们要验证‘所有物质都是无限可分割的’这一古老观点时，却无法给出确定的答案。牛顿指出，是否有可能通过人类手段来验证这一点还是个疑问。”

这种力量足以将物质粒子分隔到一定限度之外；也并非不可能存在某种原子或基本微粒结构，物质的种种性质都取决于这些结构，而一旦继续分割这些微粒，它们就会消失。不过，似乎更有可能的是并不存在这样的原子，即便存在，那么在正常的物质变化过程中，物质也几乎不会因此而被消灭。——《物质的基本性质》：杨的《自然哲学》，P·凯兰德牧师编著。[26]“为了解释物质的本质或其形成方式，人们提出了两种截然不同的假说：一种被称为原子论，另一种则是动力论。原子论的创始人是勒基普斯，他认为所有物体的基础都是形态与性质各异的极微小粒子，这些粒子散布在空间中，他的追随者伊壁鸠鲁首次给它们起了“原子”这个名字。他认为这些原子会做直线运动，因此同质的原子会结合在一起，而较轻的原子则会继续散布在空间中。动力论的提出者则是著名的康德，他认为所有物质都是由两种相互对立、彼此抵消的力量所构成，他将其称为引力与斥力，并认为所有相关现象都与运动有关。大多数现代哲学家，尤其是安培和泊松，都采用了结合了上述两种理论特点的假说。他们将原子视为既定事实，认为其起源可追溯至作为第一因的神，同时还将原子固有的引力和斥力视为它们结合成物质的必要条件。这一假说的主要理念源自亚里士多德，因为亚里士多德认为所有物体的基础都是古人所知的四种元素，这些元素中的微粒具备某种特性，从而构成了各种物质。根据安培的观点，所有物质都由大小相同的粒子组成，而这些粒子又由分子构成，分子在一定距离内会相互吸引。他认为它们之间的距离是由引力和斥力的强度决定的，其中斥力更为强大。”——佩舍尔的《物理学要素》，E·韦斯特译，1845年。[27]这一现象最初是由道尔顿博士通过研究证明的；在讨论原子体积时还会再次提到这一内容。[28]关于这些特殊现象，可以通过大多数著名欧洲化学家的著作来深入了解。用我们的语言来说，读者可以参考汤普森博士的《热学与电学科学概要》第二版、布兰德的《化学手册》中的“比热”一章、格雷厄姆的《化学要素》，以及丹尼尔的《化学哲学研究导论》。[29]钻石转化为石墨和焦炭的过程，最初是由雅克利尼先生利用电弧火焰实现的，他在1847年向科学院提交了一篇题为《本生灯、氧氢焰对天然及人造碳的热作用》的论文。相关信息可见《Comptes Rendus》1847年第xxiv卷第1050页，以及1847年英国协会的报告（《分会会议记录》）第50页。[30]“在1840年3月提交给斯德哥尔摩皇家科学院的关于化学进展的年度报告中，我提议用‘同素异形体状态’这一术语来指代某些元素所表现出的不同状态，碳的石墨和钻石等形式就是早已为人所知的例子。”

“尽管这些我称之为同素异形状态的差异性条件早已在少数元素中引起了人们的注意，但它们仍被视为普遍规律的例外。我目前的目的是要证明这类现象其实并不罕见；元素呈现出不同的同素异形状态很可能是其固有特性；而且虽然我们至今还无法获得处于同素异形状态下的多种元素单质，但它们的化合物却能相当清晰地反映出这一特征。”——贝采利乌斯，《关于元素的同素异形性》，载于《波根多夫年鉴》，1844年，《科学回忆录》第四卷，第240页。

[31] “铜在低于红热的温度下被氢气还原后，一旦暴露在空气中，其整个物质都会迅速转化为一氧化铜；而当它与等量的硫磺一起研磨一段时间后，根据博特彻的实验结果，它会与硫磺发生反应，产生火焰并形成硫化铜。不过，如果铜在远低于其软化及开始熔化温度的红热状态下被氢气还原，那么它在暴露于空气中时数年都不会发生变化，且不经过加热处理也无法与硫磺结合。铁、钴和镍在低于红热的温度下被氢气还原后，若暴露在空气中，冷却后会着火；而如果立即将它们放入水中以防止着火，待再次取出且几乎变干后，它们仍会着火。如果我们将这种行为与经加热处理的铁，以及那些在形成电流导体时不发生氧化状态的铁的行为进行比较，就会发现这些特殊现象并非仅仅由机械状态的差异所导致。”——贝采利乌斯，《关于元素的同素异形性》。另可参阅H.罗斯教授所著的《关于过氧化锡的异构状态》，载于《化学公报》，1848年10月。

[32] 关于这一有趣的现象及其历史，可参阅伯格曼1764年所写的《论金属中的燃烧量》一文；基尔万所著的《论矿物酸的吸引力》，载于《哲学汇刊》；基尔关于金属在酸中溶解的实验与观察结果，载于《哲学汇刊》，1790年。从这些珍贵的文献中可以看出，铁的这些特殊状态早已引起了人们的关注，尤其是1833年8月J.F.W.赫歇尔所写的《关于硝酸对铁的作用方式》一文中所提到的那些“非活性状态”；此前M.H.布拉科诺也曾在《化学年鉴》第52卷第54页中提到过类似现象。此外，还可参考约翰·赫歇尔爵士的《关于太阳光谱射线对植物色素的作用》等论文，载于《哲学汇刊》第133卷第221页；以及《关于从其他金属中分离铁的方法》，载于《哲学汇刊》第111卷第293页；还有舍恩拜因自1837年起在《哲学杂志》上发表的多篇论文。

[33] 法拉第在其《关于新的磁作用以及所有物质的磁状态》一文中指出：“在这种新的力作用下，被移动的物体既可以沿着磁力线移动，也可以穿过磁力线移动，而且可以朝任意方向移动。因此，同时受到这种力作用的两个物质部分，可能会像被相互吸引一样靠近彼此，或者像被相互排斥一样远离彼此。所有现象都可以归结为：当物质处于磁力作用之下时，它会倾向于从磁场较强的地方或点向磁场较弱的地方或点移动。”

当某种物质被四周强度相等的磁力线所包围时，它就不会有移动的倾向，这与相同条件下的线性电流有着显著的不同。——《1846年哲学汇刊》，第137卷。
[34] 《在美洲费城进行的关于电的新实验与观察》——本杰明·富兰克林于1747年至1754年间写给科林森先生的报告。普里斯特利对此评论道：“我们很难说，是更欣赏作者提出各种假设时的简洁明了，还是更欣赏他在后续实验纠正自己的错误时所表现出的坦诚态度。”
[35] “伊壁鸠鲁的原子论仅从物理角度出发，认为只有物质和空间存在，二者都是无限且无边界的，从永恒以来就一直存在；各种可见形态都是由这两种元素的不同组合构成的。这些基本原理之间没有任何共同特性：因为物质是什么，空间就是它的反面；空间是什么，物质也是它的反面。因此，所有物体的实际固体部分就是物质，而它们的实际空隙则是空间；那些既非完全固体、又由固体与空隙混合而成的部分，则是物质与空间的结合体。
‘无数原子群以不同的方向、遵循不同的规律在时间和空间中运动，它们不断以各种方式相互碰撞：有时因碰撞而互相排斥，有时则因为自身尖锐的结构或两个及以上相连原子之间产生的间隙而相互粘连，而这些间隙可能恰好适合球形、椭圆形或方形等其他形状的原子。这就是复合体及可见物体的起源，也是大量物质的起源，最终也是整个世界的起源。’”——古德博士的《自然之书》。
[36] 扬格的《自然哲学与机械艺术讲义》，第49讲：关于物质的本质属性。

第五章 结晶作用力
结晶与分子力的区别——实验验证——构成晶体的粒子的极性——有机形态与无机形态的差异——自然界中晶体的分解——晶体中粒子间的替代现象——假象晶形——晶形并不取决于化学性质——同构现象、二形现象——关于结晶吸引力的理论——电与磁的影响——结晶过程中的现象——原始原子能否发生形态变化？——结晶的实例说明。

“结晶是大自然几何构造中一种独特而令人惊叹的现象，值得我们用全部智慧与精力去研究。这并非因为了解奇观总能带来愉悦感，而是因为它对于揭示自然的秘密具有极其重要的意义；因为在此过程中，大自然仿佛暴露了自身的真面目，摒弃了一切伪装，让我们不仅能看到它的运作结果，还能目睹其运作过程本身。”——这是意大利哲学家古列尔米尼的观点。正是观察到晶体这种规则几何形状的形成过程，以及粒子逐漸聚集的过程，才使得我们将结晶与单纯的分子聚合区分开来。毫无疑问，晶体的形成与无定形物质的生成都是由在许多方面极为相似的力量所驱动的，但在其他方面却存在显著差异。
让我们通过一个简单的例子来说明。在静止的水中，有细小的物质悬浮其中，还有处于溶解状态的物质。前者会慢慢沉淀下来，经过一段时间后会在底部凝聚成坚硬的块状物，除非处于某种特殊的物理环境中，否则不会表现出任何特殊特性；而在自然界中，我们则能看到规则的晶体结构。

那些被层理线或解理线所切割的晶体结构，通过实验我们可以将其归因于电流的作用。第二种情况是：溶解在溶液中的物质也会逐渐沉积下来；但这些物质会聚集在具有某种特殊作用的晶核上，每个粒子都会通过特定的面相互连接，从而形成极为完美的几何形状。许多有趣的实验表明，电在结晶过程中起着重要作用；不过显然，只有在这种经过特殊调整的条件之下，电才能发挥这种作用——如果它真的能产生直接影响的话。

除非结晶条件发生改变，否则相同的物质总会以相同的形态结晶。人们认为，晶体中的每一个粒子都拥有某些具有特定性质的点或极点，而粒子之间的结合则只发生在与这些极点的吸引或排斥力相关的方向上。最终，我们还将看到一些似乎能够证明磁性具有普遍影响力的结果，而物质的粒子极性也可以归因于磁性。

无论结晶的成因是什么，从外观上看，无机界的结晶过程都与有生命体中的生长过程有着相似之处。在有生命体中，各个部分是通过特殊的同化作用逐渐形成的，每个个体都保留着其独特的特征；而在结晶过程中，则是在一种将相似之物相互吸引的力量作用下，使整体呈现出美丽的形态。

这里似乎正是纠正一个极为普遍的错误的合适时机——那就是关于晶体形成、细胞发育的错误观念，以及将生命中的种种现象归因于我们所熟知的某种物理力的致命谬误。

晶体的形成，是通过粒子沿着某种尚未被发现的力量的引导而逐个堆积而成的。任何粒子的性质都不会发生变化——相似的粒子会彼此结合在一起；序列中的第一个原子与最后一个原子的性质是完全相同的。

植物并非通过聚集相似的物质粒子来生长，而是通过吸收一种复合粒子——那种应被视为基本核原子或细胞的粒子。在吸收之后，借助我们称之为“生命”的力量（这种力量由光激发而产生），该复合粒子会被分解：其中一个成分会留下来形成新的细胞，而另一个成分则以无形气体的形式释放出来。如此，植物的化学组成便发生了变化，而这一过程贯穿了植物生长的整个周期，从胚芽的发育到最顶端树枝上新叶的形成。

人们将生命归因于电与化学力量，视为某种已知原因所产生的结果。毫无疑问，在生命活动过程中，所有的物理力量都是植物和动物界中各种生长现象产生的必要条件。但这些力量始终从属于生命力，就像那些被束缚、必须听从巫师命令的侍从精灵一样。

生命是一种人类无法探究的力量；那些自以为已经掌握了引发生物现象原理的人，其实正在从事一场如同试图捕捉沼泽中的流星般荒谬的追求。

尽管光、热和电的力量十分微妙，但生命力却更为精妙，它永远都会逃脱哲学家们的探寻。

人类可以测试一切被创造出来的事物，并将所发现的成果用于有益的目的。但人类永远无法成为创造者；那些试图用电、热或光来赋予无生命的物质以生命的人，其实和他们所操作的那些无生命的物质一样，根本不了解自然的真相。

“你就只能做到这里，不能再进一步了。”这句话既适用于人类智慧的巨大浪潮，也适用于环绕地球的海洋的汹涌波涛。我们必须记住，矿物界与其他自然界的产物之间存在显著差异：动植物是通过逐步发育达到成熟状态的，它们通过吸收物质来增长，具备产生……的能力。

在受其影响的范围内，这些物质会发生重要的化学变化；但矿物在形成初期就已经处于完美状态，正如前文所述，它们只是通过不断有新颗粒的附着而逐渐增大，而不会发生任何变化。动物和植物则会停止生命活动：死亡随之而来，身体也会彻底解体；但在矿物世界中并非如此：晶体是由持续作用的力量所形成的，因此并不一定会分解。不过，我们在自然界中有时会发现，那些已经发展到某种成熟状态的晶体，由于形成条件发生变化，会逐渐分解。在我们的矿井中，我们可以发现晶体的“骨架”，而在这些空壳内部，其他结构与形态不同的晶体则能找到生长所需的核以及适宜的条件。再举一个典型的例子：花岗岩中的长石晶体会以一种特殊的方式发生分解。在分解过程中，这些晶体会留下自己独特形状的模具，在康沃尔郡的锡矿区，氧化锡常常会逐渐填充这些模具，于是我们就能以这种土状形式获得这种金属矿物。此外，还有些晶体在环境变化时会以错误的形式结晶。例如，就存在所谓的“假象现象”——即一种晶体中的构成原子被移除后，另一组自然会呈现不同形态的原子取而代之，但整体形状依然保持不变。铜黄铁矿就常常会以这种方式呈现出普通碳酸铁晶体的形状。要理解这些奇妙的变化，可以想象一尊精美的黄金雕像，有技艺高超的工匠逐粒去除其中的金子，然后用黄铜颗粒巧妙地替换每一粒金子，这样一来，仅从外观上根本无法察觉到珍贵金属的缺失。晶体的形态并不完全取决于构成它的物质的化学性质。相同数量的原子，以相同的排列方式，就会形成相同的晶体结构。彼此差异很大的物质也有可能呈现出相同的晶体结构。氧化镁、石灰、镉氧化物，以及铁、镍和钴的原始氧化物，结合在一起……

相同的酸可以形成结构相似的晶体。这种同构现象极为常见，该现象的发现者米切尔里希也提出了相应的规律。然而，这一规律并不能被视为对这一事实的哲学诠释，还需要进一步探讨——性质不同的化学元素也可能遵循相同的聚集规律，从而形成相同的结构，而这与原子数量并无关联。

我们还发现了一些具有两种不同结晶结构的化合物。这种二形性在石灰碳酸盐中表现得尤为明显：它既可以以菱形晶体的形式存在，也可以以方解石或文石的菱形棱柱形式存在。不过，这些结构中的分子排列稳定性并不相同，其中一种结构会迫使另一种结构出现，一旦受到轻微干扰，后者就会消失。当文石棱柱被加热时，会在远低于石灰碳酸盐分解温度的情况下就分解成普通的方解石菱形晶体；而无论温度如何变化，方解石都无法转变为文石。

晶体的大小差异极大，既有极其微小的，也有巨大的。米兰有一颗石英晶体，长度为3英尺又4英寸，周长为5英尺半，重量达870磅。在新罕布什尔州还发现过长度为4英尺的绿柱石。[38]

在地球深处那些没有生命与组织形成作用的黑暗环境中，创造的力量仍在不断努力地为物质赋予形态。

晶体学这门学科[39]研究的是导致这些几何结构形成的理论及实际原因，它试图从各种角度解释分子如何有序地排列在一起，从而形成结构严谨的晶体结构。但目前还没有任何理论能够完全解释所有已知的现象。关于“什么是晶体间的吸引力，以及物质的最终构成粒子具有怎样的物理性质”等问题，仍然有待那些热衷于探索自然奥秘的学者去解答。

伟大的伊壁鸠鲁曾推测原子具有“可塑性”，并认为正是这种可塑性使得原子能够自行排列成各种结构。

对称形态。现代哲学家们满足于引力作用，并通过类比推理认为每个原子都拥有一个极性系统。电、光和热都具有强大的作用力，它们会根据这些力量作用于晶体时的条件来加速或延缓晶体的形成过程。我们最近获得了证据，似乎可以证明某种形式的磁性在决定晶体的自然形态方面起着重要作用；同时我们还发现，磁性对晶体的光学轴有着特殊的影响，而这种影响在垂直于这些轴的直线上则不存在。电似乎能加快晶体聚集的过程——使那些想要结合在一起的原子更容易聚集在一起——从而使它们都处于决定其对称形态的作用范围之内。法拉第和普吕克通过精细的研究为磁极性理论提供了有力支持，他们的研究证明了磁性对晶体具有导向作用。[40]
人们发现，当硫酸铁晶体在足够强的磁场作用下从溶液中缓慢形成时，它们会沿着某些磁力线排列，就像钢屑在磁铁周围形成的那样；而在相同条件下形成的银树状晶体则几乎与这些磁力线呈直角排列。在自然界中还存在着一些晶体群，从它们的排列方式来看，显然地显示出地磁力在促使它们形成过程中发挥了作用；事实上，几乎所有的矿物形态都显示出地磁力或类似作用力的影响。[41]
在快速结晶过程中，某些盐类——如硫酸钠、硼酸以及在盐酸中结晶的砷酸——会表现出明显的电激发现象，还会发出闪光。我们有证据表明，晶体有向光源移动的趋势，而且在与阳光相比，其在阴凉处的结晶过程更为容易且更为活跃。普吕克教授最近证实，某些晶体——尤其是氰化物——“仅凭地球的磁力就能很好地指向北方。它简直就是一把真正的指南针；不仅如此，还可以测出它的偏角。”我们必须记住，这种氰化物其实只是二氧化硅和氧化铝的化合物而已。

科学为解释自然界在形成晶体这一奇妙过程时所遵循的规律而提供了大量的实验证据。我们所看到的现象已经足以让我们相信：那些在天空中闪耀的星星以及藏在洞穴中的宝石，其实都是某种力的作用结果，而我们对这种力及其不同表现形式的了解还非常有限。

任何物质，在其分子能够自由移动的条件下，都会倾向于结晶。所有的金属都可以通过从熔融状态缓慢冷却的方式呈现出晶体结构。在金属矿物和土质矿物方面，大自然为我们提供了几乎无穷多样的晶体；而当温度进一步降低时，更简单的物质也会呈现出最为对称的形态。水在冰和雪的状态下就是个常见的美丽例子；而在人为制造的极低温度下，许多气体也会表现出结晶的趋势。

那么，固态的基本原子难道不会在不同作用下改变形态吗？同一种物质在不同状态下的存在——比如二氧化硅、碳和铁——难道不全是由于基本原子的形态发生了变化吗？

如果承认这种可能性，我们就不难理解：由这些原子通过特定方式结合而成的中心分子会呈现出一定的形态；而由这些分子按照特定规律以一定角度聚集而成的晶体，就会呈现出我们在自然界中看到的那种几何形状，或者当我们运用大自然教会我们的方法在实验室中制造出同样的结构时也会出现这样的形状。

如果我们取一块大理石，将其放入大量加入硫酸的水中，它就会溶解，从而形成新的化合物。大理石消失了——无论是从形态还是颜色上都无法再被识别出来；硫酸也发生了变化——液体中已没有酸味。此时水中实际上含有石灰和硫酸，但用眼睛观察时，它与普通水并无区别，依然是无色且完全透明的，尽管其中含有大量原本无法让光线穿透的固体物质。现在，让我们让这种液体处于某种条件下，使水能够慢慢……

这些物质会逐渐蒸发，过一段时间后，其中就会形成由能够折射光线的固体微粒。这些微粒的尺寸会逐渐增大，我们可以观察它们的生长过程，最终会形成结构对称、形状优美的晶体，其基本形态为直角菱形棱柱。在自然界中，很可能是由于植物物质对河流和海洋水中的硫酸盐的作用，再加上氧化性大气的辅助，从而产生了硫酸，进而对石灰岩层产生作用。通过这种反应，就形成了众所周知的石膏或巴黎石膏，它通常以无定形状态存在，但也常常以结晶形式出现。[42]

这充分体现了我们所探讨的这一奇妙过程——尽管这个过程看似简单，但实际上却涉及了宇宙中众多已知的物理元素。通过仔细研究在放大镜下所能观察到的现象，我们就能进一步了解那些正在海洋深处发生的巨大变化，或是那些在地球岩石层内部形成能折射光线的宝石的神奇机制。

结晶的力量是一个值得深入研究的课题。如果我们观察那些含有石英晶体脉络的板岩，就会发现，在这些晶体形成过程中产生的机械力足以将岩石撕裂成各种方向。最初形成的那些裂缝，随后会被另一组晶体填充，这些晶体同样会施加机械力，从而形成那些令地质学家长期困惑的复杂结构。最简单的力量，只要经过长时间持续的作用，最终也足以将安第斯山脉从山脚到山顶彻底撕裂，或者将新的大陆抬升到海平面之上。

[37] “盖·吕萨克首先指出，将明矾晶体放入氨明矾溶液中后，其体积会持续增大，而形态却不会改变，因此该晶体可以被两种明矾的交替层所覆盖，依然保持规则的晶体结构。后来，博丹先生发现，诸如铁硫酸盐和铜硫酸盐之类的物质也能形成具有相同形状和角度的晶体，尽管它们的结构并不像明矾那样简单。但米切尔里希先生首次在足够多的案例中发现了这种规律性，从而证明这是不同物质因成分相似而产生的普遍现象。”——《格雷厄姆化学原理》（1842年），第136页。
以下内容出自赫尔曼·科普博士1841年发表在《哲学杂志》上的论文《论物质的原子体积与晶体结构》：“同构理论告诉我们，有许多物质具有相似的构成以及相同的晶体结构。因此，我们对这些物质体积（或者说晶体结构）的概念也应当是相同的。由此可知，它们的比重与单位体积内的质量相关。基于这些考虑，我们可以得出如下规律：同构物质的比重与其原子量成正比，或者说同构物质具有相同的原子体积。”——第255页。奥托博士所著的《化学中的同构现象》一书中也有相关译文，可供参考。另可参阅罗斯先生根据柏林皇家科学院会议记录翻译并发表于1848年10月《化学公报》上的论文《论锡过氧化物的同构性质》。

[38] 詹姆斯·D·达纳所著的《矿物学体系》，涵盖了最新的研究成果，纽约，1844年。

[39] 达纳在其上述著作中使用了“晶体生成”这一术语；他在该书第71页关于“理论晶体学”的论述非常值得重视。

[40] 波恩大学的普吕克教授所著的《论晶体正光轴与负光轴之间的磁性关系》——载于《哲学杂志》第231期（第三系列），第450页。迈克尔·法拉第爵士所著的《电学实验研究；论铋及其他物质的晶体极性及其与磁力的关系》——载于1848年的《皇家学会会刊》。

[41] 在1846年出版的《英国地质调查局及经济地质博物馆回忆录》第一卷中，有该书作者所写的论文《论磁性对结晶过程及物质其他性质的影响》，其中对该主题进行了详尽的研究。另可参阅《关于一片绿泥石片岩与蛇纹岩山体的极性磁性》一文，载于《化学年鉴》第xxv卷，第327页；兰杜斯神父所著的《磁性对化学反应的影响》；还有里特与汉斯汀的实验报告，由厄斯特德进行分析；以及穆施曼所观察到的“地球磁场对银沉淀的影响”，载于《化学年鉴》第xxxviii卷，第196–201页。

[42] 硫酸钙的透明品种被称为硒华，而质地细腻的块状品种则称为雪花石膏。石膏在次生地质环境中形成大面积的矿床，也存在于第三纪地层中。

偶尔会在原始岩石中发现它，它也是火山活动的产物。最优质的此类矿物标本见于瑞士贝克斯的盐矿、蒂罗尔的哈尔地区、西西里的硫磺矿，以及西班牙奥卡纳附近的石膏矿床中。在英格兰，牛津附近的肖托弗山所产的黏土中能找到最大的晶体。——参见达纳所著《矿物学》第二版，第241页。

第六章 热量——太阳热与地球热
太阳热与地球热——地球在太阳系中的位置——阳光中所包含的热量与光——物体对热量的透射性——光谱中不同颜色光线的加热能力——波动理论——地壳的导热性——对流——辐射——大气层对热射线的作用——特殊的热射线——不同物体对热量的吸收与辐射——太阳光成分的变化——被吸收与被反射的太阳热量的差异——露水的形成现象——太阳热对海洋的影响——大气层与海洋中的热量循环——地球的内热——平均温度——中心热源——所有物体持续释放的热射线——热成像技术——热量对分子排列的影响——地球热量的来源——物体的潜热——动物的体温——寒冷状态下的球形结构——凝结——冻结——关于热量的各种理论——自然现象——以及哲学上的结论。

我们从太阳那里获得热量，而热量是与光一同存在的；通过物理、机械或化学手段，我们可以从各种物质中激发这种重要的能量。我们认为，无论热量源自太阳还是地球，其在物理特性上并无本质区别；但由于来自不同来源的现象存在一些显著差异，因此将它们分开来研究有助于我们更好地理解这一重要原理。

未受过教育的人从太阳的温暖与光芒中获得健康与快乐；他们筑起简陋的祭坛，向他们所认为的生命之源——火——虔诚祈祷。

哲学家认为，生命与各种有机体的存在都依赖于太阳光中所蕴含的能量；在研究这些奇妙能量的作用机制后，他不得不承认——波斯山丘上的祭坛之火，其实不过是隐藏在帷幕背后的无限智慧的微弱影子罢了。
地球目前的状况直接取决于我们从太阳那里获得的能量多少。人们常说，如果能让地球靠近太阳一些，从而增加接收到的热量，那么生命环境将会发生巨大变化，现有的所有动物物种都会灭绝；而如果地球离太阳更远，极度的寒冷与黑暗也会导致所有生物无法维持自身的生存状态。
虽然让地球靠近或远离太阳是不可能的，但有人认为，那些靠近太阳的行星上，温度应该高到足以熔化地球上的岩石并使海洋蒸发；而天王星和海王星由于距离热源较远，其温度必然很低，水会像岩石一样变成固体，而类似地球的大气则会是浓稠的液体状态。
实际上，根据物质本身的物理特性，它们吸收和保留照射在其表面的热量的能力也是由这些特性决定的。我们知道，即使穿过地球大气层中密度较低的层次，太阳光所携带的热量也极少减少。因此，无论太阳光穿过100万英里还是1亿英里的空间，它依然能够为所经过的固体物质带来热量。对于这种辐射能量而言，并不存在与距离成反比的变化规律。所以，无论是距离太阳最近的行星还是最远的行星，其物理条件都应该能够保持与地球相似的、有利于生命存在的温度。

我们周围的万物都是适应地球相对于太阳的位置而形成的，我们受引力法则的约束；与此同时，还有离心力不断试图将行星从引力中心推开。尽管有一种力量始终将地球拉向太阳，另一种力量则不断试图使其沿轨道切线方向飞向太空，但两者之间依然保持着完美的平衡。通过研究可以发现，所有宇宙现象都遵循着同一套和谐的规律，正是这些规律造就了世间如此美好与令人愉悦的一切。

热能以及其他各种辐射现象，常常被视作导致我们感官所能感知到各种效应的共同原因。不过，人们通常不会将太阳光线的温暖与其发光特性视为同一原因的结果。只有当我们开始研究与这些辐射相关的物理现象时，才会发现其中蕴含的复杂性。然而，正是通过这些精细的研究，我们才能获得最精妙的真理。通过对创造过程中各种微妙机制的分析，我们可以得出深刻的结论，这使得以追求真理为宗旨的科学成为一种重要的宗教教义体系。虽然我们不担心热能与光会被混为一谈，因为它们的现象实在截然不同——比如来自炽热铁块的射线不会发光，而在强烈的月光照射下，即便使用最精密的仪器也几乎无法检测到热量；不过，阐明这两种原理彼此之间的差异仍然非常重要。透明物质具有不同的热传导能力：有些物质甚至在最薄的层面上就能几乎完全阻挡来自高温物体的热量；而另一些物质则能让手的温度穿透数英寸厚的介质。深红色的硫氯化物溶液能让100道热射线中有63道透过，而氨水中的胭脂红溶液、或经过金或铜氧化物染色的玻璃，则能让更多射线透过；不过这些透明介质也会阻挡大量光线。那些几乎不阻挡任何光线的无色介质，反而会阻止热射线的透过。在100道射线中，松节油只能让31道透过，硫酸醚能让21道透过，硫酸能让17道透过，而蒸馏水则只能让11道透过。不过，纯燧石玻璃则能让67道射线透过。

热辐射线的透过率为100%，而冕玻璃的透过率则为49%。对热射线具有最完美透明性的物质是半透明盐岩，其透过率为92%，而同样具有半透明特性的明矾的透过率仅为12%[43]。黑云母、黑曜石和黑玻璃几乎不透光，但它们仍能让90%的辐射热穿过；而由铜氧化物着色的淡绿色玻璃，或覆盖有一层水的玻璃，或是极薄的明矾膜，尽管对光完全透明，却几乎能完全阻止热射线的穿透。由此可见，热与光是可以相互分离的；如果我们用棱镜对太阳光进行分解分析，就会发现强烈的光线与强烈的热量之间并不存在对应关系。通过仔细观察可以发现，在黄光区域，温度为62华氏度时，该光线的照明能力最强；而在可见光范围之外的红光区域，温度为79华氏度；在光谱的另一端，即蓝光区域，温度为56华氏度；而在紫光区域则无法检测到任何热效应[45]。由于我们可以通过人工手段提升任何物体的温度，从而产生强烈的热量，而一旦达到一定的温度阈值，就会出现光的现象[46]。因此有人草率地认为，热与光的区别仅在于某种假想介质中的波动速度不同。必须承认，许多关于热能与光能现象的数学论证确实十分令人信服，足以让我们相信热与光都具有波动特性。然而，波动理论需要接受许多我们无法证明的前提，其假设在很多情况下都是毫无根据的；尽管有许多人竭力支持这一理论，但我们不应被他们的推论所迷惑，也不应被他们炫耀的学识所震撼。辐射热似乎是以波的形式传播的，但认为物质中的热效应是由某种波动机制产生的，这种结论其实是没有依据的。

证据表明，物质的热现象同样可以通过“一种具有扩散性的微妙流体”这一假说来轻易解释。不过，我们并不需要证明这两种对立观点中的哪一种是正确的；事实上，人们也承认，许多现象的解释需要一些这两种理论都无法提供的条件。地球从太阳获得热量，其中一部分通过粒子间的传导传递到地壳内部。另一部分则通过对流或粒子的循环在周围的大气中产生热量——那些与地表接触而变暖的粒子会变得较轻，从而上升，让位置给更冷、更重的粒子。还有三分之一的一部分热量则根据某些尚未被充分研究的规律辐射到太空中，而这些规律又与地表的颜色、化学成分及机械结构有关。思考一下我们所看到的种种现象：地球上一切美好的事物都依赖于我们从太阳那里获得的能量与光，这实在很有启发性。让我们试着去了解即使暂时失去太阳热量也会产生的种种影响吧。到了冬天，植物界仿佛都被冻住了。除了少数耐寒的常绿树之外，其他树木都失去了叶子，它们的枝条伸向寒冷的空气中，看上去就像植物的“骨架”。篱笆旁的低矮植物以及田野里的草类，其生命力也降到了几乎接近死亡的最低水平。流动的溪水也停止了流动，被“厚厚的冰层”覆盖，水底不再能发出悦耳的声音。即便在我们自己国家的温和气候区，冬天的景象也能让普通观察者意识到：热量的丧失会导致生命力的减弱；而哲学家则会发现，太阳光强度的降低以及辐射热作用的减弱，正是造成那种介于睡眠与死亡之间的状态的原因。到了夜晚和冬天，地球失去了热量；在没有光的情况下，生命力更是进一步减弱。即便是那些依靠更高层次的生命力量来维持生存的动物，也会因为暂时无法获得太阳光而陷入困境。

一种单调而忧郁的宁静。所有的动物都会进入不同程度的冬眠状态，每只动物都在自己的冬日居所中通过自我捕食来维持生命。整个世界笼罩在一片黑暗之中；没有色彩的交织能以美妙的韵律抚慰人的心灵，唯有这样的意识——当夜晚最黑暗时，白昼也就近了——才能让人类的灵魂在缺乏阳光的压抑氛围中依然坚强。我们身边所见的景象足以让哪怕是最缺乏想象力的人也明白：如果黑暗持续稍长一些，随之而来的寒冷也会对有机世界的生存造成致命威胁。太阳已进入白羊座，春天到了。昼夜时长相等，光明与黑暗的力量此刻达到了完美的平衡，光明如同大天使一般，战胜了阴郁的气息。有机世界开始苏醒：种子中的化学反应启动了，胚胎中的生命之火被点燃，在太阳辐射的推动下，植物开始向光明与生命迈进。同样的力量还促使森林中的树液在毛细管中流动，直到最高的树枝因新的生命力而微微颤动。花蕾绽放成叶片，那些原本光秃秃、几乎与死物无异的树枝上，如今覆盖上了新鲜而充满生机的枝叶。动物们也同样能感受到周围弥漫着的这种新气息：鸟儿在微风中欢快地飞翔，向天空献上悦耳的歌声；野兽们从岩石的缝隙和森林的隐蔽处出来，尽情享受着重获的活力。就连人类，那些生活在城市中、习惯了人工环境的人，也在春日的清晨醒来时，比冬季的阴霾笼罩之时拥有更清晰的思维，以及对自身智慧更深沉、更愉悦的认知。此时，人类内心深处那潜藏的诗意开始寻求表达。正如人们所说，晨阳唤醒了孟农雕像的音乐韵律，同样，春日晨阳也在最平凡的人心中激发出那种源自天际的音乐韵律，而罪恶与悲伤也无法完全摧毁这种韵律。心理学家在研究人类心灵的独特现象时，必须……

他与自然哲学家为友，学会了理解物理因素在决定各种现象中的作用——而我们那些古老的哲学家以及各个时代的诗人则将这些现象归因于某种超自然力量。
夏季来临，气温与光照都愈发强烈，大地被其笼罩。此时，生命活动达到顶峰，所有生物体内的能量都处于活跃状态。自然法则基于对立力量的原理而运作，这些力量不断相互斗争以维持平衡，从而形成了我们所看到的各种现象。热、光、化学能以及电能共同推动着那股未知的生命力量，使其不断产生新的物质——也就是生长现象，即从无机的物质中形成有组织的物质。
秋季到来，阳光变得温和，但在这阳光之中我们发现了新的力量，正是在这些力量的作用下，花朵和果实才会诞生。新生命的种子便蕴藏其中，尽管树叶会凋落、花朵会枯萎，但新的生物体依然会诞生，从而确保物种的延续。
只要人们随着季节的变化审视自己，很快就会明白：光与暗、热与冷的交替变化，都会对人的身心产生新的影响，这充分体现了动植物界对于那些似乎源自地球系统中心的力量的依赖性。
那些与季节变化相关的现象，足以让最肤浅的思考者也意识到，太阳与地球之间存在着密切的联系，值得我们认真研究。
事实上，如果我们回顾最古老的历史记载，就会发现所有哲学体系都基于一个重要的事实。摩西将黑暗与空虚、无形的地球联系在一起，而将光明与和谐与生命的诞生联系起来。梅尼斯则描述了一个被黑暗笼罩的可怕世界，并将“赋予生命的神灵”的概念与光明照耀万物联系在一起。埃及的伊西斯、希腊的阿波罗也是如此。

那无边光明的主宰，
以宁静之姿翱翔于苍穹之上，
用万千光芒掩盖其令人敬畏的美貌。

波斯山丘上的火神与秘鲁山脉中的太阳神，通过时空的维度，展现了人类对太阳光与热量如何影响各种有机生命的深刻认知——而人类本身正是这类生物的典型代表。现代哲学家们的研究则将这种影响扩展到了构成地球的无机物质上：我们现在知道，那些持续影响着物质化学性质及电学特性的物理力量，其实直接受到太阳辐射的影响。

在我们所能研究的范围内，没有什么现象比热辐射与热吸收现象更令人惊叹的了。它们完美地体现了最精妙的秩序结构，同时也凸显出每种生物形态对其所处环境的巧妙适应能力，以及其在整个生命体系中所扮演的角色。因此，对于那些希望从科学中发现诗意的人来说，这些现象无疑值得深入研究。

由于大气层的存在，我们得以免受强烈太阳热量的直接影响。据计算，阳光在穿过6,000英尺厚的大气层时，其热量约有五分之一会被空气吸收。当然，这一数值是在地球表面附近得出的；不过，鉴于大气层上层物质的密度越来越低，热量吸收也会随之减少，我们可以推断，大约三分之一的太阳热量会通过整个大气层而散失。[47]

经验表明，太阳光线的强度并非始终不变；很多人都有过这样的观察：在某些大气条件下，太阳的热量会异常强烈。这一点从树木叶片所受到的影响中也能看出来——虽然人们常常将这种现象归因于电力，但实际上它是由热量造成的。通过对太阳辐射在棱镜光谱中的表现进行研究，人们发现了某种热射线，它们确实存在。

凭借一种与热量特性几乎无关的独特脱氧能力，这类射线被命名为“副热射线”[48]。由于太阳热量传递所经过的介质处于正常状态，我们才得以免受这些射线的严重伤害。我们的大气层是由气体和水蒸气构成的混合物；正如前文所述，即便是一层极其透明的水膜，也能阻挡许多热辐射的通过，而被阻隔的射线大多属于那种具有特殊灼烧力的射线。因此，空气实际上起到了平衡太阳热量的作用，使得地球能够适合所有动物生存——若非有这种特殊的吸收介质，即便在温带地区，这些动物也必须承受非洲式烈日的灼烧。

在阳光照射下，地球表面会不断接收热量；即便在太阳被云层遮蔽时，这种热量吸收也会以较弱的程度持续进行。本杰明·富兰克林通过一系列简单却极具说服力的实验表明，黑色布料比浅色布料更快变热[49]；同样，从类似观察中我们可以得知，裸露的棕色土壤比翠绿的草地更能迅速吸收热量。因此，在冬季，相对于太阳释放的热量总量而言，更多热量会渗透到未覆盖的土壤中，而春季和夏季则不然。自然界始终存在着向平衡状态发展的趋势：夜间，地球表面因接触较冷的空气而失去的热量多于白天；因为当地球不再接收热量时，它会不断将热量辐射回太空。即便在対流和辐射过程中，也遵循着与研究热量吸收速率时相同的规律。

每一棵向阳光伸展绿叶、或将棕色枝条暴露在空气中的树，每一朵为大地增添美色的花，都具有不同的吸收与辐射能力。漂浮在湖面上的纯白色百合、色彩斑斓的郁金香、绚丽的银莲花、娇嫩的玫瑰，以及色彩浓烈的牡丹或大丽花，它们各自拥有独特的本领，能够吸收太阳带来的温暖能量，然后再将其释放回干渴的大气中。这些并非科学幻想家的臆想，而是现实存在的现象。

直接归纳所得的真理，可以通过简单的实验来加以验证。[50]
通过将精密的温度计置于各种颜色花朵的叶片之间，便可轻易确认其中一种理论的正确性；而借助最近发现的与热辐射相关的原理——这一原理稍后会详细说明——我们同样可以轻松且准确地验证另一种理论的真实性；因为太阳光照射到的物体表面的颜色会直接影响热量的吸收与辐射。
由于太阳在特定时间相对于地球上某一点的位置不断变化，因此一年之中热量的多少也在持续变动。这种变化决定了季节的更替。考虑到冬季时地球距离太阳的距离比夏季近近三百万英里，这就需要一个解释，来说明为何在离热源更近的时候我们反而会感受到更低的温度。
地球绕太阳运行的轨道是椭圆形的，太阳位于该椭圆的一个焦点上。根据之前所阐述的旋转轴守恒定律，地球的自转轴始终指向小熊座中的那颗恒星。结合这一事实，以及“固体比液体更容易吸收热量”以及“在没有吸收热量的时候，物体表面仍会持续释放热量”这两个事实，让我们跟随地球一起观察其轨道上的变化吧。
现在是春分时节——昼夜时长相等——因此热量吸收与辐射的时间也相同。但此时南半球与太阳相对，所以广阔的海洋几乎不会吸收热量。到了夏至时节，白昼长达16小时，此时热量正在被吸收；而黑夜只有8小时，热量则在此期间散失。此时北半球正朝向太阳，而且这里有最多的陆地，因此热量的吸收能力达到最大值。
秋分来临了，此时同样也是昼夜平分，但整个北半球都与太阳相对，因此……

根据前述规律，我们便能理解秋季气温升高的原因。冬至来临，夜晚变长，白昼变短。此时，太阳辐射的时间几乎是地球吸收热量的两倍，而地球接收热量的条件也最为不利——因为表面面积最大的水域恰好位于面向太阳的一侧。这些因素共同导致了季节的变化，也让我们明白为何在靠近太阳时会比在更远的地方更冷。对光谱的分析表明，太阳光的状态会不断发生变化，而这些变化并非仅仅由位置改变所导致。通过长期观测所得的事实可以推断：我们在太阳光中发现的三种现象——光、热以及化学能量——它们之间的相对比例也在持续变化。春季以化学作用为主；夏季则光的能量最为强大；而秋季时，热能的活跃程度则达到最高。[52] 当我们研究与生物体结构相关的现象时，就会明白这些变化对植物生命的重要性。从物质表面反射出的热量特性也会发生显著变化。在自然界中，我们经常能看到这一现象的有趣体现：那些位于树干或木柱附近的雪，其融化速度要比远离这些物体的雪快得多，尽管阳光照射在两者上的强度相同——融化从朝向太阳的一面开始，然后逐渐向其他部分蔓延。由此可见，太阳直射光对雪的影响要小于从有色表面反射出来的光线。大量实验表明，这些二次辐射被雪或白色物体吸收的程度，要高于太阳直射光本身。这就是科学为我们展示的众多奇妙证据之一，它证明了最微妙的物质形式与较粗大的物质形式之间存在着密切的联系。热量在接触地球后会变得更像地球本身的性质；那种如同迷信中的“灵力”一般，能够无形地穿透晶体结构的微妙力量，在与地球物质接触后也会失去其效力。

尽管它仍保留着其精炼起源的痕迹，但其运动却仿佛被黏土束缚住一般，双翼也因这旋转的球体所带的尘埃而变得沉重。不过，它已经获得了新的特性，这些特性使其能够满足创造的需求，从而更轻松地完成各项任务。物质与热量结合在一起，遵循某种普遍规律而协同作用，最终在自然界的各个领域中形成了美丽的形态。

有一个简单的实验可以很好地说明这一惊人的变化：如果将一张变黑的卡片放在阳光照射下的雪地或冰面上，卡片下方的冰块会逐渐融化，卡片也会随之沉入其中；而卡片周围的区域虽然暴露在强烈的太阳光下，却几乎不会受到影响。但如果用金属表面反射太阳光，就会出现完全相反的结果——未被遮挡的部分会首先融化，而那张变黑的卡片则会高高悬浮在周围区域之上。

科学的各种证据都表明，太阳不仅是我们通过大气层直接接收到的热量的来源，也是地球所储存的热量的来源；我们可以通过多种方法将这些储存的热量释放出来。我们无需去探究地球是否曾经是一个温度极高的球体——这与我们的问题无关；因为即便承认这一点，我们仍然需要去推测这种热量的原始来源。

不过，在进一步研究地球上的热量现象之前，我们有必要先了解辐射与对流定律的一些重要结论。

太阳照射到海洋上的热量，几乎全部用于将海水的表面水分转化为水蒸气，或者被反射回去，从而在大气中产生各种影响，而这些影响对于维持我们所生活的这个大气层的良好状态至关重要。

空气流动通常是由于大气各处的受热程度不同所导致的。热量会使气体膨胀，从而增加其弹性并降低密度。因此，热带地区的高温使空气带着水蒸气上升，而温带和寒带地区的冷空气则向低处流动。

赤道地区则承担着补充能量的角色。这些强大的大气气流不受局部因素带来的微小干扰的影响，持续不断地流动着，从而实现了温度的均匀分布，而这种均匀性是其他方式无法实现的。正是通过这些气流，大气中的各种成分得以平衡，来自“阳光明媚的南方”的纯净氧气便以有益的风势吹向北方较为寒冷的地区。从大西洋中部或远处的太平洋蒸发的水也会被带到广阔的大陆上，以雨水的形式为遥远的土地带来养分。大自然的运作真是令人惊叹！太阳向地球辐射的热量虽然不能显著提升空气的温度，但土壤却能吸收这些热量而变暖，这样一来，靠近地面的空气温度就会上升，于是就形成了那些规律性极强的信风。如果地球处于静止状态，热带地区的热空气会直接上升至两极，但由于地球在不断运动，才产生了这些强大的信风，而周期性的季风也是由同样的原因造成的。在环绕地球的海洋中，也存在着一种与普通潮汐运动无关的循环现象：热带地区陆地表面因对流作用而变暖的水流会从墨西哥湾出发，穿越大西洋；在重力和运动力的共同作用下，这些水流沿着对角线方向流动，最终抵达我们的海岸。墨西哥湾流带来的温和气候，使得我们的岛屿拥有宜人的居住环境。在这里，有一种力量创造了两种巨大的影响，使得地球上的某些地区变得适宜居住且肥沃，否则这些地方将会永远处于严冬之中，一片荒凉。露水的形成这一奇妙现象，也与我们所研究的那些特殊性质有着密切的联系。当璀璨的星星从蔚蓝的天空洒下柔和的光芒时，花园里的花朵和森林里的树叶就会被一种极为清澈的液体润湿。古人很容易认为露水其实是星星掉下来的；而中世纪的炼金术士和医生则认为，这种夜间形成的纯净物质具有非凡的渗透力。

其他大多数事物也是如此；而那些古代的女性则努力通过使用来自纯净来源的洗剂来保持自己青春美貌的完美状态。[53] 科学揭开了迷信所笼罩在露水形成机制上的神秘面纱，它向我们展示了露水其实是水蒸气根据特定的辐射规律在物体表面凝结而成的，并且还揭示了许多与物质特性相关的有趣现象，从而为人们带来了比单纯依靠想象力所产生的作品更为高水平的诗意体验。露水的形成依赖于热量的辐射，只有当物体温度低于周围空气的温度时，露水才会在其表面凝结。无论空气的温度如何，它都会达到水蒸气的饱和状态，而水蒸气的含量会随着温度的变化而相应变化。假设空气温度为70华氏度，而将一瓶温度为60华氏度的水放入其中，那么瓶子周围的空气就会变冷，玻璃上会凝结出与两物体温度差相对应的适量水分。不同的物质，无论其颜色如何，都具有以不同速率从表面释放热量的特性。粗糙多孔的表面比光滑的表面更快地散发热量，因此温度下降得也更快；如果暴露在空气中，这类表面会比光滑致密的表面更早被露水覆盖。草坪上满是露水，而坚硬的石板路则没有湿润的痕迹。[54] 无色玻璃很容易吸收湿气，但经过抛光的金属则不会如此，即便其他物体上已经有了大量露水存在。要完全理解露水形成的现象，我们必须记住：地球的整个表面都在不断向太空散发热量；由于夜间没有热量吸收，地球自然会逐渐冷却。[55] 当地球表面的物质温度低于空气温度时，它们就具备了凝结空气中水蒸气的能力。构成地球表面的各种物质性质各异，它们的散热能力也不相同，因此用精密温度计测量时，就能观察到不同的温度值。韦尔斯博士的研究[56]为我们提供了更多相关见解。

作为最理想的归纳实验的例子，我们得知在傍晚七点时观察到了以下显热差异：——
草地上方四英尺处的空气温度为60–3/4；
高架板上的羊毛温度为54–1/2；
同一高架板上的Swandown材料温度为53；
高架板表面的温度为57；
草地表面的温度则为51。

在天气晴朗、风平浪静的夜晚，地表辐射不会受到干扰，此时露水会最为充足地凝结。这类夜晚的寒冷程度显然比被云层遮盖的夜晚要高。事实证明，云层的作用与园丁用来保护幼苗免受早春霜冻的遮蔽物类似——它们会阻挡辐射，同时很可能将少量热量反射回地面。

当草地上散落着树枝或其他遮挡物时，草的生长状况会更好，这一现象也很可能由类似的原因造成。[57]

还有许多令人惊叹的结果是与物体的颜色相关的，而这些现象无法用物体结构差异的理论来解释。我们知道，不同的颜色是由物体吸收和反射光的能力决定的；因此，蓝色表面的分子排列方式必然与红色表面不同。不过，还有一些物理特性也会独立于表面状况而影响热辐射。如果我们取红色、黑色、绿色和黄色的玻璃片，在露水开始凝结时将它们置于室外，就会发现水分首先会在黄色玻璃上出现，接着是绿色玻璃，最后才是黑色或红色玻璃。如果在白色玻璃瓶或槽中放置有色液体，由于所有表面的条件都相同，也会出现同样的现象。如果将略带冰霜的玻璃片与上述颜色的玻璃片放在一起，最早到达的阳光会加热红色和黑色玻璃片，从而使冰块融化。

与它们相反的是，要等到被其他颜色覆盖的冰冻薄膜上出现变化之前，还有一段很长的时间。正如已经证明的那样，热量在有色介质中的传播顺序与其辐射能力几乎一致。这些极为奇特的结果引起了梅洛尼的注意，我们如今所掌握的许多知识都得益于他的研究；从他通过不同颜色的物体所观察到的、具有与彩色光线类似特性的辐射顺序中，他推测出了“热色彩”这一概念。也就是说，热射线被认为具有类似发光颜色的特性，尽管它们是不可见的；因此，蓝色表面会强烈吸引蓝色热射线，红色表面则吸引红色热射线，以此类推。这一假设的独创性使其受到了广泛关注；不过，既然牛顿关于光折射的理论已近乎被推翻，我们就不应仅仅基于类比就轻易得出热射线也具有不同折射率的结论，而这正是梅洛尼假设所要求的。[58]还有什么比这样的事实更能让人意识到自然现象的卓越完美性呢？那就是，物体的颜色能够强烈影响那种遍布整个自然的原理的传播，同时还能决定该原理从物体表面逸出的速度。一些最新的实验让我们了解了与这些热辐射相关的其他事实，以及热能如何在热射线的作用下引发物体内部的分子变化，而这些变化对我们研究的主题而言至关重要。如果我们把棱镜光谱投射到一块抛光的金属板上——并且通过深黄色溶液来尽可能消除其化学作用力（这种溶液具有非常显著的这种性质，具体将在探讨太阳光线的化学作用时加以说明）——那么，如果随后将这块金属板置于从汞中缓缓升起的蒸汽环境中，就会发现红色光线及其下方光谱以外的光线能够使蒸汽高度凝结，而其他波长的光线对应的区域则不会受到影响。这一现象证明了太阳热能能够轻易地引发变化。

固体的分子结构。如果我们让阳光穿过有色玻璃，再照射到经过抛光的金属表面上，那么在将该表面置于蒸汽环境中时，所出现的现象将与前述情况类似。在黄色和绿色玻璃下不会产生任何蒸汽；而那些被红色玻璃或黑色玻璃过滤后的阳光照射到的区域，则会形成大量的蒸汽沉积物，清晰地标示出这些玻璃所覆盖的区域。更有趣的是，如果将这些有色玻璃或其他有色物体放入一个盒子里，再将一块抛光金属板悬在它们上方几英寸处，整个装置被置于完全黑暗的环境中数小时，其效果仍与置于阳光直射下的情况相同。这充分证明了物体本身会散发热量，即便在黑暗中也能产生与太阳光中的热射线相同的现象。不过，我们还是需要回到“光化学”这一主题中，进一步研究这些现象以及其他类似的效应。通过这些有趣的归纳性研究发现，我们可以了解到一些重要的真理：与光相关、遵循许多相同的规律、以相似的方式运动的能量，对于我们星球的形成而言至关重要。这种能量常常与太阳光中的发光原理紧密相连，以至于人们怀疑它不过是同一种能量的另一种表现形式。然而，虽然我们能够展示其中一种能量的现象，却无法产生另一种能量特有的现象，因此我们不得不将热量视为与光不同的东西。的确，我们似乎正在接近这个问题的某种证明方式，但目前还无法断言它们其实是同一种能量的不同表现形式，或是“某个伟大物理方程的特定解”。在许多情况下，似乎其中一种力量是另一种力量产生的必要条件；但我们也发现了许多它们之间并无此类关联的例子。从我们所讨论的科学事实中，我们可以了解到自然界的某些奥秘。就其与热量的关系而言，每一朵为大自然荒野或花匠精心打理的花园增添美感的鲜花，都拥有其独特的能量。

“——那些色彩斑斓的风信子、高大的郁金香，还有其中最美丽的水仙花，”由于它们各自不同的颜色，因此在相同的阳光下也无法拥有相同的温度。每种植物都蕴含着维持其正常生长所需的热量，同时具备能够决定其叶片上凝结的露水量的机制。这一奇妙原理在自然界中的种种现象中得到了进一步体现，这些现象也将有助于阐明本书的主题。首先，让我们以最常见的例子来说明温度变化所带来的影响。无论物体所受到的额外热量有多微小，它都会因此而膨胀；这样一来，构成地球质量的每一个原子都会随之运动。清晨的第一缕阳光照射到地球表面时，就会引发振动，这种振动会一直持续到地球的中心。昼夜之间的温度差异相当大，因此所有物体在较高温度的作用下都会膨胀，而在较低温度的作用下则会收缩。白天时，任何遮住太阳的云层都会在太阳光所能照射到的所有固体、液体或气体中产生抑制作用：原本因热量而膨胀的粒子会突然收缩。因此，在有阳光的时候，所有物体都会有膨胀的趋势，而在夜晚则又会恢复到原来的状态。不仅不同物体辐射热量的程度不同，它们传导热量的速度也各不相同。与铂金相比，热量在银或铜中的传导速度要快得多；玻璃也能传导热量，但速度较慢，而木材和木炭的传导速度则更慢。从那些证明热量在某些路径上比在其他路径上传导得更快的实验中，我们可以了解到有关物质分子结构的一些重要信息。在某些方向上，木材和其他物质的导热性会比其他方向更好。而金属氧化物或土类的导热性则很差。

这些物质是热量的传导体，因此太阳光所吸收的热量不会像在金属表面那样迅速从地球表面散失，而是滞留在地表层中，为植物的健康生长提供适宜的温度。动物的毛发和羊毛的导热性较差，正因如此，在气候和季节发生变化时，动物们才能免受剧烈的冷热变化带来的伤害。毛发比羊毛具有更好的导热性：因此，在某些国家，随着冬季的临近，动物的毛发会变成羊毛，羽毛则会变成绒毛。

显然，太阳热量进入地球地壳的速度会随着其照射表面的状况而改变。所有经过检测的岩石的导热能力都存在一定程度的差异。[60]

由于太阳相对于地球的位置关系，赤道附近地区的温度会比远离赤道的地区更高。这些热量会向地球内部传导，同时也会向较冷的区域移动，于是赤道地区吸收的热量就会流向两极，再由大气带离或辐射到太空中。正因如此，在地球表面之下存在着一个温度均匀的区域，这一深度会随着我们向赤道两侧移动而增加，且会随着地球表面的地形而变化——在山谷下方温度会降低，而在山丘上方则会上升。[61]

从科学角度来看，一个非常有趣的问题就是地球中心的温度。当然，我们目前还无法解决这个问题；不过，通过仔细研究人类能够到达的深度处的地下温度，我们可以逐步接近答案。这些研究表明：当某地的平均气温为50°时，距离地表59英寻深的岩石温度为60°；132英寻深时为70°；239英寻深时则为80°。也就是说，每深入59英寻，温度上升10°，即每35.4英尺上升1°；再深入73英寻，温度又上升10°，即每43.8英尺上升1°；再深入114英寻，温度仍上升10°，即每64.2英尺上升1°。[62]

虽然这意味着每50英尺深度温度会上升约1度，但这种上升速率似乎会随着深度的增加而降低。因此，就人类目前所能观察到的情况而言，地球上的热量很可能是由地表吸收太阳光线所产生的。不可否认，在地球深处存在着剧烈的岩浆活动，但关于地球中心存在炽热物质这一观点，终究只是那些善于思考的人所提出的猜测罢了。这颗行星的年平均温度会发生变化，而这些变化很可能与太阳本身或其周围大气层中的某些物理变化有关。地球表面的温度差异很大：在赤道地区，温度大致保持在80°左右；而在两极，则低于水的冰点。据观测，地下温度与地表气候状况有着密切的关系。水通过地层中的裂缝或裂隙流动，无疑是一种比岩石本身传导更快的传热方式。不过，并没有发现水量会随深度增加而增多。在康沃尔郡的矿井中，除非地面非常松软，否则矿工们会发现，在大约150英寻（900英尺）的深度之后，水量就会迅速减少。从许多泉水在地面处以较高温度涌出的情况来看，可以确定水必定是从更深的地下升上来的。在康沃尔郡的某些矿井中，水从矿脉的某一处以90°的温度涌出；其中某个作业面温度极高，尽管人们特意引入冷水来降低温度，但矿工们仍然几乎裸体工作，还会用80°的水来降温。在同一地区的特雷萨文矿井中，距离地表约320英寻深处的温度为100°。我们许多深矿之所以如此炎热，还有一个原因似乎被完全忽视了，那就是附近大量黄铁矿物质所发生的化学反应。在康沃尔郡的矿井中，如此高的温度无疑是由于在这些矿场附近存在大量硫化铁和硫化铜，这些物质正在发生分解反应所导致的。

人类能够测量的地下热量，似乎完全是由岩石本身的导热性能所决定的。观察发现，等温线大致上与地表的高低起伏相吻合，而在这条线之外，热量的增加速度会逐渐减慢——如果所有被测量的热量都是通过岩石地壳的传导作用产生的，那这种变化趋势便是理所当然的。至于这些地下等温带是否与地球上大部分地区所绘制的等温线存在某种密切关联，目前还无法得出令人满意的结论，因而也无法据此做出普遍性的推论。东方的故事讲述者将地下世界描绘成一处极为美丽的场所：那里有洞穴构成的神庙，庙中镶嵌着能自行发光的宝石，那些掌管无生命世界运转的灵体就居住在其中。即便是学识渊博的哲学家，也曾经有过类似荒诞的幻想；在各种科学幻想中，也没有比关于地球中心的描述更离奇的了。不过必须承认，现代地质学研究发现的许多奇特现象，都可以用“地球正在冷却”的假说来最好地解释，而这一假说本身就意味着地球中心存在着极高的温度。我们之前已经注意到太阳热量与地球热量之间存在一些显著差异；但德拉罗什[63]所做的一系列观测结果仍值得我们关注。太阳热量可以自由穿过无色玻璃，而明亮火焰或炽热金属发出的辐射则会被这种介质完全阻挡。如果我们把灯或炽热的金属球放在金属反射器前，很快就能找到热量聚集的焦点；但如果使用玻璃镜面，光线会被反射，但热量却不会；而对于太阳光来说，无论使用玻璃反射器还是金属反射器，几乎都没有什么差别。众所周知，玻璃透镜既能折射太阳光，也能折射太阳热，这类透镜通常被称为“燃烧镜”，因为其焦点处的热量强度极高。如果在实验中使用人工方式产生的强热，其传播也会受到阻碍，即便是最精密的温度计也不会受到影响。

透镜的焦点。暴露在火焰前的玻璃会变热，热量通过传导传递穿过玻璃，随后从另一侧产生二次辐射。[64]研究发现，对于某些地球产生的热射线而言，玻璃是可透热的；而对于其他热射线，则是不透热的——即玻璃对热量的通透能力会随着被加热物体的温度升高而增强——而且那些已经穿透了第一层屏障的射线能更轻易地穿透第二层屏障。不过，似乎仅仅提高温度并不足以让地球产生的热射线具备穿透玻璃屏障的能力，换言之，也无法使其具备太阳热射线的特性。

举个例子：氧氢火焰的热度非常高，但玻璃仍能阻挡它，尽管使用抛物面反射镜可以辅助其穿透玻璃。如果让这束火焰照射到石灰球上，就会产生极其强烈的光，而实际上火焰的温度并没有上升，但它却具备了被玻璃透镜折射的能力，从而可以在透镜的焦点处点燃可燃物。

从这些结果来看，就热能的运动而言，波动假说确实是正确的。在某种频率下，振动会被相反方向的物体反射或阻止；而在更高激发状态下，振动的速度加快，就能穿透屏障。[66]这其实并不与普雷沃斯特的精炼理论相矛盾，因为该理论认为所有物体之间都会发生等量的热交换。

热最普遍的作用就是使物质膨胀；固体、液体和气体在热的作用下都会膨胀。如果将金属棒置于热源中，由于其内部粒子之间的距离变大，金属棒的尺寸也会随之增大。如果继续施加热量，过一段时间后，金属棒的结合力就会减弱，最终熔化成液体；而在更高的温度作用下，这种熔化的金属还会蒸发成蒸汽。看来，在热量的作用下，物体的原子会不断膨胀，最终由于每个原子外层的结构变得十分脆弱，这些原子就能够自由地相互移动或轻易地彼此渗透。有一个非常有趣的实验可以证明，热量确实会严重扰乱物体中粒子的排列结构。一根被加热的金属棒……

金属被放置下来冷却，其一端支撑在另一种金属制成的楔子或环上，另一端则接触地面。在冷却过程中，由于温度下降导致物质粒子发生振动，从而会发出独特的音乐声。[68]

热量会在自然界中的所有物体中扩散，而且正如我们即将看到的那样，它可以通过多种不同的方式产生。因此，我们可以推断：当冰块变成水，再变成蒸汽时，其实只是向其中注入了更多的热量，使得原子间的距离变大，从而使分子能够自由移动。如此一来，水就从固态变为液态；如果继续施加压力，它就会变成无形的蒸汽。如果热效应进一步增强，那么原子之间就会分离到如此程度，以至于分子被破坏，进而发生化学分解。

借助伏打电池产生的电能，我们可以制造出已知最强的热量。格罗夫先生通过一种极为巧妙的装置，仅凭热量就成功地将水分解为其组成元素——氧气和氢气。后来人们用氧氢火焰加热铂金，证明了这种分解并非由伏打电流本身引起的，而是由其产生的热量所致。[69]

阿马尔的罗宾逊博士对这一有趣的问题进行了深入研究，他发现：随着水温的升高，水中各元素的结合力会逐渐减弱，最终在某个临界点时水会被完全分解。这一新发现与我们现有的认知似乎存在矛盾——按照我们的认知，被加热到发光状态的物体应该能够以剧烈的方式促使水中的元素结合在一起。不过，这位敏锐的实验哲学家大胆但合理地提出了这样的疑问：“难道不是有可能，除了光之外，还有其他某种辐射能量（比如光谱中的光所具有的那种能量，以及它在摄影过程中通过化学作用展现出来的特性）由热量产生？虽然这种能量看不见，但它与元素的结合力一起，促成了将三份体积的氧气和氢气转化为两份体积的蒸汽的原子变化吗？”[71]

这一理论以非常令人满意的方式解释了1798年拉姆福德伯爵所获得的一些实验结果。在为研究“那些被归因于光的化学性质”而进行的一系列实验中，他发现：在完全黑暗的环境中，受热作用时也会发生许多化学分解现象，而这些现象与阳光照射下产生的现象极为相似。[72]不过必须记住的是，太阳光和热量有时会与光化作用产生矛盾，而最剧烈的化学变化则是由那些既没有热量也没有光线的射线所引发的。这类现象中最值得注意的将会在“光化作用”这一章节中得到解释。

迄今为止所发现的关于光与热之间最奇特的关系之一是：除了那些具有磷光特性的物质之外，所有物质开始发亮的温度都是相同的。用华氏温标来衡量的话，当眼睛在完全静止的状态下能够察觉到最初的光亮时，其温度很可能接近1000°。丹尼尔将这一数值定为980°，韦奇伍德定为947°，而德拉珀则定为977°。[73]罗宾逊博士和德拉珀博士通过独立观测得出了同样的结论：加热后的铂金所发出的第一缕光并非红色，而是淡紫色，其颜色特征与约翰·赫歇尔在太阳光谱中发现的折射率最高的射线中的颜色相同。[74]

必须承认，关于光与辐射热是否为同一事物这一问题存在着诸多难题。它们的许多现象都非常相似，作用方式也大体相同，常常被视为相互关联的两种力量；但它们也常常表现出极端的差异性，因此也可以被区分开来。

我们现在已经了解了这种最重要元素的物理条件与性质，接下来就需要探究一下如何在不依赖太阳光源的情况下激发它。这一神奇的能量其实以潜在状态存在于所有物质之中，可以被释放出来。铁匠会将钉子敲打至通红，然后用它来点燃火柴，进而为炉火提供燃料。通过这一过程，铁的密度会增大，除非再次将其置于火中，否则不会再发出光亮。

极高的温度。从这一结果中我们只能得出这样的结论：通过锤击，粒子被挤压得更加紧密，从而释放出热量；再继续锤击也无法让原子更靠近，因此不会再产生额外的热量。铁在火中变热时，会吸收热量，粒子也会恢复到原来的状态，此时我们就可以再次通过锤击来产生热量和光亮。印度人通过两块木头的摩擦来产生火花；两块冰通过摩擦也能使彼此融化；如果我们能通过机械压力将水变为固态，就会释放出大量的热量。氢气和氧气气体发生凝结时，粉碎后的铂金会变得通红，而只要采取适当的预防措施，就连固态的铂金本身也会发热——这些热量源自于气体本身的结合过程。物体从固态转变为液态时，会从周围物质中吸收热量，从而产生寒冷感。被吸收的热量并不会消失，而是与液体结合在一起，处于潜热状态。液体转变为气态时，也会从周围物体中夺走维持气态所需的热量。正如我们上面所提到的，这些热量可以从空气或液体中重新提取出来。一品脱的空气中就含有足够的热量，足以让几平方英寸的金属变得通红。通过对大气中的空气进行压缩，就可以证明这一点；使用小型冷凝注射器，也可以释放出足够的热量来点燃含有硝石的“火绒”。我们知道有许多方法可以人为地产生热量：打火石就是利用机械力产生热量的例子，而现代的火柴则是利用摩擦力和化学亲和力共同作用的结果。关于这些现象，本可以展开详细讨论，但我们有必要仔细研究一些在化学状态变化作用下产生的、较为少见的热现象。如果将酒精与水混合，就会释放出相当多的热量；而将硫酸与水混合，则会释放出更多的热量。如果在常温下，将硫酸与酒精，或者硝酸与松节油突然混合，就会释放出如此多的热量，以至于能够点燃其中的酒精。在所有这些情况下，都存在液体的凝结现象。在几乎所有的情况下……

在固体转变为气态的过程中会释放出大量热量，比如火药或硝化棉的爆炸现象，这显然违背了大多数情况下所遵循的潜热定律。对于这一现象，目前还找不到更令人满意的解释。也许，在化合物的粒子周围存在着大量处于高度紧张状态的能量，一旦这种平衡被打破，这些能量就会以极快的速度释放出来，从而引发破坏性反应。

机械力能够产生热能，同样地，植物体内的汁液流动以及动物体内的血液和体液的流动也会导致热量显著增加。植物和动物体内持续进行的化学反应也是热量的来源之一；此外，神经能量和肌肉运动同样会产生热量。

人们认为，正是这些热量为生物的健康与生存提供了必要条件。消化过程被视为一种燃烧过程；食物中的各种成分与通过血液循环输送到身体各处的氧气之间的反应，被视作产生动物热量的来源。毫无疑问，这确实是热量的重要来源之一，但很难说它是唯一的来源。[75]

生命力或生命力法则影响着那些精细而复杂的神经系统；由于生命这种极为微妙且具有扩散性的存在从大脑一直延伸到身体各处，它使得这些脆弱的神经纤维快速振动，从而产生热量。通过这一作用，血液得以循环；肌肉也能保持弹性状态，随时准备执行意志所下达的任务。此外，温暖的液态血液能够在肺部吸收所需的化学物质，而胃则能完成其应有的化学变化，进而释放更多热量。如果消化过程——也就是与氧气结合后产生的缓慢燃烧过程——真的是动物热量的唯一来源，那么为什么一旦某根神经受损，该部位的体温就会永远处于极低的状态呢？又为何在剧烈死亡之后，由于胃液对动物组织的持续化学作用，动物热量仍能维持较长时间，而呼吸停止后却不能呢？[76]

在研究热量对物质状态的影响时，我们必须考虑极端高温以及极低温度所带来的影响。

卡尼雅尔·德·拉图尔男爵进行过一系列实验，这些实验似乎对自然界中可能存在的某些现象有着非常重要的意义，尤其是当我们假设地球中心处的温度会持续上升的话。如果将水、酒精或乙醚放入一根内径很小的玻璃管中，密封两端，然后将整个装置置于高温环境中，这些液体就会消失，转化为透明气体；但当温度下降时，它们又会毫无损失地重新凝结成原来的液态。[77]在这个实验中，液体在自身压力作用下转化为了体积变化很小的弹性透明气体。

在火山地带，极深的地层中，由于上方岩层的巨大压力，硅质岩石甚至金属在高温作用下都可能变为流体或气体状态，而其体积却不会发生变化——因为热量的弹性作用会被周围岩石的刚性压力所抵消。剑桥大学的霍普金斯先生进行的一些精彩实验表明：当物体所承受的机械压力增大时，使其熔化所需的温度也必须相应升高。与卡尼亚尔·德·拉图尔的实验结果直接相关的是另一组更为奇特的现象，这些现象由布蒂尼先生进行了研究，通常被称为物体的“球形状态”。如果将水喷到极热的金属上，水会立刻变成球形——可以观察到其内部粒子在运动，它会快速旋转，且蒸发速度极慢。如果将银制或铂制容器加热到通红的状态后注入冷水，整个容器都会呈现球形，只要保持通红状态，液体的温度就会远低于沸点。如果在黑暗中让容器冷却至不再发红，水就会剧烈沸腾，并以近乎爆炸性的力量蒸发成蒸汽。将等量的水分别倒入两个类似的容器中，一个放在冷火上，另一个放在通红的火上，会发现冷火上的水会比通红火上的水更早开始沸腾和蒸发。这种实验的另一种形式也极具启发性：如果将一块白热的金属突然放入装满冷水的容器中，金属的炽热光芒并不会熄灭，它仍会发出明亮的白光；同时可以看到水在距离发光金属一定距离处循环流动，实际上是被热量所排斥的。直到金属冷却后，水才会与金属接触并剧烈沸腾。珀金斯也观察到了类似的结果，但这一结果的正确性却被错误地质疑了。他制作了一个装有水的铁壳并仔细封好，将其加热到白热状态后，发现蒸汽并没有像预期那样产生足够的力量来打破容器。于是他在白热状态的铁壳底部钻了一个孔，结果惊讶地发现，在铁冷却之前，没有水从那个孔中流出。

当热量被大幅冷却后，它就会以蒸汽的形式剧烈释放出来。在这里，首先出现的是卡尼阿尔·德·拉图尔所描述的那种状态，随后则是球形状态下的热排斥效应。如果将水倒在那些已被烧得通红的铁筛上，水就无法渗透过去；但一旦这些铁丝冷却下来，水就能迅速流过它们。布蒂尼先生通过进一步研究这一有趣的现象，证明：只要将手臂浸入熔融金属中，皮肤上的水分就足以防止其结构遭到破坏。由于表面的阻力极大，因此温度上升得很微弱。[79] 波恩的普吕克教授指出，如果在将手臂浸入熔融金属之前先用乙醚清洗它，那么在熔融物质中的感觉就会像是极度的寒冷。

我们现在已经了解到，不同强度的热量似乎能够改变物质的化学成分——它能分解各种结合在一起的元素——它能改变物体的状态，还能产生强大的排斥力，使得流体无法接触到被加热的物体。不仅如此，它还对所有的化学反应产生强烈的抑制作用。例如，如果把易挥发的碘放入高温胶囊中，它会立刻变成球形。钾会迅速与碘结合；但如果把一块这种碱物质放入胶囊中，它也会变成球形，这两种物质会各自独立地旋转，彼此之间的化学亲和力完全消失；不过一旦胶囊冷却下来，它们又会立即结合在一起。

科学告诉我们，可以创造出一种不会烧毁有机物的极高温度，同时还指出一个重要事实：热量的破坏性作用存在一定的限度，超过这个限度后，由于火势过于强烈，便不再能继续产生热量了。那么，这一原理究竟会转化为何种辐射力呢？

卡尼阿尔·德·拉图尔以及布蒂尼（德埃夫勒）的实验，与格罗夫先生和罗宾逊博士的实验有着惊人的相似之处。这些实验告诉我们，只要稍微改变地球上热能的比例，就会彻底改变由这些热能构成的所有物质的性质，除非这些元素的物理状态本身也发生了变化。

假设这种火炼的净化过程会在地球上发生，那么这些实验似乎表明了由此带来的巨大变化。不会有什么毁灭，但从地球的中心到大气层边缘的一切都会发生转变——旧事物将消逝，万物都将焕然一新，而凤凰的美丽神话也将在这一崭新的创造中得以实现。从通过去除物体中的热量所获得的成果中也能得出有价值的结论。利用多种盐类在水中快速溶解时产生的冷却效应，就可以制造出极低的温度。[80]实际上，仅通过金属物质就能体现液化过程中对热量的吸收现象：如果将铅、锡和铋熔合在一起，再将其倒入水中制成粗粉，随后将该混合物溶解在大量水银中，温度计的读数就会下降近50度。石灰酸盐与雪混合后也能产生极低的温度，其温度可达到华氏零下50度，即水的冰点以下82度。用这样的冷冻混合物处理，水银也会变成固体。不过，最近人们还利用固态碳酸和乙醚制造出了比这更低的温度。[81]固态碳酸本身是由气体在高压作用下液化而成的；当这种液体逸散到空气中时，会迅速蒸发，因此其中的大量物质会因为热量被蒸发掉而凝结成固体。当这种固态酸与乙醚混合后，就能形成一个环境，使得碳酸在其中保持固体状态20到30分钟。将这种混合物置于空气泵的装置中，并保持良好的抽气效果，就能达到华氏零下166度的低温。在如此极低的温度下，许多迄今为止仅以气态存在的物质都被转化为液态或固态。氢碳化合物——烯烃气体也被转化成了液态。氢碘酸和氢溴酸则可以被转化为液态或固态。磷化氢是一种一旦接触空气或氧气就会自燃的气体，在如此低的温度下它变成了透明的液体。硫酸也可以通过加压和降低温度的方式被转化为沸点为华氏14度的液体，但用碳酸浴处理后它则变成了透明的固体。

无色。硫化氢在零下122度时凝固，形成类似海盐晶体的白色物质。氯气与氧气混合后，在-75度时凝固；一氧化氮则在-150度时凝固。氰化物是一种由碳和氮构成的化合物，也是氢氰酸的成分，它在零下30度时就会凝固。众所周知的刺激性物质氨气，在常温下极易挥发，但在-103度时则会变成一种透明的白色晶体。将物体同时置于极低温度和巨大压力之下所带来的种种困难，似乎是阻碍氧气、氢气和氮气凝结的唯一障碍。不过，法拉第博士还是成功实现了足够的凝结现象，这一发现再加上其他证据，使他得出结论：在所有有质量的物质中，氢气最轻，且具有金属的性质。[82] 在水通过冻结而凝固的过程中，有一些值得注意的现象。水在冷却过程中体积会逐渐缩小，直到达到华氏40度时，此时水的密度达到最大值。从这一温度到开始凝固的32华氏度之间，水的体积保持不变。[82] 当结晶过程开始后，水的体积反而会增大，密度降低，水会浮在液体表面。从40华氏度降到32华氏度期间，水分子正在占据形成固体——冰——所必需的新排列方式；在此过程中，所有溶解在水中的物质都会被排出。如果我们向水中加入颜色最深的染料、最强的酸或最剧烈的毒物，这些物质都会在冻结过程中被排出。如果在水冻结的过程中保持水体处于搅拌状态，这样那些被释放出来的物质就不会相互缠绕，那么形成的冰就会是透明、无色、无味且惰性的——而被排出的物质则会在冰块的中心高度浓缩在一起。同样地，始终溶解在水中的空气也会被排出，这就是为什么静止的池塘里形成的冰中充满了气泡，而在流动的水中形成的冰则完全没有气泡的原因。这本身就是一个……

状况极为奇特，其整体机制至今仍不为人所完全理解；但还有一个更为奇怪的现象被发现——当所有物质从冷冻溶液中被去除后，水就不再以212华氏度这一通常的沸点沸腾。如果将如此处理后的冰块放入容器中，并在表面覆盖一层油以防止空气进入，然后将其置于灯或火上加热，只要持续加热，它就不会在212华氏度时转化为蒸汽，而是会继续升温至270华氏度甚至更高，随后会以极其猛烈的方式沸腾，甚至炸裂盛放它的容器。从这个实验我们可以得知：如果水存在于与我们所发现的那种状态不同的状态下——哪怕只是因为其中不含空气这种看似简单的差异——那么在烹饪或工业生产中使用它也是极其危险的，因为那样做会导致如同火药爆炸般的危险后果。这样的研究向我们证明了万物都以其独特的方式适应着各自的使命——整个宇宙中各种力量之间存在着精妙的平衡。古希腊哲学家们无需借助归纳科学，就已意识到自然的外在表象之下隐藏着许多神秘的机制，而自然的种种特性正是由这些机制决定的。在他们关于四种元素的观念中，作为热量外在表现形式的火被视为生命力的源泉，也是决定一切有组织及无组织物质状态的关键因素。他们的理想化设想虽然有了新的形式，但现代科学的研究却进一步证实了这些观念的普遍性与真实性。在自然界中起作用的那些强大力量——那些肩负着永恒任务、不断努力工作的神奇力量——其本质极为复杂，很可能永远无法被我们了解。那些试图通过归纳法来探索自然的人，只能看到那些惊人的现象作为回应；科学则怀着热忱与细心继续探索，试图迫使自然揭示其秘密。然而，凡人的探索能力终究是有限的：我们或许还未能达到能够完全理解自然奥秘的境界。

我们需要锻炼自己的思维能力；但一旦达到这些极限，我们就会发现前方存在着一片无限的空间，即便凭猜测也难以窥见其全貌，就如同盲目的独眼巨人在其阴暗的洞穴中摸索一般。[83]
关于热，我们所知道的只是它会产生各种可被感知的效果，我们通过感官以及仪器来测量这些效果，并观察到在特定条件下会产生相应的结果；至于导致这些现象的真正原因，我们则一无所知。那个能够引发自然界中诸多奇妙现象的力量——它让有机世界获得生机，让无机物质形成特定形态，它制造出和煦的微风与可怕的龙卷风，引发地震与火山爆发，它为我们的生活提供温暖，也为文明的进步提供动力，还有那些用于开采矿藏、以飞鸟般的速度穿越大地的精密机器——很可能永远都不会为人类所知晓。不朽的牛顿，他的许多猜测都具有预言性，他是这样描述热的：“热存在于物体粒子中的微小振动之中，而这种振动是通过一种极为微妙的弹性介质的波动，在看似真空的环境中传递的，这种介质也与光的现象有关。”
自牛顿时代以来，我们的实验研究与数学分析大大提升了我们对热的认识；然而，每一个关于热的理论都类似于玫瑰十字会士视为永恒生命象征的神秘灯盏——那是一种昏暗且闪烁不定的符号，人们可以像孩子一样，在它的火焰中想象出各种形状。
现代理论认为热是运动的体现，实验也证明，物体在坠落过程中会产生一定量的热，同时观测显示，尼亚加拉瀑布底部的水温比水从悬崖边缘流下时高1度。这种温度上升是由于物体坠落时产生的机械力所致，它并不能作为运动转化为热量的证据，就如同那种通过摩擦纽扣使其变热的古老实验一样。无论如何，一定量的机械力总会产生等量的热量这一事实，同样也不适用于“微妙弹性介质”这一概念。

根据目前最受青睐的假说，这种能量会渗透到所有物质之中。这一观点被过度引申了——人们将行星的温度与它们的运动联系起来，而数学上的推算则帮助人们确定行星运动何时会因转化为热量而停止。的确，也有其他理论家认为，空间中存在某些点，这些热量可能会聚集在这些点上并再次反射出来，从而产生运动。这类推测固然带有许多诗意成分，但属于浪漫主义范畴，而非现实主义。而那些更具真实性、且确实可以被证明的推测，无疑会以其美妙之处以及可能的正确性打动每一个人的心。在树木的生长过程中，它的木材以及所有产物都是外部力量引发化学变化的结果。碳酸被分解，碳被保留下来，氧气则被释放出来；与此同时，各种复杂的化合反应也在不断进行，从而形成由氧、氢、氮和碳构成的各种化合物。一切有组织的形态都是光和热等外部因素作用的结果，在所发生的化学变化中，这些原理或能量——无论从哪种角度看待它们，其意义都不大——会被吸收并成为构成物质的关键要素。让我们把注意力集中在木材上——尽管这一规律同样适用于所有的有机产物。一立方英尺的木材是由一定量的碳酸在植物生命活动的作用下分解而成的，而植物的生命活动则是由太阳光所激发的；大自然通过“神奇的炼金术”创造了这一切。最终，这一立方英尺的木材会经历化学变化——即燃烧过程：只需一点火花，木材就会分解，其中的碳与氧气结合形成碳酸，氢则形成水并返回空气中，同时会产生大量的光和热。这些光和热的量恰好相当于木材形成时所消耗的量。实际上，照射在构成那根木头的森林树木叶子上的阳光，其实已经被储存了起来，现在我们又将其以光和热的形式重新释放出来。

英格兰丰富的煤层，是由一类特殊植物在热带阳光的作用下迅速生长又快速腐烂而形成的。这些煤层被数百英尺厚的砂岩掩埋了无数个世纪。通过矿工们的辛勤劳动，煤炭才被重新带到地面，我们也因此能够利用煤炭所蕴含的能量。无论是为家庭带来温暖的那团火，还是为工业生产、推动火车运转提供动力的炉子，又或是用来照亮街道、在漫长的冬夜为居室带来光亮的煤气，其实都是从数百万年前就存在于地球上的那些热能与光能中提取出来的——那时，造物主还未创造出人类，而这些奇妙的能源本来就是为满足人类的需求而存在的。

脚注：
[43] 下表关于不同颜色玻璃的透光率数据由梅洛尼在其论文《关于辐射热在不同物质中的传播》中给出：
深紫色：53
黄红色（片状）：53
紫红色（片状）：51
鲜红色：47
淡紫色：45
橙红色：44
透明蓝色：42
深黄色：40
亮黄色：34
金黄色：33
深蓝色：33
苹果绿：26
矿物绿：23
极深蓝色：19
该数据转载自《科学回忆录》第一卷第30页。
[44] “这种玻璃的物理特性，在各种与热量相关的现象中，都与其他种类的彩色玻璃有着截然不同的表现。”

首先，这种物质几乎完全阻断了那些穿过它的光线；其次，它还会完全吸收太阳光谱中的红光。我之前已经说过，玻璃的色彩几乎完全是由氧化铜产生的。

“因此，虽然有色玻璃的着色剂能强烈影响普通光中不同光线之间的比例关系，但它们对同时传播的热射线却没有任何选择性作用。这一现象更为奇特，因为着色剂几乎总会吸收玻璃所传递的热量中的很大一部分。实际上，以下就是这七种有色玻璃的热量透过率：普通玻璃的透过率为100；红玻璃为82.5；橙玻璃为72.5；黄玻璃为55；蓝绿色玻璃为57.5；蓝色玻璃为52.5；靛蓝色玻璃为30；紫色玻璃为85。因此，通过着色剂的作用被吸收的热量分别为：红玻璃17.5，橙玻璃27.5，黄玻璃45，绿玻璃42.5，蓝色玻璃47.5，靛蓝色玻璃70，紫色玻璃15。由于这些吸收作用会按比例减弱普通玻璃所传递的各种热射线的强度，所以我们可以将它们与那些深棕色或黑色的物质浸入水中或其他无色液体中所产生的吸光作用相类比——这些液体虽然能溶解这些物质，但不会对其产生化学作用。”——《化学与物理年鉴》，第40卷，第382页。

基于这些原理，作者选择了用于凯乌植物园皇家棕榈馆玻璃覆盖的材料，目的是阻挡那些具有强烈灼烧作用的射线。关于这种玻璃的描述曾在牛津举行的英国协会会议上提出，内容载于该年的会议记录中。结果正如人们所期望的那样——在过去的三年里，没有发生过一起因光线灼伤造成的事故。

[45] 在《哲学汇刊》第90卷中，可以找到威廉·赫歇尔爵士撰写的以下文章：
《关于棱镜色光在加热和照明物体方面的作用的研究；以及证明辐射热具有不同折射率的论述》。此外还有《关于如何利用大口径、高倍率望远镜来观察太阳的方法的研究》，第255页。
《关于太阳不可见光线的折射率的研究》，第284页。
《关于导致热量的太阳光和地面光的研究；并对光与热，或者更确切地说，导致它们产生的光线所遵循的规律进行比较研究，以确定它们是否相同或不同》，第293页、437页。

关于这一研究，威廉·赫歇尔爵士指出，由于红玻璃能够阻挡1000束红光性质的光线中的692束，这就为我们提供了一个直接而简单的证据：光线可以被传输，而热量则会被阻挡。因此，光线与热量之间除了具有相同的折射率之外并无其他共同点，而正是由于玻璃的折射作用，使得光线和热量被聚集到我们能够看到光线的那个位置。

关于同一主题，亨利·恩格尔菲尔德爵士在1802年的《皇家学会杂志》上发表了论文，见第202页；此外还有《关于光的研究》。

作者著。
[46] 德雷珀博士在1847年出版的《哲学杂志》上发表了题为《论热产生光的现象》的文章。艾萨克·牛顿爵士认为物体开始自发光的温度为635°；汉弗莱·戴维爵士则认为是812°；韦奇伍德先生认为是947°；丹尼尔先生认为是980°；而德雷珀博士通过实验得出的数值为977°；罗宾逊博士则为865°。梅洛尼在1847年8月为《西利曼杂志》翻译的、题为《关于炽热物体辐射及太阳光谱中基本颜色的研究》的论文中评论道：“我认为，这些理论与此前已知的关于光与辐射热的理论一样，都表明支配这两种自然现象的规律之间存在完美的一致性。我还要补充一点：按照哲学原则，只有将它们视为同一事物的理论才是可接受的；在我得到证据证明必须用两种不同的原理来解释那些目前看来属于同一种现象的系列现象之前，我不得不接受这一理论。”另外，还可以参考罗宾逊博士1848年发表在《爱尔兰皇家科学院会刊》上的文章《论热如何降低水中元素的亲和力》。他在文中指出：“当有电流逐渐流过铂丝直至使其点燃时，最初出现的光并非红色，而是一种颜色；初次见到这种颜色时，我将其比作约翰·赫歇尔爵士在紫光之外发现的‘薰衣草色光’，不过让我惊讶的是，这种折射率最高的色光竟然出现在折射率最低的色光之前。在约865°时，这种颜色非常明显；而且由于其出现方式并不突然或间断，因此很可能是从较低温度下产生的不可见光向普通光的过渡。”——第310页。
[47] 詹姆斯·D·福布斯爵士在1842年的贝克里安讲座中发表了题为《论大气的透明度以及太阳光线穿过大气时的衰减规律》的文章，其中对这一主题进行了极为详尽的研究。这些实验大多是在瑞士使用约翰·赫歇尔发明的日光强度计进行的，结果充分证明：“即便空气层厚度适中，太阳光线被这些空气层吸收的量也相当可观。”
[48] 在介绍了几项有趣且富有启发性的实验之后——在这些实验中，太阳光的热量引发了特殊的化学变化——约翰·赫歇尔说道：“这些射线因为不可见而区别于光射线；同时，它们又因为具有某些特殊性质（这些性质在之前的文章中已有提及），而这些性质要么是热量射线所独有的，要么其程度要高得多，因此它们也区别于光谱之外的纯热量射线。或许可以认为，这些射线与热量光谱之间的关系，就如同摄影射线与光射线之间的关系一样。如果将‘热射线’这一术语仅用于区分热量射线和普通热射线还不够的话，那我建议使用‘准热射线’这一术语。”

用于指代这些射线的名称。我认为正是这些射线在促使那些特殊的分子变化发生方面起着作用，而正是这些分子变化决定了德雷珀、莫泽和亨特实验中蒸汽的凝结现象。它们很可能会带来关于物体表面所存在的力的本质的重要发现，杜特罗谢将这种力称为“表面力”。——载于先前的一篇论文《关于摄影工艺的若干改进》（《哲学汇刊》，第133卷）；以及《关于太阳光谱中的副热射线》，载于《哲学汇刊》，第134卷。萨默维尔女士所做的关于光谱射线对植物汁液作用的实验（《哲学汇刊》，第137卷），似乎也以一种有趣的方式与这类射线有关联。[49] 关于热量对不同颜色物体影响的实验最初是由胡克博士进行的；而富兰克林则是在很久之后才进行了他那些巧妙的实验。戴维将六块大小相同的铜块分别涂成白色、黄色、红色、绿色、蓝色和黑色，只让其中一面暴露在阳光下。他在颜色较深的那一面粘上了一些蜡，经实验得知这种蜡的熔点为700度。粘在黑色铜块上的蜡最先融化，接着是蓝色铜块上的蜡，然后是绿色和红色铜块上的蜡，最后才是黄色和白色铜块上的蜡。——载于贝多斯的《对物理知识的贡献》以及汉弗莱·戴维爵士的著作集，第二卷，第27页。[50] 参考《大都会百科全书》中的《热学论著》，可以找到许多与此主题相关的有趣实验。佩舍尔的《物理学原理》也值得一读。实际上，正如文中所述，只需将精密温度计的感温部分完全置于暴露在阳光下的花瓣之中，从而遮住仪器茎部的上部，就可以简单证明这一事实。[51] 莫泽的《论视觉及光对物体的作用》，以及《论潜光》：载于《科学回忆录》，第三卷。德雷珀的《关于某些光谱现象以及潜光的发现》：载于《哲学杂志》，1842年11月。[52] 关于这个有趣问题的详细研究可见作者所写的《关于太阳射线对植物生长影响的研究报告》：载于1847年的《英国协会报告集》。[53] 阿米亚努斯·马塞利努斯认为，登山者之所以寿命长且身体健康，是因为他们能接触到夜间的露水。炼金术士们在尝试提炼黄金时也会使用露水。古代的女人们则会把羊毛堆放在夜间辐射的作用下，因为她们认为这样可以让自己的容貌保持美丽。人们认为蝗虫的瘦削体型是由于它完全以露水为食所致：“当蜜蜂在百里香丛中采食，当蝉在露水中鸣叫。”——维吉尔，《牧歌集》。另可参阅博伊尔所写的《关于露水对固体物质作用力的有趣论述》：载于R.博伊尔勋爵的著作集，第五卷，第121页，1744年。[54] 可以参考詹姆斯·福布斯教授在《爱丁堡皇家学会会刊》上发表的关于热学的研究论文；此外，梅洛尼在《化学年鉴》上也发表了多篇相关论文，其中一些已被收录到理查德·泰勒编辑的《科学回忆录》中。

[55] 露水现象一直备受人类关注。亚里士多德在其著作《论世界》中提出了关于露水本质的一些见解。人们几乎普遍认为露水是向下滴落的，而格尔斯滕似乎是第一个反对这一观点的人。随后穆申布罗克和杜费也提出了不同看法。莱斯利的研究则更为精确。威尔逊博士在《爱丁堡皇家学会会刊》第一卷中发表了一篇关于霜冻的有趣论文；不过相关问题直到威尔斯博士在其所著的《论露水》一文中进行研究之后才得到解决。

[56] 自威尔斯博士发表《论露水》之后，关于夜间地表热量辐射的最完整的实验数据，当属格林尼治皇家天文台的格莱舍尔先生所进行的那些实验。他使用了最精密的仪器，并以极其细致的态度进行观测。相关结果可见詹姆斯·格莱舍尔所著的《关于夜间地球及地表附近各种物体释放的热量量的研究》，该文发表于1847年的《哲学汇刊》第二部分。

[57] 威尔斯博士注意到这样一个事实：浅色的遮盖物能够通过阻挡热量辐射来保护娇弱的植物免受霜害。戈德斯沃西·格尼先生进行了一系列有趣的实验，他认为用树枝或其它轻质覆盖物为草地遮阴，可以增加作物产量。这一主题曾在皇家农业协会的期刊上被讨论过。这种产量的增加或许完全是因为植物在阴凉处生长时处于更加适宜的状态吧？

[58] 梅洛尼的这篇论文收录在1843年的《日内瓦通用图书馆》中。其结论颇为巧妙，但完全基于一种类比——即认为热量与光类似，都遵循光谱中彩色光线的规律。不过需要记住，事实并非如此，因为就连威廉·赫歇尔爵士也证明，红光即便具有很小的热能，依然可能存在，尽管光谱中热量最强的光线恰好与红光相对应。

[59] 阿马尔的罗宾逊博士在其论文《论热量如何降低水中各元素的亲和力》中探讨了这一主题，该文发表于《爱尔兰皇家学院会刊》第xxi卷第二部分。

[60] 关于这一主题，可参考罗伯特·韦尔·福克斯所著的《关于康沃尔矿区的温度》，该文发表于《康沃尔地质学汇刊》第二卷；W.J.亨伍德也写了相关文章，发表于同一杂志的第五卷；还有1840年《英国协会报告》第315页的内容；以及《爱丁堡新哲学杂志》第xxiv卷第140页的文章。

[61] 波恩的古斯塔夫·比绍夫教授在《爱丁堡新哲学杂志》第xx卷第376页及第xxiii卷第330页中探讨了温泉温度的成因，以及这一主题与地球内部温度问题之间的关联。关于地面温度的一些有趣信息，可参见W.D.库利翻译的埃尔曼所著《西伯利亚游记》第一卷第339页、第二卷第366页；布辛戈撰写的《热带地区恒定温度层所在深度》一文发表于1833年的《化学与物理年鉴》第225页。此外，还可以参考洪堡特的《宇宙论》（奥托译本），以及乔治·哈维所写的关于气象学的优秀文章。

《大都会百科全书》。这些被称为“地温线”的曲线，是由洪堡等人通过在广阔区域内的观测所绘制的。[62] 这些结果源自罗伯特·韦尔·福克斯先生在康沃尔的几处矿井中精心进行的观测：《关于地下温度的一些观测报告》——载于《英国协会报告》，第9卷，第309页；《哲学杂志》，1837年，第2卷，第520页。[63] 德拉罗什先生通过实验得出了以下结论：1. 在某些情况下，不可见的辐射热可以直接穿过玻璃。2. 相对于同一方向上释放的总热量而言，直接穿过玻璃的辐射热量会随着热源温度的升高而大幅增加。3. 已经穿过第一层玻璃屏的辐射光，在穿过第二层相同性质的玻璃屏时，其强度的降低程度要比穿过第一层屏时小得多。4. 不同的热源发出的辐射光，在穿透玻璃的能力方面存在差异。5. 即使厚玻璃的透光性与质量较差的薄玻璃相当甚至更高，但它允许通过的辐射热量却要少得多；而且当热源温度越高时，这种差异就越明显。6. 在其他条件不变的情况下，热源在单位时间内向远处冷物体辐射的热量，其增加幅度会大于热源温度高于冷物体温度的幅度。——《物理学杂志》，第75卷。[64] 大卫·布鲁斯特爵士的观点与德拉罗什的结论不同。他这样解释自己的观点：“辐射热无法穿过玻璃，可以视为其无法屈服于折射力的结果；因为我们很难想象有哪种辐射粒子能够在不改变速度和方向的情况下自由穿过固体。日内瓦的普雷沃斯特先生所做的巧妙实验，以及德拉罗什先生最近的实验，都被认为证明了玻璃对辐射热的通透性。普雷沃斯特先生使用了可移动的玻璃屏，并不断更换它们，以避免所得结果归因于玻璃屏本身的加热效应；但由于热量在薄玻璃板中的传播速度极快，因此几乎不可能在温度计受到玻璃屏二次辐射影响之前观察到其状态。德拉罗什先生采用的那种通过比较黑色玻璃屏与透明玻璃屏依次阻挡辐射热时所产生的效果差异的方法，存在明显的错误——辐射热会更快地穿过透明玻璃屏，因此这种效果差异并非由被传递的热量造成的，而是由玻璃屏前表面辐射出的热量所致。德拉罗什第五个命题中所包含的真理，实际上恰恰证明了所有那些观点的谬误。”

他发现，“虽然厚玻璃板与质量较差的薄玻璃板在光线的穿透性方面相当甚至更高，但能让通过的辐射热量少得多。”如果使用最纯净的燧石玻璃制成的极厚玻璃板，或是那些具有强光传输能力的浓稠流体，那么就会发现没有一粒热量能够直接穿过这些透明介质。——D·布鲁斯特爵士，《论热量在玻璃板中传播时所表现出的新特性》，《哲学汇刊》第106卷，第107页。

[65] M·梅洛尼提出的关于热辐射科学的新术语体系。载于《日内瓦通用图书馆》第70号，以及《科学回忆录》第三卷第12部分。诸如“透热性”即热量可穿透的特性、“隔热性”即热量无法穿透的特性、“热致变色性”即因热量而改变颜色的特性等术语，均为描述这类物理现象时的有用表达方式。

[66] 若想详细了解各种关于热的理论，可参阅杨博士的《自然哲学讲义》第52讲《关于热的度量与本质》；此外，鲍威尔所著的《关于辐射热的报告》——载于《英国协会报告》，1832年、1840年出版——也极具参考价值。关于非物质理论所带来的那种超验观点，洛伦兹·奥肯所著的《物理哲学要素》一书中有一段精彩的描述，该书由阿尔弗雷德·图尔克为雷氏学会翻译：“热量并非物质本身，正如光也不是物质一样；它只是原始物质中的运动状态。在热量和光之中，确实存在着某种物质基础；不过，正是这种基础的运动产生了热量，而其张力则产生了光。并不存在所谓的‘热质’；氮气就是热质，就像氧气可以被视作火之质体一样。热量是一种真正的空间，所有形态都可以被分解为热量，正如所有物质都可以被分解为重力，所有的活动与极性都可以被分解为光一样。热量是普遍的形态，因此也是无形态的状态。”

[67] 《日内瓦物理学会回忆录》第二卷，第2篇。

[68] 这一奇特现象最初是由特雷维廉先生观察到的，他关于加热金属振动现象的实验报告载于1837年出版的《爱丁堡皇家学会会刊》第12卷。同一卷中的一篇题为《关于不同温度的金属块之间发生的振动的实验研究》的论文中，福布斯教授得出了以下结论：1. “相同性质的物质之间不会发生振动。”2. “两种物质都必须是金属。（不过现在已证明这一点并非必要条件。”）3. “振动的强度与金属传导热量或电力的能力差异成正比（在一定范围内）；传导能力最弱的金属必然温度最低。”4. “金属两接触点之间的接触时间必须长于中间部分的接触时间。”

5. “每次杆状物与块状物接触时，这种冲动都是通过一个独立的过程来传递的；在任何情况下，杆状物上各连接点的金属连接，或是块状物上各连接点的金属连接，都并非不可或缺的。”
6. “在某些例外情况之外，振动的强度与金属之间的温度差成正比。”——《爱丁堡皇家学会会刊》，第12卷。

[69] 《贝克里恩讲座：关于伏打电弧现象以及热量使水分解为构成气体的现象》，作者：W. R. 格罗夫——《哲学汇刊》，1847年，第1部分。

[70] 《戴维关于火焰的研究》，载于其著作第6卷——《1817年哲学汇刊》。

[71] 《论热量如何降低水中各元素的亲和力》，作者：托马斯·罗姆尼·罗宾逊牧师——《爱尔兰皇家学院会刊》，第21卷，第2部分。

[72] 《关于光所具有的化学性质的研究》，作者：伦福德伯爵本杰明——《哲学汇刊》，第88卷，第449页。伦福德伯爵所得到的结果很可能是由非发光的热射线——即副热射线——所导致的，而这类射线确实会在水沸腾时释放出来。

[73] 关于德雷珀斯博士的论文，可参阅1847年5月出版的《哲学杂志》，第3系列，第30卷。

[74] 《论太阳光谱中的光线对植物颜色的影响》，作者：J. F. W. 赫歇尔爵士。可见光谱在极紫光之外的延伸现象可以通过以下方式加以验证：“用姜黄染料染过的纸张呈黄色；因此，当光谱照射在这种纸上并置于户外阳光下时，其颜色会发生明显变化——蓝色部分会呈现紫色，而紫色则变得极为淡弱；但在紫色光区域之外，仍可以清晰地看到光谱的微弱延伸部分，其边缘与其他部分一样呈直线且轮廓分明，此时人眼会感受到一种淡黄色的感觉。”——《哲学汇刊》，第133页。

[75] 关于“动物体内的热量仅来源于化学作用”这一理论的最完整阐述，可见于尤斯图斯·李比希所著的《动物化学，或化学在生理学与病理学中的应用》，该书由格雷戈里博士翻译。尽管作者在化学科学领域享有极高的地位，但其得出的结论仍需谨慎对待，因为其中许多结论都是基于错误的假设，而且他的概括也过于草率且不完善。在第22页有如下论述：“如果我们像某些原始部落那样赤身裸体生活，或者在与萨莫耶德人相同的寒冷环境中进行狩猎或捕鱼，那么我们就能像那些穿着保暖衣物的旅行者所描述的那样，轻松地每天吃掉10磅肉，甚至还能点燃十几支牛油蜡烛。此外，我们也可以摄入同样数量的白兰地或煤油而不会产生不良后果。”

这些物质中的碳和氢仅足以维持外界温度与人体体温之间的平衡。”但稍加分析就能发现这一观点的错误。D·莱昂·普莱费尔对牛肉成分的分析如下：碳51.83%，氢7.57%，氮15.01%，氧21.37%，灰分4.23%。而谢弗勒则给出了羊肉脂肪的成分比例：碳96%，氢16%，氮16%，氧48%。要将摄入的碳转化为碳酸，所需的氧量大约是碳量的三倍；因此，那些食用高度碳化物质的萨莫耶人，每天需要吸入288盎司的氧气，这一数值几乎是“普通成年人”的八倍。除了通过皮肤吸收的氧气外，他们还必须通过肺部吸入2,304立方英尺的空气。他们的呼吸频率必须非常高，按最低估算，每分钟至少要有500次呼吸。在这种条件下，人类显然无法生存。不可否认这些人的食欲确实极大，但并非所有食物都会以二氧化碳气体的形式从体内排出。[76]戴维博士关于人体温度的有趣论文可见于《哲学汇刊》第136卷第319页。汉弗莱·戴维爵士在其著作《旅行中的慰藉，或一位哲学家的最后日子》以及第四篇对话《普罗透斯》中，也对这一主题提出了若干独到见解。[77]卡尼阿尔·德·拉图尔男爵所著的《关于热量与压力共同作用对水、酒精、硫酸乙醚以及精炼石油等液体所产生的若干效应的研究报告》得出了以下三个结论：1. 36度酒精、42度精炼石油以及硫酸乙醚在受到热量与压力作用后，能够在略大于其原有体积两倍的条件下完全蒸发为蒸汽。2. 在上述实验中，空气中存在的压力增加并未阻碍液体的蒸发，只是使其膨胀过程更加平稳，更容易观察，直到液体似乎突然消失为止。3. 水虽然也可以被压缩成高压蒸汽，但由于缺乏相应的实验条件，无法对其进行完整的研究。

足以确保压缩锅能够完全闭合，同时也不会影响玻璃管的透明度，因为这种物质会吸收玻璃管中所含的碱分。——《化学年鉴》，第21卷。
[78] 关于物体被抛射到高温表面时所出现的现象：作者为布蒂尼先生（来自埃夫勒）。——《化学与物理年鉴》，第11卷，第16页。关于汞在炽热熔炉中因呈球形状态而能在三秒内凝固的现象：作者为法拉第先生。——同上，第19卷，第383页。
物体的球形状态（摘自布蒂尼先生的笔记）：“在处于球形状态的物体所具有的性质中，有五种我认为具有典型性和根本性意义，我正是基于这五种性质来定义这一概念的。这五种性质分别是：
1. 物质在被加热到一定温度后的圆形形态；
2. 处于球形状态的物体与其周围环境之间始终存在的固定距离；
3. 反射辐射热量的能力；
4. 化学反应的暂停；
5. 处于球形状态的物体的温度保持恒定。
基于以上几点，我提出的定义如下：当一个物体被抛射到高温表面后，如果它呈现出圆形形态，并且能够停留在该表面上，其物理和化学活性范围也保持在球形半径之内，那么它就会反射辐射热量，其分子在热量方面也会处于稳定平衡状态，也就是说，其温度保持不变，或者仅在很小的范围内变化。”——《会议记录》，1848年3月6日。
[79] 关于物体球形状态的一些事实，以及火试炼、不燃人等现象：作者为P.H.布蒂尼先生（来自埃夫勒），载于《哲学杂志》第233期，第80页；另见《会议记录》，1849年5月14日。
[80] 混合物的凝固理论源自潜热学说。这类混合物是由盐类物质构成的，它们在常温下由于相互间的化学反应而迅速变为液态，或者能够快速溶解在水中。通过这种迅速的液化过程，它们会吸收热量，从而产生不同程度的寒冷效应。——弗朗西斯·伦恩所著《论热》，《大都会百科全书》。
[81] 液态二氧化碳的性质，作者为蒂洛里埃先生，载于《化学年鉴》，第60卷，第427页。二氧化碳的固化过程：同上，第432页。
[82] 关于通常以气体形式存在的物质的液化和固化现象，作者为迈克尔·法拉第，D.C.L., F.R.S.等；载于《哲学汇刊》，第136卷，第155页。
[83] 伯恩斯在他最真实、最令人动容的信件之一中写道。

第七章 光
光的本质理论——牛顿与惠更斯的假说——光的来源——太阳——光速——透明性——光谱中的暗线——光的吸收——颜色——棱镜分析——光谱射线——彩虹——衍射——干涉——歌德的学说——偏振——光的磁化——视觉——眼睛——类比——声音与光——光对动植物的影响——由多种原因产生的磷光——人造光——其颜色取决于物质。

光作为最最初的创造物，为善于思考的人呈现出一系列极为奇妙的现象。灿烂的阳光为大地披上绚丽的色彩，从灰暗的阴影到金色的光辉，为景色增添了无与伦比的美丽；傍晚时分，当人们厌倦了过度的明亮时，可以平静地注视着西边的云层，看着金色与红色逐渐褪去，变成夜晚的蓝色；还有月亮那柔和的光芒，以及被阳光照亮的星星所散发出的微光——这一切都让人们深刻意识到这样一个真理：有光的地方就有生命与秩序，而脱离光的影响之处，则是死亡与寂静的统治领域。[84]自古以来，人类就一直持有这种观念，这自然源于他们对各种与光相关的自然现象的观察。在各个国家的神话中，都有与光相关的形象出现，而地球上的生命不断重生的奥秘也被归因于这些光之存在。在希腊那些富有智慧的诗人那里，这种对哲学真理的感悟被提升到了极高的境界。

柏拉图那崇高的宣言：“光即真理，而神就是光”，几乎堪称一种神圣的启示。作为视觉的媒介、颜色的成因，以及以极为显著的方式影响着我们周围的一切物质结构，光始终是历代学者极为感兴趣的研究对象。尽管古代哲学家们深陷于各自学派的形而上学思辨之中，但他们仍能认识到光在自然现象中具有极其重要的地位。炼金术士们则将光视为一种极为微妙的流体，认为它能够渗透并混合于固体物质之中；他们认为黄金与那些低贱的金属之间的区别，就在于黄金含有更多这种“以太本质”。现代科学在仔细研究了大量与光相关的现象之后，试图通过假设来辅助研究。牛顿在其理论中展现了这位伟大哲学家的卓越思维——他认为光粒子会从物体表面向各个方向飞散；这些极微小的粒子会受到物质的引力与斥力影响，从而在某些情况下被反射回来，而在其他情况下则会被吸收进物体的间隙之中。而惠更斯则认为光是由一种无限弹性介质——以太——的波动或振动产生的，这种以太遍布整个空间，光波则从发光体向各个方向传播。在第一种理论中，光粒子确实是从太阳传到地球的；而在另一种理论中，太阳只是引发了以太的波动，这种波动会像波浪在湖面上扩散一样迅速蔓延开来。在牛顿时代已为人所知的几乎所有事实，以及他本人发现的那些现象，都可以通过他的假设得到非常令人满意的解释；不过，除了棱镜折射产生的颜色现象之外，这些现象同样也可以用波动理论来解释。尽管许多才华横溢的学者付出了巨大努力来支持波动理论，但这一简单的事实至今仍未得到令人满意的解释；此外，还有许多与太阳光线所引发的分子及化学变化相关的发现。

这些现象似乎无法用辐射或波动假说来解释。在这两种理论中都承认存在波动运动，而所有事实都表明，这种传播方式不仅适用于光，也适用于所有所谓的“无形力”。因此，既然承认光线具有波动性，我们就不必再去探讨那些已被杨、拉普拉斯、菲涅耳、比奥、夫琅禾费、赫歇尔、布鲁斯特等人充分阐述过的问题，而应直接研究光的来源及其更为显著的现象。[86]
太阳是我们所知的最为巨大的恒久发光体，它不断地从表面向各个方向释放光线，穿过太空以及地球大气层后，光速为每秒192,000英里。不过据计算，光在真空中传播时的速度应为每秒192,500英里。由此可见，一束光从太阳传到地球需要8分钟13秒的时间。而从遥远的天王星传来的光则需要近3小时；至于距离地球最近的恒星，其光线穿越地球与它之间的空间则需超过6年时间。再考虑到星云区域，光线的传播过程更是需要数百年的时间。因此，如果今天有某个天体或某颗遥远的恒星突然消失，那么地球上的人类几代人之后才会察觉到这一变化。正因如此，尽管我们对永恒的概念十分有限，但广阔的宇宙空间仍有助于我们理解永恒的含义。[87]
我们太阳系中的所有行星都是依靠反射光而发光的，我们的卫星月球也是因为接收到太阳的光线才呈现出银色的光泽。而恒星则很可能是来自遥远宇宙空间的太阳，它们自身能够发出光亮。不过，根据沃拉斯顿博士的光度测量研究，要产生与我们从太阳那里获得的相同光量，需要20,000百万颗像天狼星这样明亮的恒星共同发光。同一位研究者还证明，满月发出的最强光亮度也仅为太阳中心发光强度的1/801,072。

现代科学的探索者们是一群勇于进取的人；他们不仅致力于了解地球的物理特性，还试图探究太阳表面的状况。人类的思维能够深入自然之中，去探寻那些尚未被探索的宇宙奥秘。天文学家发现了光的某种特殊性质——即偏振现象，通过这一现象，他们能够判断出来自明亮光源的光线究竟源自处于高度燃烧状态的固体物质，还是源自处于炽热状态的气体。他们在望远镜中加装了偏振装置，从而确定我们从太阳获取的光线实际上源自一层气体层——很可能是处于燃烧状态的气体，只不过其燃烧强度比我们目前使用的气体要高得多。这位已故的法国哲学家阿拉戈将这层气体层称为“光球层”。研究发现，光球层会经历剧烈的扰动，而太阳表面出现的黑斑其实就是穿透这层神秘光气层的开口，让我们能够看到太阳本身的暗色部分。

发光现象可以通过多种方式产生——化学作用也是光的一种来源；在某些亲和力法则起强烈作用的条件下，会产生极其强烈的发光效应。所有燃烧现象都属于这一范畴。电火花也能产生光，而在强电压电池的两极之间的碳棒之间形成的电弧，则能提供我们所熟知的最强烈的人造光源。除此之外，还有由化学、热能、电能、紫外线以及生物活动引发的磷光现象，这些都需要进行专门的研究。

无论我们从何种途径获得光，其本质都是相同的，只有强度有所不同。光在作用于物质时，会引发透射、反射、折射、颜色变化、偏振以及视觉等现象，这些都是值得我们关注的。

一束白光照射到无色玻璃板上时，会自由地穿过玻璃板，其强度几乎不会减弱；只有少量光线会在光线首次照射到的表面上发生反射而损失掉。如果将玻璃表面磨得粗糙，那么更多的光线会因为粗糙表面的吸收和反射而损失；但如果在玻璃表面涂上某种油性液体，比如松节油，它的透明度就会提高。

透明度得以恢复。因此，我们有了直接的证据，证明物质对光的透明性是由其分子状态决定的。戴维·布鲁斯特爵士的一项有趣实验最能体现这一点：如果将玻璃管中充满呈暗红色的亚硝酸蒸气，那么红色和橙色光线以及某些其他颜色的光线就能自由穿过；将该玻璃管竖直置于阳光下时，它会在地面上投下红色阴影。若用酒精灯轻轻加热该玻璃管，它的颜色会变得更深更黑，几乎不再让任何光线透过；而当再次冷却后，它又会恢复透明度。同一位实验学家还指出，将紫色玻璃加热到红色高温时，它的透明度会提高，从而能够透射之前无法穿透的绿色、黄色和红色光线；但玻璃冷却后又会恢复其吸收光线的特性。一块黄绿色的玻璃在受热后会几乎完全失去透明度。天然黄色硫化汞在受热后会变成血红色，因为此时除了红色光线外，其他所有光线都被吸收了；而纯磷原本呈淡黄色，熔化后可以自由透射所有彩色光线，但此时它会变得非常黑暗，不再透射任何光线。化学领域也有许多例子表明，即使是很微小的状态变化，也会使原本透明的液体变得完全不透明。[88]木炭会吸收所有照射在其上的光线，但在某些组合状态下，以及由纯碳构成的钻石中，它们却具有很高的透明度。被敲打成薄片的金和银能够让绿色和蓝色光线穿透，而金属与酸结合后则大多具有不同程度的透明度。至于那些被物体吸收的光线去了哪里，尽管一些最有才华的科学家已经进行了大量观察，但我们仍然无法给出令人满意的答案。很可能，如前所述，这些光线会永久留在物体的内部；而且，通过电火花等手段在完全黑暗的环境中激发物体发光的诸多实验，似乎也支持了“光线会以潜在形式存在”的观点。没有任何物质是绝对透明的；即使是在真空中，也会有部分光线损失，而在穿过大气层时，光线的损失则更为严重。

在各种吸收现象中，最值得注意的当属在太阳光谱中普遍存在的那种现象——尤其是通过望远镜观察时。我们会发现，那些彩色的光线被大量的暗带或暗线所截断，从而无法继续传播；这些暗带或暗线通常被称为弗劳恩霍夫暗线。正是由于这位勤奋的实验学家的不懈努力以及他设计的精良仪器，这些暗线才被发现、测量并加以记录，尽管沃拉斯顿博士早先就已经注意到了它们。显然，这些暗线代表着从太阳传到地球的过程中被吸收的光线：虽然其中一些光线无疑是在地球大气层内被吸收的，但我们有充分的理由相信，正如约翰·赫歇尔爵士所说，主要的吸收过程实际上发生在太阳的大气层中。[89]

米勒博士已经证明，这些暗线的数量会随着大气条件的变化而不断改变；[90]而在研究太阳光线的化学作用时，也有足够的证据表明地球大气层存在特殊的吸收现象。

布格计算出，如果地球的大气层处于最纯净的状态，其范围能够延伸到距地球表面700英里以上，而非目前的大约40英里，那么太阳光线将无法穿透它，整个地球将会陷入黑暗与寂静之中，不会有任何植物或动物生存。在摩西历史的希伯来文版本中，有“让光出现”这样的记载——这是否意味着地球的大气层中的杂质已被清除，从而使太阳光线能够照射到地球上呢？同样的计算还表明，海水在730英尺深处就会完全失去透明度；而在海洋更深处，必然存在着昏暗的微光。

爱德华·福布斯教授的研究表明，在爱琴海230英寻深处的少数有壳动物都是无色的；在该深度范围内不存在任何植物；这位勤奋的博物学家将该水域中动物生命的起始深度定为大约300英寻。[91]

既然这些深度区域代表了光线强度的急剧下降，那么显然……

生命无法存在的区域，必定位于生命所能到达的范围之外。
充满水蒸气的大气层为我们提供了保护，使我们免受太阳强力的影响。正因有了大气层，我们才能免受太阳光和热量的破坏性作用，从而享受那些最有利于生物健康生存的条件；也是因为有了大气层，我们才能看到“笼罩在万物之上的蓝天”，以及那些美丽的晨昏景色。

——声音与运动拥有强大的影响力，它们以自身的神秘特质回应着大自然的魅力。

透明度的差异，或者说不同程度的透明度，是导致各种介质呈现不同颜色的原因之一。例如，玻璃或液体在人眼中呈现黄色，是因为它允许黄色光线比其他颜色的光线更容易穿透；而呈现红色，则是因为红色光线最容易穿过它；其他颜色也是如此。在大多数情况下，物质的透射能力和反射能力是相似的，但并非总是如此；比如某些萤石在透射绿光的同时会反射蓝光，而珍贵的蛋白石也是相反现象的典型例子。有些能透射黄光的玻璃具有将蓝光从表面散射开的特殊能力；此外，用硫酸酸化的奎宁水溶液虽然看起来完全透明无色，但从特定角度观察时却会呈现出鲜明的蓝色。由于这些现象是由表面的特性所导致的，因此被称为“表面色散现象”。[92]

通过对这些现象的深入研究，我们了解了一些非常有趣的事实，甚至还发现了一类此前未知的发光光线。某些黄色玻璃表面所发生的蓝光散射现象——比如那些被银氧化物染色的玻璃——与奎宁硫酸盐溶液或萤石所产生的散射现象属于不同类型。前者是由于表面的特殊结构所致，而后者的现象则源于固体或液体内部的散射作用。除此之外……

奎宁硫酸盐以及萤石中，我们通过用铀氧化物着色的金丝雀黄色玻璃，以及用七叶树内皮煮制的溶液，得到了极为显著的一致结果。斯托克斯先生对这类现象进行了研究，并将其命名为“荧光”，因为这种现象最初是在萤石中发现的。他指出，光线内部分布的特殊性以及由此导致的颜色变化，其实是由于光线的折射率发生了变化所致。无论这一假设是否正确，可以肯定的是，确实存在一组折射率远高于普通牛顿光谱中光线的光线。这一点可以通过以下方式证明：使用上述任意一种溶液或铀玻璃块，再通过棱镜将非常纯净的光谱投射到其表面。观察玻璃或液体时，会在折射率最高的那些光线之中，看到另一组试图穿透吸收介质的光线。在奎宁或七叶树溶液中，这些光线呈蓝色；而在铀玻璃中则呈绿色，而且它们的延伸范围远远超过普通牛顿光谱中折射率最高的那些光线。正是在这个范围内，那些具有引发化学变化能力的光线——也就是摄影技术中所利用的那种光线——表现出最强的活性。因此，人们认为这些荧光射线正是由于折射率的变化而变得发光的化学射线。这一观点得到了很多支持，因为这些额外的光谱线会与许多暗线相交，而在化学显影图像中，这些暗线对应的位置则是没有变化的空白区域。不过，这一观点的正确性仍存在很大疑问，因为在厚度足以使这些可见光线被完全吸收的铀玻璃中，那些化学射线依然能够穿透。无论如何，整个问题都需要并且正在接受最深入的研究。这些被归类为“荧光”现象的发现，具有极其重要的意义，完全可以被视为自牛顿时代以来光学领域取得的最为重大的进展。很有可能，那些折射率如此之高的光线，尽管在正常情况下人眼无法看见，但却能够为夜间活动的动物视神经提供所需的刺激信号。蝙蝠、猫头鹰……

而猫则能够在黑夜中视物，这要归功于那些人类或那些需要日光才能正常视物的动物所无法看见或感知的光线。根据辐射力的普遍规律，当光线照射到任何表面时，一部分会被反射回来，同时另一部分则会被吸收或透射过去。物体的自然颜色现象似乎正是基于这一特性而产生的。众所周知，太阳的白光实际上是由多种颜色的光线构成的。或者更准确地说，根据波动理论，当光线的振动频率发生变化时，就会在视神经上产生不同的感觉。通过对这一现象的分析可以发现：要产生红色，光线每英寸必须振动37,640次，每秒则需振动458,000000,000000次；黄色光线每英寸需振动44,000次，每秒则为535,000000,000000次；而蓝色光线则对应着每英寸51,110次振动，每秒622,000000,000000次振动。[93]确定这类数值属于科学领域中最精密的工作之一，与最卓越的想象力相比，其精确度无疑要高得多。如果一个物体将白光原封不动地反射出来，它就会呈现白色；如果该表面的性质使得光线的振动频率发生改变，从而产生红色，那么物体就会呈现红色；而当光线的振动完全消失时，物体则呈现黑色。从另一种观点，也就是粒子假说来看，白光是由各种颜色的光线组成的，每种颜色光线都具有自身的物理特性，因此能够产生不同的生理效应。这些光线照射到透明或不透明的物体上时，会遭到不同程度的吸收，如此一来便产生了颜色效果。红色物体只会吸收除红色以外的所有光线；蓝色表面则只吸收除蓝色以外的光线；黄色物体则只吸收除黄色以外的光线；而黑色表面则会吸收所有照射在其上的光线。将有色物体置于另一种单色光中，就可以最清楚地证明自然颜色其实是白光的结果，而非物体本身的固有属性——因为此时这些物体要么会呈现出那种光的颜色，要么因吸收光线而变成黑色。

根据其自身的特性，颜色的强度会大幅增加。因此，每个表面都具有独特的性质，正是这些性质造就了自然界中多样的色彩。遍布地球表面的浓郁鲜绿、各种花朵的缤纷色彩、动物身上的无数色调，以及矿物界产物和化学合成物所呈现的各种颜色，都是物质与光之间相互作用的结果，这种相互作用使得这些色彩能够长期保持不变，直到物质的物理状态发生改变为止。

一个地区的地理位置与其动植物的颜色之间存在显著的关联。在热带地区，“阳光始终明亮不变”，植物的叶子多为深绿色；花朵和果实则呈现出最浓烈的色彩，而鸟类的羽毛则具有极为丰富的色彩层次。这些地区的人们也偏爱最醒目的颜色，他们的服饰不仅在款式上独具特色，在色彩搭配上也别具一格。在温带地区，一切色彩都较为柔和：花朵的色彩不那么鲜艳；鸟类的羽毛多为赤褐色；而当地居民的服饰则色调暗淡。在地球的寒冷地带，色彩极为稀少：花朵多为白色或黄色，动物则只有黑白两种对比鲜明的颜色。如果绘制一个色彩谱，其最高点位于赤道，最低点则在两极。[94]

光对有生命体色彩的影响在海里表现得尤为明显。在近海区域，我们可以看到色彩极为美丽的海藻，尤其是在潮水退去后露出的岩石上；生活在浅水区的珊瑚也拥有绚丽的色彩，这些景象想必经常被人们观察到。生活在水面附近的鱼类也因其多样的色彩而引人注目，而那些生活在更深处的鱼类则多为灰色、棕色或黑色。研究发现，在一定深度之后，光线强度会显著下降……

当光线极度减弱，只有微弱的暮光存在时，海洋中的生物几乎会失去颜色。通过人为地阻断光线来观察植物，可以证明正是太阳光赋予了植物反射颜色的能力。利用三角形玻璃片——即棱镜——我们可以将光分解为最基本的色光。照射在棱镜第一表面上的白色光线会偏离原来的路径，从而形成不同颜色的光带。这些光带或光线的位置具有某种规律性：红色光线的偏折程度最小；黄色光线的偏折程度次之；而蓝色光线的偏折程度最大。黄色光线的亮度最高，而向两端延伸时亮度逐渐降低。[95]有趣的是，在棱镜光谱的两端也能观察到类似的色彩变化。纯色光与混合色光的出现顺序如下：
1. 极端红色：只有用钴蓝色玻璃遮挡其他光线的强光后才能看到，呈深红色，实际上是红色与蓝色的混合，但红色占主导地位。[96]
2. 红色：在普通情况下就能看到的第一种颜色。
3. 橙色：红色与黄色混合而成的颜色。
4. 黄色：所有光线中亮度最高的。
5. 绿色：黄色与蓝色混合而成的颜色。
6. 蓝色：此处的光强度迅速下降。
7. 靛色：颜色较深的蓝色。
8. 紫色：蓝色再次与红色混合，但蓝色占比更多。
9. 薰衣草灰：由红色、蓝色和黄色光线混合而成的中性色调，将光谱投射到姜黄纸上时最容易观察到这种颜色。
10. 荧光光线：呈现为纯银蓝色或淡绿色。

牛顿认为光谱由七种具有固定且不变折射率的颜色组成。而布鲁斯特等人则发现光谱中的颜色分布极为复杂，他们认为白光仅由三种光线构成，这些光线在棱镜作用下会相互重叠；通过这三种颜色——红色、黄色和蓝色——就可以以不同的比例组合出其他所有颜色。实际上，普通的棱镜光谱其实是两种光谱的混合体：就像我们看到的普通彩虹之外还有一道颜色相反的附加彩虹一样，那道特殊的彩虹可能会被普通彩虹的强光所掩盖；不过两者叠加在一起便产生了各种颜色的变化。我们已经研究过这些彩色带所具有的热效应，虽然这种热效应与特定光线的颜色之间存在显著的一致性，但二者之间并不存在直接的因果关系。太阳光所具有的化学作用，鉴于其重要性，我们将在另一章中专门探讨；与热效应类似，这种化学作用也被误认为是太阳的光芒所产生的效果；不过，尽管它与光和热有关，并会受到它们的影响，但它仍需与光和热区分开来。我们在光谱的一端发现了热量最高的区域，而在另一端则发现了化学激发作用最强的区域——而光强度则处于两者之间的中间位置。毫无疑问，这些能量是相互作用、彼此影响的，从而导致了研究者们面临的种种难题。在彩虹和光环中，我们可以看到光折射现象的美丽实例：在这两种现象中，光线都是由于雨滴或构成雾气的微小水泡的折射作用而被分离开的。在孩子们常用的玩具——漂浮在空中的肥皂泡中，哲学家也能找到值得思考的课题；从那层薄薄的膜中所呈现出的绚丽色彩中，他了解到表面的厚度会以极其显著的方式影响阳光的颜色。漂浮在水面上的油膜也会产生类似的现象；而钢在回火过程中出现的颜色变化，则完全是由热量作用下形成的氧化层厚度所决定的。最近，还出现了一些通过特殊工艺处理后而呈现出丰富虹彩效果的纸张样本。

将松香溶液溶解在氯仿中后，将其滴在水面上，便会形成一层薄膜，从而产生牛顿环的各种颜色。先将一张纸浸入水中，再小心地将其取出，这样形成的薄膜就会紧紧附着在纸上，进而呈现出丰富而奇妙的色彩效果。珍珠母上的绚丽色彩、许多鸟类羽毛中的色彩、水晶裂缝或两块玻璃表面不平整处所出现的彩色环状图案，以及通过各种化学或机械手段产生的色彩现象，其实都是由于同一个原因——即光线经过薄膜或表面时发生的折射作用。如果我们观察那些表面布满无数细线的钢制装饰品，就会发现这些细线会呈现出多种不同的反射角度，因此反射回来的光线在某些点上会相互交叉。其结果是，某些交叉点处的光强会增加，而在其他点则会被抵消。[97]通过对衍射现象、薄层与厚层对光的影响以及干涉现象的研究，人们发现了物理学领域中最令人惊叹的规律之一。两束明亮的光线也可以产生黑暗效果——如果两束光线从彼此非常接近的两个点发出，并在某一点相交，那么置于该干涉线上的任何物体都会被这两束光共同照亮。如果我们假设这些光线是以波的形式传播的，且波的高低代表光强的大小，那么当两束波都处于波动的最高点时，它们相遇处必然会产生更强的光亮。而如果我们调整光线的发射点，使得光波的传播方式变得不规则，一束光比另一束早半个波动周期到达屏幕，此时一束光的波峰会恰好与另一束光的波谷重合，结果就是两者相互抵消。尽管这一现象看似矛盾，但格里马尔迪在描述他关于光线弯曲的实验时已经提到了这一点，后来也有许多人观察到了这一现象。振动假说通过类比水中的两列波，为这一现象提供了合理的解释，而许多类似的现象也都可以用所谓的干涉现象来说明。

光；但经过仔细研究后仍发现，这一解释并非完全没有缺陷。[98]
另一种理论对我们来说并非全新——它早在1775年梅耶尔关于三种原色的假说中就已出现，也在上世纪的一些百科全书中被提及。德国这位伟大的思想家歌德以极为独创的方式提出了这一理论。由于这位诗人与哲学家对动物与植物生理学有着极为全面的见解（这些见解后来也被欧洲一些早期的自然学家所采纳），我们理应以极大的尊重和重视来对待他的色彩理论。
歌德认为颜色是光的“稀释”结果：例如，遮挡部分白光就会产生黄色；再进一步遮挡则会产生红色；而进一步阻碍光线的传播则能得到蓝色，这已经是距离黑暗或无光状态最近的颜色了。这一观点确实有一定道理，其简洁性也能让许多人信服，许多色彩现象也可以用它来解释；但它不足以解释那些其他理论才能说明的规律。牛顿或许被光谱中的七种光线与八度音阶中的音符之间的类比所误导。那个神秘的数字“七”，或许像迷信之网中的一根丝线一样，附着在这位伟大哲学家的思想之上。不过，歌德对牛顿哲学的批判揭示了一个令人遗憾的事实：太多自高自大的天才都存在着同样的弱点——过度的自尊心。
所谓光的偏振现象——之所以用“不幸”这个词，是因为它给人一种存在特定、不同极点的印象，而实际上这种极点只存在于假设性的类比之中——为我们展现了一类有望揭开物质分子结构神秘面纱的现象。
这种由光线以特定角度从玻璃表面反射而产生的奇特现象，最早是由马吕斯在1808年观察到的。[99]当时他正在欣赏卢森堡宫的窗户上通过双折射棱镜反射出的夕阳光线，以此消磨时间。他发现，当棱镜处于某种位置时，窗户上的……

可以看到它们的金色光束；但当光束从该位置旋转四分之一圆弧后，反射光束便消失了，尽管窗户仍然可见。双折射现象最早是由伊拉斯谟·巴托林在冰岛石这种晶体中发现的——这种晶体的基本形状为菱形；他注意到这种晶体产生的两个影像所处的物理状态并不相同。[100]惠更斯和艾萨克·牛顿也对这一现象进行了研究。而我们自己的科学家则提出了一个独特的观点：从这类晶体中射出的光束具有“边缘”。通过用针孔观察冰岛石晶体时，会看到两个孔洞，这种现象是由于构成晶体的不同层所处的内应力状态不同所导致的。光束因此被分解成两束——这就是所谓的偏振现象。实验表明，单束光的性质与复合光或普通光的不同。要解释什么是偏振光以及其产生的条件其实有些困难。首先，让我们看看可以通过哪些方法产生这种特殊状态。如果以53°到68°之间的角度将光束从任何非金属的流体或固体表面反射出来，那么光束就会发生平面偏振现象。此外，当光依次经过多个折射面时，也会产生偏振现象，比如通过一叠玻璃板即可实现。每个表面都会使光束的一部分发生偏振，而要使整个光束偏振，所需玻璃板的数量取决于光束的强度以及入射角。例如，用40°41’的角度放置47块玻璃板，就可以使蜡烛的光完全偏振；而用79°11’的角度则只需8块玻璃板即可。另外，晶体的双折射现象也能产生平面偏振。这两束光都是偏振光，其偏振方向类似于以56°45’角度从玻璃表面反射出来的光，只不过偏振平面是相反的。那些不懂科学的读者可能会问：这种通过特殊角度的反射和折射所产生的神秘光现象究竟是什么？

入射光。用通俗的语言来描述这个问题实在是非常困难。不过，其条件如下：
普通光线无论以何种角度照射到反射面上，都会被反射出去。
而偏振光则并非在反射面的所有位置都会被反射。
普通光线可以自由地穿过玻璃等透明介质，无论它相对于光源处于何种位置。
但偏振光则无法在透明介质的所有位置被传输。
假设将一块玻璃板以56°的角度置于偏振光前，且入射面或反射面与光线的偏振面垂直，则不会发生反射。如果将玻璃板再旋转90°，使得反射面与偏振面平行，此时光线就会被反射出来。若再旋转90°，使反射面与偏振面再次平行，则又不会发生反射；再旋转90°后，光线又会开始被反射。
当偏振光不是被反射而是被传输时，也会出现完全相同的结果。
某些物质具有特殊的偏振作用——电气石就是常见的例子。如果我们用一块电气石片观察普通的光线，无论透明介质处于何种位置，我们都能看到光线。但如果用偏振光来观察，并旋转水晶片，就会发现有两个位置光线会被阻挡，而在另外两个位置光线则能自由穿过水晶片到达眼睛。
为试图理解决定这种神秘现象的条件，我们可以假设每束光都在两个相互垂直的平面上振动：一个波是垂直方向的，另一个则是水平方向的。这类复合运动有很多例子。例如，船只的桅杆在水中移动时会产生垂直方向的波动，而船身的起伏则会产生……

当光线穿过这些物体时，同时会产生横向的波动。在风大的日子里，当玉米田被风搅动时，我们有时也能观察到类似的现象。因此，有一种假设认为：每一束普通光实际上都由两束在不同平面上振动的光线组成；而这两束光线由于彼此分离，便具备了我们所说的“偏振”特性。最透明的物质可以被视为由排列在特定平面上的原子构成的。假如某种物质的层状结构是垂直的，那么垂直方向振动的光线就能顺利穿过它；而如果将该物质旋转，使得其层状结构与光线的振动平面成直角，那么光线就无法穿透了。基于这一假设通过严格的数学分析所得出的结果都是正确的，这证明了确实存在类似于此处所描述的那种现象。光的偏振还有另外两种类型——圆偏振和椭圆偏振。圆偏振是由光在物质的第二表面以最大偏振角度发生两次反射而产生的；而椭圆偏振则是在金属表面以70°45’到78°30’不等的角度发生反射时产生的。在圆偏振情况下，光波的运动轨迹是圆形的，或者说是沿着螺旋形路径运动的。每当介质发生一次旋转，光线的颜色就会按照一定的规律发生变化：如果向一个方向旋转，光线会依次变成红色、橙色、黄色、绿色和紫色；如果向另一个方向旋转，则颜色会以相反的顺序出现。光偏振所带来的各种奇妙效果、对相关规律研究所得出的意外结果，以及许多光现象所展现出的独特美感，使得它成为现代科学中最引人入胜的研究主题之一。普通光在穿过透明物体时不会产生任何特别显著的效果；但这束特殊的光线却能够渗透到物体的分子之间，照亮它们，并使它们呈现出各种不同的色彩。

这使得眼睛能够感知到物质的某种结构特征。偏振光的色彩现象极为惊人，任何描述都难以充分展现其特点。当偏振光穿过各种透明物质时，总会出现比棱镜分光更美丽、更强烈的光谱——那些环状结构远远优于平板结构——以及最为对称的形态；光线的传播路径则能表明晶体是围绕单一核心或轴线形成的，还是通过围绕两个轴线聚集而形成的。那些彩色的环状图案，以及用来标记偏振光路径的暗色或亮色十字形，分别是由粒子间不同的张力状态所导致的，不过这些差异极其微小，以至于没有其他方法能够如此精确地检测出这种变化。太阳光中这些充满神秘色彩的现象实在令人惊叹，以至于想象力很难被现实的严苛事实所束缚。目前我们还不知道这种特殊性质在各种自然现象中的作用，但由于我们周围处处存在着使光线分离并实现偏振的自然条件，因此必定存在某种非常重要的用途，这正是那位说“要有光”之人所设计的。我们不应忘记，我们有办法证明偏振光的色彩现象是由原子排列所引起的。通过热量或机械压力改变透明物质的分子排列，粒子间的不均匀张力或应力就会立刻通过偏振光及其彩色环状图案表现出来。那些通过其他分析方法难以发现的、与物质化学成分相关的细微差异，也能通过这种能够探测分子力的发光装置轻松且准确地被检测出来。[101]虽然我们无法详细探讨与普通光的偏振以及物质对光的作用相关的所有条件，但从已述内容可以看出，其中确实蕴含着一些比科学目前已了解的更为重要的特性。

自然界中几乎所有的物质，在特定条件下，似乎都具有使太阳光发生这种变化的能力，这一点可以通过使用偏振装置对它们进行检测来得到证实。[102] 天空始终会发出偏振光，而在蓝色且无云的天空区域，这种光的强度最高。偏振程度最大的位置则取决于太阳与观察者之间的相对位置。了解这一事实后，人们便发明了“日晷”，通过观察天空的偏振状况即可轻松确定时间。[103] 有研究指出，与普通阳光相比，偏振光更容易在达盖尔银版和摄影纸上引发化学变化。[104] 如果未来的研究能够证实这一事实，那我们就能更接近于揭示偏振光在自然现象中所起作用的奥秘。法拉第博士那些精细而精确的研究成果，无疑为摆脱当今时代那种肤浅的科研风气做出了重要贡献；这些成果将永远被视为出于对真理的热爱而独立于商业价值之外进行研究的杰出典范。这位“自然的诠释者”通过对各种电现象的深入研究，试图找出这种强大的自然力量与光现象之间是否存在某种关联。通过运用偏振光这一精妙的分析工具，法拉第博士得以发现并展现一些极为惊人的现象。他证明了磁场能够在光线穿过透明介质时对其产生影响。当偏振光穿过玻璃或晶体，或是沿着装有透明液体的管道传播时，如果让该固体或液体处于强磁场作用下——比如让强大的伏打电流在软铁棒周围流动——就会发现偏振光会受到干扰，实际上它不会再沿原来的路径穿透介质。[105] 这种现象在密度极高的物质中最为明显，而在那些粒子容易相互移动的流体中则较为微弱，至今尚未在任何气体介质中观察到这种现象。因此，问题就出现了：磁场是否直接作用于光束？

光是通过直接方式传播的，还是仅通过使光线经过的物体内部发生分子变化而间接传播的？这个问题对于理解各种物理力量之间的关联至关重要，毫无疑问，不久之后就会得到令人满意的答案。要产生某种效应，必须要有介质存在；而且随着介质密度的增加，这种效应也会增强。因此，这似乎是由于构成该介质的粒子受到了磁力的作用所导致的。虽然我们不想草率下结论，但不得不认为——至少在我们看来是确定的——那些与地磁现象相关的光现象，比如极光出现时所表现出的种种现象，以及那些独立于极光而出现的发光云层，都表明太阳辐射与我们这个星球上那种能赋予其极性的力量之间存在极为密切的关系。在探讨这一神秘的太阳光现象时，我们有必要简要地谈谈视觉现象，因为视觉直接依赖于光辐射。人类的眼睛被誉为“神圣机械的杰作”；它的结构十分复杂，但其各部分的运作却既简单又完美。眼球由四层结构组成：角膜是位于眼球前方的透明层，它是第一个光学表面，与巩膜相连，填满了眼球白色部分中的圆形开口；脉络膜则是一层非常薄的膜，它贴在巩膜内侧，表面覆盖着完全黑色的色素；再靠近内侧的是视网膜，这是一层结构极为复杂的膜，实际上它是视神经的延伸部分。这些结构中还包含三种液体——房水、玻璃体和晶状体液。从表层结构来看，眼睛与暗箱有着极其相似的特点：角膜和晶状体负责接收物体反射过来的图像，并将其折射和反转；不过，视觉器官的结构可比巴普蒂斯塔·波尔塔的暗箱精美得多！眼睛中的这些液体则是为了纠正光线的折射异常而存在的。

普通透镜，用以使整体具备消色差特性。球面像差和色差都会被纠正，不过色差并不能完全消除。借助角膜和晶状体的作用，完美的图像会被投射到视网膜上，其效果与暗箱中呈现的那些美丽图像颇为相似。人们通常认为视觉的感知部位在视网膜上；但马里奥特指出，与视网膜直接相连的视神经根部无法将视觉信息传递给大脑。马里奥特和伯努利则认为，位于视网膜正后方的脉络膜才是更可能的视觉感知部位。由于视网膜是透明的，因此不会阻碍光线向脉络膜的黑色表面传播，而振动很可能是从那里传递到视网膜，再传送到大脑的。无论是在视网膜还是脉络膜上，光线都会在其表面形成清晰的图像，而与大脑之间的信息传递则可能是通过振动实现的。我们可以将视觉现象追溯到这一点：我们可以设想，具有不同速度和波长的光波动会在眼睛的神经系统中引发相应的振动；但这些振动究竟如何才能传递出关于物体长度、宽度及厚度的准确信息，至今仍无人能够解释。不过，赫歇尔曾这样说过：“科学能够如此深入地探究这一极为精妙器官的运作机制，这正是科学的荣耀；而仍有某些奥秘未被揭示，这并非科学的耻辱。因为，无论解剖学家们在结构问题上存在何种分歧，或者生理学家们在作用机制上有何争论，就我们对眼睛构造的理解而言，它与人类智慧的创造物相比，既有相似之处，又有着无限的优势——那种巧思、那种精心设计、那种对自然物质特性的巧妙利用，都让我们坚信这是经过深思熟虑的刻意创造，这种信念或许比艺术或自然界中的任何人工构造都要强烈，也因此使得对眼睛的研究成为极具趣味的话题。”[107]读者是否曾经想过，既然我们有两只眼睛，视野中也会出现两幅图像，为何我们看到的却只是一个物体呢？根据视觉方向定律，所有的光线……

光线穿过晶状体后会在视网膜上汇聚于一点；由于这两个影像重合且几乎完全相同，因此大脑只能感知到一个影像。当我们观察任何圆形物体时，比如眼前的装饰灯，先用一只眼睛看，再用另一只眼睛看，会发现用右眼能看到灯的右侧大部分，而用左眼则能看到左侧的大部分。这两个影像结合在一起，我们就看到了一个圆形物体。这种现象可以通过一种有趣的光学仪器——立体镜来演示。立体镜要么由两个成45°角放置的镜子组成，要么由两个曲面相对的半透镜构成。为了观察到这一现象，需要用暗箱在相纸上记录下同一物体在两种不同视角下的图像，这两种视角分别对应着用两只眼睛观看时的情况。通过镜子或透镜，这些不同的图像在眼中被组合起来，从而在平面表面上呈现的图像便形成了对实际固体物体的视觉印象。因此这种仪器才被称为“Solid I see”（我看到了实体）。类比往往有助于指引我们寻找真理的方向；但除非相似之处极为明显，否则应谨慎对待类比证据。人类总是急于下结论，而不愿付出必要的努力去真正弄清真相，于是常常抓住一些表面的相似点，进而得出可能具有误导性的结论。有一种观点认为，声音现象与光的现象之间存在关联——即音阶与自然音阶之间存在相似性。我们知道，声音是由空气中的物质微粒撞击耳部的听觉膜而产生的，而这些微粒则是由于介质中某种扰动而运动的。人们认为光也是以类似的方式作用于视神经的。如果我们把颜色视为不同频率和波长的振动结果，就能理解：当这些振动首先在神经上产生，并通过神经传递到大脑时，就可能会产生疼痛或愉悦的感觉，就像尖锐或柔和的声音会让人感到不适或舒适一样。色彩鲜艳的物体也是如此。

即使是对完全失明的人，光也能给他们留下印象；那些天生失明、从未见过光明与色彩的人，也能分辨出强光照射下的红色与黄色之间的差异。当眼睛闭合时，我们依然能感知到光线的影响，甚至能察觉到颜色的差别。因此，我们可以推断，光会对整个神经系统产生某种特殊的作用；这种作用可能与太阳辐射的化学作用有关，也可能无关；但可以肯定的是，这种作用并非由热量引起的。眼睛中的神经系统结构极为精细，自然也特别适合满足视觉功能的所有需求。

到目前为止，光与声音之间似乎确实存在一些相似之处；但光所引发的现象要比声音复杂得多——其产生的感觉也更为复杂，所以我们不能仅仅因为这些相似性就认为光和声音都只是物质运动的体现。

有一种美丽的观点认为，外部物体的真实影像会形成在视觉中枢，然后通过屏幕后面的某种机制像在图片中一样被呈现出来；这些“图片”会处于休眠状态，但在特定条件下可以通过大脑的活动重新激活。不过，我们只能将其视为一种具有诗意的哲学猜想，其真实性或虚假性我们永远无法证实。[108]

能够看见的东西本身永远不可能被看见。感官背后的秘密原理——我们体内生命的奥秘——永远也不会为有限的头脑所理解。

人们不时进行各种实验，研究光对动物生命的影响。实验表明，过强的阳光会妨碍幼动物的健康成长；但与此同时，动物的各种功能器官的发育似乎也需要阳光的某种作用。事实上，从动物在完全没有光的环境中就会死亡这一事实，就可以推断出这一点。不过，伊利里亚湖泊中的普罗透斯鱼则似乎与这一结论相矛盾。这种奇特的生物生活在锡蒂赫的阿德尔斯堡地区石灰岩的深处与黑暗处，据说在西西里岛也有发现。

肯塔基州的猛犸洞穴。汉弗莱·戴维爵士将普罗透斯水螈描述为“一种不需要光线的动物，它既能在空气中生存，也能在水中生活，既可以生活在岩石表面，也可以栖息在泥浆深处”。然而，从岩石的地质特征来看，这些动物很可能是随着水流从地表附近的裂缝中渗透进来的。科学界所掌握的所有事实——无论是自然科学还是物理科学都在不懈地追求真理——都表明光线对于生物体的存在而言是绝对必要的。太阳辐射的影响或许超出了人类感官所能感知的范围，因此，在人类肉眼无法看到光线的地方，依然可能孕育出动植物；在这种条件下，普罗透斯水螈以及那些生活在深泥中的生物便有可能出现。当我们探讨生命力的现象时，还将进一步研究光线可能发挥的作用。

光线对植物生命而言是不可或缺的；科学认为，正是光线使得植物能够从叶片吸收空气中的碳元素，并将其储存在自身组织中，从而形成木质结构。不过，由于在生长中的植物体内同时存在着多种作用各异的物理力量，那些与植物化学和生理学相关的有趣现象将留待以后再作详细研究。

太阳光线能够使物体发出那种我们称之为磷光的特殊光芒，而且这种现象有时会在没有太阳直接照射的情况下出现，这为研究光现象提供了非常有趣的素材。

动物的磷光现象是大自然中最令人惊叹的现象之一，而由于我们几乎完全不了解其成因，这一现象显得更加神秘。人们用许多富有诗意的想象来描述这些会发光的生物，也试图找出它们拥有这种非凡能力的理由。萤火虫会发光以吸引伴侣来到它的巢穴，而海洋中的发光微生物则用于照亮阳光无法到达的深海区域。

光线无法穿透其中，从而帮助其中的生物寻找猎物。“爱的明灯——那座灯塔、夜间的信号灯——在黑暗的寂静中闪烁着光芒，为恋人们约定相会的地点指明方向”，[109]不过是一种美丽的虚构罢了；因为萤火虫只在幼虫阶段以及成虫阶段才会发光。可以肯定的是，在海洋的黑暗深处，没有任何有组织的生物能在如此死一般的寂静中生存或活动，因而也不需要这种“神奇的助力”。文学作品常常从科学中汲取灵感来创造各种形象，但在这种情况下，科学似乎侵犯了文学的创作自由。众所周知，萤火虫（学名：Lampyris noctiluca）能够从体内发出美丽的淡蓝白色光芒，在夜间于灌木丛中如同水晶球一般闪耀。根据自然学家的观察，这些昆虫只有在身体或腿部有所移动时才会发光；由此看来，它们的发光现象是由神经活动控制的，而且昆虫可以随时决定是否发光——因为它们确实有能力完全停止发光。如果将萤火虫压碎，然后用它的体液涂抹在手上或脸上，就会出现类似磷光的效果，而且在这种物质所处的氧气或一氧化二氮环境中，其发光亮度会显著增加。从这些事实中，我们能否推断出，无论这种发光机制究竟是什么，它都与呼吸作用有着极大的相似性呢？有一些种类的苍蝇以及叩甲属中的三种甲虫也具有发光的能力。南美洲的一种大型萤火虫就是最耀眼的例子之一，一只这样的昆虫就能发出足够的光线，让人能够阅读。在苏里南，这类昆虫的数量非常多，它们常常以惊人的方式照亮周围的空间。在爱尔兰的一些沼泽地中，有一种蠕虫能够发出明亮的绿色光芒；还有许多其他种类的生物，在特定情况下也会在黑暗中发光。这一切都依赖于生物的生命力，因为一旦这些动物失去生命，就会停止发光。与此同时，我们还发现许多关于死亡动植物也会发光的有趣现象：甲壳类动物中的龙虾以及鱼类中的鳕鱼就是典型的例子；在特定的大气条件下，腐烂的木材也会发出大量光线。

光线似乎与腐烂过程毫无关联；事实上，随着腐烂的进行，光亮度反而会降低。我们不得不认为，这种光最初是由于那些物质的微粒结构直接吸收了光线并将其固定下来而产生的，而光亮的出现则是由于这些微粒在含氧大气的作用下发生分解所导致的。

磷在黑暗中发出的微弱光亮是众所周知的；显然，这只不过是一种缓慢的燃烧现象，即磷与空气中的氧气发生了反应。在没有氧气的情况下，磷是不会发光的；它在氯气或碘蒸气中的燃烧则属于与我们目前所讨论的现象完全不同的类型。动植物物质所具有的这种荧光现象曾被认为与磷的缓慢燃烧不同，但经过研究后发现，两者的化学条件其实是一样的，因此这种荧光也是由类似的化学变化引起的。

死去的鳕鱼或鲭鱼体内的发光物质可以用普通盐溶液或硫酸镁溶液将其分离出来；当这些溶液被浓缩时，光亮就会消失；而当溶液被稀释后，光亮又会重新出现。不过，整个现象仍然笼罩在神秘的面纱之下，尽管它其实完全属于那些勤奋的观察者能够研究的范畴。小说中所描述的那种自发光现象，其实也体现在这些惊人的现象之中。

某些植物和花朵的荧光现象或许并不属于我们所讨论的这两种类型。它似乎是由于光线被吸收后再释放出来而产生的。如果在阳光下摘下一株金凤花，然后把它带到黑暗的房间里，稍作休息之后，用眼睛就能看到其叶片发出的光亮。

以下这个有趣的例子以及诗人歌德对此的解释颇具启发性：——“1799年6月19日傍晚，当暮色逐渐转为漆黑的夜晚时，我和一位朋友在花园里散步，我们清楚地看到东方罂粟花附近有类似火焰的光芒，那种花的红色极为鲜艳。我们走近那里，仔细观察那些花朵，但是……”

再也无法看到任何东西了，直到最后，通过反复地来回移动，同时从侧面观察它们，我们才得以随心所欲地让那种景象重新出现。这其实是一种生理现象，所谓的“闪光”不过是花朵发出的蓝绿色光谱罢了。暮色使得眼睛处于完全放松的状态，因而极其敏感；而在夏季白昼最长的时候，罂粟的颜色具有足够强的光效，能够产生互补色的影像。”[110]
据说，在空气电荷极高的情况下，大果月见草的叶片会发出磷光。在蒙彼利埃的橄榄园中，人们观察到某些蘑菇在夜间会发光；不过据说在白天，即使在黑暗中，它们也不会发光。德累斯顿附近的煤矿中的地下通道，则因一种名为rhizomorpha phosphoreus的特殊真菌所发出的磷光而得到照明。在Pindoba棕榈树的叶子上，生长着一种在夜间会发出强烈光芒的蘑菇；此外，许多种地衣爬附在洞穴的岩壁上，它们散发的柔和而明亮的光线为这些洞穴增添了一股奇幻的气息。在佩恩林附近的一个小洞穴里，有大量的发光苔藓；在黑森州的矿井中也能发现这种苔藓。据海因茨曼所说，rhizomorpha subterranea和aidulæ也具有磷光特性。
最近，有一种常见于东印度群岛马杜拉地区丛林中的植物被送到了这个国家，虽然它已经死亡，但仍然具有显著的磷光效应；而在其存活时，它发出的光线极为明亮，足以照亮一定范围内的地面。这些奇妙的现象在某些情况下可能是由于分解物质中产生了硫化氢，而在其他情况下则可能是某种特殊的电学现象所致。
海洋的磷光现象，也就是渔民们所说的“brimy”现象——当船桨或蒸汽轮机的叶片击打海面时，海面会发出大量光线——人们认为这是由于海中有无数微小的昆虫，这些昆虫在受到刺激时会发出光亮。夜光海虫（Nereis noctiluca）以及几种软体动物也能发出非常明亮的光芒。这些海虫会附着在鱼类的鳞片上，从而常常使鱼类也发出光亮。

极其明亮。某些甲壳类动物也具有同样的奇妙特性——几内亚湾的扎伊尔博物学家们发现了12种具有这种特性的蟹类。[111]约瑟夫·班克斯爵士发现的“发光蟹”能够照亮整个身体，并发出强烈的闪光。许多水母也具备强大的荧光特性。[112]这些会发光的生物大多体积极小，一杯海水中就能发现数千只。它们成群结队地漂浮在水面附近，一旦受到干扰就会发出耀眼的光芒，常常还会留下一道光痕。[113]通过显微镜观察，人们仅发现这些微小生物体内含有一种液体，当这种液体被挤压出来时，会在水面上留下光迹。这些生物几乎总是在天气即将发生变化的前夕出现，这让我们推测它们的发光现象可能与电学作用有关；而福威的C·皮奇先生在伯明翰的英国科学促进会上发表的研究结果，为我们提供了迄今为止最令人信服的证据。

贝文努托·切利尼曾描述过一种在黑暗中会发出强光的肿瘤。[114]钻石也被认为具有类似特性；不过，似乎需要先将这些矿物放在火旁加热，才能使其发光。由此可以推断，这种发光现象与萤石以及许多其他土质矿物的发光机制类似，因为这些矿物在受热时也会发出强烈的荧光。贝卡里亚神父最早指出，电学作用也能使类似物质发出荧光，这一观点后来得到了皮尔索尔先生的证实。[115]需要记住的是，这些现象与在黑暗中打破白糖或刮擦硫化锌时产生的电火花是不同的。

在上述例子中，并不一定需要阳光照射。很可能上述现象涉及两种甚至三种不同的机制，而且它们都与动物的荧光现象或植物的发光现象有所不同。不过，这些现象确实证明了：要么光是可以处于潜伏状态的，要么光只是物质的一种状态，只要破坏分子间的力，它就会显现出来。对此，我们有非常明确的证据表明，有些物质确实具有这种特性。

太阳光线。广州产的磷是一种钙的硫化物，将其置于阳光下后，即便移至黑暗中仍会持续发光一段时间；博洛尼亚石——一种钡的硫化物——也是如此。这一现象似乎是由特定类型的太阳光线所导致的；因为人们发现，如果将这些硫化物均匀地涂在纸上，让它们暴露在太阳光谱的作用下一段时间，然后再在黑暗中观察，就会发现发光区域恰好与最易折射的光线，或是那些能引发化学变化的光线相对应。还有一个非常值得注意的事实：光谱中紫色以外的暗色光线能够产生强烈的磷光，而折射率最低的光线，也就是热射线，则会使这种磷光熄灭；而人工产生的热量，比如用温热的铁块，则会使磷光效应显著增强。[116] 斯托克斯先生所说的荧光光线很可能也与磷光现象的产生有关，不过还需要通过实验来验证这一点。

在这些相关现象中，有些效果显然是由多种不同的原因造成的。活的动物所产生的磷光无疑是由于神经系统的兴奋；活的植物则是因为受到太阳光线的照射；至于洞穴中的苔藓等，则是由于太阳光线的化学作用，而且这种作用似乎具有传导性。在死亡的有机物质中，是纯粹的化学作用产生了光；而在无机物质中，则是由于其特殊的分子结构使得光被吸收。

这是一个极其复杂的课题；科学的探照灯亮度太低，无法让我们看清导致这些奇妙现象的真正原因。对这一问题的研究在一定程度上有助于揭示许多与光现象相关的奥秘；而确定光究竟是来自太阳的辐射，还是仅仅是一种遍布所有物质中的微妙原理、仅因太阳光线的作用而被激发，也与这项研究密切相关。

有人认为，光的产生离不开物质；如果没有物质的存在，就不会有任何发光现象。但我们不仅没有证据支持这一观点，现有的证据反而与之相悖。在最完美的真空中，光并不会消失。

任何人工手段都能产生光，如果光现象的成因是物质的话，情况也应如此。颜色无疑是受物质体调控的属性；或者说，要产生颜色，物质的存在是必要的。氯气呈淡黄色，一氧化二氮则呈黄红色。这些气体，再加上一两种即将凝结为液体的气体，是唯一具有颜色的气态或蒸气态物质。天空呈现蓝色，是因为大气中的物质微粒反射了蓝光。不过，我们还有更多实际的例子：氢气在氧气中燃烧时几乎不发光；但如果让火焰照射到石灰上，部分石灰会被火焰的热量带走，这样就能产生我们所熟知的最强烈的人造光。单独的氢气燃烧时，其火焰中几乎不含除蓝光之外的其他光线；如果在其中放入钢刷或石棉，其他多种光线就会立刻出现。阿甘德灯，尤其是那种燃烧纯松节油的灯，其火焰能发出与阳光中相似的光线。葡萄酒与水混合后加热并点燃，只会发出黄光；加入锶硝酸盐后，光线会变成红色；而加入重晶石硝酸盐后，光线则会变为绿色和黄色；铜盐能产生漂亮的蓝光，而普通食盐则会产生强烈的黄光。通过将各种固体物质引入火焰中，可以大量产生这些彩色光线以及其他类型的光线。这一现象并未得到足够多的强调，但实验表明，光需要物质的参与才能展现出其色彩。为什么氢气和氧气的火焰产生的光如此微弱，而一旦有固体物质存在，就能发出如此强烈的光芒呢？通过电学和化学方法产生人造光的问题，必然需要在相关章节中加以探讨。还有许多与光有关的现象，或者看似与光有关，但在我们目前的知识水平下还无法对其进行深入研究。因此，我们不得不把有限的篇幅留给那些能够与我们周围持续发生的自然现象相联系的科学领域。不过，当我们在研究各种物理力量对物质的作用时，这些较为复杂的结论也会被提及。

我们认识到这样一个原理：如果它并非源自太阳，那么它的显现与作用力必定依赖于太阳。从那“光之源泉”出发，这一原理以几乎接近思维速度的速度传向我们；而借助科学的精进手段，我们已能够极其精确地测量其速度。我们这片土地上的伟大诗人，在其作品中创造了像阿里尔那样能如音乐般在水面上游动的狡黠精灵，以及能在30分钟内环绕地球一周的奇幻角色帕克——这些形象似乎将人类想象力在理解超自然力量方面的能力提升到了极致。然而科学后来向人类表明，与那些已被人类像更高贵的普洛斯佩罗一样征服来为人类服务的微妙本质相比，这种“灵体”其实不过是行动迟缓的普通物质罢了。

光对生命而言是不可或缺的；在光诞生之前，世界是一片死寂的混沌，而一旦光消失，世界又会陷入混乱状态。遍布这个球体的种种美好景象都直接依赖于光的力量。色彩，或许还有各种形态，都是光的产物，无疑是太阳辐射的结果。我们对这一强大力量的神秘影响已有不少了解，但却对其本质一无所知。人们让太阳光穿过棱镜和天然晶体，用各种化学物质对其进行试验，还将最强烈的电场作用于它，试图发现世间最精妙的机制；但它始终没有暴露自己的秘密，就连它在传播过程中产生的效应也仍是亟待人类智慧解开的谜题。

所有的动物和植物都表明，生命与健康都离不开光；就连无机物的结晶形态也会因朝向光而显示出光的无所不在的影响力。从太阳到围绕它运转的每一颗行星，再到遥远天空中闪烁的恒星，我们都能看到这种力量依然散发着光芒，为无数万物带来美丽与秩序——对于我们称之为地球的这个宇宙小岛来说，情况也是如此。在各种物质中，我们都能感受到它的力量，而且在特定条件下，我们还能让它们重新焕发光彩并活跃起来。它存在于一切之中，贯穿于一切之中。

光以其神秘的力量遍布四方，在其各种作用中展现出种种力量，这些力量足以让柏拉图联想到那位全知全能的神。然而，科学借助其研究工具，证明了光本身其实是由某种更为高深、我们无法触及的根源所产生的。事实上，通过对科学中那些精妙抽象概念的深入研究，人的思维可以逐步从物质的粗糙层面提升到非物质的精妙境界，在那里，还有着一些超越人类所能检测和验证的物理力量的存在，它们继续向上延伸，直至抵达一切美好与完美事物的源头。

脚注：
[84] “氧、氢、氮和碳——这四种元素在太阳之火的作用下被激活，而太阳正是普罗米修斯手中的真正火炬；它们便成为地球上推动生命形成、感知、运动以及思考的永恒力量。”——大仲马，《化学哲学课》，第100页，巴黎，1837年。
[85] 在研究任何一位炼金术士的著作时——尤其是盖伯的《论金银的提炼方法》及其所著的《炼金术论》；罗杰·培根的《大著作》或《高级炼金术》；赫尔维蒂乌斯的《金牛犊论》；以及巴兹尔·瓦伦丁的《胜利之车》——都会发现，在炼金过程中，人们认为太阳光具有惊人的效力。在波义耳的《怀疑的化学家》一书中，也能看到同样的观点。尽管存在诸多错误，但炼金术士们仍是勤奋的工作者，我们许多知识都源自他们。关于他们以及他们的时代与我们这个时代的差异，吉本这样评论：“由于人类内心的贪婪，炼金术在中国和欧洲都同样受到热衷的追求，而且也取得了同样的成果。中世纪的黑暗环境使得各种神奇故事更容易被接受；而学术的复兴则进一步激发了人们的希望，同时也催生了更多看似合理的欺骗手段。最终，哲学在经验的帮助下驱逐了炼金术的研究；尽管当今时代的人们仍然渴望财富，但他们更愿意通过商业和工业这种更为谦逊的方式来获取财富。”——《历史的衰落与灭亡》，第二卷，第137页。
[86] 关于这两种理论，可参考以下资料：杨氏所著的《大英百科全书补编》中关于色彩学的条目；里福尔所译的汤姆森《化学原理》第五版法文译本的补充内容，巴黎，1822年；赫歇尔在《大都会百科全书》中撰写的关于光的条目，以及凯特莱和费尔赫斯特所翻译的法文版本；艾里在其《论文集》第二版中撰写的关于波动理论的文章，剑桥，1831年。

鲍威尔：《波动理论在色散现象中的应用》，第184页；劳埃德的讲义，都柏林，1836–41年；柯西：《关于弹性物体的运动》，载于《科学院院刊》，1827年，第九卷，第114页；《光的理论》，同上，第十卷，第293页；麦克拉格：《关于双折射现象》，同上，第十六卷；《应用于光波理论的几何命题》，同上，第十七卷；大卫·布鲁斯特爵士的论文发表在《爱丁堡皇家学会会刊》及《哲学杂志》上。
[87] 《1834–38年间在好望角等地进行的天文观测结果》，作者为约翰·赫歇尔爵士，K.H.、D.C.L.、F.R.S.荣誉头衔持有者。——“面对数量与规模皆无穷大的宇宙，人类的思维总显得力不从心。我们站在这片无边无际的空间的面前，惊愕不已；理性的力量在如此庞大的概念面前不堪重负。然而，既然我们身处这个恒星系统的‘巨型列车’上，注定至少要完成一次完整的运行周期，而且又明白自己在星际旅程中无法取得任何实质性的进展，那么我们就更应怀着强烈的热情去追求那个永远无法抵达的遥远目标。在感受到这种失望的同时，让我们耐心地去领悟其中蕴含的伟大真理——它必定能提升我们的思想境界。”——大卫·布鲁斯特爵士，《北英评论》。
[88] 相关例子可参阅格雷厄姆的《化学原理》、布兰德的《化学手册》，或是任何有关化学的著作。将没食子酸溶液与硫酸铁溶液混合来制备墨水，就是一个常见的例子。
[89] 约翰·赫歇尔爵士在其论文《关于太阳光谱中的光线对银制剂的化学作用》中指出：“试图从太阳中心区域发出的光线与从太阳边缘发出、经过更厚大气层吸收作用后的光线之间的化学性质差异中寻找这一奇特现象的成因，似乎风险太大；不过我实在想不出还有别的原因。不过，提出这个可能性已经足够了；我还有其他证据——我认为这些证据是决定性的（将会在其他地方提及）——可以证明太阳存在一个延伸至发光层之外的吸收层。需要说明的是，这一边缘的宽度很小，不超过太阳半径的0.5或1/7，而根据实验情况，这一数值很可能存在误差。”——《哲学汇刊》，1840年。
[90] 《关于光通过有色蒸汽、气体以及某些有色火焰时在棱镜光谱中产生的谱线的实验与观察》，作者为W.A.米勒，医学博士、F.R.S.成员，伦敦国王学院化学教授。——《哲学杂志》，第二十七卷。
[91] 《关于爱琴海中的软体动物和放射动物及其分布状况的报告，及其与地质学的关联》，作者为爱德华·福布斯，F.R.S.成员等。——《英国协会报告》，第十二卷。福布斯教授指出：“将浅海区域的贝类及其他低层动物与高层区域的动物进行比较，会发现它们在颜色上存在很大差异：深海的动物大多为白色或无色，而高层区域的动物则……”

在许多情况下，这些区域中的生物体呈现出极为绚丽的色彩组合。关于这一主题的研究结果如下：
“最底层区域中的大多数贝壳为白色或透明色；若带有玫瑰色色调，也只有极少数会呈现其他颜色的斑纹。在第七层区域，白色物种同样非常常见，但其比例远不及第八层。褐红色是腕足动物的主要色调，这一色调也为该区域的生物带来了特有的色彩特征；而生活在那里的甲壳类动物则呈红色。在第六层区域，色彩更为鲜艳，以红色和黄色为主——不过通常情况下，贝壳的色彩较为均匀。在第五层区域，许多物种的贝壳上有着各种色彩的条纹或云状图案，白色物种的数量则大幅减少。在第四层区域，紫色色调较为常见，色彩对比也很明显。在第二层和第三层区域，则会出现绿色和蓝色色调，有时甚至非常鲜艳；不过最绚丽的色彩组合以及最洁白的贝壳则出现在沿岸区域。”
“高等区域的腹足类和放射虫类的色彩要比低层区域的更为绚丽，后者无论贝壳呈现何种色调，通常都是白色的。例如，旋螺属的物种就是这类生物的典型代表，它们的贝壳和身体都呈现出最为绚丽的色彩；不过，那些生活在沿岸区域的物种身上有各种鲜艳的色彩斑纹，而生活在较深水域的物种虽然其贝壳的色彩几乎与靠近水面的同类一样鲜艳，但它们的身体则多为统一的黄色或红色，或者完全是白色。毫无疑问，随着深度的增加，色彩愈发鲜艳的主要原因是某一深度以上的光线强度更高。”——第172页。

[92] 《关于光的二次色散现象》，这是一篇由J.F.W.赫歇尔爵士撰写的论文，题为《关于一种由无色液体产生的表面色彩现象》。经过一次色散处理的光束（即已经穿过含醌溶液并经历色散作用的光束）不会再发生二次色散现象。为证明这一点，可以进行以下实验：将一个玻璃罐装满含醌溶液，然后将一块平板玻璃垂直浸入其中，使其完全被溶液覆盖，且其中一面直接朝向入射光。此时，从几乎垂直的角度观察这块玻璃，会发现其正面和背面都没有出现任何二次色散现象。因为光线在离开浸入溶液中的玻璃时，所处条件与最初进入溶液时经过玻璃正面时完全相同，因此它已经失去了原本的某种特性，也就不能再被视为同一种性质的光了。——《哲学汇刊》，第136卷。

[93] 关于这一观点，可以参考牛顿的理论。相关内容可见艾萨克·牛顿先生于1671–72年2月6日从剑桥寄给出版商的一封信，信中阐述了他在光与颜色方面的新理论，这些理论随后被提交给了皇家学会。

[94] 在那部出色的著作《贝尔格豪斯博士的物理图集》中——亚历山大·基思·约翰斯通已为该书在国内出版了极为完整的版本——书中给出了植物分布的如下顺序：
1. 棕榈树和香蕉生长的地区：赤道带。
2. 树蕨和无花果生长的地区：热带带。
3. 硃树和月桂树生长的地区：亚热带带。
4. 常绿树生长的地区：温暖温带。
5. 欧洲树木生长的地区：寒冷温带。
6. 松树生长的地区：亚北极带。
7. 杜鹃花生长的地区：北极带。
8. 高山植物生长的地区：极地带。
可参考洪堡特的《植物地理学论纲》，巴黎，1807年；《植物的地理分布》，巴黎，1817年。还有舒乌的《植物地理学基础》，以及他由亨弗雷翻译、收录在博恩科学丛书中的《地球、植物与人类》。拉穆鲁的《自然地理学》。施莱登所著的《植物传记》，亦由亨弗雷翻译。萨默维尔夫人所著的《自然地理学》。

[95] 弗劳恩霍费尔测定的光照强度标准如下：
红色22度时为0.032，
红色34度时为0.094，
橙色22度时为0.640，
黄色10度时为1.000，
黄色42度时为0.480，
蓝色2度时为0.170，
靛蓝16度时为0.031，
紫色43度时为0.0056。

[96] 赫歇尔在《关于结晶体对均匀光的作用，以及它们在受到偏振光照射后所产生的颜色偏差原因》一文中进行了研究。——载于《哲学汇刊》第110卷，第88页。

[97] 《关于光与颜色的本质》：载于杨氏《自然哲学讲义》第39讲，凯兰德版，第373页，以及其中引用的相关文献。

[98] 布鲁斯特的《光学原理》：载于拉德纳的《大百科全书》。赫歇尔的《关于光的研究》：载于《大都会百科全书》。

[99] 马吕斯所著《关于反射光的性质》：载于《阿尔克伊尔回忆录》。大卫·布鲁斯特爵士在《哲学汇刊》上发表了多篇论文。

[100] 巴托林所著《关于冰岛晶体》：哥本哈根，1669年。这位杰出的数学家埃拉斯谟·巴托林博士针对从冰岛寄来的某种晶体进行了多项实验，并记录下了结果。马蒂亚斯·帕伊塞尼乌斯在文中写道：“巴托林对这种冰岛晶体的观察结果确实非常重要，同时也令人遗憾。我们就他送给我的那块晶体也进行了一些试验，结果证实了他的观察结论。同时，他也发现这种晶体具有一定的脆性。”

这种物质可以用刀切成薄片或薄板，单独一片时能呈现物体的单一影像，而将多片叠放在一起则会出现双重影像；叠放的薄片数量越多，两个影像之间的距离似乎就越大。我愿意接受更专业的判断，认为这是一种月长石。我们这里的一些学者认为，这种石头特有的菱形结构是导致出现双重影像的原因。但我们在其他具有类似形状的透明物质中尝试过，却没有发现同样的现象，这让我们怀疑这种石头本身存在某种特殊性。——《哲学汇刊》，1670年，第5卷。

[101] 关于将圆偏振定律应用于化学研究：作者为M.比奥。——《自然历史博物馆新年报》，第3卷，以及《科学回忆录》，第1卷，第600页。关于圆偏振：作者为利森博士。——《化学学会会刊》。

[102] 在戴维·布鲁斯特爵士的《光学论》第十八章“关于偏振”一节中，详细介绍了制作偏振装置的最佳方案。

[103] 惠斯通教授最近做出了这一出色的应用，相关细节可见他发表的有趣论文——《通过天球北极处偏振面的日变化来确定视太阳时的一种方法》：《英国协会第十八次会议报告》。

[104] 关于光中的化学射线的偏振现象：作者为约翰·萨瑟兰医学博士，他在文中提到了J.E.贝拉尔先生的以下实验——“我让化学射线以35度61分的入射角照射到未镀银的玻璃上。被第一块玻璃反射的射线再以相同的入射角照射到第二块玻璃上。我发现，当第二块玻璃朝向南方时，暴露在它所反射的不可见射线下的硝酸银在不到半小时内就会变暗；而当它朝向西方时，即使暴露在射线本应照射的位置上两小时，硝酸银也不会变暗。因此可以推测，化学射线在穿过某些透明物质时会发生双折射现象；最后可以说，它们具有与普通光相同的物理性质。”——《哲学杂志》，第20卷。

利森博士指出，在偏振光的作用下，可以比用普通光线更容易拍摄出达盖尔照相照片。

[105] 关于光的磁化以及磁力线的照明现象：作者为迈克尔·法拉第，D.C.L.，F.R.S.——《哲学汇刊》，第137卷。以下内容针对文中提到的疑问：“磁力并非直接作用于光线，也不需要物质的介入，而是通过光线与磁力同时存在的那种物质来起作用；这些物质赋予彼此影响光线的能力。真空、空气或气体都无法产生这种作用，这也进一步证明了不同物质拥有这种能力的程度各不相同。磁力总是以相同的方式、沿相同方向作用于光线，而与物质的种类、固态或液态状态以及其特定旋转力无关，这表明磁力……”

力与光之间存在直接关联；但物质是不可或缺的，而且这些物质的作用程度各不相同，这表明磁力与光是通过物质的介入才相互作用的。如果仅根据物质所具有的作用力来认识或感知它，而不对那些脱离了这些作用力概念而设想出的“抽象核心”有任何了解，那么所描述的各种现象就会更加让我倾向于相信自己关于物质本质的观点。”——《哲学杂志》，第24卷。

[106] 暗箱的发明无疑属于詹巴蒂斯塔·波尔塔，这一发明在他的《自然魔法，或论自然界的奇迹》一书中有所描述，该书共20卷，1561年在安特卫普出版。1658年有英文译本，但我未曾见过。

胡克在《哲学汇刊》的早期几卷中，将波尔塔所提到的许多现象视为新发现，尤其是暗室中的影像现象。

[107] 赫歇尔，《论光》，——《大都会百科全书》。

[108] “我想要指出的是，通过对许多此类现象的研究（如摄影图像的消失与重现），我认为视网膜本身确实有可能被强光留下影像，而且视觉光谱以及次生颜色的一些现象，或许源于该器官在直接刺激停止后其物理状态发生的实际变化所带来的感官感知。”——J.F.W.赫歇尔爵士著，《论太阳光谱射线对植物颜色的影响》等。

[109] 杜梅里尔。

[110] 《色彩理论》，歌德著，伊斯特莱克译。

[111] 可参阅塔基所著的《扎伊尔探险记》。

[112] 关于这一主题最详尽的研究可见于以下两篇论文：
1. 《关于各种物体自发发出的、具有某种持久性的光的实验与观察》，载于《哲学汇刊》，第90卷。
2. 纳撒尼尔·赫尔姆博士所著的续篇，其中包含了一些关于阳光被坎顿磷吸收后的实验与观察结果，载于《哲学汇刊》，第91卷；此外还有爱德华·福布斯教授所著的《英国无眼水母研究专论》（为雷氏学会出版）。另可参阅威尔逊在约翰斯顿所著《动物植物》第二版中关于发光贝类的注释。

[113] 《动物王国概要》，托马斯·莱默·琼斯著，F.L.S.会员，第64页。夏尔·马泰乌奇所著的《致杜马先生关于萤火虫发光现象的信》，载于《化学年鉴》，1843年第9卷，第71页。

[114] 《贝内文托·切利尼回忆录》，收录于博恩的《标准图书馆》系列。另可参阅他于1568年在佛罗伦萨出版的《作为雕塑家与版画家的艺术论著》，4开本。

[115] 《钻石的发光现象》，M.赖斯著，载于《科学与工业评论》，第23卷，第185页。“由于绝缘作用而具有发光特性的钻石，在受到太阳光谱中的红光照射时，其发光能力会迅速减弱；相反，正是蓝光使得钻石能够发光。”

钻石是在黑暗中发光最强烈的物质。很可能，由热量产生的磷光也会因太阳光谱中的红光而减弱。”乔瓦尼·巴蒂斯塔·贝卡里亚于1769年发表了他的实验结果。可参阅普里斯特利的《电学史》，以及托马斯·J·皮尔索尔的《论电对那些因热量而具有磷光的矿物的影响》，还有《关于将磷光与颜色传递给带电物体的进一步实验》——这些文章均发表在《大不列颠皇家学会会刊》1830年10月号和1831年2月号上。这两篇论文包含了迄今为止关于这一主题的最完整的实验资料；另可参考普拉西杜斯·海因里希的《物质的磷光现象》第四卷，格梅林的《化学手册》第一部分；布鲁斯特在《爱丁堡哲学杂志》第一卷第137页中写的关于矿物磷光现象的文章；以及博伊尔的《著作集》第四卷中所描述的“空气中的夜光生物”以及一种人造自发光物质的制造方法。[116] 《太阳光线对物体产生的影响》，作者：埃德蒙·贝克勒尔。——《化学年鉴》第九卷，第257页，1843年。贝克勒尔将那些能够产生磷光的射线称为“磷光生成射线”。

第八章　光能——化学辐射
太阳光及其作用力——银器变黑现象——尼埃普斯的发现——棱镜光谱——光、热与光能的折射性——达盖尔的发现——摄影术——太阳辐射产生的化学效应——光能的吸收——达盖尔照相法中的各种现象——所有物体所发生的化学变化——物质恢复原有状态的能力——光能可防止化学变化——在黑暗中拍摄的照片——光对有机体的化学影响——太阳热量的化学效应——光能对电的影响——黑暗中的辐射——莫泽尔的发现等等。

热与光都源自太阳，我们试图证明：不仅这两种现象各不相同，而且以我们目前的知识水平来看，它们几乎不能被视为同一种更高能量形式的不同表现形式。除了这两种重要的元素之外，太阳光中可能还存在着其他成分。热与光都会引发电现象，而暴露在阳光下则会产生特殊的电变化。电可能只是由太阳光激发产生的，也可能像光一样从太阳中流泻出来。化学作用可能是由于某种扩散性原理被扰乱所导致的，也可能是直接由太阳辐射出的某种力量所引起的。

太阳光是一种神奇的东西：在人们的想象中，它与最虚幻的造物联系在一起。然而，当它作用于物质时，却能产生颜色；它能使固体中的粒子彼此分离，还能打破一些强大的化学亲和力。我们对太阳光惊人能力的了解完全归功于现代科学，它让我们能够认识这些奇妙的现象。

在那个黑暗时代，《科尼利厄斯·阿格里帕斯》中所描述的那些咒语场景不过是拙劣的幻想罢了，而那些所谓的魔法镜子也仅仅是低劣的工具而已。相比之下，那些摄影艺术家使用的银板——通过透镜将暗室中的物体影像固定下来——才算是真正的自然魔法典范。在黑暗时代，或者说，当归纳研究的第一缕曙光开始驱散那个充满幻象的时代的迷雾时，人们首次观察到太阳光能使白色物质变黑。其实，早在很久以前，人们就已经注意到所有植物颜色都在不断发生变化：有些颜色会因暴露在阳光下而变深，而另一些则会被阳光漂白。然而，这些现象并未引起人们的注意，世人根本不知道周围正在发生的巨大变化。那些炼金术士们——那些轻信他人的可怜人——在他们秘密实验室的烟雾中苦苦钻研，等待着火或“皇家之水”所能带来的任何变化，他们终于捕捉到了通往真理的第一缕微光；而他们那种“只要让光线穿透金属，就能将银变成金”的荒诞想法，则为经验主义哲学家们提供了指引，帮助他们走出那错综复杂的迷宫。[117]关于这一点，最早被记录下来的事实就是：银质物品在暴露于光线下会变黑。毫无疑问，这些炼金术士对这一现象进行了大量思考。这似乎意味着光与物质之间存在着某种联系，而且确实发生了惊人的变化！这是实现他们梦想的一步。唉！那些可怜的空想家们！在追求理想的过程中，他们失去了本可以掌握的现实。真理总是缓慢地降临到人类面前，而人类往往要过很长时间才会承认这些真理的存在。世人总是固守着自己的错误，回避真相，生怕真相会揭露他们可悲的愚蠢行为。最终，有一位天才宣布：“没有任何物质能够在不发生化学变化的情况下暴露在阳光下。”但他的话却无人理会。他的朋友们认为他利用光产生的图像很奇特，便把它们保存在奇珍异宝柜中；而他阐述的真理则很快就被遗忘了。不过，他的话还是被记录了下来，而这要归功于沙隆的那位孤独的实验家。

索恩河——将尼埃普斯的名字与一项发现联系在了一起，而这一发现的意义几乎可与万有引力定律的提出相媲美。[118] 然而，我们还有许多内容需要研究；由于其新颖性，它比大多数科学领域更具魅力；同时，它为研究者带来的广阔视野，其价值也绝不逊于任何其他物理研究。

棱镜光谱为我们提供了一种简便的方法，用以研究太阳光的各种特性。通过用三角形玻璃片使白光偏折，我们可以将白光分解成不同的成分。我们发现，热量在玻璃中的折射程度低于其他光能；热辐射的最大值点略微偏离了如果没有棱镜干扰的话太阳光本应走的直线；而且在这一直线两侧，热效应会以规律的方式逐渐减弱。我们还发现，光能的折射程度更高，其最大值点明显高于热能的最大值点；同样，在这一最大值点两侧，光线强度也会逐渐减弱，从而在最大值点下方产生橙色、红色和深红色，而在上方则产生绿色、蓝色和紫色。此外，我们还发现那些能够引发化学变化的辐射，其折射程度比其他两种辐射都要高；这类辐射的最大值点出现在光线强度迅速减弱的区域，而在该区域几乎检测不到热量。这种辐射在其最大值点之上仍能保持较强的活性，延伸到相当远的距离——在正常条件下那里已经没有光线存在了；而在最大值点之下，光线则会产生干扰作用，使得这种辐射的独特性质消失。这些都是有力的证据，表明光与“光化作用”（这一原理的名称）并非同一事物，而且我们可以很容易地将它们区分开来。某些被钴氧化物染成深蓝色的玻璃几乎不透光，但它们并不会阻碍光化作用或化学辐射的传播；相反，纯黄色的玻璃或黄色液体虽然不会显著降低光谱中任何一种颜色的强度，却能完全阻断这种化学作用，无论它究竟是什么。除此之外，还有其他一些结果需要说明，这些结果都证明，尽管光与光化作用共同存在于太阳光中，但它们之间始终处于对立状态。

当达盖尔首次公布他的这一伟大发现时，欧洲的公众对他的金属板所呈现的奇妙现象充满了惊叹之情。我们早已习惯了这种艺术所带来的美妙景象，也熟悉了多种同样美丽的成像方法。只要仔细研究这些方法，即便是最肤浅的人也会明白：在我们认知之外，其实存在着一个充满奇迹的世界，而只要付出努力并持之以恒地探索，就一定能揭开它的面纱。摄影，便是这种“以光作画”的艺术永远被称谓的名字。不过我们认为这是个遗憾，因为这个名称会给人一种错误的印象——仿佛这些图像并非由光线绘制而成。如果我们采用尼埃普斯为这种技术所取的名字，就能避免这个问题，因为“日光绘图法”并不涉及任何假设，它清楚地表明了一个无可否认的事实：我们的图像确实是由阳光绘制的。虽然这些图像也可以通过人造光源产生，但这并不影响这一事实，因为这些人造光源本质上仍然源自太阳。无论我们用何种名称来描述这些现象，可以肯定的是，它们都包含着一系列令所有自然爱好者极为感兴趣的奇妙效应，对艺术家和业余爱好者而言也具有极其重要的意义。借助巴普蒂斯塔·波尔塔发明的暗箱这一巧妙工具，我们现在能够轻松地将那些迷人的图像永久保存下来。任何通过该仪器的镜头折射后落在暗室中的图像，都可以以其最细腻的阴影层次被记录在金属板或纸张上。现在，让我们来探讨一下这些化学变化中一些更为引人注目的现象吧。首先来看一些较为简单但同样重要的结果：氯气与氢气在黑暗中不会发生反应，氯气与一氧化碳也是如此；但如果将这些气体混合物暴露在阳光下，它们就会迅速结合，而且常常还会发生爆炸。将硫酸铁溶液置于普通水中，可在黑暗中长期保持不变；但一旦将其暴露在阳光下，铁的氧化物就会迅速沉淀出来。溶解状态的锰酸钾在日光下几乎会立刻分解，而在黑暗中则要过很长时间才会发生变化。铂与石灰的组合也是如此：实际上，无论在何种情况下，都会出现沉淀现象。

在太阳光线的催化下，这些沉淀物便形成了。由于这些沉淀物的数量与溶液所受到的紫外线辐射量完全一致，我们就可以用颗粒数来表示影响该化学化合物的紫外线辐射强度。[119]
我们有证据表明，这种化学物质可以被简单物质吸收，而通过这种吸收作用，物质的性质会发生实际变化，这些变化在很多方面与我们之前研究过的同素异形体变化类似。在黑暗中，氯气不会与氢结合。如果我们使用氯气作为介质，在太阳光线照射到对紫外线敏感的化学化合物之前对其进行分析，就会发现氯气能够阻挡所有的紫外线辐射，因此无论该化合物多么不稳定，都不会发生任何变化。不过，那些阻断了紫外线辐射的氯气似乎已经吸收了这些紫外线，其结构也因此发生了改变，从而能够在黑暗中与氢结合。[120] 同样地，如果将相同浓度的硫酸铁溶液分成两份，一份置于黑暗中，另一份则暴露在阳光下，那么在温度及其他条件相同的情况下，暴露在阳光下的溶液会更快地使金和银从它们的化合物中沉淀出来。
达盖尔照相法涉及许多奇特的现象。首先，用碘在银板上产生轻微的化学反应，然后将该银板置于暗箱中的透镜成像处。如果让银板持续处于这些辐射的作用之下足够长的时间，银板上就会形成被照射物体的清晰图像，这一点可以从碘化表面的可见分解和变暗现象中看出。但实际上，银板并不会一直处于这种状态；几秒钟后，辐射作用就会停止，肉眼也无法观察到银板上有任何变化。接着，银板会被暴露在汞蒸气中，处于极细微状态的汞会在银板上凝结，但这种凝结并非均匀分布。汞蒸气的沉积量与银板所经历的化学反应程度成正比。而导致这种特殊凝结效应的变化究竟是什么呢？

这是化学作用、热效应、电效应，还是仅仅是分子作用呢？目前的证据还不足以确定这个问题。最近有观点认为，汞仅起化学作用，能够使银碘化物完全分解；因此所出现的图像正是由此产生的，而非汞蒸气实际沉积所致。很可能存在多种力量共同作用的结果。有一些实验清楚地表明，汞的沉积量与太阳辐射的强度相关。无需经过化学处理的表面也能产生这种现象——无论是金属板、玻璃板、大理石板，还是涂了漆的木块，只要部分暴露在阳光下，当对其呼气或让其接触汞蒸气时，被光照到的部分就会出现变化，而处于黑暗中的部分则没有任何变化。直到最近，人们还以为只有少数化合物，比如用于达盖尔照相法和卡洛型照相法的银碘化物、常用的摄影剂银氯化物、一些金盐以及一两种铅和铁的化合物，才能引发如此显著的变化。现在我们知道了，无论是什么物质，无论是单质还是化合物，只要暴露在阳光下，都会受到这种化学和分子层面的影响。以自然界中的事物为例，那些在狂风暴雨中依然屹立不倒的花岗岩，那些经艺术加工而呈现出优美建筑形态的石头，或是那些用来纪念人类伟大功绩、以人物形象展现英雄事迹与艺术家才华的金属制品，在阳光照射下都会遭到破坏；若没有大自然令人惊叹的保护机制，它们很快就会在宇宙中最微妙的力量的作用下消亡。尼埃普斯首先证明了：所有在白天发生这种变化的物质，都能在夜间——当这种刺激不再作用于它们时——恢复到原来的状态。树脂、达盖尔照相底片、未经处理的金属板以及各种摄影材料都很好地证明了这一点。[121]如果我们不采取某种方法来保持图像的持久性，那么今天所看到的图像明天就会褪色消失，于是我们便试图……

试图恢复它也是徒劳的。通过某些化学制剂，这一现象表现得相当明显，但没有任何一种制剂的效应能像用碘化铂处理过的纸张那样显著——当这种纸张被日光照射后留下深棕色印记时，它在黑暗中只需几分钟就能恢复到原来的黄色状态，并重新具备对阳光的敏感度。[122]从光化学研究所提供的所有证据中，我们唯一能得出的结论是：对于无机物而言，黑暗时刻与夜晚和睡眠对有机生物的重要性一样不可或缺。但我们必须记住，太阳光中存在着某种力量平衡，这种平衡会显著改变太阳光对物质产生的影响程度。我们不仅发现化学作用并非发生在整个棱镜光谱范围内，还发现，在那些对应于光线和热量最强的区域，存在着一种保护作用。也就是说，那些在散射日光下会迅速变黑的高度敏感的感光材料，在强光照射的同时，如果让黄色光线及红外线照射在其表面，就能完全避免发生变化。不仅如此，如果我们使用能够阻挡光谱中的所有化学射线、同时允许光线和热射线通过的介质，就会发现有一段与光谱长度相等的区域保持白色，而其他部分则都会变黑。[123]在众多奇妙的自然现象中，最引人注目的莫过于不久前有人提出的一个实验——即可以在完全黑暗的环境中拍摄出达盖尔照片。其实现方式如下：将一个大型棱镜光谱装置置于暗室一侧的透镜上；由于我们知道光化作用主要存在于紫光之外的区域，而那个区域是没有光的，因此我们只允许那些非光谱性的、不发光的光线透过透镜进入暗室。这些光线会被照射到某个白色物体上，再从该物体反射到暗箱中的高度敏感感光板上。这样，就能在没有对视神经产生任何影响的辐射作用下获得被摄物体的影像。这个实验与那些表明我们可以用经过黄色玻璃或钙硫化物黄色溶液处理的强阳光来照亮任何物体的实验正好相反。

重铬酸钾——这种物质对化学射线是不透明的——即便使用最敏感的感光板，也无法将其拍成达盖尔银版照片。事实上，当太阳的光线穿过大气层后被染成红色或深黄色时，不仅不会引发任何化学变化，反而还能保护经过碘处理的感光板不受其影响；而感光板上的其他部分虽然能够呈现出周围物体的正常图像，但明亮的太阳本身则只表现为一个没有发生任何变化的点。[124]在热带地区，由于阳光极为强烈，所有摄影材料所受的影响都相对较慢，而在光线较弱的英格兰则不然。作为这一现象的典型例证，有一件事可以很好地说明光线对感光过程的干扰作用：有一位非常熟悉达盖尔银版摄影技术的绅士，他在墨西哥城购置了所有必要的设备和化学品，期望在那种光照强烈且天气晴朗的环境中拍出质量上乘的照片。然而他屡次失败，尽管已经采取了各种预防措施，直到雨季来临，他才终于成功拍下了那座南方城市中某些建筑的照片。在阿拉戈先生的推动下，法国政府也曾尝试复制埃及的陵墓和神庙以及中美洲的阿兹特克遗迹，但这些尝试也都以失败告终。虽然那些摄影师在巴黎能够以几分钟的时间就拍出令人惊叹的照片，但在南方强烈的阳光下，他们常常发现一小时的时间仍然不够。人们在不同纬度进行了光谱实验，结果发现，随着我们越接近赤道，那些始终不受影响的区域——也就是光照强度最高的区域——会逐渐变大，这证明了光线的强度超过了感光作用，同时也体现了光线所具有的干扰作用。通过提高感光材料的灵敏度，就可以克服这一难题，尤其是当在感光材料中加入某种有机化合物时。这样一来，我们现在就能够完整地记录大自然的种种面貌了。

无论我们在气候温和的欧洲使用摄影板，还是在热带的非洲使用它，其效果都相当出色。所达到的感光程度实在令人惊叹。福克斯·塔尔博特先生将帕森斯敦的伍兹博士所设计的工艺与本书作者最初提出的另一种工艺相结合，并再加入乙醚，从而得到一种极为不稳定的化合物，他便利用这种化合物来制作摄影板。首先在玻璃板上涂上与上述溶液混合后的蛋白，然后再涂上硝酸银——这样就形成了感光表面。将这块玻璃板放入暗室中的照相机中，调整好装置，使得固定在轮子上的印刷票据在玻璃板被打开、轮子被照亮时能够投射在其上。在完全黑暗的房间里，让轮子以极快的速度旋转，同时将感光板暴露在外。此时，莱顿瓶释放出的电光会在极短的时间内照亮那张旋转着的票据。尽管纸张移动的速度极快，且照明时间极为短暂——就像一道微小的闪电——但票据上的图像仍能被精确地复制到摄影板上。遗憾的是，实现如此高感光度的制备方法效果并不稳定，因此并不实用；不过这一事实足以证明：即便以步枪子弹的速度移动，也能够在摄影板上留下影像。不过，有一些新的工艺有望在感光度方面超越现有技术，而且操作起来也并不复杂。胶棉工艺就属于这类工艺。溶解在乙醚中的火棉具有很强的加速作用，当它与银盐以及某种植物酸结合后，就能形成感光表面，借助它可以在不到一秒的时间内拍摄出照片。色彩，甚至是自然色彩，也能被清晰地记录下来。人们让太阳展现它的色彩，结果得到的照片上各种色彩都得到了精确的呈现。获得这种效果的摄影板呈深棕色，而其中的色彩则似乎被阳光“侵蚀”掉了。这些色彩目前还未能在摄影板上永久固定下来，但从现有的临时固定效果来看，我们有理由相信，不久之后，摄影师的作品也能像画家们的作品一样拥有永久的色彩。这真是有趣又令人惊叹的现象。

事实上，在制作这些相片时，人们会使用能够为火焰增添颜色的盐类。根据这些盐类在燃烧时产生的颜色，相应的颜色就会以更强烈的程度呈现在相片上。这又意味着什么呢？我们在探索真理的道路上面临着诸多谜团。我们不敢对此妄加猜测：完整的答案终将出现。

借助这门精妙的艺术，我们能够保存那些凭借智慧或英勇行为为人类做出贡献之人的容貌特征。我们可以将像威灵顿、伟大的阿拉戈这样的伟人的肖像真实地传递给后代。如果我们现在就能得到希腊诗人、罗马哲学家、索福克勒斯或塞内卡的达盖尔银版肖像，那该有多么令人高兴啊！如果能有埃文河畔的吟游诗人或格兰瑟姆的哲学家的卡洛类型肖像，那又能避免多少争论呢！

正是那些赋予眼睛光彩与面颊红晕的光线，让我们能够准确地描绘出我们所欣赏的容貌轮廓，以及所有那些让形象更加真实的细节。我们所爱的人可以永远通过这些自拍式的画像与我们同在。而那些我们想要避开的人，也可以通过这种精确的“画家”被我们知晓。大自然所使用的工艺堪称完美；不完美之处在于人类，而这些缺陷其实很少，人类很快就能学会如何弥补它们。

对于旅行者来说，摄影技术真是无比珍贵！他们可以获得那些在摩西时代还十分宏伟的庙宇遗迹的影像。只需一次操作，他们就能复制出卡纳克遗址上布满无数象形文字的墓室，或是阿拉伯半岛上那些需要花费数天时间才能描摹完毕的铭文石碑。他们可以将这些影像带回家中，在闲暇时仔细观看。那些来自远古的遗物，向人们诉说着过去的故事，记录着那些如影子般消逝的民族的历史，从而得以保存下来，继续讲述它们神奇的故事。

那些热爱自然的人则可以极其精确地复制大自然的景象：每一处景观的细微变化、每一块突出的岩石或陡峭的山峰、奔流不息的河流、蜿蜒流淌如同幸福一般流逝的小溪，还有那些散布着勤劳人家与宁静居所的广阔平原，以及其间耸立的塔楼……

在那些简朴的庙宇里，心怀虔诚的人们乐于“低头屈膝”；所有这些景象，都可以借助照亮整个世界的阳光，被精确地记录在我们的化学制剂上。我们的技术甚至能让我们做到更多：只需将敏感的感光板置于月光之下，它便会凭借自身的光芒，呈现出月球的山脉与山谷，真实地反映其表面的物理状况。关于光的化学作用——即与化学射线和热射线不同的发光射线——的讨论，我们一直推迟到探讨化学变化这一特定问题时才进行。对于有机化合物而言，比如树叶和花朵中的色素，光确实具有化学作用：人们发现，植物的颜色并非因其自身颜色的光线而褪去，而是被与其互补颜色的光线所导致。红色染料在绿色光线的作用下会更快褪色，黄色染料在紫色光线的作用下也会更快褪色，其速度远远超过在其他颜色光线作用下的褪色速度；需要记住的是，这是由彩色光线本身造成的，而非像人们通常认为的那样，是由隐藏在颜色背后的某种光化作用所导致的。[125]长期以来，人们一直在争论植物分解碳酸的过程是由于发光射线还是化学射线所致。现在已明确，发光射线才是产生这种效应的最主要因素；它们是通过激发生物体的生命活力来间接实现这一作用的。因此，我们将这种气体分解现象归因于由发光作用所激活的生命活力。[126]我们之前已经注意到一些由热量引发的化学现象，尤其是伦福德伯爵所做的那些实验，他似乎认为这些实验证明了太阳光线的化学作用源于其热能。我们知道，某些化学现象确实可以由热作用引发；但唯一与太阳辐射直接相关的热化学作用，属于一类被称为“副热射线”的射线，植物的灼伤、秋叶的变褐以及果实的成熟，似乎都是由这类射线所导致的。[127]当我们进一步探讨……

在研究与植物生长相关的各种物理现象时，必须详细考虑太阳辐射的这些特殊特性。我们发现光能会影响电学现象，这一事实也表明，力的平衡贯穿于自然界的所有基本原理之中。如果构建一个电化学装置，使得在黑暗中少量金属能够逐渐在某一极上沉淀，而将同一个装置置于阳光下，则不会有任何金属沉积——因为太阳光线干扰了电流的分解作用。同时我们还发现，当将一束光照射到作为电化学装置一部分的铜板上，且该铜板处于酸性溶液环境中时，就会产生额外的刺激作用，检流计也会显示出电流强度的增加。这两种看似矛盾的现象其实可以通过不同光线对电池两极的不同影响来得到解释。有一点是显而易见的：光线会干扰电学现象，而太阳光中的其他成分则会产生另一种形式的刺激作用。如果在电化学装置与太阳之间放置黄色玻璃，那么电化学沉淀过程仍会像在完全黑暗的环境中一样进行，电池的电极也不会产生额外的刺激反应。由此看来，起干扰作用的应该是光化作用而非普通的光线。[128]此前已经证明，黄色介质具有抑制化学作用的能力。我们早已详细研究了各种磷光物质的特殊性质，而这些性质似乎都是光的作用结果。磷光很可能是由那些不会对眼睛产生直接影响的射线所引发的。如果将硫化钙涂在纸上并使其暴露在太阳光谱的作用下，就会发现只有在紫色光线所在区域以及其之外的那些通常呈暗色的区域里，纸张才会发光；这表明，引发磷光现象所需的刺激来自一类与真正发光原理不同的射线，而更接近于那种能够引发化学分解的原理或力量。至于之前提到的那些在特定区域内大量存在的荧光射线……

最强的荧光效应，以及那些能够引发此类现象的机制，至今仍是一个未解之谜。视觉与色彩、热效应、化学变化、分子结构的变化、电现象以及荧光激发——所有这些都具有某种奇特的二重性，它们都与太阳光有关。当我们用碘化板或各种感光纸来接收太阳光谱时，会发现，在成像的顶部和底部，有时在两侧，也会保留一些没有发生任何变化的线条。由于光谱实际上是以扭曲的形式呈现太阳的，因此唯一能解释这一现象的方式就是假设来自太阳边缘的光线与来自太阳中心的光线性质不同。[129] 来自太阳圆盘中心的光线与来自边缘的光线条件不同，这是因为圆形天体向我们呈现的角度是不断变化的；当围绕太阳的“光层”变得极为活跃，从而产生波动和巨大的凹陷——即太阳黑子时，热效应似乎会更为明显。有迹象表明太阳表面还存在第三种状态，而我们所说的光化作用强大的化学能量很可能就属于这种状态。正如一些人推测的那样，电可能是引发这些现象的媒介；太阳上可能存在持续且强烈的极光现象，在这种力量的作用下，其他现象也会被激活并进入活跃状态。我们有大量证据表明光化作用是创造力量中的重要一种。几乎所有与光相关的化学变化现象，现在都被证明是由光化作用所驱动的；除了已确定的其对所有无机物的影响之外，我们还将进一步说明植物界和动物界也依赖于这种力量。太阳光对植物的影响已被日常经验所证实；至于其对植物生命的具体影响，则将在专门讨论相关现象的章节中详细阐述。至于其对动物的影响，目前尚无确切的了解；但一些早期的实验表明，动物和其他有机体一样，会受到各种辐射力的影响——事实上，无需实验，任何观察结果都能告诉我们这一点。可以肯定的是……

也就是说，这样的有机体只能存在于阳光能够照射到的地方；在永恒的黑暗中，则只有死亡的寂静。普罗米修斯从天上偷来了火种，并将这一珍贵的礼物赐予人类，因为这对人类而言是最有用的东西——借助火，人类可以缓解严酷的气候条件，使食物更易于消化且更美味，同时还能照亮黑暗的时刻。这就是希腊人创造的美好神话——它仿佛是一个天赋异禀的民族所拥有的诗意幻想或预言性的洞察，他们感受到了那些尚未能描述清楚的神秘真理。菲顿与阿波罗其实也只是我们宇宙中心那股创造能量的另一种象征罢了。希腊人的诗歌超越了人类行为中的琐碎之事，试图诠释创造背后的伟大真理。他们善于思考，因此必然会意识到周围存在着某种神秘的力量；而凭借丰富的想象力，他们便为那些难以解释的现象赋予了合理的解释。现代科学已经证明了太阳光具有极其重要的作用，那些在阳光中被发现的原理，确实能够激发有机生命，同时也能影响无机物质的形态。我们不应忘记，此前我们已经提到过一种假说：认为这种光能作用遍布整个自然界，实际上就是所有化学作用的本质，而化学作用只是由太阳光所引发的。这一假说得到了某些证据的支持——即一旦化学反应开始，它就会在没有任何外部刺激的情况下持续进行下去，直到最初的干扰消失为止。如果将某些金盐与有机物一起置于阳光下，哪怕只是短暂的时间，反应就会开始，并且在黑暗中也会持续不断，直到金元素被还原到最简单的状态。[130] 银铬酸盐、某些汞盐、银制剂与亚硫酸铁或没食子酸结合而成的物质，以及其他一些化学化合物，也会出现同样的现象。这些逐步发生的反应表明存在某种尚未被发现的规律，似乎将这种光能作用与存在于所有物质中的化学因素联系在了一起。这个问题还与另一类现象有关，尽管这些现象很可能主要源于热辐射，因此被统称为“热成像”，但它们似乎也涉及到……

无论是化学刺激还是电学刺激，都会引发相应的反应。通过莫泽等人的研究，我们得知一个极为奇特的现象：即便是无生命的物体，也会在某种暗辐射的作用下相互影响、发生反应，似乎还会交换彼此所具有的某些特性。这一现象在那些实验中表现得尤为明显，而这些实验似乎仅涉及物体的形态或结构变化。例如，将一块雕刻好的版块放在金属或玻璃的抛光表面附近，过不了多久，该表面上就会出现与版块相同的清晰图像；也就是说，这种结构上的变化会导致版块在浮雕或凹雕部分对应的区域与其它区域吸收蒸汽的方式有所不同。如果用木头代替金属，经过类似处理后，也能得到木头的真实图像，甚至包括其纤维的结构。[131]

不同物质仅仅因为相互接触，就有可能发生化学分解反应。人们将纯度极高的金碘化物或银碘化物放置在玻璃板上，再在其上方悬挂一块覆盖有汞的铜板；据说可以观察到这些盐类逐渐发生分解，生成汞碘化物，而金或银的盐类则转化为细小的金属颗粒。[132]

那些发热能力较低的物体，若靠近发热能力更强的物体，短时间内就会经历大量的分子结构变化，从而导致其表面结构发生彻底改变，同时发热能力更强的物体会在另一物体上留下印记。这种印记处于潜伏状态，但在蒸汽或氧化作用的影响下可能会显现出来。[133] 导电性较差的物体，如木炭，若靠近导电性良好的物体，如铜，同样会在短时间内在金属板上留下自身的印记。因此，任何两种导电性或发热能力不同的物体相互靠近时，都会引发分子结构的变化，从而使其中一个物体在另一个物体上留下印记。无论两者之间的差异有多小，都会产生效果，而且这种效果极为奇特——它能够在被暴露的表面上形成真实的图像。因此，只需将纸上的图案放在经过精心打磨的银板或铜板附近数天，就能将其复制到金属板上。黑白线条的辐射方式截然不同，因此……

在与黑线对应的部位，明亮的金属表面会出现某种效应，这与纸张上白色区域所在处的效应截然不同；而当蒸汽接触到这些部位时，另一侧就会留下相应的图像。[134]
处于不同电状态的物体也会以类似的方式相互作用。例如，电负性极高的砷，一旦靠近电正性的铜块，就会轻易在其表面留下自身的影像；其他处于不同状态的物质也是如此。任何在物理性质上存在差异的物质（无论是在颜色、化学成分、机械结构、热性质还是电状态方面），都具有辐射能力，能够使结构不同的物体发生可感知的变化。
传说中，东方的魔术师拥有能随意显现出不在场之人形象的镜子。如今科学告诉我们，其实完全可以在抛光金属的表面上制造出足以欺骗轻信之人的影像。经过高度抛光的钢板上可以留下各种影像，但由于其反射性能并未受到丝毫影响，这些影像暂时是看不见的；但只要向该表面呼气，那些隐藏的影像就会显现出来，而随着表面水分的蒸发，它们又会消失不见。[135]
这些仅仅是众多惊人现象中的少数例子，它们足以让我们相信：大自然始终在发挥作用，每个原子都拥有影响宇宙中其他原子的特性，而且许多重要的自然现象似乎都与辐射力直接相关。
炼金术士们注意到，暴露在阳光下的氯化银会发生变化。韦奇伍德率先利用这一发现来复制图像。尼埃普斯则对这种奇特的变化进行了深入研究，发现所有物体都会受到太阳所发出的辐射的影响。达盖尔利用这种“太阳笔”创造出了连艺术家都无法超越的图像效果，塔尔博特等人则进一步拓展了这一技术的应用范围。赫歇尔也参与了这项研究，凭借他出色的归纳能力和哲学推理能力，他为世人带来了诸多重要发现，展现了未来还有多么广阔的研究领域有待探索。

人类中较为年轻的种族——正是一个让真正有抱负的人能够在发现新事实的过程中获得最高回报的领域。正是在这里，我们才能进一步发展那些我们已经略有了解的强大力量，同时也能发现那些在现有哲学体系中还未被设想过的更高层次的力量。

如果音乐以其声音的奥秘，能赋予人类心灵一种向天而升的感受；如果美与壮丽如同华服一般覆盖着这美丽的地球；如果造物界的奇妙和谐能够展现出来，用真理的力量呼唤灵魂，借助那些神秘力量的魔力——这些力量与美丽的光芒相结合，太阳便不断以波动的形式释放出光芒，从而塑造晶体、形成花朵，或是赋予物质以不朽的生命力——那么，这一切都将提升我们的追求，让我们迈向上帝。

脚注：
[117] 参见作者所著的《关于光的研究》。只要查阅一下炼金术士们的著作，就能明白文中所述观念的普遍性。人们认为黄金始终处于光与太阳热量的影响之下。——“据说黄金在接近白天的时候会变冷，以至于佩戴黄金戒指的人能够察觉到黎明即将到来的时刻。”——《世界之镜，或展现世界面貌的透镜》，剑桥，1643年。
[118] 达盖尔向科学院提交的报告：《历史上的达盖尔摄影法以及达盖尔摄影法和透视画法的描述》（巴黎，1839年）；尤其是尼埃普斯对日光摄影法的描述。另可参阅首次发表在《关于光的研究》中的尼埃普斯的信件。
[119] “如果将过氧化铁溶液置于黑暗处，或者将其暴露在212华氏度的环境中数小时，它的物理性质不会发生任何明显变化，也不会出现任何可被视为某种基本作用结果的现象。”

“然而，如果将这种溶液置于装有导管的玻璃容器中并让其暴露在阳光之下，含铁草酸的浓缩溶液很快就会出现一种非常有趣的现象：在短时间内，受到阳光照射的溶液中会生成无数气泡，这些气泡以越来越快的速度上升，使得溶液看起来就像正在剧烈发酵的糖浆。当将一根未经抛光的玻璃管连同一小块木头一起浸入该溶液中时，这种沸腾现象会变得更加剧烈，几乎达到沸腾状态；此时液体会出现上下流动的现象，逐渐变黄、变浑浊，最终会析出柠檬黄色的小晶体状的亚铁草酸盐，同时气体仍在不断产生。”——《光线的化学作用及其产生的洪堡丁物质》，《哲学杂志》，1832年，第二系列。——“当将硝酸中的铂溶液与石灰水在黑暗中混合时，由于酸已被石灰中和且经过过滤处理，很长一段时间内都不会有明显的沉淀物生成——实际上根本不会产生沉淀物，即便放置很长时间后也会仅有少量絮状沉淀物出现，之后反应就会完全停止。但如果将这种混合物，无论是刚制备好的还是经过沉淀处理后的，暴露在阳光下，它立刻会变成乳白色，并且会生成大量的白色沉淀物（如果铂溶液浓度过高，则为淡黄色），这些沉淀物会迅速沉降下来，也易于收集。在多云的日光条件下，这一现象的发生速度则较慢。”——《关于光线对铂酸盐与石灰水反应生成沉淀的影响》，摘自约翰·F·W·赫歇尔爵士致道贝尼博士的信件，《哲学杂志》，1832年。[120] 德雷珀教授所著的《关于物质在阳光照射下性质的变化》；罗伯特·亨特所著的《关于物体在黑暗中的变化》：《英国协会第十三次会议报告》，第十二卷；J·W·德雷珀医学博士所著的《关于用于测量靛蓝光谱线化学作用的仪器——蒂托诺计的描述》：《哲学杂志》，1843年12月，第二十三卷。[121] 关于这一奇妙现象的更多实例，可参阅约翰·F·W·赫歇尔爵士所著的《关于太阳光谱线对植物色素以及某些新摄影工艺的影响》：《哲学汇刊》，1842年6月，第一百三十三卷；同位爵士所著的《关于先前研究中提到的摄影工艺的改进以及太阳光谱线中的副热射线》：《哲学汇刊》，1843年，第一百三十四卷。[122] 约翰·F·W·赫歇尔爵士；另可参阅作者所著的《关于光的研究》。[123] 约翰·赫歇尔爵士等人已经注意到光谱中某些光线具有保护作用。可参阅《英国协会第十八份报告》，其中包含了作者的一项实验，该实验证明所有光线都能保护相纸免受化学变化的影响，从而有力地证明了光与辐射力并非相同的能量形式。[124] “在一个大雾弥漫的日子里，我注意到太阳圆盘呈现出深红色，于是我将装置对准了太阳。曝光十秒后，我将准备好的感光板放入汞盒中，结果得到的图像完全是黑色的——太阳并没有产生任何光化作用。在另一次……”

在实验中，我让感光板持续工作了20分钟；此时太阳已经移动到了感光板的某个区域，于是便形成了一个长度为太阳直径七八倍的影像。该影像整体呈黑色，由此可以明显看出：在太阳的红盘经过之处，不仅没有发生光合作用，而且太阳的红光还破坏了太阳经过之前所产生的效果。我在接下来的几天里反复进行了这些实验，使用了不同色调的红色和黄色光源。这些不同的色调几乎产生了相同的效果——在太阳经过之处都会出现黑色条纹。”——克洛德先生，《论经彩色玻璃介质改变后的太阳辐射的各种特性》，载于《哲学汇刊》，1847年第2卷。

[125] “还可以观察到，在许多情况下，能够破坏某种特定色调的光线，正是那些与其互补的颜色所对应的光线，或者至少属于与这种互补色同类的光线。例如，偏橙色的黄色光线会被蓝色光线更有效地破坏；蓝色光线则会被红色、橙色和黄色光线破坏；紫色和粉色光线则会被黄色和绿色光线破坏。”——J.F.W.赫歇尔爵士，《论太阳光谱中的光线对植物颜色的影响》，载于《哲学汇刊》，第133卷，1842年。

[126] 要完整了解这一研究的历史，以下这些著作和论文是必不可少的：普里斯特利博士所著的《与自然哲学各分支相关的实验与观察，以及关于空气的进一步观察》，伦敦，1779年；J.塞内比耶所著的《物理化学笔记》等；德拉维尔所著的《关于植物的实验》，巴黎，1782年；以及1782年的《哲学汇刊》。德拉维尔所著的《关于英根豪斯实验的观察》，载于《罗兹观察录》第23卷，第290页。泰西埃所著的《用于展现光对某些植物影响的实验》，载于《巴黎科学院院刊》，1783年，第132页；《光学杂志》第4卷，第4期，第146页。英根豪斯所著的《关于利用固定空气、通过植物和阳光来获得脱燃气空气的方法》，载于《罗兹观察录》第24卷，第337页。塞内比耶所著的《关于太阳光在植物生长中的作用的研究》，日内瓦和巴黎，1788年，第61页。哈森弗拉茨所著的《关于塞内比耶关于太阳光在植物生长中的作用实验的摘要》，载于《化学年鉴》第3系列，第266页。德·坎多勒所著的《关于光对某些植物影响的实验》，载于《哲学杂志》第52卷，第124页；沃伊格特《杂志》第2卷，第483页；吉尔布《年鉴》第13卷，第372页；《外国科学院院刊》第1卷，第329页。索绪尔所著的《关于植物生长的化学研究》，载于《化学年鉴》第1卷，第225页；《哲学杂志》第57卷，第393页；《吉尔布年鉴》第18卷，第208页。鲁兰德所著的《关于暴露在阳光下的植物呼吸作用的研究》，载于《化学与物理学年鉴》第3卷，第411页；《哲学杂志》，1816年。道贝尼博士所著的《关于光对植物的影响以及植物对大气的影响》，载于《哲学汇刊》，第127卷，1836年1月。P.加德纳所著的《关于黄光产生绿色以及靛蓝光对植物运动的影响》，载于《哲学杂志》第24卷；《大学图书馆杂志》第49卷，第376页，以及第52卷，第381页。R.亨特所著的《关于光对植物影响的论述》，载于《哲学杂志》第24卷，第96页；《大学图书馆杂志》第49卷，第383页；《雅典娜杂志》，1844年。德雷珀所著的《关于在黄光作用下植物叶片分解碳酸的反应的笔记》，载于《哲学杂志》第25卷，第169页。哈克尼斯所著的《关于黄光对植物生长的影响》，载于《哲学杂志》第25卷，第339页。赞滕德斯基所著的《太阳光对植物生长的影响》，载于《研究所报告》第541号，第157页。

[127] 前文已提及的约翰·赫歇尔爵士的回忆录；以及罗伯特·亨特所著的《关于太阳光对植物生长影响的报告》，载于1847年英国科学促进会报告集。

[128] 埃德蒙·贝克勒尔于1842年在科学院会议上提交的《关于太阳光谱构成的报告》；同为埃德蒙·贝克勒尔所著的《太阳光线对物体产生的影响》，他当时是自然历史博物馆的助理。该文亦于1843年10月23日提交给科学院。“在本文中，我使用了‘光射线’、‘化学射线’和‘磷光射线’这些名称，来指代太阳光线中那些分别能产生光效应、化学效应及磷光效应的部分；不过这并不影响我之前关于只存在一种辐射的观点。”阿拉戈在其题为《关于光的作用的思考》的文章中这样回应：“目前还无法证明敏感物质发生的光致变化确实是由太阳光本身引起的。这些变化或许是由与可见光一同传播、且同样会发生折射的不可见射线所引发的。若是如此，实验不仅能够证明由这些不可见射线构成的光谱并非连续的，不存在像可见光谱那样的连续性，还能证明这两种叠加在一起的光谱中的连续性部分是完全对应的。这无疑将是物理学中最奇特、最令人惊讶的发现之一。”——摘自《泰勒科学回忆录》。

[129] 相关的化学证据可见于约翰·赫歇尔爵士的《关于太阳光谱的报告》，尤其是其中关于银酒石酸盐发生变化的描述。罗伯特·亨特在题为《关于穿透有色介质的光的实验与观察，以及太阳光谱的化学作用》的文章中也描述了类似现象。——载于《哲学杂志》，第26卷，1840年。

[130] 在许多摄影过程中，都经常观察到这种效应的持续性。约翰·赫歇尔爵士在一篇关于“摄影工艺改进”的报告中提到这一特性时写道：“这种反应是由大气中的普通水分引发的，它在黑暗中会持续发挥作用，其作用过程似乎仅受现有成分供应量的限制。对于银来说，最终会导致所有被光照到的部位都变成银色。通过这种方式就能得到非常奇特而美丽的照片，它们与达盖尔照相术拍出的照片极为相似；负片会逐渐转变为正片，色调也会随着拍摄角度的不同而发生从红棕色到黑色的奇妙变化。毫无疑问，用同样的方法也可以得到具有金属光泽的金色照片，不过我尚未进行过相关实验。”

[131] 关于这一有趣主题的详细内容可参阅以下论文与文章：柯尼斯堡大学的路德维希·莫泽教授所著的《关于视觉以及光对所有物体的作用》，载于《波根多夫年鉴》第56卷，第177页，第6期，1845年；同为柯尼斯堡大学的路德维希·莫泽教授所著的《关于不可见光的一些论述》，载于《波根多夫年鉴》第56卷，第569页，第8期；柯尼斯堡大学的路德维希·莫泽教授所著的《关于光具有潜伏性的能力》，载于《波根多夫年鉴》第57卷，第9期，第1页，1842年；纽约大学化学教授J.W.德雷珀博士所著的《关于某些光谱现象以及潜在光的发现》，载于《哲学杂志》，1842年11月，第348页；还有关于某种新型不可见物质及其相关性质的论述。

与“暗热射线”类似的化学射线：德雷珀教授著，载于《哲学杂志》，1842年12月。关于太阳光谱中的射线对达盖尔照相版的影响：J.F.W.赫歇尔爵士著，载于《哲学杂志》，1843年2月。另可参阅本文中关于莫泽如何运用有色玻璃的论述；还有德雷珀教授的文章《某些气体与蒸汽的快速去色能力以及产生光谱现象的即时方法》，载于《哲学杂志》，1843年3月；以及《导致莫泽所形成图像的各种因素》，载于《会议记录》，1842年11月。相关内容可见《科学回忆录》第三卷。

[132] 这一现象是我首先观察到的，并已在前述文章《哲学杂志》第22卷第270页中加以描述。不过，似乎没有其他观察者注意到它。

[133] 关于热成像技术，即从纸张或金属板上复制版画或任何印刷字符的技术，以及罗伯特·亨特关于在黑暗中形成图像的最新发现：载于1842年《康沃尔皇家理工学院报告》及《哲学杂志》第21卷第462页。关于莫泽先生的光谱图像：罗伯特·亨特著，载于《哲学杂志》第23卷第415页。

[134] 催化力，即与气体扩散能力相关的表面吸引力；饱和盐溶液中所存在的某种隐秘能量或力量：普拉特著，载于《机械师杂志》第45卷第106页。关于电成像技术：G.卡尔斯滕著，载于《波根多夫年鉴》第57卷第402页。关于彩色表面辐射的相关重要内容，可参考梅洛尼和布鲁斯特的著作。

[135] 据说科尼利厄斯·阿格里帕曾拥有这样的镜子。中国人制造的镜子在特定光线照射下，其抛光面上会显示出金属背面的图案，而在其他光照条件下则看不到该图案。这是通过让金属的不同部位具有不同的硬度来实现的。大卫·布鲁斯特爵士在《自然魔法》一书中列举了若干属于这一类的有趣实验。

第九章 电
电力的发现——遍布于所有物质之中——
什么是电？——各种理论——摩擦生电——
物体的导电性——两种流体的假说——
电的影像——伏打电——对动物的影响——
伏打电池的化学原理——一滴水的电性——电化学作用——
电流——热电效应——动物电——电鳗——鱼雷——大气中的电——闪电
电流产生的地球磁场——对生命活动的影响——动植物的生长——地壳中的电流——矿脉中的电性——电铸术——热量、光线及辐射对电现象的影响。

如果将一块琥珀或电解铜快速摩擦，它就会具有吸引轻质物体的能力。这种奇妙的特性引起了米利都的泰勒斯的兴趣；正是在这位希腊哲学家的研究基础上，我们才得以了解最重要的自然力量之一——电。
倘若没有有人去探究为何这种自然现象能够吸引羽毛，那么今天我们很可能还无法拥有以极快速度传递信息的技术，也就无法实现诗人所梦想的“飞速传递思想的信使”。对于这个注重实用的时代而言，这块琥珀其实给了我们一个重要的启示：在现代看来，泰勒斯简直就是个疯子。他手持黄色树脂块进行摩擦，然后试图吸附绒毛或漂浮的羽毛，这样的行为在现代人看来实在愚蠢至极，那些功利主义者也会嘲笑他的徒劳努力。然而，当他向自己的学生宣称这块琥珀蕴含着某种灵魂或本质，且这种本质会因摩擦而被激发出来时……

它从先前处于休眠状态的“躯体”中释放出来，同时也将周围漂浮的微小粒子一同带了出来。他由此向世界揭示了一个伟大真理的初步迹象，这一真理极大地推动了我们对物理现象的理解，也为文明的进步与发展提供了助力。无论多么简单的现象，其实都是某种内在真理的外在表现；要理解这些真理，唯有通过不懈的研究，而一旦被揭示出来，它们就能指引我们通往新的知识领域，从而赋予人类更强大的力量。没有哪种真理是如此抽象以至于无法找到其实际应用价值；物理学为人类服务的一切实例，都证明了抽象研究的重要性，同时也以恰当的方式回应了那些只看重实用价值的人的观点。电似乎遍布整个自然界，毫无疑问，它是创造过程中最重要的物理力量之一。在充满破坏力的雷云中，电潜伏其中，随时准备释放能量、震撼大地；在无声无息的气流中，它持续流动，为周围的生命体提供必要的能量。雨滴、环绕地球的海洋以及山间河流的流水，都蕴藏着这种强大的力量。固体岩石、覆盖在它们之上的黏土、表层土壤以及松散的沙子，都证明了这种力量的存在；而在生物界，无论是动物还是植物，总能发现电的作用痕迹。在太阳辐射中，或许可以找到这种力量的根源。在我们的大气层中，当天气平静无云时，便有一片巨大的光之海洋；而当暴风雨来临时，我们则能看到各种物质元素为维持电力的平衡而不断斗争。电虽然遍布于一切物质之中且始终处于活跃状态，但我们必须记住：尽管它显然是自然界各种现象中不可或缺的因素，但它并非所有未知现象的根源。毫无疑问，这种力量的影响范围比我们目前所发现的还要广泛；但那种不加探究就将所有神秘现象都归因于电的影响的思维方式，其实是一种懒惰的哲学态度。

“什么是电？”这一问题一直困扰着科学界，至今仍令人们困惑不已。一部分实验学家试图根据“电是一种存在于物质中的特殊微妙流体，具有独特的吸引与排斥力”这一理论来解释他们所观察到的现象；而另一部分人则认为这些现象实际上体现了两种始终处于相反状态的流体的作用；还有人则将电视为与引力类似、仅仅是物质的一种属性。[136]可以肯定的是，在电现象的表现中，我们确实可以看到两种力的存在；至于正电或负电、玻璃态电或树脂态电之类的概念，我们可以通过假设有电流流入或流出物质体来加以解释——即存在某种始终在起作用以维持物质平衡的原理，这种原理必然会向两个方向作用，从而展现出这种微妙物质的典型特性。有趣的是，这三种关于电的理论都具备可被证明的依据，而且确实也得到了严密的数学分析的有力支持。考虑到过去和现在一些最杰出的研究者都曾以非常出色的方式阐述过这些不同的观点，我们在试图确定电现象的成因之前，应当谨慎行事。

尽管在自然界的所有过程中，我们都能看到这种原理或力量以其特有的形式表现出来，但在探讨那些复杂的电现象之前，我们有必要先研究那些最容易激发电力的已知来源。如果我们摩擦玻璃或树脂，就能很容易地让这种力量显现出来；在这些物质受到摩擦后，似乎会形成一种具有吸引力或排斥力的场。在黑暗中，用印度橡胶摩擦一张书写纸，或者用手指摩擦一块古塔波胶，就会出现几种奇妙的现象：有特殊的吸引力，有火花状的发光现象，还有用指关节按压材料表面时产生的明显肌肉反应。在每种情况下，我们看到的都是同一种力量的体现。

自然界中的所有物质都具有电性。只要让这些物质的电荷不会在产生后立即逸散，我们就可以通过摩擦来显现出这种电性，并且还能测量其电量或强度。不过，并非所有的物质都是良好的导电体；贝壳漆、琥珀、树脂、硫磺和玻璃比金属、木炭或铅更易表现出摩擦电或机械电现象。固体物质也允许这种特殊电性以不同的程度在其内部传导。因此，电流可以很容易地通过铜以及大多数其他金属，而铂则是最差的金属导体。电流还可以通过活的动物和植物、烟雾、蒸汽、稀薄的空气以及潮湿的土壤；但它会被树脂、玻璃、干燥的纸张、油类以及干燥的金属氧化物所阻挡，而古塔波胶则能极大程度地阻碍电流的传导。[137]因此，如果我们在这些不导电的物体上施加电荷，并确保周围的空气十分干燥，那么我们就能积累大量电荷，从而产生特定的效应。利用这一原理，人们设计了各种装置，以便随时储存或释放任意量的电荷。

莱顿瓶——因其发明者穆申布罗克曾居住在莱顿而得名——其实只是一个玻璃瓶，其内壁和外壁在距离顶部几英寸的位置都涂有金属层。如果将一根带有电流的导线或链条放入瓶底，那么瓶子的内层就会带电，即积累过多的电荷，而外层则保持自然状态——此时内层处于正电状态，外层则处于负电状态。如果用一根良好的导体，比如铜线，将这两层连接起来，那么由于两层电荷的平衡，就会发生放电现象；而如果通过人体作为连接介质，就会导致神经系统受到严重干扰。

我们并不清楚物体具有导电性或非导电性的原因；这可能与它们传导热量的能力有关，但并不完全遵循相同的规律。考虑到树脂这种相对柔软的物质，其分子间的黏附力较弱，因此属于不良导体；而铜的分子间黏附力较强，所以是良好的导体，由此我们可以推测，物体的导电性是由其物质颗粒之间的紧密程度决定的。

但在铂中，其微粒的排列密度必定远高于铜，然而与铜相比，它的导电性却非常差。[138]

我们现在已经知道，通过摩擦可以激发玻璃状物质中的电；但不可忘记的是，在正常条件下，我们无法增加这种电的量；要想做到这一点，就必须以某种方式建立与大地的连接通道，从而从大地获取电能。我们有办法将这种强大的力量控制在一定的数量和时间范围内。如果将容易产生电效应的物体置于绝缘体上，就可以像莱顿瓶那样，让电效应的痕迹持续存在相当长的时间；不过，始终需要努力维持条件的平衡，而那些因传导而积累了大量电能的物体很快就会恢复到自然状态。

有一种非常简单的方法可以用来证明所谓“两种电”存在的证据之一。如果将输送电流的导线放在涂有硝酸银的纸上，不会对其产生任何影响；但如果将向仪器输送电流的导线放在同一张纸上，那么银盐就会被分解。[139]不过，我们可以用这样的假设来合理解释这一现象：这种分解是由电能的抽取所导致的，而非流体本身的物理差异所致。通过摩擦产生的电可以引发奇特的分子扰动，进而导致分子重新排列，这种现象在玻璃、石头以及那些看似较难处理的金属中也会出现，人们将其称为“电影像”；根据这些物体的电状态，某些区域会吸附特定的粉末或蒸汽，而其他区域则不会，由此便能显现出这些“电影像”。许多重大的自然现象，如闪电、雷声、北极光以及流星，都可以通过电学装置以及一些简单的装置来精确地模拟出来。[140]

现在我们来探讨一下伏打电——也就是通常所说的由化学变化产生的活性力，这一名称是为了纪念伟大的伏打而命名的。它与摩擦电的不同之处在于：……

这种电是由电动机中的玻璃板或圆柱体因摩擦而产生的，属于一种带有爆炸性质的放电现象——电流是从极高的电势状态中突然释放出来的；而伏打电池中通过化学作用产生的则是持续流动的电流。我们可以将前者比作大量火药同时被点燃，后者则像是相同量的火药被缓慢点燃并形成漫长的燃烧过程。

引发伏打电现象的方法有很多，但在所有方法中，所使用的某种元素发生分解似乎都是必要的。在那些将两种不同金属——如锌与铜、银与铂等——浸入液体中的电池结构中，锌或银会逐渐转化为可溶性盐并溶解掉，而铜或铂则不会受到任何影响。最简单的演示方法是将一块银放在舌头上，再在其下方放置一块锌或铅。只要这两块金属保持分离状态，就不会出现任何现象；但当它们的边缘接触时，舌头会感受到轻微的震动，口腔中会出现咸味，如果在黑暗环境中，还能看到光亮。

这一堪称最了不起的科学现象的萌芽，早在伽尔瓦尼观察到不同金属作用于青蛙肢体时会导致其抽搐现象的50年前，就被苏尔扎尔注意到了。不过苏尔扎尔并未对这一现象给予太多重视，因此这一发现也没有带来任何实际成果。当伽尔瓦尼敏锐地意识到，两种不同金属与活肌肉的湿润表面接触就会引发抽搐这一惊人事实时，这位哲学家的头脑中便萌生了一个重要的基本真理，他不断培育、验证这个真理，并使其为后世继续展现其神奇力量。

尽管科学界认为伏打才是第一个对这一发现给出正确解释的人，但普通大众却永远不会将这一重要的物理科学分支与伽尔瓦尼的名字分开，各种形式的化学电也将会永远以“伽尔瓦尼电”这一熟知的名字而被人们所熟知。同时，我们也不应忘记……

与生命活动相关的电现象，完全是由伽尔瓦尼所发现的。让我们来研究一下伽尔瓦尼效应最简单的表现形式：如果将一条活着的比目鱼放在锌板上，再在其背部放上一枚硬币，然后用金属丝的两端同时接触这两种金属，这条鱼就会出现剧烈的抽搐反应。锌在与之接触的液体中释放出氧气而发生氧化反应，而另一侧金属接触的表面则会产生氢气。首先发生了化学变化，随后便出现了特殊的肌肉紊乱现象。每一次这样的化合或分解过程都会像脉动一样沿着电路从一端传递到另一端。接下来要探讨的是，从锌产生的脉冲是如何通过动物的身体或舌头传递到银或铜上的。

我们只能假设，一系列脉冲会以极快的速度沿着连接线路传递；虽然“电流”这一术语被广泛使用，但它实际上并不能准确表达这一概念。更合理的解释是，一系列振动或脉冲在各个粒子之间以及复杂的神经网络中传递，从而在整个电路中引发紊乱。当振动首先从导电性较差的物质传递到导电性较好的物质时，某些化学元素会开始活跃起来；而当振动从某种物质传递到导电性更好的物质时，另一些元素也会变得活跃。这种现象的成因在于控制分子结构的规律——这些规律会打破化学亲和力，从而产生新的吸引力，进而使生命能量发生波动。不过，我们也不应忘记，尽管目前还无法证明，但电很可能只是干扰或加速了那些决定化学和生命现象的未知原理，它其实只是一种次要的作用因素而已。[141]

尽管我们已经很熟悉伽尔瓦尼效应，但真正了解维持物质存在状态所需的巨大电能的人却寥寥无几。正是法拉第首次从一系列实验中得出了清晰的结论。

归纳性研究是最为严谨的研究方式。他通过一系列极为确凿的实验证明：如果能够将使水分子结合在一起的电能，或是促使氧原子与氢原子以适当比例结合形成水的电能收集起来并转化为伏打电势，那么其量正好足以使那颗水分子发生分解，从而释放出其中的氢和氧元素。[142] 实验还表明，在伏打电池中，一当量的锌可以产生一定量的电流，而这种电流流经水时恰好能使等当量的水发生分解。这一规律可表述为：用于使物质分解的电能，与由该物质分解所产生的电能是相同的。各种物质的当量重量，就是那些含有等量电能的量；电能决定了当量数值，因为它决定了物质间的结合力。[143] 这位同样出色且严谨的实验家还发现，直径为十八分之一英寸、长度约为半英寸的锌丝和铂丝，若浸入含有弱硫酸的水中——这种酸的酸性几乎无法被舌头感知——那么在二十分之一分钟内产生的电能，就相当于大型强力发电机运转30圈所产生的电能；这样的电能一旦流经猫的头部，便足以像闪电一样将其杀死。进一步研究后人们发现，一颗水分子中所含的电能，相当于80万个莱顿瓶所储存的电能总和，而每个莱顿瓶都需要用皇家研究所的大型发电机运转30圈才能充满电——这一电量也与带电雷云所产生的电能相当。“然而我们完全可以掌控它，随意地生成、引导并利用它；而当它完成电解作用后，所做的不过是分离出一颗水分子中的各种元素而已。”许多人认为，科学的真实性不允许出现任何诗意的描述，因为那会降低科学的重要性；诗歌作为自然界的想象层面，与实验研究的事实以及基于严格归纳法得出的哲学理论毫无关联。倘若我们的科学是完美的，那么它就应该完全……

我们的感官能够揭示内心世界的所有秘密；倘若我们的哲学是无懈可击的，能够通过一系列关联将各种事实联系起来，最终找到一切事物的根本原因——那么，以我们现在的理解而言，诗歌就与真理毫无关系了；它实际上会像天上的星星一样，被正午的阳光所掩盖而消失不见。但以我们目前所了解的事实为例，它为构建一系列思想提供了多么重要的基础啊！这些思想能够将人类的思维从周围的物质世界中提升出来，通过新颖的理念使平凡的事物变得更为高尚，激发灵魂中的每一份冲动，并赋予人类最神圣的渴望。

科学对我们来说，水滴究竟是什么？两种气体——一种能激发生命、加速燃烧，另一种则是极易燃的气体——在多种力量的作用下结合在一起，形成了液态的水球。从这个水晶般的球体中，我们可以获得大量的热能、光能、电能以及辐射能；除此之外，还有许多我们因观念和语言的局限而无法命名的力量或能量。我们了解到，这些原理都在维持着水滴的状态，而正是这些水滴让有机生命得以存活，也让人类的居所充满欢乐。

还有比这更崇高的诗歌主题吗？那些起作用的力量就像拥有无限力量的飞鸟，各自以独特的方式发挥作用，但最终都朝着同一个目标前进——在全能法则的引导下形成江河与海洋的流水。正如广阔的海洋反射着头顶的蓝天，将阳光与夜空中的星光完美地呈现出来一样，每滴水，在科学的启示下，也能向人们展现那些遥远的真理，只要我们正确地追寻它们，就能不断迈向更高层次的智慧境界——

“通往永恒之人的居所。”

在电学领域的发现中，我们得到的成果比其他物理力量带来的成果更为具体可见；显然，这门科学极大地提升了我们对自然的认知。

它对创造之奥秘的探讨，远远超过其他任何纯粹的实验研究领域。电化学作用现象极为奇特，因此我们有必要暂时回到水的分解问题上来思考：在水的某一极会产生氢气，而在另一极则会产生氧气。显然，由于人们对物质原子构成的理解存在偏差，才导致了概念上的混乱。我们习惯于将水视为所有物质的典型代表，认为它是由氢气和氧气这两种气体组成的化合物——一个氢原子与一个氧原子结合，便形成了一个水分子。我们认为这个水分子的大小极其微小；因此，一滴水中包含着数百个这样的水分子，而一品脱水中则至少有10,000滴水。现在，如果将这一品脱水与伏打电池的导线相连，尽管两极之间的距离可能有几英寸，但每有一个氧原子在某一极释放出来，就有一个氢原子在另一极释放出来。人们曾认为，某个原子在某一点发生了分解，其氧元素被分离出来，而后便出现了如何让氢原子穿过水中所有的水分子并到达另一极的难题。于是人们推测，必然会有一系列的分解与重组过程发生，以及粒子间的相互作用。在伏打电池的某一极，会发现有一种对某些物质具有吸引力的力量，而对另一些物质则具有排斥力；而在电池的另一极，则会出现相反的情况。[144]也就是说，从被激发的锌板传导电流的导线，与所有物质的相互作用方式，与从铜板传导电流或完成电路的导线所表现出的相互作用方式完全相反。前者能够吸收和输送酸类物质，而后者则能吸收和输送金属碱类物质。当将一根伏打电池导线插入水中时，其一端总会释放出氧气；而另一端则用于与电池完成电路连接，因此会释放出氢气。为了清楚地理解这个实验中的现象，我们有必要将每一个质量体，无论其大小如何，都视为单个原子的代表。这其实并不困难，下面的示例就能说明这一点。

让我们取一粒重量不足一粒米的普通食盐（氯化钠），将其放入十万粒蒸馏水中。几分钟后，盐分就会扩散到整个液体中，每滴水中都能检测到氯和钠的存在。我们无法相信这粒盐会分裂成十万份；相反，我们认为溶解现象其实是一种扩散现象——一个具有无限弹性的物质渗透到了另一个物质之中。

与其用一品脱的水来做实验，不如站在多佛尔的高地上，利用强大的电池，将一根导线插入自家海岸附近的海洋中，再将另一根导线通过空气架设在海峡上，使其末端浸入加莱码头外的海水中——这种实验是完全可行的。这样一来，英吉利海峡就成为了电路的一部分，其结果将与我们在装有一滴水的玻璃杯中所观察到的结果完全相同。

我们无法认为，在加莱和多佛尔两地同时发生的那种瞬时效应，是由于我们所理解的“对流”现象造成的。

如果把一千个球排成一列并相互接触，给第一个球施加力，那么最后一个球就会以与作用在第一个球上的力相等的力量飞出去，而中间的球则不会移动。我们无法想象粒子A会激发它旁边的粒子B，以此类推影响到两岸之间的所有粒子；但如果将海峡视为一滴巨大的水，并且认为它带有我们所熟知的电学特性，那么它的整个宽度都会因波动或震动而产生反应，于是就会在直线的一侧产生相当于氧气的物质，而在另一侧则产生相当于氢气的物质。电化学效应只会在电流或运动从一种介质传递到另一种介质时才会出现。[145] 这种解释的缺陷是显而易见的；目前还没有其他能与已知事实相符合的解释方式。事实本身就是真理；而试图用某种假说来解释这一现象的尝试则存在疑问，而且这种假说还与一些流行的理论相矛盾。

在探讨其他电能的来源之前，我们必须明白：无论多么微小的化学或物理变化，都必然伴随着电能的产生。

能量。当我们把盐溶解在水中，或将两种液体混合在一起，或者使气体凝结、或将液体转化为蒸汽时，电场就会受到影响，从而可以被我们的感官所感知。[146]
事实证明，这种能量可以通过摩擦（机械电）和化学作用（伏打电、电流电）产生；接下来要讨论的是由热能产生的电（热电），以及由鱼类在受到刺激时产生的电（动物电）；至于磁性及其相关现象，则留待以后再探讨。
如果将一根金属棒的一端加热而另一端保持冷却状态，那么电流就会在这根金属棒中流动，而且只要与良好的导体相连，就能显示出普通电的特性。最适合用来展示热电效应的金属似乎是铋和锑。只要将两根这样的金属棒在一端连接起来，再将另一端与检流计相连，哪怕温度有极微小的变化，也会有电流通过该仪器。只需用手指和拇指夹住这两端相连的部分，就能观察到这一现象。通过一系列这样的装置——也就是所谓的热电倍增器——我们就能得到极为精确的温度测量工具，梅洛尼也正是借助这些工具才得以开展关于辐射热量的精彩研究。
通过利用这种方式产生的电流来引发化学分解、产生磁性或电光现象，已经证明了这种电与其他形式的电其实是相同的。[147]
热电现象——即塞贝克效应的发现——进一步证明了各种物理力之间存在着极其紧密的联系。我们看到，这些力仿佛可以相互转化：电能产生热能，而热又能转化为电能；正是基于这些有趣的现象，人们才得出了这些力彼此密切相关且实际上属于同一种原理或能量的结论。不过，在我们能够证明它们只是同一原理的不同表现形式之前，将它们视为不同的力才是最合理的观点。同时，我们也必须记住，在自然现象中，我们总是能看到多种力的共同作用。

产生某种现象的各种力量。尤其值得注意的一点是：我们有证据表明，凡是受到不均匀加热的物体，都会成为这种特殊形式的电的来源。[148]有一些鱼类拥有通过肌肉或神经能量来产生电现象的惊人能力，其中最著名的当属电鳗以及一种鳐鱼。显然，这种能力是赋予这些奇特生物的，既用于防御，也便于它们捕捉猎物。据说，生活在南美河流中的电鳗在处于最佳状态时，能够释放出足以击倒人类或使马匹昏厥的强电流；它还能利用这种“特殊武器”摧毁一定范围内的其他鱼类。[149]法拉第对电鳗如何麻痹并捕获猎物的描述极为生动且重要，不可遗漏：“电鳗能够麻痹并杀死处于各种不同位置的鱼类；但有一天，当我观察它进食时，它的行为显得有些特别。半分钟前捕获的一条长约五英寸的活鱼被放入水槽中，电鳗立刻盘绕成圈将鱼围住——鱼的直径几乎与电鳗的身体相当。随即有一股电流传来，那条鱼立刻就动弹不得了，就像被闪电击中一样，浮在水面上。电鳗又转了一两圈寻找更多的猎物，找到后便迅速吞下，而第二条较小的鱼在被吞食时几乎没有生命迹象，它似乎并未对这条鱼施加任何电击。在这种情况下，电鳗围绕猎物盘绕的动作显然是有意为之，目的是增强电击的力量，而且这一行为显然符合关于导电物质中电流释放的已知规律；虽然电鳗并不总是使用这种技巧，但它很可能是知道其优势的，并会在需要时加以运用。”[150]事实证明，动物产生的电与其他来源产生的电性质相同，其产生的电击和火花也与那些电类似。

机器；而来自动物的电流在软铁中流动时，就像伏打电一样，具有使铁产生磁性的特性。现在，我们有必要结合自然界中的各种物理现象来重新审视这些电力的作用条件。从已有的研究结果来看，显然所有的物质，无论其形态或状态如何，始终处于各种物理力的作用下，处于一种动态变化的状态之中。从中心到表面，一切都在不断变化着；每一个被创造出来的事物都处于不断演变的状况中；科学也清楚地表明，总有各种力量在起作用，从而阻止了绝对静止状态的出现。在太阳光线的刺激下，热量在各个物体间循环，从而使它们运动起来；同时，电流也在地球上四处流动，发挥出神奇的作用。那些调节甚至决定着我们所熟知的各种物理力量的太阳辐射，实际上也在促使物质的状态发生改变。清晨的阳光照射在坚实的大地上，其影响甚至能到达地心深处。山峰能够接收到第一缕阳光，而仍被雾气与黑暗笼罩的山脚则会被这股辐射能量所影响。隐藏在岩石深处的晶体宝石，之所以能呈现出令人们赞叹的美貌，也是因为受到了那些辐射能量的影响——它们日后会将这些辐射能量折射成美丽的色彩。那些蕴藏在裂隙中的金属，尽管有着各自的物理特性，但同样依赖于太阳辐射的力量，就如同那些迎着晨阳绽放的花朵，或是在那高高的天空下歌唱的鸟儿一样。那么，让我们来看看，与其他力量相比，电力在产生这些效应方面究竟起到了多大的作用吧。我们在大气中发现了电，富兰克林博士通过电风筝实验证明，这种电与玻璃摩擦产生的电原理是相同的。在雷暴的壮观与恐怖景象中，许多人只将其视为全能之神愤怒的表现。当雷云释放出的电荷穿透混乱的空气，雷声在我们头顶上响起时，地球上腐烂的动植物物质所产生的有害气体会发生化学反应，从而形成有助于健康与植物生长的元素，这些元素随后会随着大雨降落到地面。

这些通常会出现在风暴之后。科学教会了人类这一点——让它明白，由“闪电”带来的“局部危害”其实是一种“普遍的益处”；不仅如此，科学还为人类提供了保护生命与财产免受雷电伤害的方法。如此一来，人类便能像阿贾克斯一样战胜风暴。通过将金属棒插入烟囱、塔楼或桅杆中，我们可以形成一条通道，让最猛烈的雷云中的电能安全地导入大地或海洋之中。令人欣慰的是，偏见终于被克服了，如今高楼大厦以及我国海军的大部分舰艇上都安装了这样的“导体”。人们发现，法国南部和瑞士地区的毁灭性冰雹风暴会对葡萄园和农作物造成巨大破坏，而这些风暴伴随着强烈的电活动，于是人们提出用尖端金属棒来释放空气中的电能。这一方法已被采用，而且据说效果相当不错——每根金属棒可以保护方圆一百码的区域。由此可见，科学确实为人类服务着。与那些将闪电视为毁灭之魔的浪漫主义者相比，能够像哲学家那样将闪电视为消除有害物质、恢复空气清洁度的力量，实在是一件令人愉快的事。

关于瘟疫传播的规律，我们尚不清楚。进行相关研究存在诸多困难，但这些困难并非不可克服。瘟疫从东方蔓延到西方，给最繁华的城市带来悲伤，街道上充满忧愁。黑死病在东方兴起，以惊人的速度扩散，直到走遍整个文明世界才会停止。霍乱则如黑色的翅膀般蔓延，人类惊恐地注视着它的蔓延轨迹，看着那些死于这场灾难的无数人的遗体所留下的道路。疾病最终会消失，死者被埋葬，一切都被遗忘。人们继续过着自己的生活，直到再次面临威胁时才会开始担忧。在瘟疫来袭时，总会出现一些特殊的气象现象，这些现象为探寻真相提供了线索。这些线索或许能通向真理，或许不能，但无论如何都值得仔细研究。有人会问：弱小的人类能否阻止瘟疫？凡人的双手能否减缓全能者的惩罚？对于这样的问题，我们必须怀着敬畏之心去回答，但无需恐惧。

人类的力量能够改变地球或空气的物理状况；如果我们的疾病与这些变化有关——毫无疑问，很多疾病确实如此——那么这些疾病就超出了人类的控制范围。但是，当有迹象表明存在一些次要因素正在造成严重的危害，而且我们知道这些次要因素是可以被改变的，这就足以证明人类有能力控制那些用来考验其能力的疾病。我们看到有一种疾病从一条街蔓延到另一条街，从封闭的庭院扩散开来，以毁灭性的力量席卷潮湿的地窖和拥挤的阁楼；它在发臭的沟渠两岸以及肮脏的河流边缘肆虐。因此，可以肯定的是，污秽的环境与这种快速死亡的病症之间存在着某种联系。科学能否解释这一点？它是否已经找到了其中的关联？让我们用一些事实来回答这个问题。当霍乱首次出现时，人们观察到大气中的电强度异常低；当这种疾病消失后，空气中的电强度又恢复到了正常水平。这似乎表明两者之间存在某种联系，但究竟是怎样的机制将这种物理现象与这种疾病联系在一起呢？在所有污水积聚的地方，在人口密集的区域，在腐烂的植物物质和动物尸体中，不断会有有毒气体产生并造成破坏。在死亡与腐朽不可避免的情况下，这种情况必然会持续发生；不过，这些有毒气体可能会扩散，也可能会聚集，而大自然已经为消除这些毒素提供了方法。在电的作用下——或许还有光的影响——空气中的氧气会发生特殊的变化，从而变得比平常状态下更具活性。这种状态就被称作臭氧。实际上，这种臭氧或特殊的氧气一直存在于我们呼吸的空气中，但其含量会发生剧烈且迅速的变化。人们发现，当电强度较高时……

这种物质的含量相当丰富；当电强度较低时，比如在霍乱流行的时期，臭氧的比例就相对较低。这种出色的化学物质具有与有机物立即结合的能力——能够以极快的速度消除各种有害气味；它似乎是所有已知消毒剂中最为有效的那种。从这些事实中，我们或许可以推断：我们所恐惧的瘟疫其实是由有机毒素引起的，而由于缺乏臭氧这一天然的解毒剂，这些毒素才会对人类造成危害。这种臭氧的缺乏可能是由于空气中的电学特性发生了变化，而这些变化又可能与太阳本身的现象有关；或者更直接地说，是由于我们尚未发现的太阳光特性的变化所导致的，因为正是这些变化决定了电力的状况。这或许是一个值得深入研究的方向。不过，这样的研究必须基于最纯粹的归纳哲学，而所有的推测都必须在实验和观察的约束之下进行。然而，在我们已知的真理之中，存在着如此多的和谐与一致性，以至于就连那些令人忧伤的主题也能与科学之诗相融合，形成一部悲剧。有人认为，地球的磁性源于在地球上循环流动的电流——一种从东到西的巨大自然电流；实际上，它的方向始终与地球相对于太阳的运动方向一致。[152]毫无疑问，这些地壳电流对岩层的形成以及矿物的分布有着非常重要的影响，因此需要我们仔细研究。但首先，我们必须了解目前已知的、由不同形式的电能所产生的影响。许多人认为，生命现象直接依赖于电能的作用，也有大量实验为这一假设提供了支持。菲利普关于消化器官在与大脑断开连接但仍与伏打电池相连时的反应所做的研究，也得到了里德博士的验证。

这种观点是虚幻的；[153]因为该器官并未脱离生命力的影响，显然这里的电只是某种更重要的力量的次要表现而已。马泰乌奇试图证明，神经活动与电刺激密切相关，而且电可以用来衡量神经的兴奋性。[154]毫无疑问，某些系统中存在着对刺激的特殊敏感性，而电刺激所引发的异常现象便很好地体现了这一点；但在现有的实验中，我们只能看到：同一强度的电流在一只动物体内会引发一定数量的肌肉收缩，伏特计也能测出相应的数值，而这些反应与另一只动物体内的反应并不相同。最近，A.斯米先生试图将与生命力相关的电现象归纳为一种比以往更为精确的理论体系。然而，我们无法认为他的尝试是成功的。他几乎完全依赖类比推理，而在科学研究中，这种方式始终充满风险。[155]在生命力作用过程中产生的电现象，其实不过是两种不同化学物质相互作用所导致的反应罢了。有人认为大脑的结构类似于伏打电池，而神经则相当于导线。尽管有些特征看似相似，但据我们所知，大脑的机械结构及物理特性中并没有与之对应的部分。生理学研究已经清楚地证明了大脑是感觉的中心、起源和终点；同样，神经也是所有感觉传递到大脑的媒介，同时也是意志控制肌肉的工具。但是，若声称我们有证据表明电与这些重要的生理现象有直接关系，那无疑是一种过于武断的断言，反映出研究者缺乏应有的谨慎。可以肯定的是，在生命力作用过程中确实会产生电效应——从呼吸和消化过程中的化学变化，以及即使在静止状态下身体仍能进行各项必要功能的机械运动来看，情况确实如此。至于电是这些现象的起因，还是其结果，我们无需再深入探讨，因为在目前的知识水平下，这仅仅是一个……

这只是猜测而已。我们没有证据表明电是一种能激发作用的力，而更像是那种有助于维持物质平衡的力量。当这种平衡被打破时，电为了重新恢复稳定状态，就会产生极为显著的效果。电动机必须经过摩擦才能产生作用力；在所有电学装置中，哪怕是最简单的装置，不同的物体被放在一起后，它们所具有的潜在电能也会被扰动；即便是磁体，也只有在这种情况下其电性能才会显现出来。在电鳗身上，电似乎取决于动物的意志力；但即便在这种特殊的鱼类中，电的生成也只有在特定条件下才会发生，而且当它们试图恢复健康状态所需的平衡时，它们也会感受到相应的后果。因此，在所有情况下，我们都可见到某种远比电更为强大的力量才是根本原因；事实上，光、热，或许还有光化作用，似乎都比电这种原理更为重要；而可感知的电现象很可能是依赖于这些原理以某种组合方式共同作用的结果。再往更深层次看，由于这些元素参与了世间各种有机与无机的变化，还存在一些神秘的力量，那是有限的生命体永远无法理解的。我们从最坚实的物质形态逐步探索到最微妙的形态，研究着那些由我们难以判断属于物质还是非物质力量的奇特现象——因为它们实在太过微妙了。通过这些研究，我们或许可以揭示出这些原理如何作用于更粗大的物质，进而解释那些至今未被观察或被误解的奇妙现象。光、热和电究竟是同一种力量的不同表现形式，还是几种紧密关联、共同起作用的独立力量，这或许是我们能够解决的难题；但要弄清它们的本质，似乎已超出科学的范畴；试图阐明隐藏在这些力量背后的原因，以及它们如何调控对死物或生物的作用，纯属徒劳之举。杜波依斯·雷蒙德通过一系列既充满挑战性又需要极高精确度的研究，得出了关于电与生命现象之间关系的诸多结论。

肌肉与神经，包括大脑和脊髓，在生命期间都具备一种电动力，这种电动力会按照一定的规律发挥作用。即便在动物死亡后，或者当神经与肌肉从动物体内分离出来之后，只要这些神经与肌肉纤维仍具有兴奋性，这种电动力就会持续存在——无论是因为维持生命所需的条件不再存在而使这些纤维逐渐死亡，还是因为热或化学作用而使其失去生理功能。我们绝不能认为这些结论哪怕有丝毫迹象表明电就是生命，或者说生命力源自电。在生命过程中，每一次动作，乃至每一份情绪的产生，无论是肌肉的收缩还是思维的活动，都会导致状态的变化。其结果便是化学现象——热量与电；但这些并非生命本身。我们通过让死去的物体运动，同样也能引发这些现象。尽管那些热衷于追随梅斯默的人试图研究那些由某种特殊生理状况所引发的心理学效应，但至今没有任何实验记录，也没有任何值得信赖的观察结果能够证明电与这些效应之间存在关联。他们的研究充满了不确定性：每一个实验都存在疑问，许多实验结果更是被欺骗所掩盖。仅有少数几丝真相，而且这些真相也足够奇特，它们被淹没在大量的错误之中。所有与生命相关的现象——即生命力——都超出了人类的探究能力。所有的物理力量或元素都可以通过实验来研究，但感觉的生成原理，甚至是植物生命的维持原理，却无法被验证。生命远远超越了所有的物理力量；它掌控着这一切，却不受其制约；它将自己的本质隐藏起来，不让人类知晓——它就隐藏在死亡的面纱之后。当地球和大气层的电学状况发生变化时，植物会表现出受到这种力量影响的迹象。实验已经证明，植物的叶片是最佳的导电体，因此人们推断，植物必定……

这未必对植物生长有利。必须承认，与动物生长一样，植物的生长也依赖于电力作为其促进因素之一；但所有旨在利用电力来促进植物生长的实验都得到了负面结果。[156] 电流或许能在土壤中引发化学变化，从而对植物有益；但在电力的直接作用下，植物就能更快成熟或更充分地发育，这似乎只是科学界的幻想罢了，终究会与炼金术的奇谈和占星术的虚构一起被归为无稽之谈。只要仔细研究植物正常发育所需的所有条件，就会发现：虽然地球和大气层的常规电状态确实会影响种子的萌发与植物的生长，但任何额外的电刺激都会对其造成破坏。电力所创造的奇迹确实令人惊叹，它仿佛具有某种神奇的力量，因此人们起初很容易认为电就是创造万物的万能力量；但稍加思考就会明白，电其实只是一种起辅助作用的力，尽管它的力量相当强大。

在继续探讨与地电流相关的现象时，我们特意将磁性与那些在宇宙演化过程中起着重要作用的电化学作用区分开来。正如我们之前所说，电流会流经或渗透到所有物体中；不过，与热能类似，当电流与某些物质结合时，似乎会发生极为显著的变化。当电流在金属导线中流动时就会出现磁性现象，而其他所有物体在这种作用力影响下似乎也会呈现出特殊的极性，这一现象将在下一章中详细解释。

就整体而言，干燥状态的岩石是无法传导电流的：花岗岩、斑岩、板岩和石灰岩甚至会阻碍电流通过最微小的缝隙。而所有的金属则能让电流自由地流通。不过需要记住的是，这一事实并不妨碍“所有物体中都存在电”的假设——只不过这些电处于潜在状态，只有在特定条件下才会显现出来。

在满足特定条件的情况下，这种电流便可以轻易释放出来。此外，它也不影响电的传导问题——因为我们认为电在自然界中广泛存在，并且会遵循某种固定的规律来流动。我们知道，无论介质是由黏土、沙子还是这些物质与分解后的有机物的混合物构成，电流都能在其中自由流动；实际上，只要介质处于潮湿状态，电流就不会受到任何阻碍。

矿脉中的电现象一直备受关注，人们也不断对这类含金属的地质结构所表现出的现象进行研究。[157] 如果将一根金属丝插入铜矿或矿脉中，并将其与电势测量仪器相连，再将另一根导线从该仪器引出并与另一处矿脉接触，通常会立即出现电流流动的现象，这说明有电流通过导线从一处矿脉流向另一处，而电流的路径很可能是沿着形成矿脉的岩石裂缝延伸的。[158] 被检测到的这些电流往往具有足够的强度，能够强烈地偏转磁针，引发缓慢的电化学分解反应，甚至使铁棒具备磁性。这些电流不应与地球周围的巨大电流活动相混淆；它们只存在于那些存在化学作用的地质结构中，而且化学作用越强烈，电流的强度也就越高。[159] 然而，我们有充分的证据表明，这些局部电流本身就具有许多独特的效应。由于地壳的剧烈变动，矿脉常常会发生位移，其一部分会沉降到原来位置之下，另一部分则会上升到原来位置之上；此时，矿脉两侧形成的裂缝通常会被黏土或比裂缝本身形成时间更晚的晶体物质填充。在采矿术语中，这类“交叉矿脉”往往含有与构成主矿脉的矿石性质不同的矿物；例如，其中经常能发现镍、钴和银等元素。当这些金属以这种方式出现时，它们几乎总是位于发生位移的矿脉两端之间，而且往往呈曲线状分布，仿佛是沿着电场力线沉积下来的。[160]

在实验室中，人们已经模仿了这种自然现象：将大量黏土置于电极之间，不久之后就会形成明显的矿脉结构。[161]在弱电流的作用下，贝克勒尔、克罗斯等人也成功模仿了自然界的条件，从而培育出了石英及其他矿物的晶体。除此之外，还有实验证据支持矿物脉起源于电力的理论——电压作用可以使黏土和砂岩呈现出片理结构。[162]矿物脉的方向往往具有极强的规律性：例如在康沃尔郡，这些矿脉大多呈从东北到西南的方向延伸。因此有人推测，它们与地球的磁极之间存在某种关联。无论如何，可以肯定的是，那些方向与这条主线成直角或近乎直角的矿脉中的矿石，其性质与那些位于所谓“东西两翼”的矿脉中的矿石有所不同。[163]地球上引发化学作用的因素有很多。水渗透土壤后，会通过岩石中的裂缝深入地下，同时携带氧气及各种溶解态的盐分。而从下方上升的水，无论是来自海洋还是其他来源，通常温度都很高，且含有大量盐分。[164]仅凭这些因素，就足以引发化学作用。没有电力的产生，化学变化就不可能发生；而事实证明，引发任何化学变化所需的电量，恰好等于正在发生变化的物质中所含的电量。因此，在岩石的洞穴中，化学与电力因素共同维持着持续的活跃状态，而在某种驱动力作用下，各种巨大的变化也在不断发生。那些在金属形成过程中不断劳作的神秘小精灵，以及矿井里的邪恶生物，不过是迷信的产物罢了。人类中对地球深处状况存在着模糊的恐惧；许多人进入洞穴或下矿井时都会感到一种难以名状的敬畏之情——这并非由环境特殊性带来的自然恐惧，而是迷信恐惧的结果，是心理扭曲的表现。

教育使他们习惯于将一切超出其直接理解范围的事物归因于超自然力量。崇拜恶魔与崇拜英雄的风气从远古一直延续至今；在它们的影响下，东方的精灵与西方的恶魔依然保持着其传统的力量。文学作品则极尽夸张地描绘着隐藏在大地深处的珍宝：奇尔米纳尔的洞穴、阿拉丁的洞窟、哈茨山中的精灵居所以及英格兰的仙女住所，都被描绘成布满宝石、金光闪闪的殿堂，而人类却从未能够到达那里。这些描写固然令人愉悦，虽然其中蕴含着诗意，也能让年轻人感到快乐，但却缺乏科学真理的严谨性；而那些勤奋的矿物学家通过艰苦的研究，所发现的黑暗岩石中的景象，其美丽程度远远超过任何想象所能描绘出的最美好的画面。

很可能，太阳光线作用于地球表面，导致温度不断变化，再加上在地下深处观测到的温度差异，都会产生热电电流，而这些电流可能在上述现象中起到重要作用。与这些巨大的自然现象相关联的，还有将电力用于金属沉积的奇妙技术，即电铸法。运用我们所掌握的知识来解释这一发现，就能更清楚地了解金属沉积的整个过程。在伏打电池的作用下，铜、银或金溶液中的电荷会发生变化，从而使得金属得以沉积；同时，酸不会逸出，因为会有与所沉积金属相同的物质与之结合，进而形成化合物，这种化合物的溶解则有助于维持溶液的稳定性。在一个电极上发生的是金属的析出或分解过程，而在另一个电极上则发生的是金属的氧化或溶解过程。利用电力这一非凡的力量，我们现在可以制造出各种用于装饰或实用的器物，还可以为各种物品镀金或镀银。

各种工具，以及金属的耐久性，都可以被赋予大自然中最精妙的产物——它的果实、花朵和昆虫；对于最精美的织物，我们也可以在其表面涂上金或银，从而提升其美观度与耐用性。我们无需使用那些结构复杂的电池：只需使用钢制磁铁，通过机械方式干扰其中储存的电能，便能在铜线中产生电流，而这种电流可被用于镀金或镀银工艺中。[167] 地球本身也可以充当电池，只要将导线与地下的矿物矿床相连，就能产生电流，进而用于制作电铸版。[168] 电铸版只是电力在人类生活中的应用之一。电力还被用作传递思想的工具；借助它，重要的信息、关乎生死的通讯内容，以及速度远超犯罪行为的讯息，都能被迅速传递。虽然为确保精确度而设计的许多复杂机械装置相当繁琐，但这一原理其实很容易理解。整个过程取决于电流流过指南针指针时所造成的偏转。如果在某一点放置一个伏打电池，而在距离该电池20英里或100英里的地方放置一个指南针指针，且该指针位于从电池引出的导线与返回电池的导线之间，那么在导线未被通电的情况下，指针会保持其原来的指向；但一旦电路接通，整条导线中的电流就会受到影响，指针便会偏离电流方向，呈直角偏转。只要能建立两点之间的连接，无论它们相距多远，我们几乎可以瞬间传递任何信息。电流的作用力在1秒内就能传播576,000英里之远；借助惠斯通教授设计的巧妙装置，以这样的速度和距离，甚至可以传递爱的低语或毁灭性的信息。与电工使用的铜线相比，阿拉伯魔术师的那匹神奇马、德国巫师的魔法地毯都不过是些简陋的发明罢了，因为铜线似乎能够克服时间上的种种困难与空间上的种种障碍。在斯堪的纳维亚神话中，我们也能看到某些邪恶的力量能够以难以察觉的速度移动。

从一个遥远的地方到另一个遥远的地方，播下人类共同毁灭的种子。这就是狂野却又极具创造力的想象力所诞生的邪恶产物。邪恶之灵以惊人的方式蔓延开来，我们甚至可以说它具有无处不在的能力；但实际上它的蔓延是逐步进行的，时间也是衡量其扩散程度的一个重要因素。电的作用则是瞬间的；作为一种象征和平与善意的力量，它能够战胜邪恶之灵，使其放弃恶毒的计划。我们难道不能希望，电报能让整个文明世界实现思想上的交流，进而让人们产生情感上的共鸣，将我们团结成一个共同的兄弟团体？这样，我们就不会再误解彼此的愿望和意图，也会明白“天敌”这种概念根本不存在。虽然打破语言的障碍或许有些过分，但我们确实可以期望，借助科学的帮助建立起更为紧密的关系之后，偏见的障碍也能被彻底消除，不再有任何阻碍存在。那些因偏见或政客们的错误而引发的战争，几乎都是如此。那些政客们的思维被局限于那些旨在维持无知状态的惯例之中。而有什么比这样的理念更符合我们所尊崇的一切神圣事物的精神呢？那就是：让无穷无尽的神在创造万物时所使用的力量，即便在人类手中，也能成为推动世界道德救赎的助力。只要让地球上相距遥远的各国团结起来，他们就能找到共同的基础。死亡迫使人们相互依赖；在野蛮人和文明人心中，都存在着一些善良的情感，这些情感不会被傲慢的习俗所控制。就像所有的真理一样，尽管声音微弱，却比错误更能触动人心，成为将人类团结在一起的重要纽带。“并非所有人都是邪恶的”，那些生活于“自然状态”中的人，或者说是那些感性欲望强于理智能力、但却仍保留着许多高尚本能的人，其实有很多关于生活的智慧值得我们学习——其他以智慧为傲的种族则抛弃了这些本能。迄今为止，时间和空间一直阻碍着……

实现这一目标的关键在于电力与机械技术——它们有望帮助我们掌控一切；我们有充分的理由相信，这些技术必将加速人类大家庭的团结。电力还被用于测量时间，借助它，大量时钟能够保持高度精确的同步状态，这是其他任何方式都无法做到的。当电池与主时钟相连，而主时钟又通过导线与分布在不同地点的众多时钟相连时，摆锤的摆动会不断、有规律地中断电流，电路中的所有时钟都会感受到这种中断；正因如此，指针才能以恒定的速度在表盘上移动。无需使用电池，地球本身就能提供电流，利用它我们可以极其精确地记录地球的自转速度。[169]如今，用于记录时间的电力发展速度远远超过了那些缓慢行走、观察沙漏中沙子流动的智者。电报线已经遍布大地与海洋——从泰晤士河畔到亚得里亚海沿岸，我们的电报使者都能随时传递信息。电报线正在意大利境内延伸，很快就会抵达地中海沿岸，随后继续延伸至非洲海岸。它们还将沿着非洲海岸通往埃及和土耳其，再继续前进，最终与印度境内的电报线相连，目前印度那段电报线的建设已推进了三千英里。从印度次大陆出发，这些神奇的电线将连接印度群岛上的各个岛屿，从而将澳大利亚和新西兰与欧洲相连。几年之后，我们或许就能立即在伦敦得知某个幸运的淘金者发现了什么珍宝；而那些流落在南太平洋岛屿上的人，只要愿意，就能随时了解自己在英格兰家乡的家人和朋友的情况。

脚注：
[136] 《物理学论著》：比奥著，第七卷。贝克勒尔：《化学年鉴》，第46卷至第49卷。法拉第的《电学实验研究》，共两卷，1830–1844年出版。迈克尔·法拉第所著的《关于电传导与物质本质的思考》，D.C.L.、F.R.S.头衔持有者；发表于《哲学杂志》，第24卷，1836年。罗伯特·黑尔所著的《对富兰克林、迪费及安培理论的质疑，并尝试用静态或波动极化来解释电现象》，他是宾夕法尼亚大学化学系荣誉教授。
[137] “一块优质的古塔波胶，无论以片状、棒状还是丝状形式存在，其绝缘性能都与同等重量的壳状漆相当；由于它在低温时坚韧柔韧，高温时则柔软，因此在那些壳状漆因易碎而带来不便的情况下，它更为适用。因此，它非常适合用作感应实验中传输电流的导体；由于其不会在细带或细绳形态下断裂，故可充当出色的绝缘悬挂物；而片状的古塔波胶则能为放置在其上的物品提供极为理想的绝缘基底。当金叶电表的金丝穿过保护管时，用古塔波胶制成的插件可起到极好的绝缘作用；直径为半英寸或更大的圆柱形古塔波胶则具有很高的刚性，可作为出色的绝缘支柱。通过这些方式及其他途径，古塔波胶的绝缘功能可以得到充分利用。”——法拉第博士所著《论古塔波胶在电气绝缘中的应用》，发表于《哲学杂志》，1848年3月。
法拉第在其极具价值的著作《电学研究》中提出了以下观点，该书堪称英语世界中关于归纳哲学的最完美范例之一：“所有物体都以相同的方式传导电流，从金属到树脂再到气体，只不过传导程度各有不同。某些物体的导电能力会因受热而显著增强，而另一些物体的导电能力则会减弱，不过人们却察觉不到这些物体本身或因电流传导而产生的任何本质上的电学差异。有一大类物体，在固态时能阻挡低强度的电流，但在液态时则能自由传导电流，此时它们会被电流分解。不过，也有许多流体物质无法有效传导这种低强度的电流；有些流体物质虽能传导电流但不会被分解；而且流动性并非导致分解的必要条件。只有两种物质（硫化银和氟化铅），在固态时能阻挡伏打电流，而在液态时则能传导电流，且在后一种状态下不会被分解。对于那些被视为基本元素的物质与已知为化合物的物质之间，目前还无法做出严格的电学区分。”
[138] 即前文提到的法拉第所著的《关于物质本质的思考》。

[139] 《实验研究》：法拉第著。化学分解，第151页。
[140] 卡尔斯滕；《波根多夫年鉴》，第57卷。
[141] 《电与磁的实验研究》：贝克勒尔，1834年；普里斯特利的《电学导论》；杨博士关于电平衡状态的讲义。
[142] 法拉第的《电学实验研究》。这位哲学家通过极其确凿的实验证明：“使物质发生分解的电与由该物质分解所产生的电是相同的。因此，要分解一粒水分子，需要多么巨大的电量啊！我们已经知道，所需的电量至少要足以让一根厚度为1/104英寸的铂丝在空气中保持红热状态三又四分之三分钟。看来，需要80万次莱顿电池的充电——这些电荷是由一台功率极大的发电机经过30圈旋转产生的；这样的电量如果立即导入老鼠或猫的体内，足以像闪电一样将其杀死——才能提供足够分解一粒水分子的电量；或者，如果我的理解正确的话，这个电量应等同于与该水分子中的元素天然相关的电量，正是这些电量赋予了它们彼此之间的化学亲和力。”
[143] 《实验研究》：法拉第著。
[144] 在利用伏打电堆进行的最初化学实验中，人们观察到在通电的水中，相对的金属表面会生成酸性和碱性物质——（有关克鲁克香克的实验，可参见《尼科尔森杂志》第4卷第183页及第261页；有关德索梅斯的实验，可参见《化学年鉴》第37卷第233页）；汉弗莱·戴维爵士在《1807年哲学汇刊》中探讨了电作用下的某些化学现象。法拉第在其第五系列《电学实验研究》中详细阐述了电化学分解的各种理论，他这样阐述自己的观点：“在我看来，这种效应是由电流方向所决定的内在粒子作用产生的，它要么是作用于物质原有化学亲和力的附加力，要么是为这种亲和力提供方向的作用力。正在被分解的物质可以被视为由许多活性粒子构成的整体，所有处于电流路径中的粒子都会对最终结果产生影响；由于电流在与其方向平行的情况下会减弱或部分中和物质的原有化学亲和力，而在相反方向上则会使这种亲和力增强，因此这些粒子就会倾向于朝相反方向移动。”
[145] “这一重大发现（电的化学分解作用）似乎最初是由尼科尔森和卡莱尔两位先生做出的，他们观察到了由此产生的水的分解现象。随后，贝采利乌斯和希辛格又取得了更为重要的成果，他们确定了一个普遍规律：在所有此类分解过程中，酸和氧会聚集在伏打电路的正极周围，而氢、金属和碱则聚集在负极周围；这些物质是以一种看不见的、近乎潜伏状态的方式，在电的作用下被转移的。”

“电流可以穿过相当大的空间，甚至可以穿透大量的水或其他液体，之后又会带着所有的特性重新出现在其应有的位置上。”——约翰·赫歇尔爵士著，《自然哲学研究论集》，F.R.S.会员。[146] 关于这一现象的许多精美插图可见于贝克勒尔的《电学与磁学实验论》。[147] 可参阅诺莱神父所著的《基本火原理》；第六卷第252页的《物理学讲义》；贝克勒尔所著的《热电效应研究》，载于《化学年鉴》第41卷第353页；此外还有诺比利所写的论文，载于《通用图书馆》第37卷第15页；J.普里多克斯所著的《关于热电效应理论的实验性研究》，载于《哲学杂志》第三系列第3卷；威廉·斯特金所著的《关于均匀物体的热磁性及其相关实验》，载于《哲学杂志》新系列第10卷第1–116页。博托制造了磁铁并实现了化学分解；安蒂诺里则产生了火花；沃特金斯则在哈里斯的热电计中加热导线。[148] 索利先生提出了一个非常巧妙的利用这一原理的方法，即可以在距离熔炉很远的地方持续监测其温度。详见E.索利所著的《电温度计描述》，载于《哲学杂志》新系列第20卷第391页。[149] 洪堡特：《个人叙事》，第十七章。——载于《化学年鉴》第14卷第15页。[150] 《电学实验研究》，第15系列。可参阅汉弗莱·戴维爵士所著的《关于鱼雷的一些实验报告》，载于《哲学汇刊》，1829年，第15页；约翰·戴维博士、F.R.S.会员所著的《关于鱼雷的一些实验与观察结果》，同上，1832年，第259页；同一作者所著的《关于鱼雷的观察结果以及关于其电学特性的进一步实验报告》；还有马泰乌奇所著的《通用图书馆》，1837年，第12卷第174页。[151] 威廉·斯诺·哈里斯爵士所著的《关于避雷针的研究》；W.斯诺·哈里斯先生、F.R.S.会员所著的《关于避雷针作用机制的观察》，载于《伦敦电气学会会刊》。威廉·哈里斯爵士在《哲学汇刊》上发表了大量关于电学的宝贵论文。[152] 法拉第在《电学术语》中在一定程度上采纳了这种观点，他建议用“阳极”（ανω，意为向上，同时也有“道路”的含义，即太阳升起的路径）来代替“pole”一词，而用“阴极”（κατα，意为向下，同样也有“道路”的含义，即太阳落山的路径）来代替另一个“pole”一词。这一假设实际上源自安培。罗伯特·黑尔博士从宾夕法尼亚州出发，对富兰克林、杜费以及安培的理论提出了质疑，并试图通过静态或波动极化来解释电学现象，这些论述值得仔细研读。[153] 《对生命功能规律的探究》，载于《哲学汇刊》，1815年、1822年；《关于消化功能的若干观察》，同上，1829年；A.P.W.菲利普博士、F.R.S.会员、L.和E.所著的《关于更高级动物生命功能所依赖的各种力量，以及这些力量如何共同作用以产生更为复杂的生理现象的研究》。以下摘自菲利普博士回忆录中的内容，可让人大致了解这位杰出生理学家的结论：“至于……”

我们一直在研究的活体动物的各种能力——感官与肌肉功能，以及活体血液所特有的功能——都仅存在于活体动物身上，它们的所有特性都是生命所具有的特性。生命的机能可分为两类：一类是由这种原理的特性单独决定的；另一类则更为常见，是由这些特性与那些作用于无生命物质的原理共同作用而产生的。我们发现，神经功能实际上是后一种原理的一种表现形式，因为它可以存在于活体动物以外的其他物质中，而且我们可以用另一种原理来替代它，而不会影响生命的机能。

“最近的发现逐渐表明，电的作用范围比几年前人们所设想的还要广泛得多。磁性、化学亲和力，以及（从前述论文中的事实来看，似乎无法回避这一结论）神经作用——也就是所谓动物机体生命活动中的主导力量——似乎都是这种看似普遍存在的力量的不同表现形式；此外，我们已经开始察觉到它更广泛的支配作用。”

参见里德博士的论文。
[154] 《电生理学研究》，作者：卡洛·马泰乌奇先生；《哲学汇刊》，1845年，第293页及后续年份。
[155] 《电生物学》，作者：阿尔弗雷德·斯米先生。
[156] 《植物组织中的电流观察》，作者：戈尔丁·伯德先生，F.L.S.；《自然历史杂志》，第10卷，第240页。在这篇文章中，伯德先生指出，他的实验表明植物无法积累足够的电荷以产生火花；植物组织中始终存在着强度较低的电流；而在种子发芽过程中，电流则是由于化学作用而产生的。
[157] 《关于矿脉的研究》，作者：罗伯特·沃雷·福克斯先生；《康沃尔皇家理工学院第四份报告》。《关于康沃尔地区矿脉的电磁特性》，作者：罗伯特·W·福克斯先生；《哲学汇刊》，1830年，第399页。
[158] 《关于矿脉电性的实验与观察》，作者：罗伯特·亨特和约翰·菲利普斯；《康沃尔皇家理工学院1841–42年度报告》。《关于矿脉电性》，作者：约翰·亚瑟·菲利普斯先生；同上，1843年。
[159] 在拉吉拉斯和弗龙戈赫的铅矿中，福克斯先生检测到了电流，但在弗林特郡的南莫尔德和米尔沃尔的铅矿中则未检测到电流：《康沃尔地质学报》，第4卷。在达勒姆郡蒂斯代尔的科尔德里和斯基尔斯的铅矿中，检测到的电流非常微弱：《布里斯托尔协会报告》，1838年。冯·斯特龙贝克在莱茵河畔圣戈阿尔附近的泥板岩矿脉中未能检测到任何电流：C.J.B.卡尔斯滕博士所著的《矿物学、地质学等档案》，1833年。不过，赖希教授在萨克森州的一些矿脉中获得了非常明确的实验结果：《爱丁堡新哲学杂志》，第28卷，1839年。所有这些差异都可以用是否存在化学刺激来解释。

[160] 在雷德鲁斯附近的赫尔·斯帕农，情况正是如此——钴矿就是在这处断层带的两段岩石之间被发现的；珀西瓦尔·约翰逊先生在圣奥斯特尔附近的一座镍矿中也观察到了同样的现象。
[161] 关于在黏土中制造人工矿脉的方法：作者为T. B.乔丹；载于《康沃尔皇家理工学院第六份年度报告》。另可参阅我之前发表在《地质调查与实用地质学博物馆回忆录》第一卷中的文章。
[162] 参见贝克勒尔的《电学实验论》等著作；关于人工晶体形成的电学实验：作者为安德鲁·克罗斯，载于《英国协会报告》第五卷，1836年。关于黏土及其他物质的层状结构，可见我前述文章中的第226页注释。
[163] 亨利·T·德拉贝奇爵士所著的《康沃尔、德文郡和西萨默塞特郡的地质状况报告》：其中第349页介绍了关于矿脉及断层形成与填充的理论观点。
[164] 以下是我在1840年对深井水中成分的分析结果，这些数据连同其他许多数据一起发表在《康沃尔皇家理工学院报告》中。
**康沃尔郡格温纳普的康索利德矿业公司**：每1000粒水中的成分如下：
碳酸钠 1.5
硫酸钙 0.5
硫酸铁 1.5
硫酸铜 1.25
二氧化硅 1.5
氧化铝 0.3
——
总计 3.7

**格温纳普的联合矿业公司**：
碳酸钠 1.10
硫酸钙 0.5
硫酸钠 0.50
硫酸钙 1.5
硫酸铁 0.75
氧化铝 0.5
二氧化硅 1.5
——
总计 4.65

**大圣乔治矿业公司**：
碳酸钠 1.35
硫酸钙 0.74

碳酸铁·70
氧化铝·50
碳酸钙·10
——
总计3.4

[165] 关于电铸法的发明，就像所有重要的发现一样，存在争议。不过，在充分考察之后，我确信，第一个真正利用电化学作用将金属以装饰性形式沉积出来的人，是利物浦的斯宾塞先生。

[166] 参见斯宾塞所著的《利用伏打电来复制金属艺术品的方法》，以及格里芬在格拉斯哥出版的《实验科学新进展》，还有阿尔弗雷德·斯米所著的《电冶金学基础》。

[167] 伯明翰也使用了磁电机来实现这一目的；但埃尔金顿公司告诉我，他们认为这种方法并不经济，或者说电沉积的速度太慢。

[168] 法尔茅斯附近的一座矿场里，罗伯特·韦尔·福克斯先生做到了这一点。他通过将两根铜线与两处矿脉相连，再将这两根铜线引到表面一个含有硫酸铜溶液的电解槽中，从而得到了刻有图案的铜版的电铸副本。

[169] 贝恩先生最成功地实现了这一目标。霍布森先生则让一台由这种方式驱动的电钟运转了数年之久。

第十章 磁性
磁性铁——古人的认知——人造磁体——电磁铁——电磁学——磁电现象——关于磁性的各种理论——软铁与钢的磁性——热量对磁性的影响——地磁——指南针指针的偏转——地球磁场的变化——磁极——汉斯汀的推测——月度与日度变化——磁场的强度与方向——热磁性——北极光——磁暴——物质的磁性特性——抗磁性等等。

根据目前普遍认同的观点，磁性与电性其实只是同一种力的不同表现形式，因为它们之间存在因果关系。因此，将二者分开来讨论似乎并不恰当。不过，与磁性相关的一切现象都极为重要，而且真正的磁性作用与摩擦电或化学电的作用之间存在显著差异，所以，在探讨科学已为我们所知的地磁影响时，采用这种分述方式是较为合适的。

很早以前，人们就在某些铁矿石样本中观察到了特殊的吸引力。这类矿石在马格尼西亚地区被发现，正因如此，铁在具有磁性状态时才被赋予了这样的名称。卢克莱修的以下诗句也证实了这一点：

现在，我开始着手完成剩下的工作，以便让这种力量得以实现——让自然界的石头能够像引导铁一样引导其他物质。古希腊人将这种物质称为“磁石”，因为它起源于他们的故乡。

我们再次看到普林尼使用“磁性”这一术语来描述这种奇异的力量。古人已经知道，铁的磁性以及琥珀的电学特性并非同一种性质，但它们都被视为神奇的现象。似乎在中国人和阿拉伯人那里，对磁性的认识远远早于欧洲人了解天然磁石或人造磁体的时间。在公元121年之前，中国的词典中就已经有了关于磁石的记载；而在公元419年，另一本中国书籍中则提到可以利用磁石让船只向南航行。[170]

关于磁石在欧洲的最早应用记载，是说瓦斯科·达·伽马在1427年使用了指南针，当时他正在探索印度海域。不过，很有可能早在那之前，欧洲人就已经从某些东方国家那里获得了关于磁石重要用途的知识。

在1068年由一位冰岛历史学家所写的作品中，有一些关于磁石的有趣描述。在1181年的一首法国诗中也有对航海用指南针的描述；而从托尔费乌斯的《挪威史》来看，北方民族在1266年时显然已经知晓磁石的存在。

我们无需探讨磁石被发现的历史，而只需关注磁石所具有的那些奇特性质，以及如何利用这些知识来解释自然界中的各种现象。

有一种棕色石头，从外表上看与其他普通石头并无区别，但经过仔细观察后会发现它具有吸引微小铁粒的能力。如果把这种石头放在桌子上，再把铁屑轻轻抛到它周围，就会发现这些铁屑会以对称的曲线排列，从石头的某个点延伸到另一个点。

经过研究后我们会发现，曾经附着在某个点上的铁块会被另一个点所排斥。如果让这块石头自由悬挂，我们还会发现它总会停在一个特定的位置上——这个位置是由那些点以及地球本身所具有的某种吸引力决定的。我们把那些点称为磁极；现在可以确定的是，这种粗糙的石头其实只是我们星球的一个微小缩影。两者都具有磁性：这种磁性源于电流或磁力线的流动，正如铁屑所形成的曲线所示，一个物体的北极会吸引另一个物体的南极，反之亦然。由于用词上的混淆，我们把指南针针尖的北极称为与地球北极相对的点；但实际上，被强烈吸引向北的指南针针尖其实处于相反的状态，或者说，它实际上是一个南极。

在磁性铁石以及地球中，存在着一种与重力或其他我们所熟知的吸引力不同的特殊力量，这种力量始终存在。那么，这种力量究竟是什么呢？

任何钢条都可以被磁化，方法要么是用磁石摩擦它，要么是让它处于与地球磁力线相关的特定位置，再通过敲击或其他方式扰乱其分子结构。这一原理似乎意味着铁被一种“氛围”所包围，并且这种氛围渗透在铁的内部。用一块磁铁，我们可以让许多铁条产生磁性，而它们并不会失去原有的磁性。正如我们之前在讨论电力时所观察到的那样，磁体始终有两个具有差异的点，这两个点总是以强大的力量被吸引向地球的北极或南极。现在，已经有了非常令人信服的证据表明，这种力量与我们之前所研究的电力属于同一性质。如果将一根没有磁性的软铁条用通有电流的铜线包裹起来，那么这根铁条就会因为感应作用而获得巨大的磁性，只要电流持续流动，它就能承受数百磅的重物；而一旦电流停止，这些重物就会根据重力定律从铁条上掉下来。因此，仅仅……

这种无形的电流在没有任何磁吸引力的金属物体周围流动时，便会立刻赋予该物体类似生命的力量；只要电流持续存在，铁就会拥有这种惊人的能量。这一发现归功于奥斯特的卓越才智，它也催生了一门新的科学——电磁学，堪称人类知识领域中最重要的贡献之一。电流具有磁性；虽然铁并非产生磁现象的必要条件，但它的存在能增强磁力。构成伏打电池电路的铜线能够吸引并吸附大量铁屑，电报线路在传递信号时也能做到这一点。此外，所有与伏打电有关的现象，都可以通过干扰普通磁体中已存在的磁力来产生。人们原以为，这种持续的磁力干扰会削弱磁体的磁性；但在将电磁技术应用于电镀工艺后，人们发现，即使多年持续使用、释放出大量电能以引发化学分解，磁体的磁性也丝毫没有受到影响。由此可见，一小块金属就能多年来持续释放出维持磁现象存在的那种力量。不过，普通电与磁电之间存在着显著差异：在磁体中，磁力处于静止状态；而在电动机或伏打电池中，磁力则是处于运动状态。普通电会被玻璃板、树脂以及许多其他物质阻挡，无法继续流动；而磁力则可以自由穿过这些物质，并影响位于另一侧的磁性物体。虽然我们无法解释其原理，但似乎磁力是由电流的某种横向作用产生的。将一块磁铁放在铜线上，它会沿着自身长度的方向稳定悬挂；当有电流流过铜线时，磁铁会立刻被带动而横跨在铜线上。安培正是基于这个实验建立了他的地磁理论。他认为电流从东向西穿过地球，因此指南针的指向并非由地球本身的作用决定的。

它没有固定的磁极，而是由于电流之间的相互排斥作用而产生磁性，就像导线一样。人们发现，当自由悬挂的导线中有方向相反的电流流过时，这些导线会互相旋转，或者倾向于以直角相对排列；这就表现出与磁铁和导线相同的现象。到目前为止，安培的假说为我们提供了非常令人满意的解释。我们在磁铁中看到了一种形式的电，而在机器或电池中则看到了另一种形式的电。但是，为何处于静止状态的磁电不会展现出与运动中的电力相同的特性呢？奥斯特的理论使他发现了电流具有磁力的事实，从而奠定了电磁学这一新学科的基础。他认为，电流流过导线时对指针产生的作用，其实是由于正负两种电荷以相反方向流动并相互吸引、排斥所导致的。他设想这些电荷是以螺旋形方式在导线中流动的；而在磁铁中，由于铁的某种特殊性质，这些电流的冲突被转化为平衡状态，其力量便以吸引力形式表现出来。[171]不过，这种解释并不能让人的头脑形成清晰的概念。有趣的是，铁的磁性比其他任何金属都要强；钢能够永久保持其所受到的磁性，而软铁则很快就会失去其磁性。这肯定是由于分子的特殊排列，或是铁原子所具有的某种未知物理特性，使得钢能够保持持续的磁性，很可能是因为其内部存在持续的物质循环。不过，也有研究表明，在某些情况下，软铁也可以保持较强的磁性。[172]如果用电流使马蹄形的软铁棒具有磁性，同时用另一块软铁将它的两端连接起来，那么它就能承受数百磅的重力。如果我们断开电路，停止电流流动，但确保连接件仍保持接触状态，那么这块铁就不会失去其磁性，而且这种磁性可以持续多年。但如果移除那个连接件，那么这块铁就会立刻失去所有磁性，甚至无法再支撑起那个连接件本身。这一事实表明……

这一发现证实了“磁性源于电的留存”这一观点，同时也表明钢铁具有平衡相反力量的特性，或者说能够像一种“氛围”一样将这一原理束缚在自己身上。热量对磁性的影响充分证明了磁性依赖于分子结构，这一点绝不容忽视。以巴洛先生的众多实验中的一个为例：在一条可锻铁棒中，其冷态时的磁力值为+30°0’；当达到白热状态时，其磁性完全消失；在红热状态下磁力几乎无法检测到；而到了血红色高温时，其磁力值则上升至+41°0’。[173] 我们越仔细地研究磁力的各种特性，尤其是它在地球上的作用表现，就会发现它的影响力愈发惊人。我们已经找到了一个自然原因，它确实对物质拥有极其强大的作用力；我们的研究已经深入到可以了解如何将一种力转化为另一种力，或者让某种由某种机制产生的原理在新的条件下呈现出新的特性——实际上，就是把电转化为磁，再从磁中产生许多与电流相关的效应。如果将一根磁棒自由悬挂在地球上方，它会因某种地球上的力量而指向某个特定方向，这正是地球磁场的体现。无论这是安培所认为的从东向西环绕地球流动的电流所致，还是地球内部存在引力点所导致的，这一现象都同样令人惊叹。无论我们将这些可见现象归因于何种原因，可以肯定的是，地球是由处于磁态的粒子构成的，这些粒子的性质会随物理条件而变化，而地球磁场则是该行星上所有原子的集体作用结果。[174] 太阳表面物理状况的变化与地球上的各种现象之间存在着显著的关联，这一点也值得我们注意。威廉·赫歇尔爵士认为他发现了太阳表面的黑子与地球温度变化之间的联系，然而自赫歇尔之后进行的观测并未证实这一观点。

施瓦贝对太阳黑子进行了仔细的研究，[175]结果发现它们的变化存在明显的规律性。他发现太阳黑子的数量以十年为周期变化——在某一年中可见的黑子数量最少，之后会持续五年逐渐增加，直至达到最大值；之后又会同样有规律地减少，再过五年后又会回到最大数量。英国及其他国家的科研机构多年来在世界各地进行的磁力观测也表明，地球磁场的强度同样以十年为周期变化，而太阳黑子所遵循的增减规律也清晰地反映了地球磁场的变化情况。在我们所知的范围内，没有比这更有趣的现象了，因为它证明了地球上的各种现象与太阳能量之间存在直接关联。磁化针能够始终指向一条略偏离地球轴线的一条直线，这一特性使得它成为实用主义者和科学家们极为重要的工具。无论是海洋中的航海者还是沙漠中的旅行者，都可以依靠它来准确确定方向，无需担心出现误差；矿工和测量员则可以将磁罗盘作为工作中最可靠的指南，人们也一直在不断研究它的指示功能。

“就像指针指向北极一样准确”，这句话早已成为人类广为流传的谚语。然而现代科学家的研究表明，这一说法只有在特定条件下才成立。在地球表面上有两条线，沿着这两条线，磁针会指向真正的北方，即磁北与地理北重合的地方。这两条线被称为无变线，也被称为等磁力线，一条位于东半球，另一条位于西半球。美洲的无变线非常规则，它从哈德逊湾以西60度纬度处开始，沿东南方向延伸，穿过美洲的各个湖泊，最终到达南大西洋，在南纬65度左右与格林尼治子午线相交。而亚洲的无变线则十分不规则，这无疑是由于局部干扰所致；它始于南纬60度的新荷兰地区，向西延伸穿过印度洋，然后在孟买附近转向东方。

穿过中国，然后向北穿越日本海，直至到达北纬71度处，之后再次向南移动，形成巨大的半圆形路径，最终抵达白海。汉斯汀认为，在每个半球上都有两个点，可分别视为旋转轴两侧的强磁极和弱磁极。这些点被称为地球的磁极，汉斯汀则称其为磁力汇聚点。这四个点被认为会以规律的方式绕地球运转：北方的两个点从西向东移动，南方的两个点则从东向西移动。通过记录下来的观测数据，汉斯汀计算出了这些周期的长度如下：——最弱的北极磁极的周期为860年；最强的北极磁极的周期为1746年；最弱的南极磁极的周期为1304年；最强的南极磁极的周期为4609年。汉斯汀还提出了一些推测性观点，这些观点曾被视作荒谬之谈；但实际上它们或许表明了婆罗门和埃及祭司阶层所拥有的知识水平超出了我们的常规认知，同时也证明他们对自然界的观察使他们能够理解这一神秘宇宙中的一些奇妙规律。上述数值与864、1246、1728、4320极为接近，而这些数字正是印度人、希腊人和埃及人所信奉的神秘数字——432乘以2、3、4和10。古人认为各种自然现象都取决于这些数字的组合；根据婆罗门神话，世界的持续时间被划分为四个阶段，每个阶段为432,000年。此外，太阳到地球的平均距离为216个太阳半径，月亮到地球的平均距离为216个月亮半径，这两个数值都是432的一半。通过进一步的研究，汉斯汀指出，60乘以432等于15,920，这一数值是所有四个磁极旋转周期都能整除的最小数值，因此也是四个磁极完成一个循环并恢复到原有状态的最短时间，这一时间恰好与……的周期相吻合。

如果以每72年1度来计算，春分点的进动将会完成一个完整的圆周。[176]
仔细研究地球磁场现象后可以发现，这些现象似乎表明存在某种来自地球外部的力量在起作用。正如汉斯汀所认为的，这种力量源自太阳的作用——太阳通过加热、发光等方式产生磁力，就像它产生电场和光化学效应一样。
这些磁极的运动已经在全球各地得到了极为详尽且精确的观测。在1657年至1662年间，伦敦没有出现磁场变化，穿过该地的磁力线也是水平的。此后磁场变化逐渐加剧，到1815年时已达到24° 15' 17"，从那以后这一数值开始缓慢下降。除了这种较大的变化之外，还存在着一种与太阳相对于春分点及至日点的位置相关的周期性年度变化，这一现象是由卡西尼发现的，后来阿拉戈等人也对之进行了研究。此外还有昼夜变化：这种变化从清晨开始，磁针向东方移动，直到上午7点半，之后开始向西方移动，直到下午2点，然后再转向东方；经过24小时后，磁针又会回到起始位置。
在磁针的倾斜角度方面也存在显著的变化。众所周知，如果将一块未磁化的钢块以其中心悬挂起来，它会保持完全水平的状态摆动；但如果给这块钢块加上磁性，它的其中一端就会立即向下弯曲。这是由于地球的极性力量吸引了与之相反的磁极，从而导致磁针倾斜。
在地球赤道附近，有四条曲线将赤道切割成若干部分，这些曲线被称为磁赤道或等倾线，在这些线上磁针能够保持水平状态。当我们从这条线向两极移动时，磁针的倾斜角度会越来越大，最终在北极和南极处，磁针会处于垂直状态。地球磁场的强度也会随位置而变化，其变化程度与磁针的倾斜角度密切相关。不过，磁场强度并非由磁针的倾斜角度决定的，那些磁场强度相同的线——即等磁力线——并不与磁针倾斜角度相同的线平行。我们之前已经谈到了磁场的昼夜变化。

磁针的偏角也会发生变化；我们还知道，磁场的强度会呈现出有规律的月度与日度变化。当地球处于近日点或远日点时，也就是12月和6月，磁场强度的变化最为显著——此时磁场强度达到最大值；而在春分和秋分前后，则会出现最小值。[177]
磁场强度的日度变化在夏季最为明显，冬季则最弱。通常情况下，当太阳接近子午线时，磁场强度处于最低值；之后磁场强度会逐渐上升，直到大约六点钟左右再次下降。[178]
所有这些已被准确证实的事实都充分表明了地磁现象依赖于太阳的影响！进一步印证这一观点的是，等温线与等倾角线及等磁场强度线之间存在极为显著的对应关系。
大卫·布鲁斯特爵士首先指出，北半球存在两个极寒区域，这两个区域与磁力线的汇聚点重合；而最热的区域则并不与地球赤道平行，它几乎与磁力线所在的位置重合。既然塞贝克已经向我们展示了热量作用于金属棒时可以产生电学和电磁学现象，那么我们或许能够大致理解太阳的热辐射是如何作用于地球表面并产生电学和磁学效应的。如果我们假设太阳会在某条直线上引发地球电场的扰动，那么在该直线垂直方向上的各个点都会出现磁极性的变化。[179] 许多观测者已经充分证明了，每当太阳升起时，都会出现这样的扰动。
1750年，瓦尔根丁注意到，极其壮观的北极光现象会导致磁针出现异常偏移；道尔顿博士则是第一个证明北极光的发光光线始终与磁针的指向平行，而且北极光弧线会以垂直于磁子午线的角度穿过它的人。[180] 汉斯汀和阿拉戈也特别关注了北极光对这些现象的影响，他们的观测结果如下：——

当极光的光芒离开其通常出现的位置时，磁针会向前移动几度；所有极光光线汇聚的天区，正是磁针在以其重心悬挂时所指向的方向；那些在极光光芒出现之前显现出来的同心圆，其实是以地平线上与磁子午线等距的两点为基准的，而每个圆弧的最高点恰好位于这条磁子午线上。[181] 并非所有的极光现象都会影响磁针的指向——福斯特上尉和巴克上尉都描述过极为壮观的极光景象，但他们的仪器并未出现任何震动或偏移现象。[182] 人们偶尔会观察到悬浮的磁体出现突然且剧烈的运动；自从在地球几乎各个地方建立了磁力观测站之后，人们发现这些异常现象的发生时间存在惊人的规律性。它们常常与北极光的出现有关，但并非总是如此。这类异常现象被称为磁暴；在亚洲、欧洲大陆、大西洋各岛以及西半球，这些磁暴确实都是同时发生的。根据库普费尔在圣彼得堡进行的观测，以及磁力协会所获得的观测数据，这些磁暴很可能是由地球表面磁力线的突然位移所引起的；不过其具体成因仍有待进一步研究。在这段关于地磁现象的简短概述中，我们已经足以说明这种极为重要的力量在自然界的各种现象中所起的关键作用。我们正在逐步整理大量的观测数据，从而找出其中存在的规律。不过，这种力量的起源究竟是纯粹的电学现象，还是磁流体的循环，又或是物质某种特性的特殊激发，这些问题仍然需要进一步研究。

在美丽的极光中，那些摇曳的、扩散的光芒以及多彩的光束，其实可以被视为一种自然的磁现象展示。我们似乎已经找到了想要的解释。然而，即便对于这些非凡的气象现象，我们依然不了解其背后的秘密。如果让电流从机器中穿过一个尽可能抽空了空气的长圆柱体，就能模拟出极光的景象——亮度同样会逐渐减弱，最终几乎只剩下微弱的荧光；而通过微小的温度变化，我们就能创造出极光中常出现的那种色彩变化。道尔顿博士认为极光是一种磁现象，其光束是由地球的磁场所控制的。我们知道，强电池两极之间产生的光弧很容易被强磁铁偏转；最近我们还了解到，所有的气体都会受到磁力的影响。[183] 因此，我们仍需思考：究竟是地球的磁场通过作用于处于发光状态的电能而产生了极光这种特殊现象，还是说极光实际上反映了磁流体在我们地球周围的流动，这种流动通过对大气高层中存在的铁质及其他金属物质的作用而显现出来？[184] 法拉第已经证明了磁辐射确实存在，而且实验也表明这些磁辐射会形成与地球表面垂直的力线。当带有电线的平行四边形结构绕中心轴旋转并与检流计相连时，每次旋转都会显示出与在钢磁铁前移动电线所产生的电流类似的电扰动现象。当热量从辐射状态转变为与物质结合的状态时，其性质的改变让我们得以推测出磁能转化为电能或反之的过程。显然，有一种微妙的物质始终在为地球上的各种变化创造必要条件：正是这种物质使得大自然中许多最活跃的力量得以显现；它通过与我们已经研究过的各种原理相互作用，与各种形式的物质相结合，很可能会为物质的聚合过程提供最初的推动力，并调节聚集粒子的形态。

电力具有改变物质较稳定状态物理特性的能力，从而引发形态与结合方式的变动；同样地，宏观物质似乎也能改变电力的性质，使其呈现出我们所观察到的各种变化形式。存在机械电与化学电两种形式，它们在自然界中各自发挥着重要作用；不过二者的表现特征差异极大，因此需要经过繁琐的研究才能确认它们其实属于同一种现象。磁电则是第三种形式，其所有特性都与其他两种不同，在自然界的“实验室”中，它所发挥的作用也与其它电性力量截然不同。在前两种形式中，我们始终能看到分解与重组的作用——实际上，它们的作用始终具有化学性质；而在磁电中，似乎只存在一种导向作用。曾有人认为在磁性现象中存在化学作用的证据，因为有时确实会出现阻碍力，而更多时候则是推动力。但这一观点后来被否定，一些欧洲著名的实验学家也对此提出了反对意见。这个问题尚未有定论；不过，经过长期而繁琐的研究——期间所有的旧实验都被重复验证，许多新实验也被尝试过——我们倾向于认为化学作用并不直接受磁力影响。磁力很可能会通过改变物质的表面结构来影响化学反应的速率，但这还需要进一步证实。[185]

在自然界中，不存在不依赖于磁力的物质。磁力以不同的方式影响着各种物体：有一类物质会随着磁力方向排列，比如铁，这类物质被称为磁性物质；另一类则以铋为代表，总是垂直于磁力线排列，这类物质则被称为抗磁性物质。[186] 强力电磁铁可以很好地展示这一现象；而只要操作得当，地球的磁场也足以呈现此类现象。

自然界中的每种物质都属于上述两类之一。构成地球地壳的岩石以及其中的矿物，还有天然形成的表土，都属于这类物质。

在植物界中，每一棵树、灌木和草本植物，以及它们以木材、树叶、花朵和果实等形式存在的碳质物质，都属于这一范畴；在动物界中，从最简单的单细胞生物到人类，所有生物都存在着明显的顺磁性或抗磁性特性。

法拉第博士说：“看到一块木头、一块牛肉、一个苹果或一瓶水被磁铁排斥，或者把一片树叶挂在磁铁的两极之间，观察它如何处于赤道位置，真是有趣的现象。在自然界中，那些遍布各处的、被空气包围且受到磁力线影响的无数生物体中，是否也存在类似现象，这个问题只能通过未来的观察才能得到答案。”[187]

目前，已知具有明显铁磁性的物质如下，这些物质按其磁性强度由高到低排列为：——铁、镍、钴、锰、铬、铈、钛、钯、铂、锇。

有趣的是，有证据表明，某些单独存在时并不具有磁性（如铁），但当它们结合在一起时就会变得有磁性。铜和锌都属于抗磁性物质，然而许多种黄铜却具有磁性。上述金属的盐类在不同程度上也具有铁磁性，不过它们会被作为抗磁性物质的水所中和，从而被磁铁排斥。在此无需列举所有抗磁性物质；实际上，除了气体和蒸汽之外，所有未被列入前述列表的物质都可以被视为抗磁性物质，因为气体和蒸汽有时会呈现一种性质，有时则呈现另一种性质。[188]

为了将这些现象用某种实用的理论来解释，我们必须记住：地球的地理北极和南极周围存在着特定的区域，这些区域可视为所有磁力线汇聚的圆圈。在特定情况下……

为避免任何对所谓铁磁作用的干扰，所有属于这一类别的物体都会遵循某些规律来排列自身，这些规律类似于控制无数可在彼此影响范围内自由移动的磁铁的排列方式。一个磁性物体的北极会与另一个物体的南极相吸，南极则与北极相吸，如此便形成一条由多个磁铁构成的直线；这条直线的两端处于相反的状态，就像地球上的磁极一样。

所有非铁磁性的物体都会位于我们所设想的这种磁力线之上；如果地球是由不同层次的铁磁性和抗磁性物质构成的，那么就会形成相互垂直的条带。但由于这两类物质是相互混合的，实际情况并非如此。在已知的化学元素中，只有大约十种具有强烈的铁磁性；其余元素与它们结合后要么产生较弱的磁性，要么呈现中性状态，要么使整体磁性偏向抗磁性一侧。例如，硫酸铁是一种有磁性的盐，但在水中溶解后，由于水本身具有抗磁性，它就失去了磁性。黄色的普鲁士蓝溶于水后也是抗磁性物质；而红色普鲁士蓝因为含有的钾原子较少，所以具有磁性，但在固态时两者都是抗磁性的。[189]

由此看来，物质的化学成分似乎决定了其与磁性的关系。然而，以下事实表明，决定物质磁性的关键因素其实是其分子结构。

普吕克先生希望了解有机体中纤维的方向在多大程度上会影响其磁性或抗磁性，因此他开始研究晶体中光学轴的方向是否也会产生影响——而光学轴的方向本身又取决于晶体内颗粒的排列方式。他首先将一块用于偏振实验的电气石薄片置于电磁铁的作用下，该薄片的光学轴与其最长边平行。很快人们就发现，由于其中含有铁元素，这块薄片具有磁性。随后，人们以三种不同的方式将这块薄片悬挂起来：首先是让其最长边垂直，接着是其最短边垂直，最后则是让整个薄片保持水平状态。

在第一种情况下，其方向与磁体两极的锥面曲率线之间的方向一致；但在另外两种情况下，则与抗磁体的方向相同——也就是说，其最长轴线垂直于连接两极的直线。这一方向表明光轴受到两极的排斥作用，而且这种排斥力超过了晶体的磁性。[190]
结构与性质截然不同的物理现象之间的关系十分有趣。萨瓦尔在使石英和石灰碳酸盐晶体振动时，成功找到了这些晶体中产生的声学图案与其结晶方式之间的关联。他发现，光轴的方向始终与声学图案的主要形态方向相关联。
米切尔里希指出，晶体在受热时并不会均匀膨胀，而是某个方向的膨胀程度大于另一个方向；而这种差异与晶体的几何形状有关。德·塞纳蒙特则表明，对于属于规则晶系的晶体来说，各方向的导热性是相同的，但对于其他类型的晶体而言，导热性会随着与晶轴平行的方向不同而出现最大值或最小值；因此，在前者情况下为球形的等温面，在后者情况下则变为沿同一方向拉长或压扁的椭球体。光轴并不完全与导热的主轴重合，但这似乎只是由于光射线和热射线的传播速度或折射率存在微小差异所致。
维德曼通过使用一个细针，让电流穿过涂有红铅的表面，从而根据这些发光粉末的分布形态来确定晶体在不同方向上的导热性。在玻璃表面上，由于电斥力作用，粉末会围绕针尖散开，形成由半径构成的圆形图案；而当使用石膏板代替玻璃时，形成的图案则为椭圆形，且椭圆的长轴与晶体的主要晶轴呈直角，这证明了电流的分布情况。

在垂直于轴线的方向上，其导电性比在其他任何方向上都要高。维德曼得出结论：那些在主轴方向上具有更好导电性的晶体都属于负晶体；而那些在垂直于轴线的方向上导电性更好的则属于正晶体。这说明，电的最佳导电方向同时也是光传播速度相对更快的方向。廷代尔指出，如果将制造过程中被加工成纤维状的古塔波胶沿着其最长纤维的方向或垂直于该方向的切面切割，然后置于磁场中，这些纤维会呈赤道状排列。以相同方式切割的象牙也会表现出同样的现象，尽管这两种物质都是抗磁性的。因此，纤维结构以及解理面决定了物质的磁性特征。晶体在受到磁场作用时所表现出的特殊性质，源于其粒子的一种特殊排列方式。这也是导致它们热膨胀率不同、以及热导率和电导率不同的原因。由此可见，分子结构究竟是如何决定物质与各种物理力之间关系的！我们仍在黑暗中摸索，只能隐约看到一些迹象；但几乎可以肯定的是，这种由长石、云母和石英构成的花岗岩，正是由于某种磁力法则才呈现出其独特的性质。而从岩体中提取出来的石英晶体，虽然呈现出极为规则的形状，但毫无疑问，这是因为硅原子在磁力的作用下各自按照一定的顺序排列在一起，而这种排列方式是无法通过人力改变的，否则就会导致晶体结构被破坏。所有调控晶体及非晶态物质结构的规律，大多都相当简单。在自然界中，目标总是通过最简单的途径来实现的；那些看似复杂的运作过程，其实只是因为观察者无法看到驱动机器运转的机制罢了。

我们的大气层这种气态物质处于中性状态。与氢气相比，氧气具有显著的磁性，而氮气则恰恰相反；当这些气体与普通空气相比较时，也会出现同样的差异。由于氧气有磁性，而氮气没有，因此两者之间达到了平衡状态，从而形成了对所有物质而言都呈中性的化合物。所有的气体和蒸汽都具有抗磁性，只不过程度有所不同。[191] 这一现象可以通过将带有少量烟雾以使其可见的气体流置于强磁铁的作用下来观察。不过，这些物质在不同的温度条件下——甚至相对于它们自身而言——也会改变其状态，从有磁性的类别转变为抗磁性的类别。热量对改变这些性质有着非常显著的影响；在某一温度下具有磁性的空气，在另一温度下则可能不再具有磁性：因此，随着温度的变化，吸引力或排斥力也会随之交替出现。也就是说，如果一股空气流的温度仅比它所穿过的相同类型的大气层的温度高几度，那么它在磁铁的作用下会向某个方向偏转；而如果这股空气流的温度低于周围大气的温度，那么它在同一磁力作用下则会向另一个方向偏转。从这个意义上说，磁性和抗磁性都体现了另一种物理力量——热量的影响；我们可以将许多气象现象归因于大气中与气流的磁性相关的状态变化。强磁铁的两极附近能够形成晶体，这一事实充分证明了磁力具有导向作用。普通的铁盐——原硫酸盐——通常是以晶面相互连接的方式结晶的；但在磁场作用下结晶时，这些晶体会以这样一种方式排列：一个晶体的锐角会与另一个晶体的某个晶面相接，而这个晶面的位置靠近但并不正好位于另一个晶体的钝角处。此外，如果使用足够强的磁铁，这些晶体还会沿着磁力线从一极排列到另一极，而且北极产生的晶体数量总是多于南极。这就证明了晶体确实会顺着磁力的导向作用而旋转；同时，我们还观察到一个奇怪的现象：两极之间存在着某种尚未得到明确解释的差异。

相反的极性。如果不用铁或铁磁性盐，而使用属于另一类——即抗磁性物质——的话，结果就会出现有趣的差异。如果在固定在强电磁铁两极上的玻璃皿中倒入一定量的硝酸银溶液，再将两滴汞放入磁铁两极上方的溶液中（通过这种布置可以形成那种被称为“Arbor Dianæ”的树枝状晶体），那么就会生成长条形的银晶体，这些晶体会以与普通磁力线成直角的方式排列。[192]
在第一个例子中，我们看到的是磁力的作用；而在最后一个例子中，则展现了抗磁力的显著效应。绝大多数自然形成的结构似乎都属于抗磁性物质。人们认为这类物质之间存在相互排斥的极性，同时也会被磁力点所排斥。如果我们把注意力集中在处于某种状态下的单个粒子上，就能在一定程度上理解这两种力作用所产生的各种现象。目前，我们对磁学规律的了解还十分有限，因此无法对物质分子的排列方式做出任何普遍性的推断；而且，对于那些复杂的自然结构，我们所进行的观察也还不够充分，只能推测地球上的许多结构特征很可能是由极性作用所导致的。
山脉的方向具有惊人的一致性，岩石的裂隙面显然也是由某种普遍存在的力量所决定的。矿物并非随机分布在各种岩石中：原始地质层中含有一种类型的金属矿石，而较新的地质层则含有另一种类型的矿石。这并非与它们的年龄有关，而是与岩石本身的特殊性质有关。花岗岩和板岩在交界处为铜矿的沉积提供了适宜的条件，而石灰岩则具备形成铅矿的物理特性。同样，只要观察任何矿脉，就会发现每一颗矿石颗粒以及每一块石英或石灰岩晶体都处于某种特定的方向上，这显然表明有某种强大的定向力量在起作用。[193]

从目前所得的所有结果来看，物体的顺磁性与抗磁性显然都是由于物质相对于其他形式电能所具有的某种特殊性质所导致的。我们尚未找到两者之间的关联，但这种关联应该并不遥远。此前我们已经提到过一些才华横溢的实验学家的观点：磁场能够显著影响化学反应的进行速度，要么减缓反应，要么加速反应。毫无疑问，化学作用会削弱磁场的强度；然而，它对软铁产生的影响却似乎使得软铁更容易被磁化，并且能更长久地保持磁性。不过，在我们能够令人满意地解决这两个问题之前，还需要进一步的研究，因为这两个问题都与我们刚刚讨论的主题密切相关。我们已经看到，热和电会对磁力产生奇特的影响，而这种静电力也会反过来作用于它们。因此，自然就会产生这样的疑问：光和磁是否也会以某种方式相互影响呢？欧洲的莫里奇尼和卡尔皮以及英国的萨默维尔女士都指出，将小钢条置于紫光照射下，就可以使其具有磁性。不过也有其他人否认了这一结论，但后来又有研究重复了这一现象，并似乎证实了它的真实性。很可能是，那些被用来照射钢条的光线具有最强的光化作用，从而引发了实际的化学变化；如果条件合适的话，那么磁化现象就很容易出现。事实上，当我们把钢针置于太阳辐射的方向上时，确实观察到了这种现象。法拉第提出的关于光具有磁性的观点也已被提及。一旦某一现象的原因被确定，那么另一现象的可能性也会随之增加。[194]“在寻找能够使地球上的铁质物质产生磁性的原因时，”大卫·布鲁斯特爵士写道，“无论我们将这种原因置于地球内部还是大气层中，我们的考虑范围都只能局限于太阳，因为所有的磁现象都与太阳有着密切的关系；至于太阳是通过热量、光线、特定射线还是具有磁性的因素来发挥作用，那就需要未来的研究来解答了。”[195]

我们现已了解到，磁性并不仅限于含铁物质；我们也知道，那种认为磁性具有普遍性的古老观点是正确的。基尔赫尔在17世纪初出版的那本关于磁性的著作中[196]——这部作品充分体现了他不懈的努力与严谨的实验态度，同时也受到了他所处时代人们的轻信与迷信的影响——将当时人们所知晓的几乎所有宇宙现象都归因于这种力量。他甚至预见了将磁力用于医疗领域的可能性；从他著作的结尾章节标题便可看出，他坚信“动物磁力”这一概念[197]。不过，我们提及基尔赫尔的这部著作，并非是为了讨论这些内容，而是为了说明：两百年前人类已经接近一个伟大的真理；但由于其发展时机尚未成熟，这个真理便被搁置了两个多世纪，被黑暗所笼罩。在谈到植物世界以及叶片、花朵和果实形成的奇妙过程时，这位智者指出了植物具有抗磁性的特点，而这一特性在最近两年才被重新发现；他还把向日葵的转动、旋花闭合的现象以及攀缘植物形成的螺旋结构归因于这种特殊的磁性作用。这并非单纯的猜测或随意的推断，而是基于实验与观察得出的结论。基尔赫尔虽然为了得出结论而跨越了相当大的思维距离，但他的研究成果具有双重价值：首先，它告诉我们，如果忽视那些具有启示意义的迹象，我们就可能会失去一些具有广泛应用价值的真理；其次，它也表明，如果我们超越归纳逻辑所能达到的范围，冒险进入充满假设的领域，就有可能以假乱真，从而阻碍人类知识的进步。如今，我们已经证明，各种形式的磁性都是普遍存在的，我们认为所有有机及无机物质的结构特征都可以用磁力来解释。不过，哲学家们几乎还没有认识到这一观点；但由于在一切被我们感官所感知的物质原子中都存在着某种极性规律，显然每个粒子都必须具有极性。

这种力量会对物质团块产生影响，因此每一个有结构的物质团块都只是磁力单元的更庞大、更强大的代表而已。汉斯汀认为，对我们而言太阳就是一个磁力中心，同时它也受到宇宙中其他遥远恒星的影响，这一观点确实得到了实验结果的支撑。[198] 然而，这一推测并未解决根本问题——地球磁场的成因依然悬而未决。所谓“磁流体”的概念几乎站不住脚；而北极光的铁质特性也未能通过任何研究得到证实。事实上，我们已经找到证据表明，产生磁现象根本不需要铁的存在。树叶、花朵、果实、动物肌肉、玻璃、纸张以及各种类似物质，都具有排斥我们称之为磁铁的铁棒的能力，还能使磁铁与其施加力的方向呈直角。在探讨磁现象的奥秘时，我们必须始终牢记这一点。根据这一规律，任何两个物质团块都会相互产生影响；尽管由于黏聚力作用，这种力可能会达到平衡状态或为零，但它永远不会消失，而且可以通过各种电学激发方法轻易地表现出来。通过类比推理，我们可以提出这样的问题：如果两种由无机原子构成的系统能够通过距离相互产生影响，那么那些更为复杂的有机系统为何不能以同样的方式，甚至以更强的程度产生影响呢？所谓“动物磁力”现象就是基于这样的推理而产生的。不可否认的是，由血液、肌肉、神经和骨骼构成的一个物质团块，必然会在磁性层面上影响到另一个类似的物质团块。不过，这与那些由某种特殊且尚未被解释的生理机制所导致的异常状况是完全不同的。我们所讨论的这些力量与生命活动中的神秘机制毫无关联。尽管这些力量具有微妙的特性，但其本质实在过于粗糙，根本无法影响那些呈现在观察者面前的心理现象。这一点是不可否认的。

将一个神经敏感度稍高的人置于受限的处境中，再让其受到梅斯默的弟子们所掌握的那种非自然的精神影响，就会使某些感官出现麻痹现象。这些已被证实且无可争议的现象确实十分奇特——但其中并不包含那些骗术与无知的把戏；生理学家必须从那些决定人类所有感觉的隐秘原理中去寻找解释。[199]

人类就像魔术师一样，站在高处，俯瞰着构成物质世界并不断产生各种奇妙现象的强大物理力量。他伸出智慧之杖，命令“深渊中的灵体”听从他的召唤。

这些现象不断重现——创造的伟大过程持续进行——全能力量的外在表现接连出现——各种效果一再产生；然而，那股力量依然持续地流动着；对于召唤者傲慢的命令，唯一的回应只是他自己空洞声音的回声，最终消失在未知的浩瀚空间之中。

我们可以看到，各种物理力量以不同的方式影响着这个星球上的万物；在这些力量中，磁力似乎是一种重要的引导力量，尽管它的起源我们尚不清楚。

那种力量如同强大的精灵一般，引领着在茫茫大海中漂泊的生物，无论他们走到何处都能给予他们信心，同时指引他们回家的道路；它借助太阳光的力量，赋予每个原子强大的能量，引导晶体形成，造就地球上最雄伟的山脉；它用强大的法则约束着每一片树叶和每一朵花朵，还将人类束缚在它的神秘枷锁之中。

脚注：
[170] 大卫·布鲁斯特爵士所著《磁学论》。亚历山大·冯·洪堡所著《宇宙：对宇宙物理结构的描述》——奥泰译本。
[171] 埃尔斯泰德所著《电磁实验》。载于《化学年鉴》第22卷，第201页。德·拉里夫所著《关于物体中动电分布的研究》，日内瓦，1825年。
[172] 沃特金斯所著《关于软铁的磁性》。载于《哲学汇刊》，1833年。
[173] 卡瓦洛所著《论磁性》。卡瓦洛是第一个注意到热量对磁性影响的人。可参阅彼得·巴洛所著《关于白热与血红色热态下铁的异常磁效应》，载于《哲学汇刊》，1822年，第124页；巴洛所著《磁学论》，载于《大都会百科全书》。
[174] “我们研究的基础在于这样一个假设：地球的磁力是地球上所有被磁化的粒子的共同作用结果。我们将磁化现象视为磁流体的分离。既然接受了这一观点，那么这些流体的作用方式（相同粒子相互排斥，不同粒子相互吸引，且吸引力与距离的平方成反比）就属于已确定的真理。即便将这种表示方式换成安培的理论——即认为磁性源于物体中最微小粒子中的恒定电流——也不会改变研究结果。同样，即便认为地球磁场源自多种因素，比如地球内部磁流体的分离以及其中的恒定电流，也不会产生差异；因为众所周知，对于每一种恒定电流，都可以在以该电流为边界的表面上找到相应的磁流体分布，使得外部空间中的每个点所受的磁效应与恒定电流本身产生的磁效应完全相同。”——哥廷根大学卡尔·弗里德里希·高斯教授所著《地球磁学的一般理论》，载于《科学回忆录》第2卷，第188页。
[175] 洪堡所著《宇宙》，奥泰译本。
[176] 汉斯汀所著《关于地球磁性的研究》，克里斯蒂安尼亚，1819年。洪堡所著《磁力变化概述》，载于吉尔伯特的《年鉴》。布鲁斯特所著《磁学》，载于《大都会百科全书》。
[177] 汉斯汀，同上。
[178] 塞缪尔·亨特·克里斯蒂所著《关于温度对磁力强度的影响以及地球磁力强度的日变化》，载于《哲学汇刊》第115卷，1825年。
[179] 英国的巴洛先生以及奥地利的一些著名观测者发现：只要存在两个接地点，电报线中就会始终有电流流动。

[180] 《气象观测与随笔》，作者为道尔顿博士。关于北极光距地球表面的高度，作者为约翰·道尔顿，F.R.S.——载于《哲学汇刊》第114卷，第291页。
[181] 阿拉戈：《化学年鉴》第39卷，第369页。关于地磁强度的变化以及北极光对其的影响，作者为罗伯特·韦尔·福克斯。——载于《哲学汇刊》，1831年，第199页。
[182] 巴克上尉说：“当透过朦胧的大气层观察北极光时，那些绚丽而活跃的闪光会呈现出棱镜色，几乎总会影响指针的指向。相反，即便在晴朗的蓝天下，极亮的北极光虽然会有运动现象，甚至带有暗红色或黄色色调，却很少引起指针的明显变化，最多只是出现轻微的抖动。浓重的雾气与活跃的北极光相结合时，似乎总是会干扰指针的指向；而低温则有利于产生绚丽而活跃的极光现象。在两个冬季里，从未听到过任何伴随这些现象的声音。北极光经常在黄昏时分出现，且多出现在东方，但也可能出现在西方；白天也常常能看到云层，其形态和分布与北极光极为相似。”——摘自《北极陆地探险记》。
[183] 法拉第：关于火焰与气体的抗磁性。
[184] “北极光无疑在某种程度上是一种磁现象；如果只有铁这种物质才能产生磁效应，那么大气层的高处必然存在某种含铁颗粒。通常伴随着这种磁现象出现的光，很可能源自电能，而电能可能是导致悬浮在空气中的含铁蒸汽中所含磁流体分布发生变化的直接原因。”——摘自《磁学讲座》：《杨氏自然哲学讲义》，第533页。
[185] 关于磁场与化学作用的可能影响，作者为罗伯特·亨特。——载于《哲学杂志》第32卷，第215期，1849年。
[186] 被磁铁吸引的物质，如铁，被称为磁性物质；而被同一磁力排斥的物质，则被称为抗磁性物质。法拉第博士对此评论道：“在构成地球地壳的各种物质中，绝大多数属于抗磁性物质；尽管含铁物质及其他磁性物质的磁效应更为强烈，现象也更为显著，但我们不应轻易认为它们就能完全抵消其他物质的磁效应。至于海洋、湖泊、河流以及大气层，它们几乎不会受到其中任何磁性物质的影响，就能发挥自身的特殊作用；至于岩石和山脉，它们的抗磁性影响或许比人们预想的还要大。我曾提到，通过将水与铁盐混合，可以得到一种在空气中不具磁性的溶液；也就是说，由于水与铁盐这两种物质所具有的磁力相互抵消，该混合物既不会被吸引也不会被排斥。要达到这种效果，需要在10立方英寸的水中加入超过48.6格令的结晶原硫酸铁——这样的量实在很大，以至于当我观察到水的这种特性时，感到十分惊讶。”

克服它吧。因此，构成地球地壳的众多物质很可能具有过强的抗磁性，从而表现出相应的特性。——摘自迈克尔·法拉第所著《关于新的磁效应以及所有物质的磁性质》；载于《哲学汇刊》，1846年1月，第137卷，第41页。
[187] 同上。
[188] 迈克尔·法拉第所著《关于火焰与气体的抗磁性质》；以及赞坦德斯基教授所著《关于火焰在电磁作用下的运动》。——载于《哲学杂志》，1847年，第401–421页。
[189] 波恩大学的普吕克教授所著《关于抗磁性》。——载于《哲学杂志》，1848年7月。
[190] 若想详细了解法拉第、普吕克、贝克勒尔、廷代尔和克诺布劳赫的实验成果，可参阅德·拉里夫所著的《电学理论与实践》。
[191] 从法拉第博士的论文中可以找到一些例子来说明这一点：在相同温度下，氮气相对于普通空气显然具有抗磁性；氧气在普通空气中则表现出磁性；氢气则明显具有很强的抗磁性。这一事实从另一个角度表明，气体与固体一样，也具有各自独特的抗磁强度。二氧化碳在空气中也是抗磁性的；在用作实验之前，二氧化碳会被仔细地从碳酸中分离出来，而此时它的抗磁性比碳酸更强。一氧化二氮在空气中也具有明显的抗磁性，不过程度适中。烯烃气体同样具有抗磁性。伦敦的煤气也具有很强的抗磁性，能够产生非常清晰且显著的实验结果。亚硫酸气体在空气中也是抗磁性的；盐酸气体在空气中则具有明显的抗磁性。——摘自《关于火焰与气体的抗磁性质》，载于《哲学杂志》，1847年，第409页。
[192] 为说明这一点，我必须引用我自己所写的回忆录《关于磁场与伏打电对结晶及其他物质状态的影响的研究》，该文收录于《英国地质调查局回忆录》第一卷中。
[193] 埃文·霍普金斯先生所著的《关于地质学与地磁场的关联》一书中，记载了许多在该国以及美洲金银矿区进行的宝贵实验观察结果；不过作者的观点存在诸多争议。
[194] 可参阅法拉第对莫里奇尼关于光与磁力关系的实验的描述——载于《哲学汇刊》，第137卷，第15页。另可参阅克里斯蒂先生所著的《关于太阳光线中的磁效应》——载于《哲学汇刊》，第107卷，第219页；第119卷，第379页。
[195] 大卫·布鲁斯特爵士所著《关于磁性的论述》，该书是从《大英百科全书》中重新出版的。
[196] 基尔彻所著书籍的标题本身就能让人大致了解其内容：《阿塔纳修斯·基尔彻的〈磁学论〉，或论磁术；一部三部分构成的著作，其中阐述了磁力的本质及其在一切领域的应用》。

《科学与艺术》以新的方法进行了阐述；此外，书中还揭示了磁力以及其他隐藏在元素、矿物、植物和动物中的自然力量所带来的奇妙效应。通过各种物理、医学、化学和数学实验，许多至今仍不为人知的自然奥秘都被揭示了出来。这是该书的第三版，由作者亲自校订并补充了许多新的实验内容。罗马，1654年。

[197] 以下是基尔彻著作中结尾章节的标题：
——关于太阳与月亮对海洋的磁力作用。关于植物的磁力特性。关于磁力带来的奇迹。关于金针或占卜用磁针的磁力作用。关于向日葵及其磁力特性。关于药物中的磁力作用。关于想象力所产生的吸引力。关于音乐的磁力作用。关于爱情的磁力作用。

[198] “基于这些原因，将它们的起源追溯到太阳似乎是最自然的——因为太阳是一切生命活动的源泉。而之前关于指针日常振动的论述也进一步支持了这一推测。根据这一原理，可以认为太阳拥有一个或多个磁轴，这些磁轴通过分配磁场力，在地球、月球以及所有内部结构允许存在这种磁场差异的行星上产生磁场差异。不过，即便如此，主要难题似乎并未真正解决，只是被转移到了更远的地方；因为仍然可以提出这样的问题：太阳的磁力究竟从何而来？如果我们从太阳出发，再假设存在一个中心太阳，而整个宇宙则存在以银河系为赤道的统一磁场方向，那其实只是延长了一条没有固定支撑点的链条而已。综合种种因素，我认为以下这种解释方式最为合理：如果让一个球体在浩瀚的太空中自由运动，其内部结构中存在的相反力量很快就会达到与其性质相一致的平衡状态，如果最初没有达到这种平衡的话，那么所有的活动也会很快停止。但是，如果我们再引入另一个球体，那么这两个球体之间就会产生相互作用，其结果之一就是彼此相互吸引的趋势，这一现象可以用‘吸引力’这个词来描述。不过，这种趋势真的是这种相互作用的唯一结果吗？难道不是更有可能的是，那些原本处于静止状态的力会向各个方向释放能量，从而产生各种相反的作用力吗？电力并非仅由摩擦产生，接触也会产生电力，而且，虽然程度较小，但两个物体之间的相互作用也可能产生电力；因为接触其实就是最短的距离，而且仅限于少数微小粒子之间。那么，磁力是否也可能以类似的方式产生呢？当自然哲学家和数学家只考虑两个物体之间相互作用的那种结合趋势时，他们的推理是合乎逻辑的，因为他们的研究只需要一种驱动力即可。但如果认为两个物体之间不可能产生其他形式的能量，那么这一观点就需要证据来支撑，而这样的证据很难找到。”——以上内容摘自汉斯汀所著的《论磁力》。

[199] 参见《大英百科全书》中的“动物磁力”条目，以及布雷德先生发表在《医学时报》上的关于催眠术的论文。

第十一章 化学力
自然的化学作用——化学结合所引起的变化——物质的原子结构——结合规律——等量结合原则——选择性亲和力——化学分解——化学现象的复合性质——催化作用或存在物的影响——有机物的转化——有机化学——结合比例的恒定性——体积定律、取代定律、同分异构状态等等。

地球上的万物都是化学结合的结果。分子混合与原子交换的过程，我们可以在实验室中模拟出来；但在自然界中，这些过程是缓慢进行的，而我们在实验中则能看到其迅速发生的情形。在自然界中，化学力是在很长一段时间内逐渐发挥作用的，变化过程几乎难以察觉。通过人工手段，我们可以集中化学力，使其在短短几小时内引发变化。许多自然界中的奇妙现象至今仍令我们费解，主要原因在于我们没有或无法将时间因素考虑进去。地质学家为了解释地壳形成的过程不得不考虑时间因素，而化学家则很少在实验中考虑时间的影响。在岩石裂缝中缓慢而无声地进行的化学变化——一种元素或分子被另一种取代——很可能是经过漫长的地质时期才发生的。然而，我们周围不断发生的许多变化则要快得多，在这些过程中，自然的运作速度并不比化学家慢。

如果现在以化合物形式存在的元素能够以游离状态存在，那必将带来极其灾难性的后果。必然曾经有过这样一个时期：许多化合物尚未形成。

我们所知的那些元素在当时还不存在。它们的成分要么以其他形式存在，要么处于未结合状态。我们的岩石则是氧与某些特殊金属的化合物，这些金属会迅速与氧结合，从而产生炽热的光芒。假设这些金属以纯态存在，并且突然与水、空气或任何含氧物质接触，将会引发极其剧烈的反应：整个金属块会因高温而发亮，而这种剧烈反应只有当所有金属都被氧化之后才会停止。

火山活动曾被归因于类似的原因，但并没有足够的证据来支持这一假说；事实上，这也与大多数哲学家的观点相悖。[200] 这种情况或许曾在远古时期存在过，那时大地一片混沌、黑暗笼罩着深渊；不过这里提及它只是为了举例说明某些化学变化具有多大的破坏力。钾投入水中会立刻燃烧，钠在特定条件下也会如此。如果将这些金属或经过精细分割后的金属颗粒放入氯气环境中，化学反应的强度极高，以至于它们会变得炽热，其中许多还会发出极强的光芒。如果将氢气与氯气混合，在光的作用下两者会以爆炸性的方式结合，生成盐酸，而盐酸与水反应时也会释放出几乎同样强烈的能量。大气中的氮气与氧气混合后几乎呈惰性；与氢气结合则形成有刺激性气味的氨；与碳结合则生成有毒的氰化物，也就是氢氰酸的成分；与氯气结合则会产生一种外观呈油状的液体，只要稍有接触就会以比其他已知化合物更猛烈的方式爆炸，将容器内的物质炸成原子；与碘结合时的爆炸强度则稍低一些；而与银、汞、金或铂结合时，则会生成极具危险性的爆炸性化合物。[201] 在这里，我们看到的是那些在未结合状态下无害的元素，一旦其结合状态被打破就会产生极大的破坏力；而在另一种情况下，原本具有活性且有害的物质则变成了惰性物质。

我们认为有一些物质是基本元素，也就是说，以我们目前的知识水平来看，无法再将它们进一步分解了。

在简单的条件下，它们被视为通过组合而产生自然界中各种物质的要素。我们已经谈过物质的原子构成，现在需要解释的是，在化学作用力作用下各种组合所展现出的简洁性与美妙性。以水为例，它是由两种气体——氧和氢组成的化合物：如果我们利用电化学方法分解水，或通过直接化学分析来确定其成分，就会发现它由两体积的氢气与一体积的氧气结合而成；从重量上看，则是一份氢气与八份氧气结合。因此，在100份水中，氧的含量为88.9份，氢的含量为11.0份。同样地，碳原子的理论重量为6，氮原子为14；铁原子为28，银原子为108，金原子为199，而铂和铱的原子重量则均为98。[202]由于这些就是最基本的不可分割原子的相对重量，因此所有的组合都只能是原子对原子，或者是一对二、三或四；而且无论如何，组合都必须遵循等价数或原子数的整数倍比例。事实确实如此。例如，氧可以以1个、2个或3个原子的形式结合，其组合量总是其等价数8的整数倍，如16或24；碳的结合量则为6，或是该数的整数倍。当这一规律与分析结果不完全一致时——比如某些半氧化物就存在这种情况——那无疑是由于分析过程中存在误差或计算方法有误所致。大自然调控物质组合方式的方式堪称完美：不存在任何混乱的情况；无论某种元素的原子数量比另一种元素多多少，只有那些根据这一自然法则被认为能够形成化合物的原子才会结合在一起，其余的原子则依然保持独立状态。这些结果显然表明，物质的基本粒子具有不同的比重。此外，它们还表明，如果原子的比重发生改变，就会产生新的物质系列。

化合物的生成，似乎就能产生新的元素？其实，热力或电力，或是那些我们尚不了解的其他力量，足以改变地球上的原子结构，这一想法并无不合理之处。基本原子之间的结合是在一种未知力量的作用下发生的，我们不得不用“亲和力”这一概念来描述这种力量。在某些情况下，两种物质是否能够结合似乎取决于它们的电学性质；但更深入的研究表明，影响结合能力的其实是某种非电学性质的物理状态。化学亲和力或吸引力，指的是一种物质与另一种物质结合的倾向。举些例子：水和酒精最容易结合，因为它们之间具有很强的亲和力；而水和油则互相排斥，没有亲和力，因此不会结合。如果在酒精和水中加入足量的碳酸钾，水就会被完全分离出来，纯净的酒精会浮在含水的碳酸钾之上。如果将碳酸钾加入油和水中，它会与油结合并形成肥皂，从而使所有物质混合在一起；但如果向该混合物中加入少量酸，碳酸钾就会离开油而与酸结合，油则又会像之前一样被排斥出来，浮在液体表面。这种现象被称为“单一选择性亲和力”。人们认为这种选择性是恒定的，于是化学家们制定了表格，用以说明这些反应发生的顺序。例如，氨可以将硫酸从氧化镁中分离出来，石灰则可以将硫酸从氨中分离出来，碳酸钾或苏打则可以将硫酸从石灰中分离出来，而重晶石则可以从碳酸钾或苏打中分离出来。人们原以为这种顺序是不可逆的，但最近的研究表明，实际结果会受到数量及其他条件的影响。很多时候，还会出现这种“双重选择性”的现象：当溶液中的石灰硫酸盐与氨的碳酸盐相遇时，就会生成石灰的碳酸盐和氨的硫酸盐。在这种情况下，很可能只是发生了单一选择性亲和力作用——只有当碳酸从氨中释放出来后，由于石灰对碳酸的强大亲和力，碳酸才会被石灰捕获，随后在凝聚力的作用下，不溶性盐便沉淀下来。这真是有趣的现象。

与这种分解现象相关的一个事实是：如果将石灰碳酸盐与氨硫酸盐在干燥状态下混合，然后将其置于密闭容器中并暴露在高温下，就会生成石灰硫酸盐和氨碳酸盐。这两种截然相反的反应现象并不容易解释。热的作用是使碳酸释放出来；只有假设温度的巨大差异能够改变物质间的亲和力规律，我们才能理解这一现象。最近的实验——尤其是之前在讨论热作用引起的分解现象时所引用的布蒂尼的实验——已经证明了，在高温下会出现与低温时不同的反应结果。

所谓化学亲和力，我们将其视为一种能在无形距离内起作用、并导致物质发生变化的力量。我们愿意相信，通过这种力量，我们已经解释了自然界中的各种重要现象。我们发现，植物界和动物界都是由碳、氢、氧和氮构成的。而地球上的花岗岩山脉、石灰岩丘陵以及所有其他地质构造，其实都是金属、氧、碳和硫等元素通过化学亲和力在适当位置和谐结合而成的。但是，究竟是什么力量让原子与原子结合、分子与分子相连呢？我们能将这一过程归因于热量吗？虽然热量有时会通过改变物质形态来促进结合，但它实际上更像是与这种结合力相抵触的。那是不是电在起作用呢？在每一次状态变化过程中，都会出现我们称之为电的现象；但这仅仅证明了电原理的普遍存在，却并不能说明电就是化学变化的起因。光能导致这些变化吗？显然，尽管光可能是一种干扰因素，但它不可能是真正的原因；因为许多分解和重组反应实际上是在地球黑暗寂静的深处持续进行的，而阳光根本无法到达那些地方。太阳辐射对地球表面的影响或许会改变这些变化，但可以肯定的是，我们必须把所有化学作用的表现都视为依赖于某种存在于所有物质中的神秘原理，这种原理遍布整个宇宙，不过会受到已知的各种微小因素以及聚集吸引力的机械作用的影响。

在各种反应的作用下，物质的形态会发生显著变化，呈现出截然不同的特性。我们认为，只要分子间的力处于平衡状态，这些微粒的排列就会保持不变。例如，只要水中的氧原子与氢原子之间的亲和力保持平衡，或者它们之间的作用力始终处于平衡状态，水就不会发生变化；但一旦这种力被打破，或者有新的振动作用出现——比如向水中通入电流，或是引入另一种能够与这些微粒发生反应的物质——水就会分解，氢气和氧气会被释放出来，或者只有一种气体释放，另一种则与所加入物质的分子结合，从而形成新的化合物。这就是化学，通过这门科学，我们可以了解物质的所有组合方式。

既然我们有理由认为原子会以一种极为和谐的方式相互结合，那么也就不难想象分子也会遵循某种同样明确的规律而结合在一起。事实上，弗赖堡的文策尔首先发现，在那些可以相互分解的盐类中，能饱和一种碱的酸也能饱和另一种碱；随后，柏林的里希特对酸和碱赋予了具体的数值，并指出在金属相互沉淀的过程中，金属盐的中性状态不会改变。这些发现为道尔顿的原子理论奠定了基础。道尔顿提出了这样的观点：一种化合物的当量等于其各组成成分当量之和，同时还发现了化合物可以以不同比例结合的特性。

分子中的元素可以重新排列，而原子数量及其重量却不会改变，这样一来，虽然化学性质依旧，但物质的形态和颜色却会发生变化。碳和氢构成的许多有机化合物就是如此。

化合物中的元素也可以分离出来，从而使构成它的不同物质得以释放。一块白垩在受热时，由于其分子排列被打破，其性质也会发生变化：二氧化碳这种气体会被释放出来，而石灰（氧化钙）则留在原地。如果将这种二氧化碳通过炽热的金属管……

当与高温下的钾接触时，它会分解为氧气和木炭——其中的氧气会与所使用的金属结合。钙的氧化物（石灰）在强电流的作用下也会转化为氧气和金属钙。由此可知，白垩是由两种化合物分子构成的——一种是碳酸，由一个碳原子与两个氧原子结合而成；另一种是石灰，由一个钙原子与一个氧原子结合而成。

物质之间发生化学反应的前提是它们必须彼此不同。当两个基本原子处于彼此的影响范围内时，就会形成化合物分子。氧气与氢气结合生成水；氧气与碳结合生成碳酸；氮气与氢气结合生成氨气；氯气与氢气结合生成盐酸。在所有这些情况下，都需要外部力量将原子们带到能够相互吸引的距离内：火焰、电火花、辐射能，或是第三种物质的介入都是必要的。不过也有一些例子并不需要这样的外力——钾与氧气会立即结合；氯、碘、溴则会立刻且剧烈地与金属结合，形成氯化物、碘化物或溴化物。

对于化合物分子而言，它们之间的反应往往同样活跃，结合也很容易发生，比如某些金属的酸和氧化物，这些都是最常见的化学吸引作用的体现。

当一个基本分子或简单分子与结构不同的化合物分子相遇时，通过原子间的交换会产生新的化合物，同时会有某种元素被释放出来。这些现象实际上都属于分析化学的范畴。例如，硫化氢与氯气混合后，氯气会与氢气结合，而硫则被释放出来。将钾放入水中后，它会与水中的氧结合，同时氢气会被释放出来。

当两个化合物分子相遇时，它们可能会互相分解，并通过元素间的交换形成两种新的化合物。在某些情况下，一种元素可以取代另一种元素——金可以被汞替代，铜可以取代银。

铁会促使铜从溶液中分离出来，而铁本身则会溶解以填补其位置；氯则会在氢化气体中取代氢的位置；此外还有许多类似的例子。化学现象往往具有复杂性，在一种化合物被另一种化合物分解的过程中，可能同时出现一种、两种或三种这样的现象。这就是化学科学的一般特征。随着对物质基本成分研究的深入，还会发现许多与化学研究相关的特殊现象和有趣现象。不过，尽管化学作用的原理极具研究价值，但我们不应过多纠缠于其中的细节——因为那些细节其实更适合出现在专门的学术著作中，而非那些仅旨在概述那些能够阐明自然规律、同时又能作为例证来体现科学探索如何拓展思维边界、提升人类认知水平的著作中。通过这些例证，我们可以从单纯的机械性分析过程，逐步了解那些能够创造地球上所有用于装饰或满足我们需求的物质的综合反应过程。

在物理化学领域中最引人注目的现象之一就是催化作用，也可称之为“存在效应”。已知有一些物质具备将化合物分解为新形态的能力，而自身却不会发生任何变化。基尔霍夫发现，在特定温度下，酸的存在能使淀粉转化为糖和胶质，且酸本身并未与淀粉发生反应。特纳尔则发现，锰、铂、金、银，实际上几乎所有的固体有机物质，仅凭自身的存在就能分解氢的氧化物，而这些物质本身则不会发生任何变化。埃德蒙·戴维发现，用酒精浸湿的铂粉会变得炽热，从而点燃酒精并将其转化为醋，而铂粉本身则不会发生任何化学变化。多贝莱纳接着发现，海绵状的铂能够点燃照射在其上的氢气流，这些氢气与空气中的氧气结合后便形成了水。杜隆和特纳尔也在铱、锇、钯、金、银甚至玻璃中发现了类似的现象，只是程度有所不同。进一步的科学研究还发现了更多此类实例；甚至有人发现，经过抛光的铂板也具有凝聚作用。

氢气和氧气以极大的力量作用于其表面，使得这些气体结合在一起形成水，同时产生的热量足以点燃金属。无论这种力量究竟是什么，它都存在于有机物质和无机物质中。关于它的作用，贝采利乌斯有如下论述：“这种力量在有机自然界中有着诸多应用；例如，只有马铃薯的芽眼周围才存在淀粉酶，正是通过催化作用，不溶性的淀粉酶和淀粉才能转化为糖类和胶质，而这些可溶性的物质则构成了在马铃薯芽中流动的汁液。这一催化作用在有机分泌物中的体现显然并非唯一例子，在动植物界中可能还存在类似的情况，未来或许会发现，各种不同物质的分泌也是通过类似催化作用实现的，而所有这些物质其实都源自同一种物质——植物中的汁液以及动物中的血液。”[206] 无疑，正是由于这种特殊的机制，当任何气态物质或腐烂物质进入活动物的血液时，才会引发异常反应，亚洲霍乱的发展很可能就是这样一个可怕的例子；因此，研究这种现象就成为了公共卫生的重要内容。物理研究已经证明，所有物质都具有将气体和蒸汽以不同程度凝聚在其表面的特殊能力；实际上，自然界中的每种物质都可以被视为拥有属于自己的独特“大气层”。催化作用很可能就属于这种能力。不过，关于这个问题存在着不同的观点，莱昂·普莱费尔博士[207]认为，催化力只不过是化学亲和力在特定条件下的一种表现形式而已。无论是什么力量引发了化学变化，它都会遵循某些固定的规律，在所有的转化过程中都体现出一种高度有序的规律性。观察这些自然界的物质转化现象确实很有趣，但我们只能举几个例子作为说明。例如：——

糖、草酸和柠檬酸彼此差异极大，但却由相同的元素构成：前者被用作调味品，后者则是有毒物质，而后者则是一种有益健康的酸。糖可以很容易地转化为草酸，而在水果成熟的过程中，大自然也会将柠檬酸转化为糖。同样，淀粉、糖和树胶也很难被视为相似的物质，它们之间的唯一区别在于碳、氢和氧的结合方式。它们都是由以下比例的相同元素构成的：
碳、氢、氧。
淀粉：12、10、10
糖：12、11、11
树胶：12、11、11
这些同分异构体显然体现了某种科学尚未发现的亲和规律。类似甚至更为惊人的例子还有很多——相同的元素可以形成彼此差异极大的化合物；不过上述例子都是因其明显的特性而被选中的。事实上，我们可以肯定地说，植物界的各种物质——它们的木质纤维、酸性或碱性汁液、植物的各种分泌物、花朵、果实和种子，以及通过人工方法提取出来供人类使用的各种产品——其实都是这三种元素的化合物，只不过它们与氮的结合比例不同，或者其中某种基本元素的形态发生了特殊变化而已。如今，化学家们可以通过简单的工艺，从工厂的废弃物中提炼出味道与天然产物相当的水果香精；而从养牛场大量获得的苯甲酸中，则可以提炼出极为精致的香精，这些香精被当作“千种花的精华”而呈现在世人面前。由于李比希对有机化学的推动，我们对那些由氧、氢和碳以不同比例结合而成的、在物理性质上差异极大的无数物质的了解也有了极大的提升。目前，这门科学已经发展到这样的程度：几乎让人希望不再有新的有机化合物被发现，直到有哪位勤奋的学者能够将这些大量有价值的物质进行合理的分类。

这些组合虽然种类繁多，且可以轻易地被创造和复制，几乎完全受有机分析者意志的支配，但它们并非偶然出现——它们是某些规律的结果，原子们正是遵循着那些始终在起作用的原理而结合在一起的。这些规律目前还不为人所知，科学研究尚未将其揭示，哲学家也尚未从中得出推论。它们应归因于某种隐秘的、恒定的作用原理，是一种赋予宇宙中每个原子独特特性的力量。化学让我们了解了一种有序的系统。分析学家的研究表明，每种物质都有其特定的结合规律，这种规律以数学上的精确性来约束物质的结合方式；但我们不仅要考虑比例上的结合。如果在矿物界存在异质同构现象，那么在植物界和动物界中这一现象则更为明显。在某些情况下，某些物质似乎可以无限制地结合在一起，比如酒精与水、硫酸与水；但这些情况应被视为混合状态，而非真正的化学结合。物质的成分是固定不变的，只要一种化合物仍保持其特性，它就必定由相同比例的相同元素组成。因此，硫酸总是由16份硫和24份氧构成的。无论是天然形成的还是通过化学方法制成的白垩，都含有43.71份碳酸和56.29份石灰。铁在空气中作用后表面形成的锈，其成分同样十分固定，就好像是由最精确的工匠经过精心调整后形成的那样——它由28份铁和12份氧构成。这一规律是一切化学研究的基础，所有分析工作都依赖于它所提供的知识，即我们只能通过分解反应得到某些固定不变的化合物。我们目前还无法解释为何这些结合量会如此恒定。人们试图用黏合力和弹性来解释这一现象，理由是盐在水中的溶解度受黏合力影响，而气体的溶解度则受其弹性影响。

虽然有些化学结合现象似乎是由这些作用力所导致的——例如草酸或硫酸与石灰结合后会生成不溶性盐——但我们无法用这种方式来解释金属、硫、氧等元素以恒定比例结合的现象。可以肯定的是，存在着某种我们尚未发现的力或原理，所有我们现在归类为“化学亲和力”的现象都依赖于这一原理。

另一条规律告诉我们，当化合物以多种比例结合时，每一次新的结合都是第一次结合比例的倍数。至于那些非整数比例的化合物所带来的难题，我们目前还无法解决；进一步的研究或许能够让这些规律变得更加清晰。我们已经知道，8份氧可以与1份氢以及14份氮结合。氧还可以与110份银、96份铂、40份钾、36份氯以及200份汞结合，从而生成：水9份、一氧化二氮22份、银的氧化物118份、铂的氧化物104份、钾碱48份、氯的氧化物44份、汞的氧化物208份。只有在这些比例或它们的倍数下，这些元素才会与酸或其他化合物结合。当然，只要各数值之间保持相同的比例关系，也可以采用其他数值。[208]

正是由于发现了这些和谐的结合规律，人们才提出了前面已经提到过的优美原子理论。事实上，似乎没有别的方法能够解释这些现象，只能假设物质的最基本原子具有我们人为设定的相对重量，而这些重量正是它们结合时的比例依据。这一观点还得到了以下事实的进一步支持：气体元素也是以非常简单的固定比例结合在一起的——100份氢与200份氧结合就能形成水；100份氧与100份硫蒸气结合则能形成亚硫酸气体。

氨气由300体积的氢气和100体积的氮气组成，二者结合后体积变为200；正因如此，我们才能较容易地计算出氨气的比重。氮气的比重为0.9722，氢气的比重则为0.0694。3体积的氢气相当于0.2082，将其与0.9722相加可得1.1804，这一数值恰好与实验测得的比重一致。从这一体积定律的普遍适用性来看，显然它也适用于所有能够气化的物质；换言之，有充分的证据表明，在自然界中，各种物质都是以最简单的体积比例通过结合作用而形成的。

1840年，道尔顿博士通过研究发现，含有结晶水的盐类在水中溶解时，其体积增加量不会超过这些盐中所含水分子液化所导致的体积变化；而焦耳和普莱费尔则证明，无水盐在溶液中不占据任何空间。由此我们可以推断，固体状态下的盐所占的体积与它在溶液中的体积之间存在某种关联，同时也与其它盐所占的体积存在固定的关系。该定律可以表述为：无论是有水盐还是无水盐，其原子体积都是11的倍数，或是接近11的数值的倍数，或是9.8（冰的原子体积）的倍数，又或是11或9.8的倍数的总和。马里尼亚克也对这一现象进行了深入研究，但他认为这些数值并非绝对精确，只是近似值而已。[209] 如果能够明确证明，固态水（冰）的原子体积决定了所有其他物质的体积组合比例，即它是决定化学结合及普通溶解过程的标准，那无疑将是大自然运作规律简洁性的绝佳例证。

除了上述定律之外，似乎还存在一些我们目前了解尚不充分的定律。作为其中一个典型的例子，我们可以提到取代现象——即在特定条件下，某种元素能够取代化合物中的另一种元素并占据其位置。[210]例如，化合物中的氢元素可以被氯元素替代，从而形成碳的氯化物。

由于这些物质是按照与原始物质相同的类型构成的，因此它们也遵循相同的组合规律。在这些规律的作用下，自然界中出现的所有组合现象都会发生：金属、氧、硫、磷会相互结合；而有机元素则通过紧密的结合形成各种植物生命形式。植物产生的酸、树胶、树脂和糖类，以及更为复杂的动物物质——骨骼、肌肉、血液和胆汁，还有白蛋白、酪蛋白、牛奶，以及那些在生命力的作用下分解为对动物体的生存、健康和美丽至关重要的物质的化合物，全都受制于这些规律。不过，在研究那些更为显著的化学作用案例时，还需要进一步探讨这些变化过程。由有机结合所引起的变化极为显著，同时也表明整个物质世界完全受制于化学力量，各种形态都是神秘组合的结果，因此有必要对这些变化进行专门探讨。

在几乎所有明显的化学作用案例中，参与反应的物质的原有特性都会消失。我们之所以称其为“明显的化学作用”，是因为虽然硫酸能与水结合，盐类也能溶解在水中，但我们仍然能够识别出它们的存在，因此这类情况不能被视为所讨论现象的典型例子。氢气和氧气在结合后会失去气态，进而凝结成液体——水。硫酸具有极强的酸性和腐蚀性，而钾碱则具有很强的碱性；但当它们结合后就会形成一种既非酸性也非碱性的盐类，似乎彼此的独特性质都被消除了。结合后的物质往往比结合前的体积更小，这样的例子有很多。在许多情况下，气体在发生化学结合后会发生显著的凝结现象。在石灰消化过程中，水会以氢氧化钙分子的形式凝固，而产生的高温则来自于用来维持水液态的热量被释放出来。当固体变为液态时，由于从周围物体中吸收了使物质变为液态所需的热量，就会产生寒冷感。正如我们已经提到的，只要发生化学变化，温度就会发生变化，当然也有一些微不足道且不确定的例外情况。

亲和力作用所引发的扰动，常常会促使多种物理性质的产生。化合物的颜色也常常会发生变化；实际上，化合物的颜色与其组成元素的颜色之间似乎并不存在任何关联。碘呈深铁灰色，其蒸气则为紫色；但它与碱反应后会生成美丽的白色盐类，与汞反应则会生成鲜艳的红色盐类，而与铅反应则生成黄色盐类。铁的盐类颜色从白色、黄色到绿色、深棕色不等。铜这种红色金属的盐类则呈现为漂亮的蓝色和绿色，而无水硫酸铜则是白色的。

在有机化合物中，同构现象表现得极为显著，我们之前已经在“结晶”这一主题下讨论过它。还有一类物质也被认为是同构体，即它们的化学成分相同，但物理性质却有所不同。不过，认为存在一些在外观上截然不同、但化学成分和物理状态却完全相同的物质这一观点是站不住脚的；在经过仔细研究的几乎所有案例中，都能发现原子总数上的差异、原子排列方式的差异，或是所谓“同素异形现象”所带来的那种特殊的物理差异。

松节油和柠檬油具有相同的化学成分，两者都由5个碳原子和4个氢原子构成。由于它们在外观上存在显著差异，因此成为了同构现象的典型例子。

不过，有机化学的规律与无机化合物的规律并不相同。李比希将有机化学定义为“复合基团的化学”；在生命力的作用下，自然界会生成具有单质所有性质的化合物。[211]

当我们思考自然界中存在的各种条件时——尽管科学仅让我们了解了其中的一部分——我们不禁会被那些呈现在我们眼前的各种存在形态，以及它们似乎都遵循着的和谐规律所震撼。

当我们发现物质是由某些特定的原子构成的，这些原子按照一定的规律相互结合形成分子，而分子之间也遵循类似的规律时，我们立刻就会明白：所有化学组合中的和谐关系——即那些确定的比例、体积规律等等——其实都是这些简单而根本的原理所必然产生的结果。在追求真理的过程中，研究者们还会发现更多这样的组合方式，它们的完美性足以与美妙动听的音符交织相融相比拟；而许多看似不确定的组合，无疑也会被证明与其他组合一样具有确定性。不过，我们却无法理解：这些原子和分子在结合时究竟受到何种力量的驱动？我们只能用人类的情感来解释这种力量，正如“选择性亲和力”这一术语所暗示的那样。但我们却未能意识到，每一粒被风带动的尘埃背后，都存在着一种极其神秘且令人惊叹的力量。如今，我们习惯于谈论吸引力与排斥力，以及物体之间的亲和性与非亲和性。自从发现了带电物质中的正负极之后，我们就倾向于认为所有这类现象都源于某种电学状态，并且还撰写了大量关于这些力的规律的学术著作。但实际上，更诚实的做法应该是承认：我们对那些调控物质组合的秘密力量其实一无所知，就如同那些将所有此类现象归结为“同气相求”或“异性相斥”的人一样。这些词汇虽然带有诗意，能够清晰地传达某种观念，让人联想到一种类似人类情感的力量，这种力量能够影响无生命的物质，从而让人们觉得万物之中都存在着某种有生命的原则，甚至可以理解为“世界的灵魂”。不过，古代故事中那些会动的石头，远远比不上经过科学验证的事实来得神奇——事实上，每一个物质原子都被某种力量所支配，这种力量决定了原子的运动方式与位置，而且这种力量还会无限制地影响到其他所有原子，进而决定它们是相互结合还是分开。我们有引力，它把所有物质吸引到同一个中心，从宇宙中的一切物体出发，影响着所有的物质。我们还有内聚力，它将物质粒子紧紧束缚在一起，但其作用范围之小，连数学家都无法测量。

一种与前述两种都不同的化学吸引力，它在极其微小的距离内依然发挥着作用，其神秘的力量为各种物质形态赋予了确定的结构。那些被大自然诗人赋予森林、山谷、山脉、湖泊、河流以及海洋的灵性存在，虽然只是在各自的隐秘领域中发挥作用，为人间创造美丽或壮丽的事物，但它们不过是有限心智的产物罢了。尽管如此，它们仍具有某种魅力，让所有人不自觉地为之倾倒，即便他们拒绝承认这一点。它们就像雕塑家在爱情与美的幻想中，用大理石块雕刻出的精美雕像——起初我们会被它吸引，反复凝视，但它的魅力终究会消失，它依旧只是那堆毫无生气的石头而已。它无法向我们疲惫的双眼展现唯有生命才能赋予物质的那种变化；我们虽承认艺术家的卓越才华，却再也无法感受到他作品中的那种震撼力。诗歌的创作固然令人愉悦，但却无法像自然界的诗意景象那样真正触动心灵。那只滋润百合花的精灵不过是一个美好的梦罢了；而当我们得知那宽大而美丽的深绿色叶片以及纯净娇嫩的花朵，其实是物质在光、热和电力的作用下经过转化而形成的结果时，那种震撼之情便会油然而生——因为这实在太过神奇，普通人难以立刻相信。花朵是在那些通过阳光传递并融入其内部的力量的驱动下生长出来的。对大多数人来说，石头只不过就是石头而已。但在石头的缝隙之中，存在着强大的力量，这些力量在发挥巨大作用时令人敬畏，在以温和的方式展现时则显得奇妙无比。石头和花朵的内部都蕴藏着三种已为人所知的力——光、热和电；很可能还有更为高级的力量存在，而这些力只不过是它们的从属者罢了。这就是科学的真相，它堪称真正的“石头中的教诲”，也是最动听的“树木之语”。与科学的发现相比，浪漫主义的创作实在显得多么微不足道啊！科学为我们提供了思考的材料，引发了各种深刻的思考。

高尚的品格能够使人心境愉悦；而另一种则只会带来短暂的兴奋感，随后让人的心灵变得空虚或陷入混乱。前者如同适宜的大气环境，持续为人体提供最有益的物质；后者则带来不自然的刺激，迫使人们不断重复同样的兴奋体验，以维持那种愉悦的感觉。

脚注：
[200] 所有与火山活动相关的现象及其相关理论，均可见于道贝尼博士所著的《活火山与死火山的描述、地震以及温泉》一书，1848年出版。
[201] 格雷厄姆所著的《化学原理》，新版。
[202] 格雷厄姆所著的《化学原理》以及布兰德所著的《手册》。
[203] 在这些亲和力表中，以下几项可作为示例：——
硫酸、重晶石、锶、钾、苏打、石灰、氧化镁、氨。

由此可见，重晶石能将硫酸从其与其他低级物质的化合物中分离出来；而氨则能被所有比它等级更高的物质从硫酸中分离出来。
[204] 贝尔托莱特：《化学静力学研究》，1803年。汉弗莱·戴维爵士在其所著的《化学哲学原理》一书中，对贝尔托莱特的观点作了精彩的评述。
[205] 关于由氮、硫和氧构成的新酸的某些组合，作者为J.佩卢兹。该文译自《化学年鉴》第十六卷，载于《科学回忆录》第一卷第470页。贝采利乌斯在《化学年鉴》第五十一卷中提出了关于有机化合物组合中存在某种新作用力的观点。这位杰出化学家得出的结论可译为：“这种迄今尚未被认识到的新力量，既存在于有机界，也存在于无机界。我认为它并非完全独立于物质的电化学亲和力而存在的力量；相反，它只是电化学亲和力的另一种表现形式而已。不过，在我们尚未弄清它们之间的联系与相互依存关系之前，用一个独立的名称来称呼它会更方便。因此，我将其称为‘催化力’；同时，我也把利用这种力量使物质发生分解的过程称为‘催化作用’——就如同利用化学亲和力使物质发生分解的过程被称为‘分析’一样。”

[206] 伯泽利乌斯：《化学年鉴》，第51卷。
[207] 关于催化剂所引发的转化现象：作者为莱昂·普莱费尔；载于《哲学杂志》，第31卷，第191页，1847年。“有证据表明，将催化作用视为在特殊条件下产生的化学亲和力的另一种表现形式，与将其归因于某种未知力量或认为它是复杂分子中原子间相互作用的结果相比，这两种观点具有同等的合理性。有许多案例表明，即使催化剂本身没有发生任何变化，也能产生催化作用；此外，还有通过新实验来证明催化作用是通过与被分解或结合的物质朝相同方向作用而发挥作用的，只不过在这种作用下催化剂的自身亲和力并不总能得到满足。”
[208] 可参阅格雷厄姆的《化学》一书中的“关于化合比例”的章节。
[209] 关于原子体积与比重的研究：作者为莱昂·普莱费尔和焦耳；载于《哲学杂志》，第27卷，第453页，或《伦敦化学学会会刊》。德·马里尼亚克教授对此进行了评论，载于1846年2月的《通用图书馆》杂志。关于固态物质的体积与其等价物或原子量之间关系的研究：作者为奥托教授。关于原子量、晶体结构及物质密度之间关系的研究：作者为菲尔霍尔先生。这些研究成果已被翻译并发表在卡文迪许学会的《化学报告与回忆录》中。
[210] 《科学院院刊》，1840年第5期。杜马的相关论述有一个很好的译本，刊登在《哲学杂志》上，我从中摘录了以下关于取代规律的阐述：“让我用一个大家熟悉的例子来作比较吧。假设我们身处一个旁观国际象棋比赛的人的位置，而对这项游戏一无所知。他很快就会意识到，棋子必须按照一定的规则来移动。在化学中，‘等价物’就相当于棋子，而‘取代定律’则相当于支配这些‘棋子’移动的规则之一。就像在国际象棋中，一个兵必须替换另一个兵一样，在取代现象中，一种元素也必须取代另一种元素。不过，这并不妨碍兵在不获取任何东西的情况下前进，因为取代定律也不妨碍某种元素在不对所含的其它元素造成置换或取代的情况下对物质产生影响。”——摘自《关于取代定律及化学类型理论的论述》。
[211] 莱布尼茨的《化学在农业与生理学中的应用》：由莱昂·普莱费尔博士翻译。尤斯图斯·莱布尼茨所著的《动物化学，或化学在生理学与病理学中的应用》：由威廉·格雷戈里翻译。

第十二章 化学现象
水——其组成成分——氧——氢——过氧化氢——水的物理性质——冰——海水——氯——盐酸——碘——溴——氢与碳的化合物——燃烧——火焰——安全灯——呼吸作用——动物的热量——大气层——碳酸——植物对空气的影响——植被的化学现象——氮的化合物——矿物界，等等。

虽然我们并不试图撰写任何类似化学科学概要的文字，但在探寻真理的过程中，我们可以选择那些有助于阐明与自然现象相关事实的化合结果作为例子。通过将研究内容与众所周知的自然物体或现象联系起来，分析所得出的结论将会更加清晰，那些创造力的作用也会更为明显且易于理解。尤其是当我们同时考察那些在作用下相互关联、并能充分解释重要特征的物理条件时，效果会更好。

地球表面有很大一部分被海洋、湖泊和河流的水域所覆盖。水是连接地球上遥远地区之间的最佳媒介。对于动物界和植物界而言，水具有极其重要的意义；实际上，在无机世界的各种重大现象中，水也是不可或缺的。水是咸的还是淡的，这取决于它的溶解能力。海洋中的水之所以呈咸味，是因为其中含有多种溶解的盐类化合物，这些化合物部分来自海洋植物，同时也被海洋植物吸收。完全纯净的水是没有味道的；即使是新鲜抽取的泉水，其宜人的口感也是由于其中混入了空气中的氧气和碳酸所致。水能够吸收空气，显然是由于某种特殊的物理吸引力，不过目前我们还无法确切了解这种力的大小。

无法感知或正确估计。从化学成分来看，水由两体积的氢气组成——氢气是已知最轻的气体，同时也极易燃烧；另外还有一体积的氧气，氧气能引发燃烧反应，并持续释放能量，从而产生热量与光亮。就重量而言，一份氢气与八份氧气结合；在100份水中，有88.9份是氧气，11.1份是氢气。这两种物质结合后能形成最有益健康的饮料，事实上也是人类和动物唯一的天然饮品，这真是科学界极为惊人的事实之一。单独的氢气无法维持生命——我们无法用它来呼吸而存活；而氧气则会使生物体的有机系统过度活跃，引发类似燃烧的反应，从而导致发热。但当它们结合在一起时，就会形成水，哪怕只是一滴水，即便是身患高烧的君主也会愿意放弃王冠；而缺乏水则是对任何生物来说最可怕的灾难之一。水似乎是火的对立面，火带来的破坏可以被水的冷却作用所抵消；然而，当氧气和氢气以恰好能形成水的比例混合时，一旦接触到火焰就会发生极其剧烈的爆炸，而如果加以恰当控制，还能产生已知最强的热量——这正是单纯机械混合与化学结合之间巨大差异的体现。此外，我们还注意到这样一个惊人的事实：失去空气的水在相对较低的温度下——低于300华氏度——就会爆炸，而火药则需要接近1000华氏度的温度才会爆炸。如果我们把氧气和氢气以恰好能形成水的比例放入容器中，它们的状态就不会发生变化。它们似乎会紧密混合在一起；尽管这两种气体的比重不同，但较轻的氢气仍会以一种奇特的方式渗透到较重的氧气中，这一规律对大气现象的形成有着重要影响。[212] 然而，一旦有发亮的物体或电动机器产生的火花接触到这种混合气体，它们就会立刻着火、剧烈爆炸，并最终结合成水。因此，卡文迪许通过实验得出了水的成分，而瓦特此前已经从理论上预测了水的构成。[213] 如果不按照形成水的比例让氧气和氢气结合，而是迫使氢气与另一种物质结合……

与氧气类似，我们还存在一种具有诸多与水截然不同性质的化合物。这种化合物被称为过氧化氢，它是一种无色液体，挥发性低于水，且带有金属味。它在较低温度下就会发生分解，而在沸点时，其中的氧气会以极快的速度释放出来，从而引发类似爆炸的反应。除铁、锡、锑和碲之外的所有金属都具备分解这种化合物并使其分离为氧气和水的能力。有些金属在分解过程中会被氧化，但金、银、铂以及少数其他金属则仍能保持其金属状态。如果将银、铅、汞、金、铂、锰或钴处于最高氧化态后放入装有过氧化氢的管子中，其中的氧气会以爆炸般的速度释放出来，同时会产生大量热量，使管子变得通红。这些现象我们在讨论催化作用时已经提到过，但目前还无法给出令人满意的解释。过氧化氢所具有的独特漂白特性也使其与水有明显区别。很少有哪种化合物能像它这样如此显著地体现出由于某个元素多了一个原子而带来的差异。在化学领域中还有许多类似的例子，但几乎没有两种化合物的性质会如此迥异。在普通的燃烧过程中，人们早就知道，燃烧物中的氢气与空气中的氧气结合后会形成水。而舍恩贝因的最新研究表明，与此同时还会生成一种曾被视作过氧化氢的特殊物质，他将其命名为臭氧，而且这种物质可以通过多种方式产生，尤其是在大气发生电变化时。由此我们可以推断，这种曾经仅被视为化学奇物的化合物其实广泛存在于自然界中，并且在各种不同的条件下都会生成。在电动机工作、电流通过水以及磷的氧化过程中，很可能还有许多类似的反应——尤其是燃烧过程，以及呼吸作用——都会产生这种物质。根据观察结果，夜间当植物不会因光照而活跃时，它们仍会对大气产生影响，从而生成臭氧；据说在清晨，臭氧的存在可以通过其特殊的气味来识别。目前我们对这种物质的了解还不够深入，因此还无法推测它在自然界中的用途：毫无疑问，这些用途非常重要，或许仅次于水的作用。

仅此而已。正如我们之前所提到的，臭氧很可能是清除大气中那些会导致各种疾病的有机污染物的关键物质。有趣的是，当电强度较低、大气中的臭氧含量不足时，霍乱就会流行；而当臭氧含量过高时，则会出现流感。[214]
一些有趣的研究表明，臭氧很可能只是处于高活性状态的氧气。事实上，人们发现，在黑暗环境中不会使植物色素褪色的完全干燥的氧气，一旦暴露在阳光下，便具有破坏这些色素的能力。贝克勒尔证明，通过让连续的电火花穿过干燥的氧气，就可以使其变成具有臭氧特性的状态。弗雷米则将电火花引向装有完全干燥氧气的管子外部，结果发现该氧气也具备了臭氧的特性。在这种情况下，以及贝克勒尔的实验中，似乎是电火花产生的光而非电能才是引发这种变化的真正原因。舍恩拜因本人并不认为臭氧是过氧化氢或另一种形态的氧气，他更倾向于认为它是一种全新的化学元素。臭氧的能量极为强大，甚至能够几乎瞬间破坏生成它的装置中的印度橡胶部件。[215]
水——为了探讨其某种特殊性质而稍作展开讨论——是最强大的化学物质之一，它具有极广的亲和性，直接参与构成许多可结晶物质和有机化合物。在那些不以水的形式存在的情况下，其组成元素的比例往往与水形成时的比例相同。树胶、淀粉和糖之间的差异，仅仅在于构成水的元素与碳结合的比例不同。在盐类化合物以及许多有机物质中，我们可以把水视为已凝结成固态，也就是冰的状态。我们知道，通过吸收热量可以使得水变成这种状态；但在化学结合过程中，这种变化必定是由起亲和作用的力所施加的机械力所导致的。当水从液态变为固态时，这便是自然法则完美运作的绝佳例证。水

热量向下传导的速度非常缓慢；在水中几英寸深处的冰块仍不会融化，而其上方则可能有乙醚或其他易燃物质正在燃烧。如果冰（固态水）沉在水面之下，夏季的阳光几乎无法使其融化；因此，在我们常见的冬季温度下，湖泊和海洋会逐渐变成固体。

在冷却过程中，所有类似的物质都会从最高点向最低点均匀收缩，目前的实验也证实了这一点。有人认为，如果这一规律也适用于水，那么整个水体就会立刻凝固。不过，人们推测水的情况较为特殊，因此该规律可能需要有所调整。但自然界从不会为了某种特定目的而改变定律；所以我们必须用更合理的解释来说明冰的形成过程。

水受热时会膨胀，遇冷则会收缩；因此，水中最冷的部分会位于液体的下部。不过需要记住的是，这些部分其实也会受到地球的热量影响。不过罗斯指出，在1000英寻的深度处，海水的温度始终为39华氏度。据说，当水温达到40华氏度时，水的密度达到最大值；再继续冷却时，水又会像受热时一样开始膨胀。因此，低于这个温度的水反而会变得更轻，从而浮在较热的液体表面。看来，无需对这一规律进行任何修改就能解释这一现象。当水温降至40华氏度时，水仍然保持其特有的分子排列结构；但一旦温度低于这个数值，水分子就会开始以某种方式排列，一旦达到32华氏度，就会形成可见的晶体。如果我们设想在39华氏度时，水分子已经以适合形成固态的方式排列——即分子以角形而非球形结构聚集在一起——那么根据我们对水冰晶结构的了解，就可以明白：这种排列方式下的水分子所占据的空间必然大于那些以微小球体形式并排排列的分子所占空间。即便溶解在水中的空气逸出，也会让冷水显得更轻。在冰形成的过程中，由于同样的原因，水的膨胀会持续加剧，因此冰的比重会低于40华氏度以下任何温度下的水的比重。

人们常常忘记，冰中始终含有大量空气，正是这些空气使得冰具有浮力。静止状态下的水即便被冷却到远低于冰点的温度，也不会变成固体。在细玻璃瓶中很容易实现这一现象；但一旦水开始流动，它就会立刻变成固体。这表明，在风所造成的扰动作用下——这种扰动仅作用于表面层面——还有其他因素有助于在水面上形成冰晶。

由于氧和氢气除了参与水的构成外还参与许多其他化学化合物的生成，因此有必要了解这些元素所构成的各种物质形态。要彻底研究这一问题，就需要撰写一篇关于化学哲学的完整文章；因此我们只能列举一些较为显著的例子。

海洋中的水是咸的，这是因为水中溶解了氯化钠（即食用盐）以及其他盐类物质。有了水之后，这些物质就形成了氯化钠——也就是盐酸与氢氧化钠的化合物：盐酸是由氢与一种黄色气体——氯结合而成的；而氢氧化钠则是氧与金属钠结合的产物。因此，无水状态的食用盐实际上就是氯化钠。氯在某些方面与氧相似：它能以强大的能量侵蚀金属物质，而且在许多情况下，在与其它物质结合的过程中会产生强烈的发光现象。它是一种强效的漂白剂，会对动物生命造成危害，并迅速破坏所有有机组织。还有两种物质在很多方面与氯极为相似，只不过一种在常温下为固态，另一种为液态，它们同样存在于海水中或生长在海中的植物中，因此很难不将它们视为同一原理的不同表现形式。这两种物质就是碘和溴，它们都会与氢结合形成相应的酸。

氯在自然界中的作用极为重要。在氯化钠中，我们可以发现大量氯的存在，它遍布自然界的三大领域。而盐作为调味品的普遍使用，也体现了构成它的各种元素对动物生理机能的重要性。碘则存在于大量的海洋植物中，显然是这些植物结构中所必需的元素。

在某些陆生植物中也能发现这种元素，尤其是在生长在海边的Armeria maritima中：[216]在某些矿泉水中也有其存在，而在矿物界中则以银碘化物的形式存在，此外在瑞典的Latorp地区的铝质板岩中也有少量存在。[218]溴存在于海水中，不过含量极低；在少数盐泉中也有存在，且常与银结合在一起；但我们没有证据表明它在自然界中具有重要的作用。氢则能与碳以不同的比例结合，从而形成各种不同的化合物。从静止的水中逸出的气体以及煤矿中的瓦斯都是含碳的氢气；而我们用来照明的气体其实也是同一种物质，只不过其中还含有更多的碳。石脑油以及众多有机物质都是由这两种化学元素构成的。这些组合自然让我们开始思考燃烧这一重要的化学现象，实际上，燃烧过程涉及到所有物理力的作用。通过加热，可让可燃物发生剧烈反应——此时正在发生一种极其强烈的化学反应，构成可燃物的元素会被分解，它们会与其他基本元素结合，从而形成新的化合物。物体燃烧时，要么完全消失，要么只留下极少量的未燃烧的灰烬，但没有任何东西会丢失。其挥发性成分会重新组合，物体的形态也会发生变化，但其构成要素仍然在创造过程中发挥着重要作用。过去人们认为火是一种神圣的元素，斯塔尔也提出过燃烧现象是由某种“燃素”所导致的这一假说，[219]但这些观点都已被拉瓦锡的哲学理论所取代——当然，我们这个时代也对这一理论进行了修正——拉瓦锡指出，燃烧不过是化学结合作用下热与光的表现而已。曾经有人认为燃烧总是由氧气与可燃物结合引起的，但研究显示，即使没有氧气，也能产生剧烈的燃烧反应。一些可氧化的金属在氯气中燃烧得最为剧烈，还有一些金属在碘气和溴气中也能燃烧，此外还有许多其他类似的反应现象。

发光现象。直到最近，那些支持燃烧的物质仍被视为与正在燃烧的物质不同的实体。例如，氢气被视为可燃物质，而氧气则被视为燃烧的助剂。这种分类方式其实毫无逻辑可言，因为我们完全可以在氢气环境中点燃氧气，就如同在氧气环境中点燃氢气一样；在其他所有情况下，燃烧的助剂也可以在所谓“可燃物质”构成的环境中被点燃。然而，燃烧现象的本质其实是氧气与正在燃烧的物质发生结合；因此，所有的氧化现象都可以视为燃烧的一种表现形式，二者之间的差异仅在于程度而已。

普通的铁在接触空气和湿气后会生锈，这是因为铁与氧气发生了结合。而经过精细分割后的纯铁则会极其迅速地与氧气结合，从而发出光亮，这两种情况都会生成氧化铁。显然，后者也是一种燃烧现象；但它与前者有何不同呢？只不过是反应的强度有所不同罢了。那些不断发生的自燃现象也属于类似的情况：氧气会被吸收，根据环境条件的不同，它以不同的速度与物质发生化学反应；同时会产生热量，最终——随着反应的持续进行——真正的燃烧就会发生。正因如此，我们的棉船、亚麻仓库、油布堆、锯末堆等物品常常会发生火灾；几年前，德文波特海军造船厂的两艘战舰被毁，也是由于这种作用所致。[220]

在产生热能和光能的过程中，氢气和碳会与空气中的氧气结合，生成水和碳酸。在家庭炉灶中，我们使用的煤炭本质上就是碳和氢的化合物，其中还含有少量氧气、氮气以及一些必须视为杂质的物质；而蜡烛，无论是用蜡制成的还是用动物脂肪制成的，也是由这些物质构成的，只是它们的组合比例不同而已。和煤气一样，这些物质在燃烧时实际上都是以氢化物的形式燃烧的。所有这些物质都具有很强的可燃性，在一定的温度下会与氧气剧烈反应。

我们无法理解热量究竟是如何促使这些物质发生结合的。汉弗莱·戴维爵士已经证明，氢气是不会燃烧的，同样……

当这种混合物与氧气混合时就会爆炸，除非它受到某种发热体的直接作用而发出光亮。[221] 因此，我们是否可以这样推断：在燃烧物中发生的化学反应，其实是一种由光被吸收所引发的、我们尚不熟悉的潜在力量的体现；最初会发生一种排斥作用，使氢和碳彼此分离；而在初始状态下，它们会被氧气捕获，尽管以水和碳酸的新形式存在，但仍不得不重新形成相互结合的结构？在燃烧物中，每一份碳和氢都会与两份氧结合，这完全符合化合规律。纯净的氢气几乎不会发光，但当它与碳的固体颗粒结合后，其亮度就会增加。其中最能发亮的照明气体就是由酒精分解产生的烯烃气体，它实际上就是氢气中包含了足够多的碳元素。火焰其实是一团被加热的气体，与空气接触的地方会变得发亮，只有表面的一层才是发光的。显然，气体中的所有粒子在表面都处于极度活跃的排斥状态，因此火焰无法穿过密度适中的金属网。正是基于这一发现，戴维发明了那种独特的安全灯——通过这种灯，矿井中的可燃气体可以在金属网构成的笼子内被安全地点燃。人们曾认为这是由于金属的冷却作用所致，但由于金属丝在接近红色温度时仍不会引发火灾，所以这似乎并非真正的原因。安全灯的工作原理实际上与之前关于水在球形状态下的特性所描述的情景完全相反，这一现象进一步证明了物体在高温状态下会发生重大的物理变化。安全灯的运作原理是：当可燃气体与空气按一定比例混合后，一旦接触到火焰就会爆炸。这种混合气体在任何情况下都能轻易穿过金属网，从而接触到被包裹在金属网中的火焰并发生爆炸。不过，尽管爆炸产生的气体具有强大的力量，试图冲破金属网的束缚，但它终究无法穿透金属网。这样一来，具有破坏性的气体就被困在了金属网之中。

尽管它具有强烈的能量，却无法将自身的力量传递给周围的爆炸性气体环境。任何燃烧现象都无法通过金属网传递出去。那些为安全灯的发明奠定基础的研究，可被视为英国科学史上最典型的正确归纳实验案例之一，其成果无疑也是物理化学研究领域中最值得骄傲的成就之一。只需用金属网将灯焰包裹起来，身处阴暗矿井中的工人就能免受那些常常导致死亡的易燃气体的危害；他们可以安然无恙地穿行在充满爆炸风险的环境中，同时还能观察这些气体在其所携带的小装置内的作用效果。虽然这种灯被矿工们称为“戴维灯”，但一些事故其实是由于负责检查灯具的人疏忽大意，或是矿工们自身鲁莽造成的。那种奇特的金属——铂以及钯，都具有维持缓慢燃烧的特性，安全灯的发明者便打算利用这一特性来达到某种重要的目的。如果我们取一段铂丝，将其加热至红热状态，然后将其放入由氢气与空气混合而成的爆炸性气体环境中，它仍会持续发出明亮的光芒。由于这种特殊的作用，这些气体会发生反应，从而产生有刺激性气味的酸蒸气。戴维提议在安全灯的小火焰上方悬挂一段铂丝，使其始终处于红热状态。这样一来，即使矿工意外陷入充满易燃气体的环境中，他的灯焰虽然可能会熄灭，但那段铂丝仍会发出足够明亮的光芒，为他照亮前路，帮助他安全穿过那些位于化石燃料层中的黑暗通道。不过，我们的矿工们并没有采用这种设计。由此可见，尽管科学的发现看似抽象，但它们终究会被应用到各种实际用途中，从而为人类劳动提供帮助，缓解人们的生活困境，提升生活品质。

动物的呼吸过程其实与我们在普通燃烧现象中观察到的化学反应属于同一类。在肺部，血液会吸收来自空气中的氧气，随后带着这些氧气在体内履行其重要功能；而当二氧化碳从体内排出时，血液又会返回肺部。显然，这一过程与普通燃烧非常相似。在人类或动物体内，就像燃烧的蜡烛一样——诗人常以蜡烛作为生命的象征——存在着氢和碳，还有少量的氮；在生命力的作用下，氢和氧会生成水；碳则与氧结合形成二氧化碳；而氮和氢也会通过某种特殊反应生成氨气。

所有进入动物体内的碳，最终都会在一段时间后再次以二氧化碳的形式回到大气中，这一过程是在组织的催化作用下发生的，而这些组织又受到生命力所驱动的神经活动的直接影响。释放到空气中的二氧化碳量是可以精确计算的，误差很小。据估计，一个健康人在24小时内会释放出50盎司以上的二氧化碳。按最低估算，伦敦的居民每天会向大气中排放4,500,000磅的二氧化碳。此外，还需要记住，在所有人工照明过程中、所有使用火力的工业生产活动中，以及我们为创造舒适生活条件而采取的各种措施中，都会产生大量这种气体。如果我们能算出燃烧过程中与氧结合并以二氧化碳或一氧化碳形式逸散到空气中的碳的总量，那么就能大致估算出其数量。这种气体与积聚在深井和酿酒桶中的气体相同，对生命具有极大的破坏性；即便只是稍微超过正常含量，它与空气混合后也会引发严重的症状。拥挤的房间里令人窒息的氛围，很大程度上是由于人们呼出的二氧化碳在通风不良的房间里积聚所致。显然，如果不采取措施将这种有害气体从空气中清除掉，情况将会更加糟糕。

一旦这种气体形成，就会立刻对各种动物物种造成极其有害的后果。不过，人们发现大气中的二氧化碳浓度几乎始终保持在1%左右。碳酸的独特性质有助于其快速被清除——它是所有气体中密度最大的之一，且很容易被水吸收；因此，它停留在离地球表面不远的区域时，就会被地表的水分大量溶解。还有相当一部分二氧化碳会被植物吸收；实际上，动物以及燃烧过程所产生的所有二氧化碳最终都会成为植物的一部分，通过根系被水吸收，再通过叶子的特殊功能从空气中分离出来。不过，根据决定不同密度物质相互扩散的规律，这种密度大的气体仍会与大气中密度较小的气体混合在一起。

植物的叶子可以被视为具有与动物肺脏类似的功能，它们就是植物的呼吸器官。在动物体内，一定量的碳会与氮和其他元素结合，形成肌肉；但这些成分一直在不断变化，整个系统会在相对较短的时间内得到更新。而植物的情况则有所不同：例如，碳会固定在树木中，以木质纤维的形式存在，直到树木腐烂为止，即便植物的生命可以延续数个世纪。因此，动物不断产生二氧化碳，而植物则持续吸收这些二氧化碳，从而使得这两个生物界之间始终保持平衡。不过，为了满足人类和动物的需求，还需要有足够的氧气供应。这一需求是通过大自然化学作用中的奇妙机制来实现的，这一机制定会让任何善于思考的人为之惊叹。在夜间，植物会吸收二氧化碳，但此时它们的生理活动处于静止状态，分解二氧化碳的能力也降到了最低。植物进入“睡眠”状态，生命活力也暂时停止——这种静止状态对植物而言与对动物一样必不可少。当晨光初现时，植物沉睡中的能量被唤醒，开始分解二氧化碳，将碳元素释放出来，形成构成植物结构重要部分的木质环，同时向空气中释放氧气。因此，植物是维持动物生命所必需的条件之一。

动物产生的碳酸量与其所摄入的含碳物质的量成精确的比例。与肌肉和脂肪相比，水果和草本植物所含的碳量较少。不过让我们把注意力集中在人类身上吧。在自然温度较高的热带地区，人类无需通过大量的化学反应来维持身体所需的体温；因此，造物主为人类提供了水果和谷物作为食物。

随着我们进入地球上的寒冷地区，人类开始以肉食为生，而且外部温度越低，他们对肉类的需求就越大。最终到达最寒冷的地区时，那里的人类会摄入大量脂肪以满足自身的需求。

由此可见，热带地区的居民产生的碳酸量必然少于那些生活在寒冷地区的人。首先，他们的生活习性不同，不必像寒冷地区的人们那样通过人工燃烧来维持体温。热带地区的植被比温带和北极地区的更为茂盛，因此这些地区需要更多的碳酸供应，而当地的动物产生的碳酸量则相对较少。所有这些情况都可以通过大气流动来得到解决：富含氧气的暖空气从赤道流向两极，而含有大量碳酸的冷空气则持续流向赤道。通过这种方式，大气条件得以保持最佳平衡状态。

从我们那些“火炉”中排放出的碳酸——这些碳酸是在劳动者辛勤劳动过程中产生的——以及从这个岛屿上的各个城镇中呼出的碳酸，都会被大气流带到太平洋群岛的松树、东洋群岛的香料树以及南美洲的金鸡纳树那里。高加索山谷中的植物、喜马拉雅山脉中的植物，以及温带地区较为稀疏的植被，都依赖人类和低等动物来获取食物。

如果地球上的所有植物都消失，动物就无法生存。那么，如果动物界也被消灭了，还会不会有什么可能呢？

植被要得以延续下去，必须满足某些条件。这个问题的答案并非那么简单；不过，如果我们假设所有能够产生碳的生物——也就是动物——都已经灭绝，那么植物将从何处获取所需的碳呢？有人认为，在煤炭形成时期，地球表面一定存在着茂盛的植被，因为当时动物的存在还存有疑问。据推测，那时的空气中充满了碳酸，而石松、鳞木等植物则负责吸收这些碳酸，从而为需要呼吸氧气的生物创造适宜的环境。不过，支持这一观点的证据并不充分；尽管我们曾经倾向于接受这一看似能很好地解释石炭纪地质现象的假说，但我们认为这种大气状况的必要性并未得到明确证明。[223] 地质研究也表明，构成煤炭的那些巨大森林中生物繁衍生息。沼泽地里存在着体型如牛一般的青蛙，而昆虫的存在则证明了那个时代生物界的发达程度。

很可能，从时间之初起，动物界与植物界之间就存在着这种相互依存的关系，而且这种关系将在地球漫长的历史中，在不同的环境下持续存在下去。

还有另一条将这两个界紧密联系在一起的非常重要的链条，那就是动物的生存需求。许多物种直接以植物为食，草本植物和水果是它们获取维持生命所需营养的唯一来源。这些食草动物必须从植物性食物中获取养分来形成脂肪和肌肉，而它们又会成为食肉动物的猎物；这样，碳又重新回到了植物界。如果剥夺了食草动物的食物，它们很快就会死亡，而随着它们的消亡，食肉动物也必然会面临灭绝的命运。举个简单的例子：在康沃尔郡的海岸附近，过去在浅水区可以捕获大量的沙丁鱼，而现在却很少见到这类鱼类了。根据库奇父子的研究，他们对康沃尔地区动植物的精确观察使他们父子俩跻身于英国最杰出的自然学家之列。[224] 从他们的研究中可以看出……

这些鱼类的消失完全要归咎于渔民们的行为——他们为了给土地施肥而将岩石上的海藻割掉。这样一来，那些以海藻为食、栖息在这些尚未成熟的海洋森林中的小型甲壳类动物便全部死亡了。由于这些动物是沙丁鱼的主要食物来源，沙丁鱼便不得不去更适宜的栖息地寻找替代食物。达尔文指出，如果南大洋中那些巨大的海藻因某种原因消失，那么这片海域的整个生物群落都会发生改变。

我们已经知道，动植物主要由四种基本元素构成——氧、氢、氮和碳。我们还了解了它们如何从一种状态、从一个自然界过渡到另一种状态。动物在死亡后会通过分解变成最简单的物质形式，以气体的形式融入大气中，逐渐成为植物生长的一部分；而植物则通过类似的过程不断发展，最终成为动物体结构的一部分。

植物在自然或人为的作用下分解后，只会留下少量固体物质，而动物也会逐渐化为“空气”。肌肉、血液和骨骼经过分解后也会以气体形式存在，只留下属于较稳定矿物世界的“少许尘埃”。由此可见，我们依赖于大气——我们的生命物质来自大气，死后也会重新回归大气之中。我们其实不过是短暂的影子罢了。动植物形态不过是大气凝聚而成的物质而已。即便是最有才华的诗人所创作的优美作品，也无法与这门科学所展现出的最崇高、最真实的“诗歌”相媲美。

人类凭借自身的理性力量，从科学不断揭示的各种现象中推断出了这些变化。希腊哲人对自身存在的疑问，其实只是对那些超越我们理性范畴的伟大真理的一种体现。浪漫主义和迷信则将精神层面的事物转化为极其虚幻的形态，通过那些“充满恐怖气息”的幽灵形象来延续他们的统治。

当莎士比亚让可爱的阿里尔歌唱时——

“五英寻深之处，你的父亲长眠；
他的骨骼已化作珊瑚，
那曾是他的双眼的珍珠——
他的一切都不会消逝，
只会经历一场蜕变，
变成某种奇妙而珍贵的存在。”

他相当准确地描绘了动物遗体在分解过程中被硅质或钙质物质所取代的化学变化过程。
但那些有天赋的人能够看穿自然的面纱，他们所获得的启示甚至比那些通过不懈努力、与不断变化的自然元素作斗争才能获得领悟的哲学家们所得到的启示还要奇妙。
花朵的奥秘一直是诗人歌颂的主题。想象力赋予了它们神奇的力量，人们几乎将它们视为具有灵性的存在。在欣赏它们无与伦比的美丽时，每一个人的心境都会得到提升；而它们仅凭外在的优雅所激发的美好情感也是极为珍贵的。然而，当哲学家探究它们背后的真正奥秘、它们的物理现象以及它们与动物世界之间的关系，以及二氧化碳与氨在生成令人心醉的氧气的奇妙过程中所扮演的角色时——这一切都表明存在着某种看不见的、内在的力量在起作用，而这种力量又受到某种至高存在的支配——他们便找到了值得深入思考的主题。这样的研究能将人的思想引向大自然中最崇高的境界。诗人的梦想不过是遥远星辰微弱的倒影；而哲学家的启示则是对那颗星辰特征的清晰观测。前者只是大自然在朦胧暮色中发出的微弱声音的回响；后者则是由真理之阳从无知的黑夜中唤醒后所发出的美妙乐声。
从这段虽长但合乎逻辑的旁述回到与大气层相关的化学现象，尤其是那种奇特而重要的元素——氮气上来，我们首先需要审视有关空气本身状况的各种证据。

根据气压计的显示，作用在地球表面的平均压力相当于30英寸高的水银柱所施加的压力；也就是说，从海洋表面到最高处的空气柱所具有的重量，恰好与相同高度的水银柱的重量相等。如果我们的水银管面积为1平方英寸，那么这些水银柱的重量将为15磅，这意味着地球表面每平方英寸所承受的压力为15磅。需要记住的是，这种压力实际上是气体层本身的重量以及其中所含水蒸气的弹性力共同作用的结果。[225] 如果大气层的状态是均匀的，那么根据气压计的测算，其高度约为5.5英里。不过，空气的密度会随着所受压力的变化而降低，因此在11,556英尺的高度上，大气的密度仅为地面的一半；也就是说，地面上的1体积空气，在该高度会膨胀为2体积。因此，空气的重量会持续减少，但这一趋势会被温度的下降所抵消——海拔每上升352英尺，温度就会下降约1度，不过在距离地球较远的地方，温度下降的速度可能会更慢。

通过某些折射现象的计算，人们得出结论：大气层应该延伸到距离地球表面约40英里的地方。在极其稀薄的情况下，大气层或许还能延伸得更远；但由于空气变稀薄会导致极低的温度，很可能会有某种限制，使得大气层无法再继续延伸。

大气层有着多种用途。它是调节地球上水蒸气分布的介质。如果没有大气层，而且像现在这样，赤道地区炎热而两极寒冷，那么赤道地区就会持续发生蒸发，而在较冷的地区则会发生凝结。热带地区的天空将永远没有云层，而在温带和北极地区则会出现持续的降雨和降雪。有了气体层之后，情况就会变得更加均匀：从地面升腾起来的水蒸气会与空气充分混合，然后被空气带到广阔的区域，只有当它们进入比周围环境更冷的层次时才会凝结成降水。空气层与水蒸气层之间存在相反的流动趋势：空气从较冷的地方流向较热的地方，而水蒸气则从较热的地方流向较冷的地方。由于陆地和海洋的分布不同——陆地的导热能力较低，因此会比海洋更快地升温——所以空气流动的路径十分复杂。

由于有某种力量将水蒸气悬浮在空气中，因此水不会像在没有这种空气特性及湿度特点的情况下那样迅速沉积到地面上。天空的蓝色比红色或黄色更令人愉悦，这是因为混合气体和蒸汽倾向于反射蓝光而非红光或黄光。从太阳射向地球表面的白光，在传播过程中并未被吸收或分解，而是部分被地球吸收，部分则被反射回来。这些反射光可以较为自由地穿过这种透明介质，但部分蓝光会被阻挡，从而为我们所看见。这些光是反射光这一事实，可以从其处于偏振状态这一特点得到证明。[226]水蒸气云反射给我们的并非单独的光线，而是未被分解的光束，因此在我们眼中它们呈现出雪一般的白色。日落的金色光辉——那时天空仿佛“即将死亡的海豚”一般，展现出不断变化的绚丽色彩——完全取决于空气中水蒸气的含量及其凝结状态。有人观察到，夜间以每平方英寸二十到三十磅的压力释放到大气中的水蒸气，会传递并反射橙红色的光。因此我们可以推断，这正是当太阳升起或落下时，在东方或西方地平线上呈现彩色光芒的那种混合气体与空气状态的特性。[227]由此可见，科学向我们展示了空气的重要作用。我们了解到，生命与燃烧都依赖于空气，而空气还起到了让地球气候更加稳定的作用。上述事实足以让每一个善于思考的人相信：大气层中所展现出的这种有序结构——其中具有高度活性的氧元素被另一种元素氮元素控制在一个稳定的状态之下（我们稍后会说明，氮元素在特定条件下其实也是已知最具活性的物质之一）——表明存在着一种至高无上的力量，它能够以最恰当的方式安排万物。氧元素与氮元素在这里是为了人类的利益而结合在一起的；人类利用自己所拥有的能力将它们结合起来，由此产生的结果便是……

致命的类型。大自然这位伟大的“化学家”所使那些性质变得温和的气体，却被人工“化学家”变成了邪恶的根源。除此之外，大气层还会对光线产生影响，从而极大提升了世界的美丽程度。如果没有大气层，我们只能看到那些被阳光直接照射或反射出光线的物体。一束光通过一个小孔进入黑暗的房间，照亮一个物体，而该物体又将部分光线反射到另一个物体上——这一现象很好地说明了如果地球没有大气层的话，光线会如何作用于地表。借助大气层的散射作用，阳光才变成了白昼的光线；这样一来，那些被阳光直接照射的区域就不会因为强烈的光线而变得酷热难耐，而其他区域则不会陷入黑暗之中。我们因此能够享受到光线扩散带来的好处，欣赏到柔和的色调以及逐渐加深的阴影所带来的美妙景象。如果没有大气层，清晨的太阳将会以难以忍受的强光照射我们，而到了傍晚，我们又会立刻陷入一片漆黑之中。有了大气层，我们才能拥有那种恰到好处的美好黄昏——那真是“诗人们钟爱的时刻”。从化学成分来看，大气中的空气由21体积的氧气和79体积的氮气组成：也就是说，100份空气中包含23.1份氧气和76.9份氮气。无论空气是从地球的最深处还是人类所能到达的最高处采集而来，这两种气体的比例始终保持不变。无论是钦博拉索山、埃及的干旱平原、尼日尔河的疫病肆虐地带，还是医院里充满病菌的空气，其中这两种气体的比例都与德文郡那些健康的山区或伦敦市里的空气比例相同。这种成分上的稳定性让人推测氧气与氮气在化学上是结合在一起的；但也有许多著名哲学家认为它们只是机械性地混合在一起而已。他们还指出，气体本身具有一些特殊性质，这些性质完全可以解释为何两种比重不同的气体能够以相同的比例混合在一起。二氧化碳就是一个典型的例子——在人类所能探测到的所有空气区域中，都能检测到1%的二氧化碳。尽管这种气体的密度很大，但根据扩散定律，它仍能均匀地分布在整个空气体系中。[228]当然，地球释放出的各种气体都会进入空气中，不过这些气体通常都很轻，因此会被带到高空之中。

它们在各种气象现象中发挥着各自的作用；否则的话，它们就会很容易被水或生长中的植物吸收，这样一来，大气层就能保持纯净状态，为动物们所用。此外，空气中所含的氧气量及其独特的性质，使得那些不断产生的挥发性有机物质能够被氧化——比如植物的芳香成分、沼泽中的有害气体以及动物腐烂后产生的物质；这些物质会迅速转化为水、碳酸或硝酸，进而形成新的、无害的组合。至于那些我们尚不熟悉的传染性因素，由于近年来有越来越多的研究者开始关注这一重要而微妙的课题，相信不久之后就能对此有所了解。没有什么比大气层更能体现万物为自身功能而精心设计的奇妙之处了。在它之中，我们找到了生命与健康的源泉；化学告诉我们，大气层是由一定比例的氧气和氮气构成的；而经验也表明，我们所享受的一切都依赖于氧气。原子或分子的构成如此精妙，以至于只要对空气进行任何改变，都会对其中的动植物造成伤害。鉴于氧气众所周知的刺激性，人们可能会认为，如果大气层中的氧气含量高于现在的水平，那么生活将会更加令人兴奋；但实际上，氧气含量增加所带来的后果将是极其有害的：它会加速所有生命过程，导致生物体迅速衰败；还会引发发烧，最终让生物体被自身的“热量”所摧毁。化学还让我们了解了另外六种由氧气和氮气构成的化合物，不过它们都不适合用于维持生命，其中比较值得注意的有以下几种：一氧化二氮，也就是所谓的笑气，其成分是两体积的氮气对应一体积的氧气，由于其会引发意识混乱，因此其破坏性甚至超过纯氧气。根据戴维的研究，一氧化氮的成分则是两体积的氮气对应两体积的氧气。它的刺激性极强，一旦有人试图吸入它，声带就会出现痉挛反应；而一旦它进入空气中，就会与更多的氧气结合，形成深红色的亚硝酸烟雾。

亚硝酸和过氧化氮都含有额外的氧元素，因此它们对所有生物体的破坏性更强。硝酸则由两体积的氮与五体积的氧结合而成；至于浓硝酸那众所周知的强破坏性，就无需再赘述了。大气以及这些化学活性化合物虽然含有相同的元素，但它们的结合方式不同；在某种情况下具有极强毒性的物质，在另一种情况下却能成为对所有生物体有益且不可或缺的存在。氮气可以被视为氧气的稀释剂。在纯态下，它只有负面的特性——不会燃烧，也无法作为燃烧的助燃剂。动物若被置于氮气环境中会迅速死亡，但这并非因为氮气本身具有毒性，而是因为缺氧所致。然而，当氮气与其他物质结合时，就会展现出极其强烈的反应能力。除了之前提到的那些爆炸性化合物之外，还有众所周知的刺激性物质——氨气。鉴于这种挥发性化合物与固体碱类如苏打和钾碱的相似性质，人们推断它也应属于金属碱的氧化物。戴维将氨气置于钾的作用之下，以及由2000对电极产生的电弧环境中，但氨气的性质并未发生任何变化。尽管氨气有轻微的结合倾向，而且也大量存在于那些不以氨为食的动物的体内，但它很可能仍是一种化合物。所谓“氨汞齐”的形成现象则显得十分神秘。当汞与氨盐混合并置于强大的电作用力之下时，就会生成一种保持金属外观、但重量极轻且多孔的化合物。戴维、贝采利乌斯等人对这种化合物进行了仔细研究。它最终总会分解为氨气和汞；虽然贝采利乌斯倾向于认为这证明了氮气的化合物性质，并为这种假想的氮基物质起了“nitricum”这个名字，但至今我们仍未找到能够合理解释氨气出现这种“金属化”现象的理论。

我们不会试图描述属于金属类的各种基本物质，更不用说列举它们的各种组合了。许多金属，如银和铜，有时会以天然状态或近乎纯净的状态存在；但大多数情况下，它们在自然界中是以与氧或硫结合的形式存在的——黄金则是显著的例外。偶尔也会发现它们与其他物质结合在一起，比如氧化碳、磷、氯等，但这类情况极为罕见。那些被称为金属的物质通常嵌藏在岩石中，或沉积在岩石的裂缝中；不过现代科学的一个重大发现是，那些岩石本身其实也是金属氧化物。人们通常认为金属的密度很大，但实际上，钾和钠这两种构成钾碱和苏打的基础金属的密度却小于水，因此它们会浮在水面上。通过科学研究，我们得知地球的地壳完全由金属与气态元素结合而成的物质构成；而且有理由相信，我们之前提到过的某种或两种气体也具有金属性质。虽然这听起来很奇怪，但仔细思考后会发现这一观点并无不合理之处。在人类能够通过人工手段产生的高温作用下，许多金属会蒸发成蒸汽，并保持这种完全不可见的状态。事实上，气压计管中水银表面以上的那个透明空间——即托里拆利真空——其实充满了水银蒸汽。因此，没有理由认为氮气甚至氢气不能以金属分子的形式存在，只是由于热力或其他作用力的排斥作用，这些分子彼此之间保持着较大的距离。氮气与水银结合的特殊方式，以及氢气能够与锑、锌、砷、钾、钠以及其他金属结合的特性（此外它还能与硫和碳结合），在所有这些情况下，这些物质的性质都不会像与氧结合时那样发生显著变化——这似乎表明，从化学角度来看，这些物质与金属本身并无太大差异，尽管从物理特性上看，它们之间毫无相似之处。

“我们对自然界中真正的元素一无所知，”戴维说道，“但根据物质性质的关联进行推理的话，氢是最接近所谓元素本质的物质。它具有很强的结合能力，其组成部分……”

它们彼此之间具有极强的排斥力，却能被其他物质的粒子所吸引；它的结合量远远小于其他任何物质，在这方面，没有任何已知物质能与其相媲美。”[230] 许多元素存在于自然界的三大界中：那些以某种形式存在的元素，往往也能在另一种形式中被发现。碳酸盐是一类极为常见的矿物。在植物界中，我们可以看到碳与氧、氢和氮结合在一起；这些元素也是构成动物体的成分，不过其中氮的比例要高得多。如果要说哪种元素更属于动物界的话，那就是磷了，尽管植物界中也含有磷，而矿物界中也有磷的存在。硫则存在于三大界中：它在矿物中含量丰富，是火山活动的产物之一；它还会与金属结合形成硫化物；在岩石中则以硫酸或氧化气体的形式存在，与石灰及其他碱土金属结合在一起。在植物界中，洋葱类植物、芥菜以及一些其他植物都含有硫；硫也是植物蛋白的组成部分，在动物体内则总是与蛋白、纤维蛋白和酪蛋白结合在一起。氯主要以钠的形态存在，也就是普通的食盐；正是以这种形态，我们才能从地球深处、水体和岩石中找到它，进而发现它也存在于地表上的动植物体内。碘主要存在于海洋植物中，但也在矿物界中被发现，还能在植物中找到，某些动物的肉体中也含有碘。溴则是某些咸水中的产物，目前已有一些天然溴化银的样本被研究过。氟则是形成萤石的那种酸的成分，它在骨骼中的含量相当可观；在牛奶和血液中也能发现氟的存在，研究也证明了它在植物界中也存在。不可忘记的是，粘土、石灰和氧化镁也是构成动植物中较固体部分的成分。石灰是动物骨骼和贝壳的主要成分之一，几乎所有的植物中也都含有石灰。硅，也就是燧石的成分，以美丽的透明晶体形式存在于矿井深处；在所有的岩石和土壤中都能找到它。在许多植物的树皮中，尤其是草类植物中，也能发现硅，它构成了植物的坚硬支撑结构。

在小麦、芦竹、甘蔗、竹子以及许多其他植物中，都可以找到茎的表皮结构。由此可见，这一基本原理以各种不同的形态存在于一切物质之中。在化学的各个领域中，存在着比上述例子更为惊人的现象；但就本文的范围而言，我们只能讨论那些能够直接解释自然现象的现象。

在自然界中以单纯形态存在的化学元素可能为数不多。大多数气体很可能是某种基本物质的化合物；随着科学的发展，我们有希望找到将其中一些气体转化为更简单状态的方法。

通过某些物质之间的奇妙关联，我们可以推测它们或许只是同一种元素的不同存在状态而已。燧石与木炭乍看之下并无关联，但实际上，碳的某些状态与燧石中的金属元素硅极为相似。当我们想到同一种物质——焦炭、石墨和钻石——之间存在诸多差异时，燧石、石英晶体与碳之间的差别也就不再构成对这一观点的强烈反对理由了。

磷、硫和硒具有许多共同的性质。碘、溴、氯和氟似乎也属于同一类元素。铁、镍和钴之间则有着密切的关系。银和铅通常会结合在一起，且彼此间也存在很强的关联性。金、铂以及一些较为稀有的金属，由于拥有众多共同性质，因此可以单独构成一个类别。

事实上，通过对构成物质世界的各种元素进行深入分析，我们可以将它们划分为大约六个明确的类别。虽然这些类别内部存在很大差异，但它们仍具备足够的共同性质，足以让我们将它们归为同一类。

炼金术士们试图实现某种转变的梦想，他们为此耗尽了毕生精力，还浪费了大量财富，而他们的梦想其实是基于一个自然真理的——一种物质形态可以转化为另一种形态。

这超出了人类的能力范围，但它在自然的实验室中确实在不断发生，遵循着这位创造美丽地球的伟大造物主的法则。
自古以来，人们的思考就倾向于这一观点——古人的四元素理论（空气、火、土、水）、炼金术士的三元素理论（盐、硫、汞），以及牛顿和博斯科维奇关于物质本质的深入探讨，都体现了这一点。所有的实验研究也都指向类似的结论。的确，我们没有直接证据表明任何基本原子真的会发生状态变化；但当我们看到电的作用所引发的种种变化、热量带来的状态转变，以及光所引起的物理变化时，就很难得出其他结论：那些被我们视为最基本物质的粒子是能够发生变化的，因此它们肯定远非纯粹简单的实体，因为真正的基本原子拥有固定属性，不可能发生任何转化。在绝对简单的实体中是不可能出现同素异形现象的。
显然，在所有的化学现象中，都是各种强大的物理力量共同作用的结果，同时也存在着一些至今仍笼罩在神秘面纱中的力量。岩石裂缝中的矿物形成、金属矿床的分解、种子的萌发、植物的生长、果实的形成与最终腐烂、动物生命的各种秘密过程——如吸收、消化和呼吸——以及我们周围发生的所有形态变化，都是我们所称的化学作用的结果。
通过化学作用，植物从大气中获取生长所需的元素；它们将这些元素提供给动物，而动物又将其释放回空气中。原本无形的大气逐渐形成了有组织的生命体——高大的树木，鸟儿在树上筑巢；还有拥有灵魂的人类。然而，树木和人类最终又会逐渐回归为空气。矿物世界的变化也具有类似的特点，但我们无法在所有现象中如此清晰地追踪到这些变化。
我们生活的这颗行星在诞生之初就携带着一定量的物理能量，而这一能量至今仍未改变。

这种状况将持续到永远。由于地球外部各种因素的影响，这些力的平衡不断被打破；为了恢复平衡，便产生了各种形态的物质，以及各种物理原理或力量的体现。正如运动与引力相互制衡，使地球保持椭圆轨道运行一样，各种力的对立关系也决定了无定形岩石、能折射光线的晶体、固定植物与开花植物以及会移动的动物的存在。

在自然界中，存在着永恒的化学作用循环。生命与死亡不过是这种作用所呈现的两个阶段而已。生长与衰败同样也是其作用的结果。

脚注：
[212] 普里斯特利博士似乎是第一个观察到气体扩散这一特殊性质的人。不过，道尔顿博士首先指出了这一现象对自然现象的重要意义，并在《曼彻斯特回忆录》第五卷中发表了他的观点。以下摘自他关于大气构成的回忆录的内容，可以说明这一点：
或许有必要将这种关于大气构成的观点，与我所知唯一另一种观点加以对比。

根据一种观点，根据另一种观点，

1. 地球表面各气体的体积与其所在大气的总重量成正比，而该气体的比重则乘以该大气的总重量。
氮气：79　氮气：76.6
氧气：21　氧气：23.4
水蒸气：1.33　0.83
二氧化碳：1.0　0.15
——　——
101.43　100.88

2. 各层大气的海拔高度各不相同，且每一层的高度都与其他层不同。在复合大气中，每一层所占的比例也是相同的。随着海拔的升高，各层大气的高度逐渐变化。

3. 当两种大气混合时，它们会根据自身的比重来决定所处的位置——比重较大的大气不会形成独立的层次，而是与比重较轻的大气混合在一起。不过，在最高处仍会有比重较轻的大气形成独立的层次，位于另一层大气之上。

[213] 关于这个问题的讨论始于阿拉戈在其著作《颂词》中的阐述，随后布罗厄姆勋爵在《瓦特与卡文迪什传》中继续了这一讨论，弗农·哈考特先生则在担任英国协会主席时发表演讲，并在后来写给布罗厄姆勋爵的信中进一步探讨了这一主题。瓦特关于此主题的信件则是在缪尔黑德的指导下出版的。

[214] 可参阅舍恩贝因教授发表在《哲学杂志》及《英国协会报告》上的多篇关于臭氧的论文。也可阅读作者发表于1849年9月《Athenæum》杂志上的文章。

[215] 《关于臭氧的回忆录》，巴塞尔，1849年。《波根多夫年鉴》，第77卷，第592页；同书，第78卷，第162页。

[216] 《化学公报》，1849年。

[217] 在墨西哥马萨皮尔附近的阿尔巴拉东发现了银碘化物。在墨西哥维加斯的卡萨斯地区的砂岩中，则发现了呈淡柠檬黄色的汞碘化物。参见菲利普斯的《矿物学》一书。

[218] 根特勒所著的《斯德哥尔摩科学院报告》。

[219] 斯塔尔继承了贝歇尔和范赫尔蒙特的错误观点，他认为燃烧现象是由燃素引起的。他设想，物质通过与燃素的结合而变得可燃，而燃素的释放则会导致燃烧；燃素释放后，就会留下酸或土。根据这一理论，硫是由燃素和硫酸构成的，而铅则是由铅的氧化物和燃素构成的，等等。

[220] 康沃尔港军械库发生火灾，毁坏了“伊莫金号”和“塔拉韦拉号”两艘船。应海军检察官的要求，我对火灾原因进行了调查。我发现，在覆盖这些船只的屋顶下有一个容器，里面长期堆积着轮匠和油漆工的工作废料。显然，那些油浸过的软木、锯末、防磨材料以及旧帆布在那种环境中发生了自燃。

[221] 《关于火焰的研究》：H.戴维爵士的著作集。

[222] 参见前文关于“呼吸的化学理论”的注释。

[223] 应英国协会的要求，一个委员会负责对这一主题进行调查。牛津植物园的道贝尼博士以及作者本人在斯托克韦尔的住所里都进行了相关实验。道贝尼博士在伯明翰举行的英国协会会议上提交的报告中认为，10%的过量碳酸会抑制蕨类植物的生长。然而我发现，只要逐渐增加碳酸的浓度，蕨类植物仍能在更高浓度的碳酸环境中存活。

[224] 可参阅库奇先生发表在《康沃尔皇家理工学院报告》中的论文《关于沙丁鱼的研究》。

[225] “这种表示空气湿度的刻度是一种简单的自然刻度：当空气湿度达到最大值（即被水蒸气饱和时）时，其数值为100；而完全不含水分的空气则数值为0。中间数值则由公式100×实际水蒸气分压÷该温度下空气饱和所需的水蒸气分压来计算。因此，如果在任何温度下，空气中的水蒸气分压仅为饱和状态时的一半，那么湿度值为50；若是四分之三，则为75，以此类推。温度较高的空气能够容纳更多的水蒸气，但衡量其干燥或湿润程度的关键在于其实际含有的水蒸气量与饱和状态时应有的水蒸气量之间的比例。由于空气容纳水分的能力取决于其温度，因此可以预期，水蒸气与温度的日变化和年变化之间必然存在密切的联系。”——萨宾，《多伦多气象学》，《英国协会报告》第13卷，第47页。关于温度表的信息可参考W.H.多夫教授所著的《1847年报告》。

[226] 大卫·布鲁斯特爵士的《光学》以及发表在《哲学汇刊》上的相关论文；约翰·赫歇尔爵士的《光论》，《大都会百科全书》。

[227] 福布斯教授所著的《关于某些情况下蒸汽的颜色》，载于《哲学杂志》第14卷，第121页；第15卷，第25页。在第一篇论文中作者写道：“我毫不怀疑，在某些情况下水蒸气的颜色正是云层呈现红色现象的主要原因，甚至是唯一原因。这种颜色主要出现在云层中这一事实，足以驳斥光学学者们提出的那些最不可信的关于日落和日出现象的解释。如果水平方向天空中的红光仅仅是纯净大气中蓝光的互补色，那么即使在天气最晴朗的时候，太阳也应当以红色落下，尤其是如此；但实际上，绚丽的日出或日落总是伴随着云层或弥漫的水蒸气，而且在大多数情况下，这种情况发生在原本透明无色的水蒸气即将发生变化、随后会下雨之前。同样地，当大气中充满即将降落的水蒸气时，远处看到的地面灯光也会变得红色且暗淡。将这一原理应用到前述观察结果中，就一定能找到解释这些现象的方法；因为我已经指出，高密度水蒸气的存在并非产生颜色的必要条件，当然，当气体的弹性较低时，需要更厚的介质层才能产生类似的效果。”

[228] 托马斯·格雷厄姆（文学硕士、皇家学会会员等）所著的《关于气体扩散定律的研究》，发表于1832年的《爱丁堡哲学汇刊》。另有关于裂缝的毛细作用的研究。

等等：由多贝莱纳撰写；《化学年鉴》，第24卷，第332页。
[229] 关于碱土金属分解的电化学研究，以及关于从碱土金属中获得的金属和从氨中制得的汞齐的观察结果：由汉弗莱·戴维爵士撰写；《哲学汇刊》，1808年，其著作集第5卷，第102页。
[230] 《化学哲学原理》：由H.戴维爵士撰写。

第十三章　时间——地质现象
时间，作为自然作用中的一个要素——地质科学——其事实与推论——星云假说的应用——原始岩层——深成岩与变质岩——过渡岩系——古生代岩层——有机生命的出现——深成岩中磷酸的存在——化石遗迹——煤的形成——砂岩——第三纪岩层——始新世、中新世和上新世的岩层——如今已显现出的渐进变化——总体结论——物理学在解释中的作用。

在研究宇宙现象时，人们几乎未曾充分重视时间这一要素在通过改变各种形式的物理力作用来形成特定结构方面的影响。每一粒物质都仿佛悬浮在我们所关注的那些作用力之间。在各种物理力的作用下，这些力有时会共同起作用，但往往会有某一种力占据主导地位；于是，每一堆堆积的泥沙都会逐渐凝聚，形成具有特定特征的岩石，比如层理结构、解理特性等等。

微小的物质颗粒受到的物理力影响极为微弱，它们根据决定物理状态的规律而产生的作用也极为有限。但在自然界的种种过程中，力量不足的部分可以由时间来弥补，那些强度极弱的力经过漫长的岁月作用后，也能产生相应的效果——而这些效果是任何持续一个世纪的实验都无法实现的。

如果以地质学家的视角粗略地观察地球，我们就会发现，在地球的发展历程中必定经历了无数个时代。

这颗行星之所以会变成现在的样子，是自然之力以清晰可见的痕迹，将其铭刻在山脉的巨大“石板”上的结果。地球的表层地壳——其实只不过是一层极薄的膜而已，与地球的直径相比，其厚度仅几英里——由不同的矿物组成，这些矿物具有特定的物理性质，并呈现出一定的排列规律。这些岩石似乎是由两种不同的原因形成的：一类显然是受热作用的影响，而另一类则是悬浮在水中的物质逐渐沉积或从溶液中结晶而成的；所有较新的岩石都显示出水成作用的特征。

在各种科学领域中，很少有像地质学这样允许人们进行大量推测的学科。正因如此，地质学才具有很强的通俗性。人们只需在有限的区域内进行一些观察，确定某些结构特征，然后大脑就会“自由发挥”，试图深入探索地球的深处；而想象力则“拥有足够的空间”，为各种现象寻找解释原因。这类学者通常不了解物理学的基本原理，对矿物学知之甚少，化学知识更少，更不用说古生物学了。他们缺乏作为观察者所需的一切条件，却大胆地提出一些站不住脚的假设，自以为已经解释了某种现象，给世界带来了“真理”——实际上他们只是传播了一些毫无根据的猜测，或许其中还包含着一些独到的见解，但除此之外并无更多价值。

而那些通过不懈的努力，走遍山川谷地，记录并测量岩石的各种特征、厚度、倾斜度及位置的人，那些观察热量如何改变岩石、水如何侵蚀岩石以及沉淀作用如何形成岩层的人，那些研究地震和火山爆发所带来的机械效应，并从大量积累的事实中推导出普遍结论的人——他们的研究方式则完全不同。正是这样的观察者让赫歇尔得出这样的结论：“就其所研究的对象的规模与宏伟程度而言，地质学无疑在各类科学中位居第二，仅次于天文学。”[231]

这颗行星的起源仍然充满神秘，即便是最聪明的人也难以揭开它的面纱。它显然是某位全能者创造的结果。

还有那永恒的宇宙之脑，其起源我们无法理解，其终结的时间也无法界定。或许可以合理推测：曾经有一段时间，地球仅由一层均匀的物质构成。这种状态是否依然存在？在我们的深成岩、花岗岩或斑岩中，能否找到有关地球原始状态的线索？又或者，在那些尚未形成层状结构的岩石出现之前，就已经发生了许多变化？这些都是我们无法回答的问题。地质学家通过观察时间的长河，依据各种现象来推断地球变化的历程。层状岩石的形成肯定经历了数千年的时光；但在它们出现之前，在无数个漫长的时期内，那些未形成层状的岩石可能已经经历了各种变化。无论我们是否接受星云假说，总会有那么一个时期，现在构成地球的所有物质都处于最简单的状态。我们已经知道，当某种简单元素处于特定的环境条件下时，其外部特征和化学性质会发生显著变化；同时我们也推测，随着科学的进步，我们或许能够将目前所知的众多元素简化为两三种。因此，假设在最初，有一大团处于极简状态的物质存在于太空中，然后在引力、黏聚力以及化学作用的影响下逐渐形成球形，这并非毫无道理的想法（当然，这只是一种纯粹的猜想）。从物理学的高度来看，我们可以认为这块物质原本是均匀的，但在相同的作用力作用下，它的不同部位——表面和中心——便形成了不同的结构，就像我们现在看到的，同样的物质可以形成木炭和钻石，也能孕育出各种复杂的有机生命体。在这些条件形成之后，虽然科学目前还无法提供相关证据，但化学混合可能已经发生，从而形成了新的化合物系列，这些化合物再经过进一步结合，便产生了更为复杂的物质类别。地球表面的地壳似乎是由大量受热物质缓慢冷却后形成的岩石构成的。这类岩石曾被称作火成岩，但现在更常被称为深成岩（如花岗岩、正长岩等）。

在这些岩石之上，还有由水沉积而成的岩石。这些岩石在下方高温的作用下发生了显著变化，因此常被称为变质岩；不过变质岩可以属于任何地质年代。那些曾被称作“过渡系列”的岩石——因为它们介于更早形成的岩层之间——由于含有化石，现在被归类为古生代岩石，以此与那些没有发现有机遗骸的岩石区分开来。再往上是第二纪地层，而最新形成的则属于第三纪地层。“永恒如山丘”是一种富有诗意的表达，意指漫长的时间跨度；但从本质上讲，这些地层终究会消失。根据我们对有限事物范畴的理解，一座花岗岩山丘完全分解所需的时间远远超出了人类的计算能力。但是，只要观察一下几年间在大气与雨水的影响下，河流带走了多少固体物质并将其沉积在河口，就能让任何人相信：地球表面始终存在着侵蚀作用。地球本身或许是永恒的，但其表面却因各种原因不断发生变化，其中许多原因我们稍后会简要探讨。[232] 在研究地质现象时，人们常常认为缺乏化石遗骸意味着该时期还不存在任何有机生物。物质的无机成分很可能先于有机组合而存在；在生命体出现之前，就已经有了让有机生命体在其上生存的载体。那些支持“在最古老的岩石形成期间不存在有机生命”这一观点的证据在某些方面值得怀疑；我们完全可以理解，高温或其他力量可能已经改变了早期的岩层结构，足以摧毁所有有机生命的痕迹。长期以来，人们认为火成岩中不会含有磷酸；由于磷酸是有机体的重要组成部分，这一事实就被当作证据，证明岩浆岩必定在地球表面出现动植物生命之前就已存在。然而，现代化学家的研究表明，花岗岩、斑岩和玄武岩等岩层中也存在磷酸。

角闪岩。[233] 因此，如果我们将这种物质视为有机起源的，那么这一推测就站不住脚了；不过，没有必要认为磷是在动物体内形成的，因为它很可能来自矿物界，而动物则是从矿物界获取磷的。
虽然我们无需详细探讨地球上生命的演化过程，但至少应该描述一下已知曾在不同地质时期存在的植物和动物种类。这样，我们至少可以了解地球在各个过渡阶段的一些特征，从而更有效地运用对物理力量的理解来解释各种地质现象。
在最早的生物中，有那些生活在远古海洋中的三叶虫。这些甲壳类动物与普通的木虱有几分相似之处，不过相似度很低；与木虱一样，它们在受到攻击时也能将自己卷成球状。三叶虫的眼睛是一种极为特殊的器官；在某种名为Phacops caudatus的三叶虫中，人们发现了多达250个透镜结构。这一出色的光学结构表明，这些生物所处的生存环境与当今的甲壳类动物所处环境类似。在志留纪地层中的三叶虫时代，与它们同时代的所有动物都拥有在水中维持生命所需的器官。
在时间上紧接在三叶虫之后的，是那些生活在远古海洋中的奇特动物——头足类动物。它们的遗骸被保存了下来，而且这些动物还具备一些属于脊椎动物的器官特征。它们拥有许多用于移动和抓握的触手，这些触手围绕在头部周围，头部则有一对由强健肌肉支撑的锋利角质颚。这些触手上还有两排吸盘，动物可以利用它们捕捉猎物。头足类动物有很多种类，但它们似乎都具有快速移动的能力，而那些有外壳的物种则拥有能够让它们沉到海洋任意深度的装置，毫无疑问，它们在这些深度区域堪称霸主。

我们无需理会那些数量众多的鱼类，因为它们似乎也与其他动物一样经历了类似的进化过程。接下来，我们必须关注那个陆地开始出现的更为重要的时期。在我们所提到的地层中发现的动物都是生活在海洋中的；但渐渐地，我们找到了陆地与水域分离的明确证据，而“能结种子的绿色树木”也进入了我们的视野。并非说在此之前的地层中完全没有表明植物存在的痕迹，只不过那些痕迹很可能是海洋植物留下的。然而，在石炭纪地层中发现的植物，大多具有陆生植物的特征；因此，从煤炭层中遗留下来的植物残骸中，我们可以了解到早期地球的历史。那时，类似芦苇的石松将它们中空而脆弱的茎干伸向湖边；树蕨则在山丘的遮蔽下茂盛生长，为潮湿的山谷增添了野性的美貌；鳞木则在平原上形成巨大的森林，其独特的球果覆盖着整个区域；而杉木则伸出众多枝条，如同蛇一般缠绕在繁茂的植被之间，其根系则覆盖了四周广阔的区域。[234]这一时期的海洋和湖泊中充满了与珊瑚动物极为相似的微小生物，这些生物如今仍在热带和南方海域中积极参与岛屿的形成。在地球表面没有发生任何重大变动的漫长岁月里，正是这些微小的“建筑师”不断活动，才形成了大量的石灰岩山脉。当时，海洋中存在着大量类似海星的生物；而在这一时期的岩石中发现的各类双壳类贝壳以及螺旋形贝壳，都表明较晚的古生代时期水域中生机勃勃。那时，就像现在一样，水对陆地的侵蚀带来了显著的变化。从各种腐烂程度的植物遗骸来看，可以推断出曾经有极其茂盛的植被遍布大片区域，而这些植物遗骸最终形成了大量的煤炭。

在某些情况下，由于陆地与水体的相对高度发生变化，这些区域便被这种液体覆盖；在大量腐烂的有机物之上，沙子和泥浆不断沉积下来。最终，这些物质会露出水面，随后又被植被覆盖，过一段时间后又会被淹没；沙子和泥浆再次沉积，该区域又会适合植物生长。如此循环往复，我们便能看到陆地与水域不断互换位置。只要仔细观察英国的煤田，就能明白这一点。我们会发现煤层位于黏土层之上，其上方则是厚厚的页岩或砂岩层，这些岩层很可能是由周边山丘的风化作用形成的。这样一来，我们就看到了煤层、页岩、黏土、铁矿石和砂岩层层交替出现的景象；威尔士南部的煤田中，煤层的厚度甚至可达1500英尺。这一系列岩层中最下层的岩石，曾经一定是地表的组成部分。随着岩层向上延伸，我们会看到更近代形成的岩层，其中存在着结构更为复杂的鱼类、爬行类动物、鳄鱼和蜥蜴、龟类、蛇类以及青蛙等。接下来是泥盆纪岩层，这类岩层以黏土质为主。在这些岩层中，我们可以找到以化石形式保存下来的动物，它们的特征与下层岩层中的动物截然不同。我们还能见到厚度达数英寸的五射珊瑚岩层，它们的化石往往非常完整，骨骼的各个部分都能被辨认出来，尽管其结构极为复杂，由不少于15万个部分组成。在这些岩层中，我们还能找到形态奇美的菊石化石，目前已发现了多种不同的菊石种类。至于箭石——那种拥有乌贼般的壳和墨囊、能够通过释放墨汁来迷惑敌人从而隐藏自己的动物——也有许多不同的种类被发掘出来，其墨囊保存得极为完好，以至于有关该化石的故事都是用它本身的墨水写成的。除此之外，我们还发现了鹦鹉螺；仅从莱姆里吉斯的泥盆纪岩层中，阿加西兹就描述了60种已灭绝的鱼类。在这些岩石形成期间，还存在着鱼龙这种生物，它在很多方面都与尼罗河中的鳄鱼相似。这是一种极具攻击力的掠食性动物，无疑是当时海洋中的霸主与恐怖存在。

那里有生物居住。它那类似鳄鱼的颌部、强大的眼睛、类似鱼类的鳍以及类似龟的脚掌，都是为了帮助它作为破坏性生物更好地行动而演化出来的。蛇颈龙更是堪称奇特的生物——它的头部与极长的颈部相连，身体则很小且类似鱼类，尾部则像鳄鱼的尾巴；显然，它是为在浅水中生活而设计的，这样在海底移动时就能将头部抬出水面以呼吸或寻找食物。那个时期的植物种类一定非常丰富，而且与如今热带地区的植被颇为相似。

现在我们进入一个新的地质时代，这一时代的动物与之前的所有动物都有显著不同。地球上仍然存在各种爬行动物，我们现在还能看到巨龙类的遗骸；这些动物拥有惊人的力量与掠食性，如果让它们重新回到曾经肆虐过的世界中，定会让人既恐惧又惊叹。当时还存在着一种巨大的蝙蝠状生物——翼龙。居维叶称其为“无疑是我们所知的所有已灭绝生物中最奇特的一种，如果能看到它活着的模样，会发现它与现世任何生物都截然不同”。这位学者还说：“你眼前看到的这种动物，从牙齿到指甲的各个骨骼结构都呈现出典型的蜥蜴特征，毫无疑问，它的皮肤、软组织、鳞状铠甲以及循环和生殖器官也具有类似的特征。但同时，它又具备飞行能力；静止时，它的翅膀很可能像鸟类的翅膀一样折叠起来，不过或许它能利用手指上的爪子挂在树枝上。”

毫无疑问，那些被称为鲕粒岩层的地层，是由更古老的岩石分解而成的。在这些地层中，保存着与现今地球上的动植物更为相似的遗骸；而且，除非接受美洲新红砂岩上存在鸟类足迹的证据，否则这是我们第一次发现有羽毛类动物的遗骸。在这些地层中，我们还发现了属于哺乳纲的动物——如两栖兽和袋兽——它们在很多方面似乎与新荷兰地区的有袋类动物很相似。

接下来的地层是威尔登地层，它由一系列黏土和沙子构成，其中还含有石灰岩、砾石以及页岩等次生岩层。在某些情况下，这些地层形成于海洋中；但通常被视为淡水沉积物。所有较古老的岩石都带有明显的海洋起源特征，不过有些含煤的地层可能属于例外；而几乎所有的威尔登地层中都含有陆地动物、淡水动物及河口动物的遗骸，以及陆生植物的遗迹。那些被保存下来、能够为我们揭示这一时期历史的生物种类繁多，且具有独特的特征，使其有别于已描述过的物种或现今地球上的任何生物。我们发现了体型巨大的陆生蜥蜴，以及各种大小的动物；甚至还有昆虫，威尔登地层中就存在着大量不同种类的昆虫。著名的禽龙是一种体长至少达28英尺的巨型动物；居维叶曾怀疑它属于食草性陆生蜥蜴，而欧文则证实了这一点。[237] 曼特尔博士估计，他已发现不少于70具不同年龄的禽龙化石；而在蒂尔盖特砾石矿中，还有大量禽龙的骨骼被工人破坏，因此可以推断，在它们存在的那个时代，这类生物其实并不罕见。[238]

这些次生地层中最上层的是白垩纪地层，它遍布英格兰东南部的大片区域，在欧洲各地也有分布。这种由石灰碳酸盐构成的白垩，似乎是在平静的水中缓慢沉淀而成的——因为根据亨利·德·拉·贝什爵士的说法，其中的有机遗骸保存得极为完好。那些硬度不高于普通海绵的物质仍能保持原有形态，精致的贝壳也不会破碎，甚至鱼类也往往不会被压平。综上所述，我们可以得出结论：既然这些有机遗骸被埋藏下来，那么周围的岩石固化作用便保护了它们免受压力破坏。[239]

在白垩层之下，有一种因其颜色而被称为“绿砂”的物质，其颜色源自氧化铁的硅酸盐。毫无疑问，绿砂也是由含有石灰碳酸盐的同一水体中的沉积物形成的——由于密度较大，绿砂更容易沉到水底。“在这次大规模的硅质沉积过程中，水体似乎一直处于平静状态，”亨利·德·拉·贝什爵士指出。

“钙质物质，无论它是通过水中的机械悬浮作用而形成的，还是由生物活动产生的，又或是主要通过化学作用形成的，都十分引人注目。”[240]在白垩层中，双子叶植物的叶片残骸以及木头碎片的数量比更早的地层中的要多，许多这类碎片上还有海洋蠕虫的钻孔痕迹，这表明它们曾在海洋中漂浮过一段时间。不过需要记住的是，这些并非植物生命的最初证据——在新的红砂岩中也发现了叶片；此外，煤层中的植物群也不容忽视。二氧化硅在有机体表面沉积的方式颇为奇特：有机组织往往会被清除，取而代之的是燧石。经过这种过程形成的燧石在白垩层的上部大量存在。我们在白垩纪地层中发现的碳与硅结合氧元素的现象非常有趣，这也自然引发了人们对于这两种元素之间关系的种种猜测。正如前文所述，碳和硅都存在多种同素异形体；虽然布朗博士关于碳转化为硅的说法被证明是基于实验误差，但这两种元素之间可能存在极为密切的关系也并非不可能。[241]很有可能，海绵动物具有分泌二氧化硅以增强自身结构强度的能力。莱默·琼斯在谈到现代海绵时说：“许多具有类似多孔结构的物种并不具备药用海绵那样的弹性，这一现象源于它们骨骼或分支结构的成分差异。在这些海绵中，活体内部不仅形成了坚韧的动物组织带，还有大量的结晶针状物，这些针状物有时为钙质，有时则为硅质。”因此，当生物存活时就会形成硅质结构，而在其死亡后，同样的物质仍会继续沉积下来。在这些地层中还发现了海胆、海星以及众多化石贝壳，不过它们与更早地层中发现的同类动物遗骸有着显著差异。在白垩层中还发现了大量新的鱼类物种和属。直到这个时期才存在的几乎所有动植物如今都已灭绝，尽管目前仍有一些它们的残余存在。

在最上层，即所谓的上白垩统或第三纪地层中，我们发现这些地层是在四个不同的地质时期形成的，因为其中既有淡水沉积物，也有海洋沉积物。人们将第一个形成的地层称为始新世，第二个称为中新世，第三个称为上新世，而最新的那个则被称为更新世——也就是第四个、也是最后一个地质时期。这些名称是根据这些地层中化石壳中所含物种的比例来命名的。[242]

所有这些地层都显示出明显的迹象，表明它们是由静止或流动缓慢的深水所沉积而成的。在巴黎盆地中就发现了始新世地层，显然这些地层形成于河口地带，其中还混有了一些有趣的淡水沉积物；在奥弗涅地区的湖泊沉积物中也有始新世地层，艾克斯以及意大利北部也有类似的地层。很可能，在通常被归为始新世的那些地层中，淡水沉积物与海洋沉积物被混在了一起，而且多个属于不同地质时期的地层也被视为同一时期的产物。目前我们还没有任何明确的证据能够证明巴黎盆地的地层与奥弗涅地区的地层属于同一时代。无论如何，对于我们目前的研究而言，只要知道这些地层都是由于当时与现在相同的自然作用而形成的就足够了。

总的来说，我们可以认为，在始新世时期，现有的大陆上存在着大量的湖泊、河流和河口，这些地方生活着各种四足动物，它们栖息在那些树木繁茂的岸边。在这一时期，人们还发现了许多与河马相似的动物遗骸。

中新世或中第三纪的地层则分布在法国西部、瑞士的整个山谷以及多瑙河流域。在这些地层中，我们可以找到犀牛、大象、河马以及已灭绝的恐象的骨骼，后一种动物具有许多非常独特的特征。[243]

上新世被称为“大象的时代”，这一时期最引人注目的特点是出现了巨大的乳齿象和庞大的麋鹿，此外还有许多与人类同时代的动物。

在地球的表层——即洪积层、冲积层、泥炭层以及腐殖土层中——我们可以看到地球及其生物演化历史的延续，而这一历史此前仅被简要地描述过。这些地层将我们带到了人类出现于世的那段时期，自那时起，地球表面似乎并未发生太大的变化。我们已经了解了各个重要地质时期的现象，这些时期都以新物种的出现为标志；从最初的岩石到现代的冲积物，地球表面似乎一直在逐渐改善，最终才适合人类居住。

因此，大自然为我们保留了种种证据，只要我们正确解读这些证据，就会明白：支配万物生成的法则始终如一、永不改变，就如同制定这些法则的永恒智慧一样恒定不变。通过保存在山脉基石中的记录，我们得知地球已经存在了无数个时代，而在所有这些时期内，它都展现出与现在相同的活跃能量。在如今与现在相同的自然力量作用下，岩石得以形成，随后又被植被覆盖，进而孕育出各种奇特的动物物种。每一株在最初能够接受阳光照射的岩石上生长的植物，都对地球后续的变迁产生了影响。每一个三叶虫、每一种蜥蜴以及所有以化石形式存在的哺乳动物，其实都是进行着永恒变化过程的“小实验室”；在强大的自然法则驱使下，它们成为了创造一个适合拥有来自宇宙智慧之火的生命体生存的世界的工具。

现在，让我们暂时回到正在发生的自然现象上来，探讨它们对我们理解地质构造有何帮助。在那些时长难以估量但确实存在的漫长岁月里，海洋与陆地似乎互相交换了位置。在海底形成的巨大沉积物，被某种机械力量——很可能是火山力量——抬升到水面之上，于是陆地和周围的海洋一样充满了生命。这种状态持续了很长时间，但最终海洋又会再次……

洪水淹没了大地，某个地区的状况也随之发生了变化。
我们不应以为那些变化是缓慢衰变与逐渐沉积的结果，其实它们往往是在剧烈的动荡中形成的。许多原本明显形成于海底、呈水平层状的岩层，如今却以近乎垂直的状态存在。有证据表明，一些厚度极大的岩层曾遭受过巨大的力量作用，从而发生了极其显著的扭曲变形。数千英尺厚的固体岩石常常会在整个范围内出现弯曲和断裂现象。山脉因内部力量而隆起，而大片地区则突然沉降到远低于其正常水平的地带。由于熔化玄武岩和辉长岩所需的极高温度所产生的膨胀力，一个国家的整个地表都被抬升到很高的高度，岩石因破裂而形成巨大的裂缝，熔化的物质从这些裂缝中涌出，淹没了大片区域；或者形成火山，广阔的地区被火山喷出的灰烬所覆盖。目前我们还不知道导致这些动荡的原因。
在历史时期乃至现代所发生的灾难中，我们可以看到这些力量所能造成的破坏程度。赫库兰尼姆和庞贝城被维苏威火山的熔岩和灰烬掩埋，当时这些城市的居民根本来不及应对如此可怕的灾难；南美洲不时发生的强烈地震，也证明了存在着能够撼动大地的隐秘力量。类似的毁灭性灾难可能曾经频繁发生，它们引发了各种灾变，改变了地球表面的面貌，相比之下，历史上的地震和洪水简直微不足道。有证据表明，旧世界的山脉高度可能曾接近安第斯山或喜马拉雅山的最高峰，而这些山脉并非因某种突然的灾难而被摧毁，而是由于自然力的长期侵蚀作用而逐渐崩解的。[244] 所有这些现象至今仍在持续：风和雨会侵蚀裸露的岩石表面，这些岩石的碎屑与腐烂的动植物残体一起被冲离地表，然后被河流带到海洋中沉积。正因如此，恒河才形成了巨大的三角洲。

在河流的入海口，物质不断被带入海洋。亚马逊河、密西西比河以及其他大河，每天都会将数千吨来自地球表面的物质输送到海洋中。[245] 这些物质自然会沉积在海底，久而久之就会改变海洋与陆地的相对高度。有些岛屿因火山作用而从海底升起，而南美洲的许多地区则因同样的原因而下沉。

如此巨大的变化，很可能是由“同样强大甚至更强大的力量所造成的，只不过这些力量的作用更为规律，其作用过程也较为平稳，因此不会产生那种混乱无序的状态——我们或许会错误地认为，这种状态会破坏大自然那美好而和谐的秩序。”[246] 毫无疑问，这些力量至今仍在起作用。如果没有这些剧烈的地质变动，地球表面将会是一片几乎平坦的平原，那样就不适合人类居住了。那些因自然力量作用而形成的山丘，以及经过漫长岁月侵蚀而成的山谷，正好满足了人类的需求，也为他们带来了种种便利；如果地表形态不同的话，人类就无法享有这些好处。那些被冰雪覆盖的山峰能够凝结经过其上空的气流，从而为山谷带来清澈的溪流，也为地下泉水提供水源，进而保障遥远平原的肥沃与适宜居住。这些条件还缓解了恶劣的气候，无论是热带地区的人们还是极地附近居民，都能从中受益。

从地球最初处于云雾状蒸汽状态并逐渐凝结的那一刻起，直到现在，重力、内聚力、运动、化学力、热能和电能一直在发挥作用，调控着物质的变迁。当陆地还淹没在水下、深海一片黑暗之时，那些如今在大西洋深处或内陆湖泊中正在发生的自然现象，当时也同样在活跃地进行着。最终，陆地出现了——真是不可思议——在灿烂阳光的照耀下，这里很快便充满了各种动植物，展现出无比美丽的景象。

地质学让我们认识到，我们在地球上的位置远远超越了以往所有被创造物。它引导我们穿越漫长的时间长河，去看到那些依然在遥远之处闪耀的光芒——正是这些光芒让我们得以目睹大自然中的诸多奇妙景象。如今构成这由肌肉、神经和骨骼构成的奇妙结构的各种元素，在最终形成能够承载人类灵魂的形态之前，经历了无数次的变迁。自从地球与其他星球一同被置于天平上称重以来，就没有任何物质被添加到地球上，同样，也没有任何物质可以从地球上消失。然而，在似乎源自太阳——“大地之魂”——的力量作用下，旧事物消逝的同时，新的形态便不断产生。

在那些如同众多交战军队般起作用的力量的作用下，物质会从一种状态转变为另一种状态。如今那些有生命、会呼吸的生物，或是那些娇美芬芳的花朵，曾经都是存在于深海黑暗中的无定形物质的一部分；随着时间的推移，它们又会再次回到那种无法发现任何组织结构的状态——或许还会以比人类更强大的力量重新出现。

当人类将自己与那些超越自身的智慧存在相比较时，就会感受到自己的渺小；而他在神秘法则的指引下所发现的那些力量之强大，实在令他相形见绌。但若回顾过去，观察物质从无机形态逐步发展到更高层次的有机形态，最终人类成为这幅图景中最重要的角色，成为这个经过精心塑造的世界的主宰，成为周围万物的绝对统治者，那么他在自己那深邃思维所带来的强大力量面前，便如同巨人一般。如此伟大而高贵的存在，竟因生活的欲望而沦落到与那些他可以轻易踩在脚下的低等生物同等的境地，实在是一幅令人痛心的景象，连天使都会为此落泪。

各民族的迷信、古老部落的传统故事与科学真理的发展之间，往往存在着极为显著的关联，这些关联无疑具有启示意义。人们向来喜爱“古代”的奇幻故事，于是出现了无数关于那些曾经生活在地球上的、如今已不复存在的生物的描述。

在古代神话中，有水怪、女妖以及海怪之类的存在。在欧洲北方民族的神话中，则有会飞的火龙；诗歌中将它们描绘成“珍藏之灵”的守护者，也是那些被施了魔法的黄金的护卫者。在整个欧洲文学的浪漫主义时期，出现的只有那些在地下挣扎、战斗的“白色与红色”的蛇类——它们正是引发地震的元凶，就像梅林与巨石阵建造的故事中所描述的那样。而那些如今仅存在于纹章学中的装饰性图案里的飞兽、狮鹫之类，似乎是早期人类所想象的力量的象征。有趣的是，东方也存在着同样的观念：中国人在旗帜上绘制龙的形象，用它来装饰庙宇；佛教中有这样的迷信，认为世界是由一头巨大的象支撑着的，而这头象又站在一只龟的背上，而那只龟则趴在一条蛇身上，这条蛇的移动就会引发地震和剧烈的震动；此外，阿兹特克神庙上的那些粗糙装饰，也是由中美洲的探险家们最近才重新为我们所知晓的——所有这些都属于同一神话观念的体现。难道这些不是对某种早已消失的有机生命形态的模糊记忆吗？现代人与那个古老世界的生物之间究竟存在着怎样的联系，我们不得而知；这是个谜，永远无法被我们理解。不过，即便是最愚昧、最缺乏文化素养的民族，也会创造出一些生物的形象，虽然这些形象确实与那些早已消逝的生物有几分相似，但它们却丝毫不具备现存生物的任何特征。鱼龙、蛇颈龙以及翼龙，都体现在女妖、龙和狮鹫等粗糙的图像之中；至于“大象站在龟背上的”观念，虽然常被视为荒谬可笑，但考特利船长和法尔科纳博士最终还是在亚洲的山区发现了处于化石状态的巨大龟类遗骸，其体型之大，足以让大象站在其背上。[247]至于菊石，我们有更确切的证据：我们的祖先曾经观察过它们，并将其称为“蛇形石”。根据天主教圣人的传说，这些菊石被认为具有神圣的性质。

“这些生物与蛇类，在圣希尔达祈祷之时，全都变成了石块。”
据说，除了这种石化现象之外，还发生了斩首的情况；正因如此，这些石蛇才没有头部。在我们岛屿的北部地区，人们还将海百合的化石称为“圣库斯伯特的珠子”。由此可见，虚构作品在很大程度上是以真实为基础的；当我们研究那些广为流传的民间迷信时，尽管它们已被种种错误所扭曲，但往往仍基于某些真实的片段。在人们的脑海中，有一些观念并非源自对周围事物的联想，我们将其视为人类存在的奥秘之一。或许它们就是前世的真实存在，我们在现今只能看到它们的微弱痕迹，就像透过茫茫大海的迷雾所看到的远处灯塔的微光罢了。人类行走在古老的遗迹之上。在那些久远到无法用现代科学来计算年代的时代里，地质学告诉我们，当时存在着与当时环境极为适宜的生命形式。它们完成了自己的使命，然后消逝，另有生命形式接替它们，继续为人类创造世界。过去向现在传递着信息，从它那惊人的启示中，我们可以尝试推测尚未展现的未来。那些曾经起作用的力量仍在持续发挥作用，它们所创造的现象也会再次出现。

漫长的岁月缓缓流逝，
大自然以事物的衰败来标记时间的推进。
那些为山峰增添繁花色彩的植物，
不久之后也会在土壤中找到潮湿阴暗的坟墓；
而人类，作为大地的统治者，无论多么伟大勇敢，
最终也只能陷入寂静的坟墓之中。
他那充满智慧的创造成果，
也会在时光的冲刷下逐渐消逝；
就连那些看似被云雾笼罩着的山峰，
经过风雨的侵蚀与雨水的冲刷，
也会慢慢沉降，填满广阔的海洋。
海洋则又会露出新的陆地，
生命与美丽在阳光下焕发生机；
那些推动万物形成的力量，
会从物质的残骸中创造出新的、奇妙而美丽的形态——这些形态将如同爱情之火般纯净，
散发着青春的绚丽光彩，被光明所笼罩，被神圣的真理所加冕。

注释：
[231] 《序言》；J.F.W.赫歇尔爵士著，《拉德纳百科全书》。
[232] 《地质研究》；亨利·德·拉·贝什爵士著，《地质手册》第184页；查尔斯·莱尔爵士所著《地质学原理》第7版，第150页、686页；安德鲁·拉姆齐教授所著《关于威尔士南部及英格兰周边地区的风化现象》，《地质调查与实用地质学博物馆回忆录》第1卷，第297页。
[233] 福恩斯所著《关于火成岩中磷酸的存在》，《哲学汇刊》1844年，第53页；内斯比特所著《化学学会季刊》。
[234] 胡克博士所著《关于石炭纪时期的植被与现今植被的比较》、《关于Stigmaria植物结构的一些特点》、《关于某些Lepidostrobi植物结构与亲缘关系的研究》，《地质调查回忆录》等，第2卷，第387页、431页、440页。

[235] 参见欧文所著《地质学会季刊》第6期，第96页；巴克兰博士所著《地质学论文集》第三卷，第220页；曼特尔博士所著《地质学的奇迹》，第二卷，第493页。
[236] 《英国化石哺乳动物报告》，作者为F.R.S.会员理查德·欧文；载于《英国协会报告》第十一卷、第十二卷。
[237] 《关于在苏塞克斯郡蒂尔盖特森林的砂岩中发现的新型化石爬行动物——禽龙的研究》，作者为F.R.S.会员吉迪恩·曼特尔等；载于《哲学汇刊》第115卷，第179页。欧文教授所著《关于牙齿结构等的研究》。
[238] 曼特尔博士所著《地质学的奇迹》以及《英格兰东南部的地质情况》。
[239] 亨利·托马斯·德拉贝什爵士所著《地质研究》《地质手册》等。
[240] 同上。
[241] 塞缪尔·布朗医学博士所著《关于从副氰化物中提取硅的实验研究》；载于《爱丁堡皇家学会会刊》第15卷，第229页。R.H.布雷特博士与J.丹哈姆·史密斯所著《关于碳转化为硅的实验研究》；载于《哲学杂志》新系列第19卷，第295页。另可参阅布朗博士对上述研究的回应，同上，第388页。
[242] 安斯特德教授所著《地质学：入门、描述与实践》，第二卷，第22页。
[243] 曼特尔博士所著《地质学的奇迹》，第一卷，第162页。巴克兰博士所著《布里奇沃特论著》。J.J.肯普博士与A.V.克里普斯坦博士所著《关于乳齿象的研究》，1836年，达姆施塔特出版。居维叶与德布兰维尔也对该动物的化石遗骸进行了详细描述。
[244] 参见拉姆齐教授所著《关于剥蚀作用的论述》，载于《大不列颠地质调查局回忆录》。
[245] “含有各种碎屑的河水能够流到距离海岸多远的地方，取决于多种显而易见的因素。萨宾船长在距亚马逊河入海口三百英里的海洋中发现了颜色异常的水体，推测那便是亚马逊河的水。该水体的深度约为126英尺，比重为1.0204，而海水的比重则为1.0262。这似乎是迄今为止在海洋表面发现河流水最远的距离。如果含有悬浮碎屑的河流以大致直线的方式流入海水，那么它们携带的沉积物也会呈直线分布。然而，如果河流被洋流偏转，就像萨宾船长观察到的那样，这些碎屑就会被抛散，覆盖的面积大致相当于河流因被迫改变流向而形成的路径范围。假设该河水的流速被正确估算为每小时约三英里，那么令人惊讶的是，水中的颗粒所受的搅动力和阻力竟然足以使那些细小的固体物质保持悬浮状态，不会轻易脱落，除非在流入海水的位置，由于摩擦作用，这些颗粒的移动速度才会减慢。因此，如果一条河流……”

它能够保持一定量的水流速度，不会在其流经的路径上沉积过大量的机械性悬浮碎屑，最终这些碎屑会在河口处被阻挡。不过，尽管沉积物可能没有看上去那么多，但无论每次沉积的量有多少，只要持续积累下去，经过漫长的岁月后就必然会产生显著的影响。”——亨利·德·拉·贝什爵士《地质研究》，第72页。
[246] J. F. W. 赫歇尔爵士：《初步论著》。
[247] 休·法尔科纳与普罗比·T.考特利所著《西瓦利克山区的古动物群：印度北部塞瓦利克山区的化石动物学》，1844年。

第十四章 植物生命现象
花的心理学——物质向有序结构的演变——生命力——自然发生说——植物细胞——最简单的结构形式——晶体与细胞——原始胚芽——植物的生长过程——光的影响——形态学——发芽——木质纤维的形成——叶子——叶绿素——碳酸的分解——光、热及辐射对植物生命现象的影响——花与果实——徒长现象——季节变化对太阳光的影响——植物的分布——电力与各种物理力量

覆盖在这个星球表面的种种美丽形态，除了具备我们已提及的物理功能之外，还能影响人的心智，为各地的居民赋予独特的特色。有些人似乎对花的柔和魅力毫无反应；然而，这些美丽的花朵——地球上的“星辰”——却以其弥漫的香气发挥着强大的影响力。诗人曾讲述过这样一个人：对他而言，河岸边的黄色报春花只不过是普通的花朵而已。但实际上并非如此。也许他并未注意到那些纯净而淡雅的叶片所传达的深刻信息，也可能没有察觉到那朵平凡花朵所发出的奇妙“歌声”；或许他会选择用粗鲁的脚步踩碎它，而非去汲取它叶片中所蕴含的智慧之液。但即便如此，那朵花依然在为那个纯粹的感官主义者服务着。

它以那种奇特而无声的方式，谴责着人的欲望，使他成为“一个更明智、更好的人”——倘若上帝愿意让这个世界没有那美丽的报春花的话，他或许就不会如此了。研究花的心理特性的学者众多，但没有人能比那位歌颂敏感植物的诗人理解得更深刻；他用美妙的诗句预示了自己忧郁的命运。[248] 那位为感性而殉道的济慈，渴望感受自己头顶上生长的花朵，他从那些展现无机物质向生命转化过程的娇弱植物中获得了强大的灵感；其他诗人也会因花的审美特性而唤醒自己的感官，在紧紧附着在紫色紫罗兰上的晶莹露珠中看到真理的映照，从那些彩色的花瓣中发现新的美丽。如果我们仔细研究所有被我们作为研究对象的物质条件，就会发现：从单纯的物质粒子——分子开始，到有机组合的形成，物理力量所发挥的作用是极其渐进的。起初，我们只能看到凝聚力在形成粗糙物质块时的作用；接着，晶体结构的力量使得物体呈现出惊人的规律性；随后，我们又发现了热力和电力的影响，以及由它们所控制的化学作用。然而，此时物体仍然缺乏组织结构。光线发挥着其神秘的力量，这些元素便形成了有组织的形态；除了已知的那些作用力之外，我们还隐约感知到其他一些对生命力至关重要的力量。这些超自然的力量对我们来说变得越来越复杂：随着层级上升，它们便超出了科学的范畴；最终，我们发现它们在引导着智慧的力量，而本能与理性则明显依赖于它们。不要以为这种观点带有唯物主义的倾向。生命力被视为一种精神化现象，理性则被视为神圣的产物；但它们与物质世界紧密相连，既作用于物质世界，也受制于物质世界。有机组合以及使这些物质结合并保持在一起的物理力量，会对作为生命的那种超自然存在产生直接影响，而生命的力量又会反过来控制这些更为物质的力。无论处于何种状态，当精神与物质相结合时，就如同被锁在岩石上的普罗米修斯一样，始终处于……

它们努力挣脱束缚，展现其神圣力量的全部威力。
在构成宇宙无机部分的物质中，我们已经看到了足够的多样性；而其组织形式则更为多样。在我们周围的植物界中，从沼泽中的绿色黏液，到花园里光彩夺目的花朵，再到森林中高大的树木，其形态之多样真是令人惊叹！从寿命仅一小时的微小生物，到在暹罗森林中漫步的巨象，从塞内加尔洞穴中的雄狮，到安第斯山脉上强大的神鹰，再到作为万物之主的人类，它们之间的差异如此之大，却又各自保持着完整的特性！在我们已经研究的造物中，我们有确凿的证据表明，各种独特的形态都是原子结合的结果。而在我们即将研究的造物中，我们会发现，植物界和动物界中存在的种种形态、颜色及特性的巨大差异，其实都是细胞结合的结果。无机的原子在有机世界中变成了细胞。这种细胞可以被视作化学家所说的“复合基元”，而通过分解它，我们就破坏了构成生命的本质要素。
关于原子如何转化为细胞或复合基元的神秘过程，我们尚不清楚；但我们必须将细胞视为有机世界的“原子”。化学家或生理学家试图探究无机元素如何转变为有组织的结构，不过是徒劳之举；这属于造物的奥秘之一，很可能要等到我们摆脱“凡人的躯壳”，获得永恒生命后才能知晓。
人们一次又一次地被“歧义性生成”现象所吸引；他们有时以为自己发现了“原始生成”或“自发生成”的机制；但对这些生物的仔细观察表明，其实存在胚胎——真正的萌发过程已经发生。拉姆福德指出，丝绸和羊毛纤维在阳光下具有分解水中碳酸的能力；因此，有些人将生物体的形成视为由光能引发的单纯化学变化。

兴奋状态；我们还听说过由被撞击的硅质物质所形成的生物。所有这类说法都应被视为研究不充分的证据。
卡鲁斯博士在提到格鲁伊特胡伊森、普里斯特利和英根豪斯的实验时说：“这些实验比其他任何实验都更清楚地表明，在最纯净的水中，在空气、光和热的作用下，会形成一些介于动物与植物之间的生物，它们展现出这两个界别的原始萌芽。”特雷维拉努斯也重复了这些结果，并似乎予以了证实；但在这些实验中，我们并没有证据表明所使用的泉水中事先就不存在这样的萌芽。
有些人将细胞视为晶体；他们认为，在“内在生命”的作用下，原子们聚集在一起形成固定的结构；再进一步，他们则认为细胞是物理作用增强后的产物。我们将晶体形态与某些磁性条件联系起来；显然，原子细胞也受到类似力量的影响；但是，如果把晶体放入其天然液体中，尽管它的体积会增大，但其形态却不会改变；而如果观察处于自然状态下的细胞，就会发现它具有运动能力，还能产生其他细胞，进而形成在形态上与原始细胞完全不同的器官。从一个在液体中漂浮、肉眼无法看见的囊泡，会诞生出拥有奇特能力的植物，或是具有意志力的动物。认为光与重力这两种极性分别导致了根与枝的发育这一观点，只不过是一种凭空想象的类比，它体现的更多是想象力而非哲学思维。
不过，这些现象确实非常有趣，值得仔细研究；但在研究这些现象时，最稳妥的做法是让事实本身来为我们提供解释，而不应让对假设的偏好引导我们陷入混乱的类比之中，也不应让不确定的现象迫使我们做出草率的推断。培根在《学术的进步》一书中正是指出了这种弊端。他说：
“这种错误的根源，就像其他所有错误的根源一样，在于人们在观察自然时，习惯于过早地做出结论。”

它们过于远离现实与具体事实，因而屈服于自己幻想的产物以及流行的论调之下。”因此，我们不敢去推测原始细胞或有机生命单位的起源——这涉及到原始物质如何转变为有机形态的问题。我们必须承认，结构复杂的植物或动物其实不过是细胞的聚合体；这些细胞的排列方式取决于它们所具有的特殊性质，以及我们所研究的那些力的作用——所有这些似乎都是从外部作用于植物或动物本身的。有一些实验表明，在所有可能存在的结构都被火或燧石及金属盐溶液破坏之后，这些溶液在电流的作用下仍显示出有机结构的迹象，甚至还有昆虫——一种螨类——在其中诞生。据说这些实验是经过精心设计的，也采取了诸多预防措施以避免出现误差，但即便如此，对于如此微妙的问题来说，这些预防措施仍显不足；在没有进一步调查之前，我们绝不能将所得到的证据视为事实的真实体现。除了上述实验之外，所有的经验都表明，通过人工手段让粉碎或溶解后的燧石恢复生命是不可能的。可能有卵被带入装有实验溶液的容器中，随后，尽管可能是由于电刺激的作用，那些最常见的昆虫便诞生了。[255]水面上藻类的迅速生长常常被当作自然发生论或无机元素转化为有机形态的证据，但已有充分的证据证明，必须先有胚芽存在，否则就不会出现任何类似有机结构的迹象。所有与植物生命形成相关的条件都表明，即使是最低等的植物，也不可能以其他方式形成，而只能是依靠包含其所需元素以及与其生命力相关的各种过程所需结构的胚胎来形成。

如今，地球上已遍布各种植物生命，但必定曾经有过“深渊之上一片黑暗”的时期，那时有机体还未能在那些被海水覆盖的岩石表面形成其精美的细胞网络。最终，有机生命的诞生之谜开始显现：我们虽无法深入探究这一科学领域的奥秘，但仍有机会从稍远的角度开始探索，通过一系列不断重复出现的有趣现象来了解有机生命的演化过程。

如果我们取一些从地下泉水涌出的水，将其置于阳光下，几天后就会看到气泡的形成以及绿色物质的逐渐积累。起初，我们无法发现任何有序结构的迹象——那只是一团形状不规则、形态模糊的黏液状物质。它慢慢聚集起来，在表面形成一层膜，同时颜色也会变成深绿色。仔细观察就会发现，那些最初的微粒其实是通过细小的丝状结构连接而成的网络，这些丝状结构就是输送物质的通道，而我们可以将这些微小点视为构成植物的基本单位——即复合原子。需要注意的是，这里涉及四种化学元素：氧、氢、碳和氮，它们共同构成了有组织的生命世界。水中含有氧和氢，碳则以溶解在其中的碳酸形式存在，而氮则存在于周围的空气中，也常常与水混合在一起。

在阳光的作用下，这些元素会结合成一种神秘的纽带，从而形成具有许多植物特性的细胞组织。再进一步观察，我们会发现岩石的表面有一些带颜色的小凹陷或线条，上面还有小而坚硬的圆盘状物。乍看之下，这些并不像是植物，但仔细观察后会发现它们其实是地衣。这些微小的植物会释放种子并死亡，而它们的残骸则会孕育出更多的新生命。经过一段时间后……

随着时间的推移，土壤的厚度逐渐增加，苔藓便开始在上面生长，它们再次为石头增添了一层淡淡的绿色——虽然只是薄薄的一层，但却表明了那里有美丽的植物存在。在显微镜下，这些植物的叶子和花朵展现出许多极为优雅的特征。与地衣一样，这些苔藓在腐烂后会增加土壤的厚度，而那些生长得更大的苔藓则会取代它们的位置，继续经历生长与腐烂的循环。渐渐地，各种真菌也会以球形或伞状的形式出现。季节更迭中，植物不断死亡并化为土壤的一部分，同时，由于植被的作用，覆盖在土壤上的岩石也会逐渐分解，从而使土壤的厚度进一步增加。漂浮在风中的蕨类植物种子终于找到了足够深的土壤可以发芽，最终，它们那美丽的叶片会在微风中摇曳生姿。越来越高级的植物形态依次出现，每一类植物都会在适当的时机死亡，从而为同种或其他植物的生长提供养分。开花植物也在曾经光秃的岩石上找到了适宜的生长环境；淡色的报春花、紫色的毛地黄或是色彩鲜艳的罂粟花都在阳光下绽放。灌木则以其坚韧的根系深入土壤，甚至将石头也紧紧固定住，从而长出茂盛的绿叶。最终，树木从土壤中生长出来，而曾经只有狂风肆虐的荒凉岩石，如今则变成了森林中的王者，它那无数的枝叶为鸟兽提供了庇护所。这就是自然界中植物生长过程中所呈现的规律：池塘中的绿色物质、阴暗墙壁上积累的霉菌，都是这一过程的起点，最终会孕育出森林中的参天大树以及大自然中最美丽的花朵。现在，我们需要仔细研究与单株植物生长相关的现象，这些现象能够说明物理因素在植物界中的作用。首先，我们要了解的是种子中的胚胎是如何发育成植物的。种子是一种高度碳化的结构，由种皮和胚胎组成；在大多数种子中，种皮与胚胎之间还有一种被称为胚乳的物质。

胚乳。胚胎包含未来植物的各种组成部分——子叶、胚芽和胚根；前者会发育成茎和叶，后者则发育成根。这个胚胎中蕴藏着生命的力量，而要使这种力量得以发挥，淀粉和面筋就必须发生化学变化，同时还需要有适宜的温度。这种生命力处于休眠状态，在种子内部“沉睡”着，直到条件成熟为止。事实证明，种子具备很强的维持生命的能力：即便温度低到足以让水银结冰，也无法杀死种子，而且它们还能承受相对较高的温度。很可能只有当种子被过度干燥时，热量才会对其造成破坏。种子发芽所需的温度差异很大——适合我们所在气候条件的种子在温度升至40华氏度以上时就会发芽，而热带植物的种子则需要持续70至84华氏度，甚至90华氏度的温度才能发芽。在某些情况下，甚至将种子煮沸也有利于其在土壤中的发芽。现在让我们以某种普通植物的种子为例，来追踪它的生长过程吧。一颗看似已经死亡的种子被埋入土壤中。如果温度略高于冰点，且土壤中含有足够的水分，种子的种皮就会吸收水分并膨胀；种子组织也会变软，此时生命的活力开始发挥作用。种子此时具备了分解水的能力，空气中的氧气会与种子中的部分碳结合，生成碳酸。索绪尔的实验就证明了这一点。在用于豌豆发芽的土壤上方，实验前空气中的氮含量为210.26，氧含量为56.29；而发芽后，氮含量变为209.41，氧含量变为44.38，碳酸含量则为11.27。这一过程其实与我们之前讨论过的化学变化并无太大区别。种子中的淀粉会转化为胶质和糖分，这些物质可为正在发育的胚胎提供养分。随后，种子通过胚根向下生长，通过子叶向上生长；当子叶露出地面后，会变成绿色。至此，植物生命的第一个阶段便结束了，那些引发化学变化的进程也告终止，要想让生命力继续活跃下去，就需要新的刺激。此时不再有碳酸释放出来。那两片相对生长的圆形子叶就像肺一样，能够吸收大气中的碳酸并将其输送进去。

通过一个正在全力运转的循环过程，在幼苗体内进行着各种反应。由碳和氧构成的碳酸会被分解：其中的碳被植物吸收，而氧则被释放出来。此时的幼苗只不过是一团细胞组织而已，仅有非常微弱的维管组织和纤维组织发育，呈圆柱形位于叶鞘中央。不过从这时起，我们就能更清晰地观察到新生命力的运作情况——生命的迹象已经十分明显了。

幼根此时正在不断伸长，它从土壤中的水分中吸收养分，而土壤中总是含有一些可溶性盐类。这些养分在某种力量——很可能是毛细作用与内渗作用的共同作用——的推动下向上移动，最终到达胚芽生长的位置。毛细作用使液体通过茎部的导管上升，并输送到叶片的叶脉中；而内渗作用则让这些液体在植物组织中扩散。胚芽最初以小枝的形式向上生长，同时，由于它对碳酸的作用比子叶更为强烈，子叶所保留的碳仅够形成叶绿素，也就是叶片的绿色色素，因此一些木质素会在胚根的中心沉积下来。从这时起，木质化过程便在植物的整个结构中持续进行——植物的生长乃至存活都依赖于胚芽能否发育成真正的叶片。

我们不应认为这一过程仅仅是种子中碳元素的氧化反应——那种缓慢的燃烧过程并不能点燃生命的火花；水中的氢元素也起着重要作用，它与碳结合形成必要的化合物，随后在萌发种子的细胞中与氧结合再次生成水。同样，我们也不应将第二类现象视为单纯的碳酸分解的机械过程，而应看作是各种物理力量以及生命活动共同作用的结果。

那根不断伸长的小枝——即胚芽——最终会完全展开，进而变成叶片。叶片能够为所吸收的汁液提供氧气，同时分解碳酸、水，很可能还能分解从空气中获取的氨气，之后再将这些物质送回与植物的气体传导系统相连的孔隙中。

植物能够产生形成树皮、木材以及其中所含各种成分所需的分泌物。
一旦第一片叶子形成之后，还会有更多的叶子相继出现，这些叶子的结构相似，功能也类似。叶子是树木的主要器官；事实上，林奈已经预见到，而歌德则证明了这样一个有趣的事实：树木正是由这种结构独特的器官发展而来的。
这位诗人与哲学家说道：“考虑到已有的观察结果，即便种子的结构各异且组合方式也有所不同，要找到种子中的叶子也并非难事。因此，豆荚其实就是边缘相互折叠并粘合在一起的叶子；蒴果则是由多片叶子粘合而成的；而复合果实则是由多片叶子围绕一个中心结合在一起构成的，这些叶子的侧面相互开放，从而形成通道，其边缘则彼此粘连。这一点从那些成熟后会裂开的蒴果中可以看出来，此时每个部分都变成了独立的豆荚。同一属的不同物种也体现了这一规律，因为它们果实的形成原理存在差异——例如，东方黑种草的蒴果是由围绕中心排列且部分相连的豆荚构成的；而大马士革黑种草的蒴果则完全融合在一起。”[256]
林德利教授也对这一观点进行了阐述：“每一朵花，连同它的花梗和小苞片，其实都是花蕾发育而来的；而花蕾与叶芽极为相似。因此，可以推断，每一朵花及其花梗和小苞片实际上都是经过变形的枝条。
此外，既然花朵属于未完全发育的枝条，那么无论枝条之间的排列规律如何，花朵之间的排列规律也应当相同。
由于花朵及其花梗属于某种状态下的枝条，那些构成小苞片、花被以及雌雄部分的原始或变形后的叶子，也遵循着与正常叶片完全相同的排列规律。”[257]

叶片是植物最重要的器官，其他所有器官很可能都是从叶片发展而来的——这一观点实在堪称那位伟大德国诗人的天才之作。每一片叶片本身都蕴含着奥秘，它们各自拥有独特的功能；这些叶片聚集在一起，共同促进着它们所附着的枝条以及所属树木主干的生长。树木代表着一个整体，其各个部分彼此之间存在着相互依存的关系。

“那片红色的叶子，是它那一族中的最后一片，它不停地舞动；它悬挂在如此高处，又如此轻盈，就位于那根伸向天空的顶端细枝上。”它既受到深入湿润土壤的根系的制约，同时也影响着那些根系。在微风与夏日阳光的照耀下，叶片如同轻声低语一般欢快地歌唱；而当春分时的狂风将它们从母株上吹落时，它们也会痛苦地颤抖。贯穿整个植物的各种力量共同构成了植物的生命力，而系统内的任何变动都会扰乱这种平衡；叶片上的伤口会影响到整个植物，而树干受到的损伤则会影响每片叶片的正常功能。[258]通过研究种子发芽和植物生长所需的物理条件，我们可以了解到许多有趣的现象。在低于冰点的温度下，种子无法发芽；而在水的沸点下，种子内部会发生化学变化，从而丧失发芽能力。因此，热量对于胚胎的发育是必要的，但它的作用必须控制在一定的范围内：这些范围仅对同一类种子而言是恒定的，而对于不同的植物来说则会有所不同。这一点从不同植物种子的发芽所需时间差异中就可以看出来。种子被埋在土壤中后，要想成功发芽，就需要有阴影，有时甚至需要完全的黑暗环境。我们已经知道，大自然最初的运作过程纯粹是化学反应，但……

亲和力的显现源于某种力量的作用，而这种力量直接依赖于太阳能量。当种子被埋在土壤中时，春季的雨露以及逐渐升高的地温为生命活动提供了必要的条件，于是植物最终能够破土而出、迎向阳光。由此我们可以看出，即便在较深的土壤层中，太阳能量依然具有强大的作用力，正是在它的驱动下，种子中的生命萌芽才得以实现。

随着子叶和胚芽的形成，植物会发生显著的变化。种子如同动物一样，会吸收氧气并呼出二氧化碳；最初的叶片则从二氧化碳中释放出碳元素，同时排出对植物而言无用的过量氧气。分解二氧化碳的能力是叶片与树皮所具备的重要功能。根据李比希的观点，植物在夜间仅充当一束纤维而已——它允许二氧化碳在不受变化的情况下循环并蒸发。这位杰出的化学家为了支持自己的呼吸作用化学假说，便没有去验证这一说法是否完全正确。实际上，健康的植物在其整个生命周期中从未停止过分解二氧化碳的过程；只是在夜间，由于缺乏光线的刺激，植物的生理活动处于最低状态，因此分解的二氧化碳量也远远少于在阳光照射下所有生理功能都被激活时的情况。

在这一过程中，我们又看到了另一个自然有机化学的实例。构成植物界的四种无机元素——氧、氢、氮和碳——会通过叶片和根系以空气或水分的形式被吸收，而植物生命的伟大奇迹就在于将这些元素转化为有机物质。糖分和树脂会不断产生，再通过与大气中的氮结合，形成蛋白质化合物，而这正是植物生长发育所必需的要素。[259]

生长在光照充足环境中的植物呈现出美丽的绿色，其颜色深浅随光照强度的增加而加深。而那些在黑暗中生长的植物则会出现徒长现象，其组织柔软多汁，叶片呈淡黄色。由此可见，叶绿素的生成——

叶子的绿色色素被称为叶绿素，它的形成是由太阳光的作用所决定的。叶绿素是一种在叶片中生成的含碳化合物，似乎在植物的同化过程中发挥着多种作用。在黑暗环境中，植物仍然需要碳元素来维持生长，但由于无法获得足够的碳，它们会逐渐分解叶绿素，并依靠分解自身结构中的物质来维持生存。最终，当这些物质也被耗尽时，植物就会因饥饿而死亡。

植物总是朝向光源生长：我们尚不清楚这种趋光性的驱动机制，但有充分证据表明存在某种驱动力或吸引力；而植物之所以会遵循这一规律，是因为它们的生存依赖于光能。然而，仅有光并不足以让植物完全发育成熟——还需要另一种因素来帮助植物开花结果，而这种因素就是热能，或许还是处于某种特殊状态下的热能。当植物内部发生的化学变化促使其具备繁殖功能时，热射线会发挥出显著的作用。此外，人们还观察到，与对其他光谱波段的反应不同，植物会避开红色或具有热效应的射线，而不是朝向它们生长。由此可以推断，这些射线的作用是抑制植物的生长，从而确保繁殖过程的顺利进行。

此前已经提到，通过使用吸收性介质，我们可以在很大程度上将阳光中所含的三种成分彼此分离。通过一种特殊的黄色玻璃，我们可以阻挡阳光中的化学成分，只让光线透过；通过钴蓝色玻璃，则可以阻挡光线，但让化学成分自由透过，且不会有任何损失；而通过经过金氧化物处理而呈现深血红色的玻璃，虽然可以阻挡化学成分以及大部分光线，但对热能却完全透明。

因此，这为我们提供了试验这两种原理的途径，同时也让我们能够了解它们在植物生长过程中各自所起的作用。我们将一些种子置于土壤中，使其处于与自然环境相同的条件之下，同时确保其获得足够的水分以及适宜的温度。接着，我们在土壤上方放置上述三种介质，让其中一部分种子暴露在正常的阳光照射下。结果会是：放在蓝色玻璃下的种子会比那些暴露在阳光中的种子更早发芽；在红色玻璃下，有一些种子仍能勉强发芽，但在黄色玻璃下，发芽过程则完全被抑制。由此可见，具有特殊化学作用的红光加速了植物的化学变化，从而促进了发芽过程；而那些被剥夺了化学作用的光线则完全阻止了淀粉转化为胶质和糖分的必要过程。如果继续进行实验，我们会发现：在蓝色玻璃下，植物虽然生长迅速，但体态较弱，且不会长出叶子和木质部分，只有茎干，偶尔会有试图长出叶子的迹象。当发芽过程结束后，如果将幼苗移至黄色玻璃下，它就会健康地生长，形成大量的木质部分，由于叶绿素含量极高，叶片会呈现出深绿色的颜色。不过，在这种环境下植物不会轻易开花；但如果在适当的时间将其移至红色玻璃下，植物的开花和结果过程就能顺利完成。[260]这些看似简单的实验恰恰证明了光的重要性：太阳光中的光能激发植物的生命力，使其能够分解二氧化碳并形成木质结构；而热量则可能在之前已经观察到的那种作用下发挥作用。

属于副热射线的光线对花果的生成至关重要。多年来的观察表明，随着季节的变化，这些太阳光线的相对强度会发生有趣的变化。春季时，光化作用或化学作用更为显著，此时需要这种作用力来激活种子中的生命力。进入夏季后，光化射线减弱，而光线则增强。或许更准确的说法是：随着光线强度的增加，化学作用力反而减弱了；因为前者意味着数量上的变化，而这可能并不正确。我们需要这种变化，因为光线对于碳的分泌至关重要，而碳则是形成木质纤维的原料，同时也有助于植物各种成分的合成。秋季是果实成熟的季节，此时热射线增强，其他类型的射线则减弱——正如科学所揭示的那样，这种变化对于花果的正常形成是必要的。太阳光中的热射线具有特殊的性质，它们被称为副热射线，具有复杂的特性。果实与谷物的成熟以及树叶在掉落前的变褐现象，都可以归因于这类射线。春季树液上升，或许可以归因于光线或光化作用的刺激；而秋季树液下降，则可能是由于那种使植物弯曲的力量，而这种力量似乎就是热射线的另一种表现形式。毫无疑问，不同的气候条件以及各国在动植物生长方面的差异，都是由相同的因素决定的。有些人认为物种的分布是由特定的起源中心决定的，动植物从这些中心向外扩散，而无需考虑物理条件。虽然可以承认存在这样的起源中心，但这些中心的形成实际上是由各中心适应特定环境条件的能力所决定的。同样，部落的迁徙也完全是由我们所讨论的那些物理力量所驱动的。在每个气候带中，我们都发现当地的植物结构都特别适合其所处的环境。在赤道地区，有产香料的树木，如肉豆蔻、丁香、肉桂和胡椒树；那里还有……

有香气的檀香木、乌木、榕树和柚木；还有乳香、没药以及其他能产生香气的植物；还有咖啡树、茶树和罗望子树。再往北一些，就有杏树、柠檬树、桃树和核桃树。在西班牙、西西里岛和意大利，则有散发着浓郁香味的橙树和柠檬树，还有在岩石上野生生长的石榴树和桃金娘树。阿尔卑斯山以北，植被又发生了变化：那里不再有南边常见的柏树、栗树和软木树，取而代之的是更为耐寒的橡树、山毛榉和榆树。再往北，则有苏格兰冷杉、云杉和落叶松。在波罗的海的北部海岸以及该纬度带，只有榛树生长；再往北则是白桤木、悬铃木和山梣。在北极圈内，有梅祖雷姆花、睡莲和球根花；而当太阳辐射过于微弱时，驯鹿苔仍能为这片贫瘠的土地带来一丝生机。蔬菜的种植取决于当地的温度。葡萄藤在年均气温介于50°至73°之间的地方能够茁壮成长，只有在赤道以南30°至以北50°的范围内才能获得良好的种植效果。玉米和橄榄的种植范围也限于这一区间。在旧世界，棉花可以在纬度46°以内成功种植，而在新世界则只能到40°以内。通过摄影现象我们可以得知，太阳光线的性质会随纬度而变化。在法国和英国，太阳光线引发的化学变化要比赤道附近地区更为显著，尽管后者的光照强度要高得多。实际上，关于太阳光线随季节变化而产生的差异的论述，同样适用于纬度变化带来的影响。真菌属于最低等的植物，但它们有一些特性，似乎将它们与动物界联系在一起。马塞特发现，蘑菇会吸收氧气并释放二氧化碳。这很可能只是一种与腐烂木材所发生的化学现象极为相似的现象而已。在木材转化为腐殖质的过程中，氧气会被吸收，然后与碳结合形成二氧化碳。当然，生命的存在会改变这一过程，而在这类植物中……

植物体内的氮含量远远高于其他任何植物性物质。
这些关于与植物相关的奇妙现象的简要描述，旨在展示我们所知的宇宙中的各种物理力量是如何作用于这类特殊生物结构的。据普伊耶所说，在种子发芽过程中会产生电；而在果实成熟时，似乎也有电流存在的迹象。不过，处于生长状态的植物是极好的导电体，根据电学定律，它们不可能积累电荷；因此，那些据说被观察到的发光现象不可能是由电作用引起的。不过我们知道，在任何变化条件下，无论是由于化学作用还是热作用，都会产生电；我们有理由相信，光的产生也会引发电流的流动。

关于植物是否具有感知能力，或者其各部分是否类似动物的神经系统，这个问题经常被提出来，但目前的答案仍不够令人满意。这一课题确实值得植物生理学家们的高度关注；但是，如果将植物视为连接动物界与矿物界的桥梁，将植物所表现出的植物化学作用视为形成动物体内更复杂结构的手段，那么我们就会认为植物只不过是用于实现有机结构的自然机器，因而不可能具备任何神经感知能力。在植物的许多奇妙结构中，可以体现出肌肉收缩的现象；而无论是自然原因还是人为因素造成的干扰，都会影响那些共同维持植物生命的力量的运作。事实上，前面提到的卡洛·马泰乌奇的实验已经证明：在叶片上划切口、折断枝条，或是使植物的任何部位受到挤压，都会干扰那种在光的作用下分解碳酸并促进其他元素吸收的能力。

总而言之，植物是一种有组织的生命体；它的存在得益于某些奇特的植物化学作用，而这些作用则因太阳光的影响以及各种光现象的作用而变得活跃。

在电的流动过程中，存在着一种热量力量。这正是某些超自然力量的共同作用的典型体现——这些力量使得无机元素以某种形式结合在一起，从而能够遵循生命那神秘的指令而行动。诗人将外部力量的作用描绘成各种富有美感的形象：从花神弗洛拉及其侍女们，到那些只需轻轻一触魔杖就能让花朵绽放的迷人女子，所有这些形象都预示了科学所发现的、对植物生命至关重要的那些力量。植物受到外部力量的影响，而动物则依赖于其体内存在的更强大的力量。诗人的幻想满足了人们富有想象力的心灵；当我们把女性形象中所有优雅可爱的特质，与那种能给灵魂带来无形灵性感受的神秘感觉联系起来时，我们就会发现，那些女神、女巫或精灵其实都是物质力量的纯粹理想化体现。在诗人看来，那萦绕在这些美丽形象之上、为它们增添绚丽色彩、为玫瑰着色、为紫罗兰赋予香气的“灵体”，已经近乎达到了最纯粹的灵性境界，实际上它就是一种光之精灵；它们乘着微风，以一种极其奢华的姿态，随着阳光降临大地。这就是想象力的作用。而那些苦苦追求真理的科学家们又得到了什么结果呢？阳光被分解成了无数光线，每道光线都被赋予了传达其功能的任务。大自然已经回答了一些疑问；在从一株植物到另一株植物的传递中，我们听到了一种普遍的呼唤——植物生命的每一项功能都源自太阳之灵。塞内加尔的巨大阿丹松尼亚树，上面覆盖着五千年的苔藓；致命山谷中的乌帕斯树；圭亚那森林里的攀缘藤本植物；炎热山丘上那些扭曲的蛇形仙人掌；在我们气候温和的地区生长的橡树；热带地区那些绚丽的鲜花，以及点缀在我们绿色草原上的花朵；北方地区的驯鹿地衣，还有寂静池塘里的水生植物——植物世界中那些最伟大也最卑微的生物——全都宣告着这一事实。

它们直接依赖于那些以光之银线形式结合在一起的神秘力量。这些波动与脉动极为微妙，凡人的耳朵无法察觉，却能驱动并引导着这些奇妙的生物体；它们其实可以被视作一种循环往复的“球形音乐”，不断重复着“要有光”的神圣命令。正因有了这道光，原本黑暗而混沌的世界才变成了美丽的星辰，能够向其他宇宙中的世界散发光芒。

脚注：
[248] 珀西·比希·雪莱。
[249] 《关于利用各种物质从水中制取无燃性空气的实验》，作者：本杰明·拉姆福德爵士；载于《哲学汇刊》第77卷，第84页。
[250] 《关于植物的实验：发现植物在阳光下具有净化空气的能力，而在阴暗处及夜间则会破坏空气质量；此外还有一种测定大气健康程度的新方法》，作者：约翰·英根豪斯，宫廷顾问兼国王陛下御医，F.R.S.等荣誉获得者。1779年由伦敦斯特兰德的P.埃尔姆斯利以及帕尔莫尔的H.佩恩出版。
[251] 《自然界的王国及其生命与亲和力》，作者：C.G.卡鲁斯博士；载于《科学回忆录》第1卷，第223页。
[252] G.R.特雷维拉努斯所著《生物学》第2卷第302页中有如下描述：“如果将泉水置于敞开或封闭的透明容器中暴露在阳光下，几天后就会从容器底部或侧面冒出气泡，同时还会形成一层绿色外壳。通过显微镜观察这层外壳，可以看到大量呈圆形或椭圆形的绿色颗粒，它们非常微小，表面覆盖着一层透明的黏液；其中一些颗粒可以自由移动，而另一些则完全静止，附着在容器壁上。这种活动有时会更频繁些。这些微生物通常会处于近乎停滞的状态，但很快又会恢复原有的活动能力。”
[253] 《关于植物细胞的结构》，作者：莫尔；载于《科学回忆录》第4卷，第113页。亨弗雷所著《结构与物理植物学概要》。
[254] 卡鲁斯博士在前面引用的回忆录中写道：“由于在地球的构成中，作为第二重要组成部分的光和空气与重力相对立，而且植物在形成之后不仅与重力有关，还与光有关，因此它必然会拥有另一种解剖结构，即螺旋状导管系统。”

近来，它们被公认为在植物体内承担着类似神经功能的器官。
[255] 克罗斯先生在《伦敦电气学会杂志》上发表的实验成果，威克斯先生在《电气杂志》上的研究，以及《创世自然史遗迹》一书的附录中的相关论述。
[256] 《植物的变态》：歌德，第78节。
[257] 林德利的《植物学基础》。
[258] 可以参考C.马特乌奇的那些非常有趣的实验。这些实验内容摘自《Cimento》杂志——载于《物理与自然科学档案》；另有一篇题为《关于植物呼吸作用的若干实验》，发表于1846年11月。
[259] 可参阅J.B.布辛戈尔的《农村经济》、杜马斯与布辛戈尔合著的《有机界的化学与生理平衡》，以及李比希的《农业化学》。
[260] 关于上述发现的实际价值，从爱丁堡的劳森先生寄来的来信中可以最清楚地了解：

爱丁堡，乔治四世桥1号，
1853年9月8日。
尊敬的先生：
您在5日寄来的来信中提到了我在研究有色物质对种子发芽及植物生长影响的实际经验。我必须先说明的是，我们的惯例是在将所有种子出售之前，先测试它们的发芽能力；当然，我们的目标就是尽可能迅速地判断出这些种子的生命力强弱，因为一旦发现其生命力较弱，种子的价值就会下降。例如，如果我们播种100粒种子，而全部发芽，那么这种种子的市场价值就会最高；但如果只有90粒发芽，其价值就会降低10％；如果是80粒发芽，价值则下降20％。
我之所以详细说明这些，是为了让大家明白这项测试的实际意义，以及它对种子价格波动的影响。
过去，我们通常会将待测种子种在温床或育苗箱中，然后观察其生长情况并记录结果。通常需要8到14天才能确定这些种子的商业价值。
不过，大约五年前，我读到了您那本出色的著作《论自然界的物理现象》，于是决定将您的理论付诸实践检验。于是我制作了一个用蓝色或靛蓝色玻璃制成的容器，将其连接到小型煤气炉上以产生热量；在容器内部还设有架子，上面放置着用来播种的小花盆。
实验结果正如预期：种子只需2到5天就能发芽，而以前则需要8到14天。

我的实验仅停留在种子萌发阶段，因此无法获得关于其他光线对植物后续生长影响的实际数据。不过，我确实进行过一些利用黄光抑制种子萌发的试验，且这些试验取得了成功；同时我也发现，紫光会妨碍植物在萌发后的生长。
亲爱的先生，
您忠实的仆人，
查尔斯·劳森

第十五章 动物生命现象
自然界的各个界别——动物生命的演化——海绵——水螅体——原生动物——微小动物——会发光的动物——环节动物——多足动物——动物的变态现象——鱼类——鸟类——哺乳类——神经系统——动物电——化学因素的影响——光对动物生命的影响——动物的热量——机械作用——神经兴奋——人类与各种动物等。

“石头会生长；植物会生长并存活；动物则会生长、存活并具有感知能力。”这是林奈对自然界三大界别所做出的区分。然而，我们不得不认为这种区分在各方面都是不合逻辑的。石头不过是未经组织的固体颗粒集合体，若处于适宜的环境中，它可以通过周围类似颗粒的堆积而变大，但按照我们通常的理解，它并不属于“生长”的范畴。植物和动物则会生长，它们之间的差异或许仅在于感知能力方面。不过，含羞草以及其他一些植物似乎也具备与海绵及某些低等动物相当的感知能力。不过，通过这位著名的瑞典博物学家的这种定义，我们得以用一种通俗简单的方式理解这一重要事实。

由于我们只需研究物理力量对动物生命的影响，因此必须将注意力集中在科学已经揭示的那些较为显著的现象上。在简要梳理了生物组织结构演化的顺序之后，我们最后的几句话将集中在那些物理生理学方面的影响上，而我们必须承认，对于这些影响，我们的了解还远远不够完善。

我们得知，在地质学通过探索时间的奥秘而让我们所了解的那些演化阶段中，存在着各种各样的动物。

各种生物形态应运而生，它们经历了各自的生存时期。地球表面、海洋或大气层的状况发生了变化，这些环境不再适合那些生物的生存，于是它们便消失了，其他生物取而代之。这些新生物也经历了成长、成熟和衰败的各个阶段；最终，地球为最高等动物的栖息地，于是它们出现了，而人类作为世界上的智慧之主，则被置于所有生物之上。几乎所有以化石形式存在的生物类型如今都仍然存在；如果我们观察动物的地理分布——即地球表面的不同海拔地带以及海洋中的不同深度区域——就会发现，现今存在的动物与地球上早期生物的形态及生存环境极为相似。我们甚至可以像那位不懈努力的自然学家爱德华·福布斯教授所做的那样，研究在光线不足、温度多变的环境下生物的组织结构所呈现出的不同状态。[261] 动物生命在逐渐上升的地层中的发展，引发了诸多关于动物进化过程的巧妙而精妙的推测。必须承认，无机世界的变迁给动物的有机结构带来了新的压力，迫使它们适应生存需求。比较解剖学已经证明，第二纪地层中的生物——也就是第三纪以及现代的生物之间确实存在这样的差异。有人认为，在第二纪时期，大气中二氧化碳含量极高；因此，虽然这种环境有利于植物的生长，也适合那些通过化石植物我们所了解的生物的生存，但却不适合除呼吸缓慢的冷血鱼类和爬行动物之外的其他动物生存。据推测，在那个时期茂盛的植被吸收了二氧化碳，同时增加了氧气含量，从而使地球逐渐变得适合温血且呼吸迅速的生物居住。的确，我们在包含蜥蜴类动物的利亚斯地层化石与韦尔登地层化石之间发现了明显的区别——在韦尔登地层中，鸟类的数量远远超过以往任何地层。

基于这些事实，人们提出了关于动物从最低等类群逐渐进化到最高等类群的种种推测。在多孔动物与人类之间，人们设想存在着一个连续的系列，这一系列中的每一个环节都与紧随其后的环节有着联系；根据这一假说，所有动物类群——植物状动物、鱼类、两栖类、爬行动物、鸟类以及哺乳类——都是从更早的类群中通过逐步进化而来的。最原始的类群演化出了两栖类，两栖类又演化出爬行动物，爬行动物进一步演化成鸟类，而鸟类则最终演化成了哺乳类。不过稍加研究就会发现，这种观点毫无依据。虽然同一类群中的某些成员与紧邻其上的另一类群的成员之间存在某种关联，但这种关联在相距较远的类群之间也同样存在；在没有任何情况下，我们都能观察到一种动物转变为另一种动物的迹象。在这一点得到证实之前，我们只能将各种动物视为独立的创造物，每种动物都适合自身的生存状态，它们都是源于那伟大的第一因的旨意。[262] 但现在，是时候停止这些推测性的讨论，转而研究当前动物生命的总体状况了。在动物界中处于最底层、几乎无法与植物区分开来的，就是海绵。它们附着在岩石上生活，实际上，它们所表现出的感知能力甚至比许多植物还要弱。不过，植物与海绵之间的化学差异是非常明显的；在海绵的组织中含有大量的氮元素，这是一种真正的动物元素，而在植物中则只存在少量。这些介于植物与动物之间的生物，具备像植物一样分解碳酸的能力；而且它们生活的水中总是含有大量的游离氧。多孔动物是一个极为奇特的类群。它们以巨大的树状群体固定在热带海洋的岩石上，或者在我们所处的气候条件下附着在贝壳或其他海底物质上，它们会以千变万化的美丽形态延伸出自己的触须；或者，它们用含钙的物质在海洋底部的岩石上形成沉积物，从而默默地建造出礁石和浅滩，这些地方自然会让其他生物感到畏惧。

航海者们有时会记录下这些生物出现的地点——当它们浮出海面时，会出现在那些被岁月滋养得郁郁葱葱的岛屿上，岛上也有适合居住的生物。[263]
大多数水螅体都是固定不动的；但水螅以及其他一些生物则具有改变位置的能力，它们会为了寻找阳光而移动。它们似乎没有需要光线的视觉器官，但仍喜欢阳光的照射。与水螅相关的最奇特的现象就是它可以通过分裂来繁殖。如果在水螅的身体上划一道口子，很快就会有一只新的水螅体发育出来；而如果将这样的水螅体分割开来，它也能迅速恢复失去的部分结构。水螅体的种类极为繁多，其中许多都非常有趣，而且往往十分美丽。海葵就像花朵一样，从岩石中生长出来，将触手伸向光源；由于急于捕捉猎物，它们会展现出绚丽的色彩和有趣的形态。
在显微镜下还能发现形状极为奇特的微小动物，所有这些都在一定程度上证明了万物造物的完美性。纤毛虫和微型动物——在显微镜下看起来不过是透明的胶状物——无疑属于最简单的生命形式。它们存在于各种水域中，数量多得难以计数；尽管体型微小，但已有研究证明，许多巨大的石灰岩山丘其实都是由它们的遗骸构成的。
海洋中的发光动物也同样令人惊叹。从极小的生物到体型较大的种类都有，不过它们看起来仍不过是带有生命的海水团块而已。如果把这些水母或称海蜇（即便是最大的种类）抛到岸上，很快在阳光的作用下就会变成比蜘蛛网还要细的纤维；一只重达七八磅的水母很快就会变成几粒尘埃。这类奇特生物的品种繁多，其中大多数都以能够发出强烈的荧光而著称。贝罗埃斯和水肺虫能在水面下数英尺深处发出强烈的白光，而维纳斯带则会在波浪边缘形成一条长长的、起伏的火焰状带状物。这一点毋庸置疑。

这种现象是由于这些动物的体内会释放出某种未知类型的荧光物质所导致的。显微镜让我们得以了解那些极其微小的生物的奥秘，否则我们是无法理解它们的。这类生物既生活在水中，也生活在陆地上，它们存在于动植物的肠道结构中，以流经这些系统的营养液为食。尽管它们极其微小，以至于最熟练的观察者也无法用肉眼发现它们，但通过显微镜的仔细观察可以发现，它们在很多情况下都具有复杂的结构。埃伦贝格在它们身上发现了丝状神经和神经团，甚至还发现了用于液体循环的血管，这表明它们实际上属于较高级的生命形式。

在将动物界视为一个整体这一奇妙链条中的诸多环节暂且不谈，我们接下来要讨论的是居维叶所提出的节肢动物——欧文所称的同神经节动物。迄今为止我们所研究的那些生物，由于其简单结构的缺陷，无法在陆地上生存，因此只能生活在水中。而在节肢动物身上，则可以看到更高级的特征，以及与结构日益完善相对应的本能发展。从环节动物开始——除了蚯蚓之外，所有环节动物都生活在水中——接着是多足类动物，它们的结构在各方面都介于蠕虫和昆虫之间；在同一类群中还有昆虫纲，其中包括各种苍蝇和甲虫；作为节肢动物的第四个类别则是蛛形纲，也就是蜘蛛；最后则是海洋中的甲壳类动物。

与这些动物相关的最引人注目的现象就是它们所经历的变态过程。例如，雌性蝴蝶会产卵，卵孵化后会变成毛虫：毛虫以植物为食，生活一段时间后，随着体型的增长会蜕皮，最终变成完全不同的形态，然后以椭圆形的蛹态休眠，看起来就像死了一样。这种蛹通常会被埋在土里，从而免受伤害。

一个季节过后，一只完美无瑕的昆虫便破茧而出，它乘着夏日的微风，沐浴在阳光下，在花丛中欢快地嬉戏。同样令人惊叹的，还有那些属于变鳃亚纲的两栖动物的蜕变过程——它们从蝌蚪这种真正的鱼类形态，逐渐变成能够呼吸空气、拥有四只脚的青蛙。近年来，甲壳类动物的蜕变过程也与昆虫的类似，这一现象引发了自然学家们的诸多讨论；不过，通过汤普森先生和R.C.库奇先生长期而细致的观察，这个问题似乎已经有了定论。无脊椎动物与鱼类、爬行动物、鸟类和哺乳动物这四大类脊椎动物之间存在着明显的界限。地球上的每一个角落——海洋与内陆湖泊、宽阔曲折的河流与潺潺的小溪、高山与山谷、阴暗的森林与阳光强烈的沙漠、寒冷的北方地区与炎热的热带地带——都为我们提供了无数可供研究的动物，它们各自都适应了所处的环境；在整个生物界中，我们可以看到智力水平逐渐提升，最终，通过一些独特的机能，我们来到了人类本身。在这四大类动物中，它们的身体都拥有骨骼结构，而在幼体时期，这些骨骼不过是软骨而已；但随着生长，钙质会逐渐沉积，从而使骨骼变得足够坚硬，以支撑成体的身体。一些解剖学家试图证明，从鱼类到人类，动物骨骼结构的完善程度也在逐步提高。不过，许多哺乳动物的骨骼结构实际上比人类的还要出色。这类动物依靠自身的肌肉力量来生存，在这方面，人类根本无法与它们相提并论。与敏捷的羚羊或力量强大的大象等动物相比，所谓的“万物之主”又算得了什么呢？随着我们在动物生命等级中的上升，我们会发现它们的神经系统越来越发达；大脑相对于身体的大小也逐渐增大，直至达到极致。

人类的完美境界。感觉功能依赖于神经系统，毫无疑问，智力水平越高，神经系统就越为精细复杂。因此，在这个世界上，卓越的才华必然伴随着高度敏感的特性，而这种敏感性往往会让拥有者陷入真正的疾病状态。对于每一位读者来说，显而易见的是，在对动物组织发展历程的简要概述中，仅提到了动物生命中极少数显著特征而已。这一主题极为广泛，根本不可能在合理的范围内将其全部涵盖；而且它所提供的内容既有趣又富有启发性，一旦开始探讨，就很难做出选择，恐怕得用一整本书来论述自然科学的审美问题。因此，我们只需简单提及一下，然后继续探讨一些与生命力相关的条件。贝尔已经证明，有一组神经负责将感觉信息传递到大脑，另一组神经则负责将意志的指令传递给肌肉。如果切断某条感觉神经的主干，虽然所有的生命活动仍会继续进行，但该神经所连接的器官就会失去相应的感觉功能。同样地，如果切断某条意志神经，相关肢体就不会服从大脑的指令。由此可见，尽管许多与生命力相关的现象都依赖于神经系统，且神经受损或断裂会导致肢体瘫痪，但神经只不过是某些作用力传递的通道而已。所谓“生命力”或“生命原理”——由于我们的知识尚不完备，不得不将许多生命现象的最终原因归结为这一概念——其实是一种持续发挥作用的能量，它能够通过自身与诸多外部因素之间某种难以解释的联系不断得到更新。我们知道，某些条件是动物保持健康所必需的。消化功能异常或血液循环受阻都会破坏生命力，从而导致死亡。虽然我们对消化和血液循环的过程已有充分了解，但对于生命原理的奥秘，我们依然知之甚少。动物依赖多种外部因素来维持生存。空气中的氧气是呼吸所必需的，而动物的体温也是……

稍后将会展示的结论在很大程度上取决于这一点。外部热量被精确调控，从而为动物的生存提供适宜的条件。毫无疑问，电是生命活动中的重要元素；事实上，许多生理学家倾向于将生命力视为大脑中化学作用产生的电能。然而，这一观点除了能在大脑受到刺激时观察到电流出现之外，并没有其他实验依据。这只能说明，心理活动会在与其有着神秘联系的物质中产生物理能量。

我们早已注意到电鳐和电鳗所表现出的现象，[264]还有其他一些生物也确实具备分泌并释放电能的能力。加尔瓦尼以及阿尔迪尼的实验似乎表明——而马泰乌奇更为精细的研究则已明确证实——电流始终在动物体内循环；正电荷不断从肌肉内部流向外部。马泰乌奇通过将多块肌肉串联起来，制造出了具有一定能量的电堆。[265]在人类、鸽子、家禽、鳗鱼和青蛙体内也都检测到了这类电流。在人体内，显然存在着大量处于平衡状态的电能。杜布瓦·雷蒙德证明，仅通过肌肉运动就能产生可通过检流计测量的电流。不过，这种情况在任何物质中都可能存在。在人体系统中，这种电流可能更容易被干扰；实际上，由于摩擦而使头发及其他身体部位产生火花的现象并不少见。正如前文所述，任何化学反应都会产生电现象；而动物体则是一个配备着各种装置的实验室，几乎所有的化学反应都在其中进行。事实已经证明，酸性和碱性物质会持续通过动物体的组织相互作用；此外，还有渗透作用与渗出作用这两种奇妙的现象在不断发生，同时催化作用或表面力也在以一种神秘的方式发挥作用。[266]

至于与感觉现象相关的那些复杂的生理学问题，我们在此无法探讨，也不会为那些将这些现象归因于大脑中某种特殊电能产生的假设提供支持或反对的证据。整个课题看起来……

它超越了科学的真正界限，任何试图突破这一界限的尝试最终都会导致混乱的神秘主义，使得现实与理想奇妙地混为一谈。科学无法解释与生命活动相关的现象。

不过，我们不得不提到一种普遍存在的观点：大脑如同电池，而神经则是一套传导系统。对于这一观点，约翰·赫歇尔爵士这样评论道：“如果大脑确实是一个持续工作的电堆，那么当电荷积累到一定程度时，它就会通过与心脏相连的神经释放电能，从而引发心脏的跳动。”

不过，似乎普里斯特利才是第一个提出这一观点的人。光是构成生命这一奇妙现象的关键要素，尽管其作用机制尚不完全清楚。有光的地方就有生命；一旦缺乏光，动物身体便会迅速出现疾病，智力功能也会遭到破坏。这一点可以从那些因生活所迫而不得不在阳光无法照射的地方工作的人身上得到证明——比如煤矿里的工人，他们虽然拥有维持健康所需的一切条件，却唯独缺乏光，因此身体状况极为糟糕。那些多年被关在黑暗地牢中的人所表现出的愚昧与悲惨状态，也可归因于同样的缺乏光的情况。此外，生活在不同光照环境中的人们所呈现出的独特面貌，也证明了太阳光具有强大的影响作用。当然，还有其他一些尚未被发现的力，很可能也对动物的生理机能产生重要影响；不过，尽管我们能观察到许多无法用已知原因来解释的现象，却完全无法想象这些现象的来源。

现在，我们来探讨一下动物体内的热量现象。研究这一现象自然会让我们思考消化系统、血液循环过程以及神经兴奋所带来的影响。那种将动物体内的热量归因于进入胃部的食物中的碳元素与通过肺部吸入的空气中的氧元素结合的理论，现已成为最受欢迎的观点之一。不过，必须记住，这一理论其实并非什么新事物。布朗提出的相关学说早已存在。

布鲁诺的体系及其在《医学要素》一书中的阐述，也是基于类似的草率概括。虽然这些观点在某种程度上确实正确，但并不像其支持者所声称的那样绝对。食物中的碳质物质经过消化后，会与通过肺部吸入或皮肤吸收的氧气结合，以碳酸的形式从体内排出；同时，在这一过程中会产生热量，其原理类似于普通燃烧。这一事实已被证实。然而，既然还有其他已知的产生热量的原因存在，却将动物的热量完全归因于这种化学作用，这正体现了那些急于验证自己所青睐的假说的人可能会犯下的错误。

由碳和氢构成的动植物性食物进入消化系统后，会转化为维持动物身体所需的各种物质。血液则是负责将维持健康与活力的必要元素输送到全身、并清除体内废物的主要液体。当血液流经肺部时，会发生非常显著的变化：它不仅颜色会改变，还会因为接触到肺部细胞周围的空气而获得新的性质。通过真正的化学反应，空气中的氧气会被分离出来，然后与碳和氢结合，形成碳酸和水。这些物质会通过肺部或皮肤从体内排出。就我们所能观察到的生命过程而言，其中存在着一些现象，我们可以找到相应的解释。因此，空气中的氧气与血液中的碳结合的现象确实可以被视为一种化学亲和作用；我们在实验室中尝试模仿自然界的这些过程时，也在一定程度上取得了成功——我们可以让碳和氧结合生成碳酸，而且我们知道这种结合会产生一定量的热量。如果我们仔细研究这一化学现象的条件，就会发现无论是自然过程还是人工过程——我们必须区分这两者——都存在类似的情况。如果我们把一块纯碳、一块木炭或一颗钻石放入装有空气甚至纯氧气体的容器中，……

这些元素中的任意一个都会发生变化，而且无论它们被保持在一起多久，最终仍会以碳或钻石以及氧气的形式存在。如果我们对碳加热至发亮状态，它就会立即开始与氧气结合——也就是燃烧；过一段时间后所有的碳都会消失，如果实验操作得当的话，我们会发现有一种气体残留下来，这种气体的性质与氧气完全相反：它既不能支持生命活动，也不能促进燃烧，而氧气则能增强这两种现象。这样，由这两种物质结合而成的碳酸气体就形成了。

将死亡的动物组织置于氧气中，除非出现某些特殊条件，否则不会发生任何变化；但如果能够像在另一种情况下那样为它注入“生命的火花”，或者，既然人类无法做到这一点，那就用活的生物来代替，那么动物体内的碳就会立刻开始与氧气结合，从而通过动物组织的分解产生碳酸，就像在另一种情况下碳被分解后产生碳酸一样。如果没有新的物质补充，动物就会因为体内物质耗尽而死亡。显然，在这两种情况下，虽然这种化学结合是产生热量的直接原因，但必定还存在某种更强大的力量作为其根本原因。

植物物质在水分和空气的作用下缓慢分解的过程，并不具备与人体相似的条件，尽管有人声称两者在各方面都是相似的。确实，两者的结果有相似之处，但我们必须仔细区分现象与原因；惰性物质发生化学分解后的结果与生物体内的情况是不同的。植物物质已经失去了有机生命的本质，一旦失去这一本质，万物都会趋向于分解为最简单的形式，于是各种元素就开始分离：氧、氢和碳要么以气体形式存在，要么以水的形式存在，同时还有部分碳以极微小的颗粒状态释放出来，然后慢慢与水或空气中的氧气结合。与此同时还会形成氢化物。在所有这些情况下，就像在所有其他化学现象中一样，都会发生某种变化。

温度变化的结果。热量源于化学变化，最终真正的燃烧便开始了。动物组织可能也会像铂金那样促使气体发生结合，不过我们并没有相关证据。我们知道电能够创造所需的条件，而且从法拉第的精彩研究中我们也了解到，分解过程中产生的电量恰好等于使相同元素结合所需的电量。因此很显然，在血液中的碳与空气中的氧结合时，必定会有大量电能储存在该化合物中。其来源我们尚不清楚：它可能来自生物体内部的某种隐秘能量源，也可能来自周围物质。在神经兴奋现象中有很多类似电现象的表现，人们也常常试图将感觉归因于电的作用。但这些不过是聪明人的幻想罢了，现实中几乎不存在这样的情况。身体的每一个机械运动都会产生热量；肌肉的每一次收缩都会带来明显的温暖感。事实上，实验表明，肌肉纤维的膨胀会释放热量，而收缩则会吸收热量。几乎所有的心理活动都会激发体内潜藏的热量，我们常常会通过突然出现的某种感觉来观察到这一现象。诗人在创作时会被内心的热情所点燃，而纯真之人的脸红则不过是某种由令人不安的想法引发的神经兴奋所导致的现象。由此可见，消化和呼吸过程并非动物体产生热量的唯一途径，还有许多其他途径，身体的自然温度很大程度上就源自这些途径。生命现象中有太多神秘之处，以至于迷信有足够的空间来发挥其影响；历代以来，总有一部分人认为必须限制人类好奇心的发展，以免他们揭开各种生理现象背后的真相。正因如此，即便在今天，那些在我们无知之下被视作真实与超自然的事物之间，仍有许多未被探索的领域。即便是那些思维敏锐的人……

对于那些与自然现象相关的真理的任何发展，他们总是持怀疑态度——无论如何，他们都会在接受证据之前先要求有确凿的证明。而一旦涉及到人类及其与精神世界的关系这类话题，他们却愿意相信那些由狡猾的骗子所编造的荒谬谎言。

人类以及围绕在人类周围的各类动物，无论从哪个角度来看都构成了一组极为有趣的群体。有机体的逐渐进化、感知能力的提升，以及最终理性的发展，这些都是有生命的生物最显著的特征。

至于不同种类生物的数量状况，同样也是生命界中值得注意的现象。在最低等的动物中，那些结构不完善的生物——因此几乎感受不到痛苦——的数量多得数不清。对于纤毛虫和其他类似生物来说，它们堆积起来的数量足以形成整座“山”，不过需要用高倍显微镜才能观察到单个个体。在更高等的动物中，比如昆虫，也存在着同样的惊人繁殖速度：有些蚕能产下1,000到2,000枚卵；黄蜂则能产下3,000枚；蚂蚁则能产下4,000到5,000枚。据伯迈斯特的说法，蜂后每胎可产下5,000到6,000枚卵；但柯比和斯彭斯则认为，在一个季节里其产卵数可达40,000到50,000枚。而最惊人的当属白蚁（Termes fatalis），它每天能产下86,400枚卵，如果这种状况持续一个月的话，其总产卵数将达到2,419,200枚，这一数字远远超过任何已知动物的产卵量。

这些数字看似像是小说家编造出来的，但实际上却是经过最细致、最谨慎的观察所得出的真实结果。而且，这样的状况确实存在。这些昆虫以及动物王国中所有低等生物，都是为更高等的生物提供食物的来源。每小时就有成千上万的昆虫诞生，而一天之内又有数以百万计的昆虫死亡。为了维持有机生命的存在，物质是必不可少的；那些注定要成为其他生物猎物的生物，其生理结构使得它们在死亡时完全不会感受到痛苦。随着动物体型的增大和力量的增强，它们的繁殖速度也会受到限制，从而无法凭借庞大的数量来维持对世界的统治。

如果那些昆虫的种群数量比现在更多，它们凭借自身的力量定能做到更多事情。昆虫族群之间的实力对比，也一直令自然学家们惊叹不已。这些微小生物的力量极为强大；就其体型而言，它们的肌肉力量远远超过其他任何动物。蝗虫能够跳跃出自身身长两百倍的距离；蜻蜓则凭借强大的翅膀，在漫长的夏日里仍能以高速飞行而不减速。家蝇每秒可振动翅膀六百次，从而使其每秒前进五英尺。倘若金龟子的体型与大象相当，它便足以摧毁最高的山脉。这些都是自然界的奇迹：从那些像开花植物一样生长在充满活髓的茎干上的动植物，到无数会呼吸的生物，再到人类，我们都能看到所有生物都依赖于我们所讨论的这些生理力量。追溯那些重大因素在各个神秘阶段所产生的影响，正是归纳科学的工作；而由此发现的真理，有助于我们实现每个灵魂所渴望的、拥有高度智慧的永恒境界。那些无知之人称之为超自然现象的东西，哲学家们则将其归类为自然现象。对于那些轻信他人的人而言，看似虚幻的东西，对于那些愿意努力探索的人来说却会成为现实。因此，试图增进我们对未知事物的了解，丰富真理的积累，是一项值得人类为之奋斗的事业。只要我们谨慎地审视自己的心智，避免被感官所欺骗，就不必担心自己的探究会走得太远。在山丘与山谷中的精灵、洞穴里的地精、以及各种自然元素中的灵体，其实都是人类在世界尚处于初级阶段时，试图给那些隐藏在自然现象背后的神秘事物赋予形态的尝试罢了。

在奥瑞阿得斯、树精与海宁伊德身上，我们同样可以看到那些被诗人与哲学家在其幻象中所看到的、主宰着山脉、森林与海洋的力量之体现。人类长久以来都将这些充满诗意之美的事物视为极其神圣的存在并予以虔诚崇拜；然而自然科学的进步摧毁了这类存在。“伟大的潘已死去”，但山脉并非沉默无言——它们以更为有力的方式发声；人们不再听到那些模糊不清的真理的微弱回声，而是能听到大自然用最动听的声音所传达的、那些连迷信的幻想都无法知晓的秘密。

脚注：
[261] 《爱琴海动物群报告》：福布斯教授著。——《英国协会会刊》。《影响海洋与大气中生物分布的物理条件》等：威廉姆斯博士著，斯旺西。
[262] 《创世自然史的遗迹》。
[263] 《动物王国概要》：托马斯·莱默·琼斯教授著，F.Z.S.会员。
[264] 除前述文献外，另可参阅第211页的注释，以及卡莱尔的《关于由随意肌控制的鱼雷装置》——载于《哲学汇刊》，第95卷，第11页；托德的《关于好望角鱼雷的实验》——同上，第106卷，第120页；托德的《关于拉罗谢尔电鱼雷的实验》——同上，第107卷，第32页。
[265] 关于这些实验的简明介绍，可参见戈尔丁·伯德所著的《自然哲学要素》第三版，第xx章，第336页。该书汇总了所有最新的研究成果，并列出了相关参考文献；亦可参阅前文已引用的马泰乌奇的有趣论文。
[266] 《关于流体混合及其渗透到可渗透物质中的规律，尤其涉及人体与动物体内的过程》，作者为吉森的尤利乌斯·沃格尔，为卡文迪许学会翻译。李比希则撰写了《关于动物体内体液流动的论述》。
[267] 《动物王国概要》：托马斯·莱默·琼斯著，第54页及以后。

第十六章 总结
探讨太阳系运动对物理现象的影响——物理力在宇宙空间中的作用——各种力量的平衡——物质的多样性——物质的延伸——虚无理论——物质世界的存在是无可争议的事实——研究科学的益处——结论。

我们已在诸多可通过科学手段实现的理想条件下研究了地球上的各种现象。从两个原子结合时所表现出的力量，到最高等动物体内有机结构的形成，我们都观察到了种种奇妙的现象。我们发现，单个分子也具有特殊的性质，并受到强大力量的支配；我们还了解到，这个美丽球体的运动方式会引发这些力量作用的奇特变化。因此我们可以合理推断：构成地球的每一个原子，都处于一种奇妙的平衡状态，与宇宙中所有恒星的原子相互制衡，甚至包括那颗位于昴宿星团中心的明亮恒星——据推测，整个宇宙体系都是围绕这颗恒星运转的。

当我们在365天的时间内绕着太阳旋转，又在24小时内绕着自己的轴心旋转时，我们会根据自己相对于太阳的位置以及控制某些物理力吸收与保留的规律，经历从热到冷的转变。那么，我们是否可以得出这样的结论：在我们所在的宇宙体系围绕空间中心进行巨大旋转的过程中，我们正在经历一些对宇宙创造秩序至关重要的渐进变化，尽管目前我们还无法理解这些变化？

在研究时间对地球结构的影响时，我们发现，在远古时代，地球上的植被……

地球的北部地区也曾存在过热带气候；地质研究也证明，在同一片土地上，北极的严寒曾长期存在——那个时期的巨大冰川在现有岩石上留下了它们移动的痕迹。[268] 我们知道，在3000年间，欧洲的气候并未发生任何变化。以色列人在迦南发现了枣树和葡萄树，而且它们至今仍在那里生长。阿拉戈指出，哪怕是微小的温度变化也会导致这些结果实树木中的某一种死亡，因为当年平均气温高于84华氏度时，葡萄树就无法成熟；而当气温低于这一数值时，枣树也无法茁壮成长。

那么，这些变化发生以来所经历的时间该有多长啊！东方神话中所说的432,000年与这些变化所经历的时间相比简直微不足道；然而对于寿命只有三十年的生物来说，那段时间似乎就是永恒。我们的太阳系每年会行进3300万地理英里，如果将这个数值乘以3000年——在这期间我们已知气候没有任何变化——那么就能得出在这段时间内太阳系总共行进了99,000,000,000英里的距离。为了产生如此巨大的变化，太阳系在宇宙中的行程该有多遥远啊！

我们有一个很好的例子，可以说明一个世界的各种物理条件是如何发生变化的：那就是天王星的扰动，正是这些扰动促使人们发现了海王星。在三十多年间，人们一直观测到这颗遥远行星的某些异常现象，威廉·赫歇尔爵士通过计算找到了造成这些现象的更遥远的物质体，后来这一推测也得到了验证。但现在天王星已经处于稳定状态，它正安静地沿着既定轨道运行；目前海王星已无法再影响天王星的运动速度——两者距离太过遥远，无法对彼此产生明显的影响。因此，在过去的三十年里，天王星表面必然发生了某些现象，而这些现象要再次出现，就必须等到这两颗行星再次回到自1812年以来所处的相同位置。这些思考有助于我们理解无限的时间与空间，但人类的思维终究难以深入探索这种宏大的奥秘。

在每一寸空间中，我们都能够找到那些我们所讨论的力正在起作用的证据。引力将各个星球连接在一起，使它们都悬浮在那个神秘的中心之下。内聚力则将所有物质聚集成球形，而运动则持续施加力量，试图改变物质的形态。地球的扁平椭球体形状、土星与海王星的环状结构，都是运动与内聚力相互对抗的结果。热量从一颗行星传递到另一颗行星，为各种物质带来变化，从而使其呈现出多样性。光会照射到每一个星球上——每一颗闪烁的星星都在诉说着它存在的奥秘。只要有光和热，作为相关力量的化学作用就必然存在；而电也在其中发挥着神奇的作用。由于物质的特殊性质，这些力量可能不会以与我们地球上的现象相同的方式表现出来；但光的存在本身就足以证明类似元素的存在；很难想象这些力量在发挥作用时不会形成某种秩序。从海边捡起的圆形鹅卵石中，在阳光照耀下的海水中闪烁着绚丽色彩的水母身上，在那些力量强大、在错综复杂的森林中游荡的动物身上，或是那些智慧超群、能洞察其他世界奥秘的生物身上——在我们周围的所有被创造物中，我们都能看到力量平衡得到完美调节、各种属性和谐共存的直接证据。如果从一个物质中移除一个原子，它的性质就会发生变化；当某一种力变得比另一种力更活跃时，受其影响的物体状态也会随之改变。支配地球上物质排列的规律，必然也存在于宇宙空间之中。每颗行星与天空中其他发光的天体之间的关系，就如同鹅卵石、水母、狮子或人类体内的原子之间的关系一样。一种不可分割的纽带将它们全部联系在一起，而埋藏在我们地球深处的一粒沙子，也被这些无处不在的力量所束缚，承载着无数个星球——这些星球就像发光的沙粒一样，是由造物主散布在宇宙中的。由此，我们便能理解到万物合一的观念。那位歌颂“人类最初的违抗行为”的不朽诗人的敏锐才思，即便在最狂喜、最神圣的诗歌创作状态之下，也从未……

人们曾梦想着存在诸如科学所揭示的那样崇高的自然真理。所有宇宙体系之间的相互依存关系、构成每个星球的每一粒尘埃都仿佛被置于天平上加以衡量、维持各种物理状态的各种力量的平衡、地球内部物质的分布方式，以及自然界各领域之间的紧密关联——这些都是自然真理的体现，它们将人的思维提升到对宇宙的神圣认知层面。

在许多力的作用下存在着显著的对抗关系。重力与内聚力与热力所产生的排斥作用相对抗；光与热常常以非常奇特的方式共存；但在辐射状态下，它们显然与化学作用相抵触，无论这种化学作用是由光能直接引发的，还是通过电流的中介作用产生的。[269] 至于体现在有机化合物中的化学作用，生命的强大力量则能够阻止其分解作用的发挥。[270] 就如同宇宙中各个世界彼此保持平衡一样，在人体结构、植物组织、结晶宝石或粗糙的岩石中，各种力量也处于平衡状态。只要稍有干扰，就会引发振动，而电力的强大破坏力则足以让最坚强的人心生恐惧。[271] 热量可以熔化最坚硬的岩石，地球也会因火山活动而震动；而一旦光能摆脱束缚，它就会迅速使美好的事物变得腐朽，让美丽的东西变得令人厌恶。

我们知道物质有着无穷多样的形态，从最沉重的金属到最轻的气体都有；而且我们完全有能力让最坚固的物体以气态的形式消失不见。那么，理解物质相对于氢气来说也可以变得极为微弱，就很容易了——毕竟氢气本身与铂金相比也是极为微弱的。不过，有人对这一观点提出质疑，理由是难以解释物理元素如何穿透固体物质。然而，如果我们记住已知的某些气体确实具有很强的穿透固体物质的能力，[272] 而水通过筛子时也可能因为受热而被阻挡，那么这一点就立刻显而易见了。

任何辐射体穿透固体物质的程度完全取决于具体条件。我们无法想象最微小原子的大小，也无法理解物质能够达到何种程度的“虚化”状态。正如我们所见，地球的大气层不过是构成地球上所有有形物质的那些元素的另一种存在形式而已；而在人类所能到达的高度上，大气层已经处于极度稀薄的状态。那么，在距离地球40英里的地方，大气层又会处于怎样的状态呢？根据已知的规律，某些折射现象让我们得以确定构成地球的物质的边界，但这种物质或许会处于极其稀薄的状态，以至于人类制造的任何测量仪器都无法检测出它的折射能力；又谁能肯定地说，物质的实际范围不会比我们设想的还要广阔呢？

“你可曾知晓地球的广度？如果你全都知道了，就请说出来吧。”
“你可了解天界的法则吗？你能将天界的统治权带到人间吗？”

一种源自德国哲学流派的悲观哲学，凭借着诡异的形而上学思维，被嫁接在所谓的实证哲学之上，正在我们中间蔓延。它教导人们将一切视为仅仅是属性的展现、力量的体现；它不相信物质世界的真实存在。地球的壮丽与那些点缀其上的美丽景象并非真实的存在。那些体现人类技艺的精美作品——在大理石中显现出智慧光芒的雕像、被风吹过时分割云层的远山、鸟儿在枝头鸣唱的美妙乐声、香气扑鼻、色彩鲜艳且形态对称的花朵，以及那位集美丽与优雅于一身、象征着爱与慈悲、如同“阴暗处的阳光”般的美好存在——其实都并非真实存在。只是有一些力量共同作用产生了各种现象，而这些现象则共同欺骗着人们，让他们误以为自己只是物质存在的生物，生活在物质世界之中。这种哲学或许有其独到之处，其形而上学思想也可能相当高深，但它显然以极快的速度从现实走向理想，以至于……

一切论点都建立在未经证明的假设之上；而每一个假设本身其实都属于哲学的范畴——不过是毫无根据的虚构，是某种超越现实的幻想罢了。我们周围存在着各种物质形态的创造物：这颗地球、它所包含的一切，以及无数恒星世界，都是独立的实体。它们被某种创造性的智慧所环绕、所渗透，这种智慧按照既定的规律运作，从而推动着物质的无限且永恒的变化。一粒尘埃的起源对我们这些有限认知能力的人来说是无法理解的；但它的存在应当成为一种希望的源泉——那些有幸能够探究其奇妙特性、了解作为一粒尘埃而存在的根本原理，甚至能够驾驭这些巨大元素来为人类服务的人，经过一段时间的考验后，或许就能获得揭示创造之奥秘的无限力量。实验者通过精确研究所发现的每一种运动规律，物理学家所发现的每一条原理或力量，化学家所发现的每一种组合，以及博物学家所记录的每一种形态，都蕴含着令人振奋的意蕴，这些正是构成最高级诗歌的要素。物理科学的哲学是一部宏大的史诗，而自然科学的记载则是一首伟大的教诲之诗。如果仅仅为了实用目的去研究科学，那就只是将科学的益处局限于纯粹的感官层面而已。而若为了探索科学所能揭示的真理而去研究科学，那便是试图通过人类的智慧来提升人类的幸福水平。利用事实来改进艺术与工业，是每个致力于文明进步的国家的责任。但是，从科学中的伟大真理中得出合理的推论与精妙的结论，进而创造出新的、美好的抽象概念，这种思维训练有助于提升人类情感的境界。在人生壮年时如此锻炼心智的人，到了晚年时会获得一种神圣的宁静；他被大自然的音乐所陶醉，那音乐如同出自虔诚灵魂的晚祷之歌，以最纯净的旋律宣告白日的离去，他便会在那等待着所有人的神秘夜晚中进入安宁的状态，心中充满幸福，因为太阳……

真理将会以清澈明亮的光芒显现出来，使人能够享受那种智慧之光——而这正是人类一直以来最崇高的追求之一。掌握科学的工具、成为能够在科学力量所及范围内的探索者，这一使命能引导人们透过自然去领悟自然背后的神灵。实验与观察帮助我们发现各种事实；这些事实与自然现象相关联，而那些现象的最终成因则需通过神的启示才能知晓，我们也会全信不疑地接受它们；至于那些直接的原因，则是用来考验人类智慧的。每一个通过归纳法发现的自然真理，都能让善于思考的人推导出那些完美的法则，而这些法则正是科学那永恒而美好的“诗篇”的体现。

脚注：
[268] “关于坚硬岩石的打磨与沟槽形成现象，最近的研究表明，冰川在移动过程中会推动沙子、卵石以及岩石碎片，使其在地面摩擦，从而造成这种效果。毫无疑问，冰山在海底搁浅时也会在海底留下类似的痕迹。”——查尔斯·莱尔著《地质学原理：作为地质学例证的地球及其生物的现代变化》，F.R.S.会员；詹姆斯·D·福布斯著《萨伏伊阿尔卑斯山及佩尼内山脉其他地区的考察，以及对冰川现象的观察》，F.R.S.会员。
[269] 这一现象可以通过以下简单却富有启发性的实验来证明：准备两对玻璃杯，其中一对中倒入硝酸银溶液，另一对则倒入稀碘化钾溶液；用棉纤维将每对玻璃杯中的溶液相连，再用铂丝将两杯溶液连接起来。把其中一组放在阳光下，另一组则置于黑暗处。几小时后，会发现处于黑暗中的那组玻璃杯中的铂丝周围会形成漂亮的金属银结晶，而处于阳光下的那组则没有这样的变化。如果在玻璃杯与阳光之间放置黄色玻璃，那么反应仍会像在黑暗中一样发生。这个实验自然会让人联想到许多其他实验，同时也涉及一些非常重要的原理。
[270] 在一些暴力死亡的情况下，常常会发现胃液在几小时内就会溶解掉部分胃组织。——巴德博士在医师学会上的演讲。

[271] 法拉第的实验研究，第一卷；其中已有引文表明物质中蕴藏着巨大的电能。
[272] 《关于气体的运动》，作者为F.R.S.会员格雷厄姆教授——《哲学汇刊》，第cxxxvi卷，第573页。

索引。
空气、水和土壤对热量的吸收，74。
—— 对光线的吸收，125。
发光动物，387。
光化作用，166。
—— 引起化学变化的光化作用，174。
—— 光化作用与光线的相互作用，177。
—— 光化作用对植物的影响，372。
催化作用，280。
牛顿的“活性原理”，11。
亚当斯关于海王星的观点，32。
绝热体，95。
由热量驱动的气流，80。
—— 化学气流，274。
亲和力，292。
地球的年龄，404。
聚集现象及吸引力，48。
—— 结晶体的聚集现象，58。
临界线，244。
空气对热量的吸收，74。
—— 空气的密度，319。
自然的炼金术，293。
阿尔迪尼关于动物电的研究，393。
原子的同素异形状态，43。
同素异形性，330。
同素异形现象，291。
明矾对热射线的阻隔作用，65。
阿尔皮努斯的物质理论，47。
利亚斯期的菊石，341。

氨化汞，325。
安培的磁学理论，239。
类比推理的弊端，152。
古人对磁性的认识，235。
动物的荧光现象，154。
——动物的呼吸作用，310。
——有节肢的动物，388。
动物磁性，267。
——与电的关系，211、392。
——生命的演化，338。
——相关现象，383。
阿拉戈关于太阳表面的研究，123。
——关于复制埃及神庙的研究，177。
——关于磁场变化的研究，246。
“狄安娜之树”——银树，261。
亚里士多德关于运动的理论，10。
大气的用途，319。
大气折射现象，322。
原子理论，278。
——原子的体积，287。
原子的同素异形体状态，43。
有机原子，360。
——原子的最终尺寸，408。
——原子及其特性，3。
化学吸引力，275。
太阳极光，186。
巴克斯对太阳极光的描述，249。
力的平衡，14。
巴托林关于冰岛spar的研究，140。
贝卡里亚神父关于荧光现象的研究，160。
贝克勒尔关于电的实验，227。

——关于臭氧，300。
贝尔论神经，391。
箭石，341。
伯克利主教论运动，10。
贝采利乌斯论同素异形体，44。
——论催化作用，281。
比拉彗星，26。
比奥论偏振现象，145。
博洛尼亚石，161。
布格尔论大气对光的吸收，126。
布蒂尼论热，107。
火牛肝菌，102。
波义耳论运动，9。
大脑与神经，391。
婆罗门哲学，245。
D·布鲁斯特爵士将磁性归因于太阳，263。
——论磁性，247。
布朗的生命学说，395。
蝴蝶的变态过程，389。

卡尼亚尔·德·拉图尔的理论，106。
热传导性，65。
——对植物的影响，376。
卡洛型照相法，174。
坎顿的磷，161。
碳的各种同素异形体状态，43。
石炭纪植物化石，339。
固态碳酸，111。
——大气中的含量，311。
卡西尼论磁力变化，246。
催化作用，280。
有机细胞，361。

贝文努托·切利尼论痈疽，159。
中心太阳学说，27。
物理变化，290。
产生热量的化学现象，42。
——分解产生热量，97。
——通过热量实现结合，98。
——热量使亲和力暂时消失，109。
——辐射现象，166。
——热带地区太阳光线的能量，177。
——光线的作用，178。
——受磁场影响的效应，252。
——各种力，270。
——元素，272。
——比例关系，285。
——物态变化，289。
——各种现象，295。
——大气的组成，322。
——光线对种子萌发的影响，375。
电化学，206。
——自然界的电化学现象，270。
——动物体内的电化学现象，396。
中国关于磁铁的知识，236。
叶绿素的形成，373。
硫的氯化物在高温下的透明度，65。
氯与氢在光的作用下结合，171。
海洋中的氯，303。
霍乱与电的关系，215。
脉络膜，149。
地球上的色带现象，133。
通过电能将黏土转化为板岩，227。
地球的气候，350。
电钟，233。

煤的形成理论，314。
抵抗重力的内聚力，33。
内聚力与重力，49。
——与结晶作用的区别，51。
极端的寒冷环境，110。
物体的颜色，132。
——在化学结合过程中的变化，290。
——天空的蓝色，320。
——蒸汽的颜色，321。
牛顿关于颜色的理论，135。
带颜色的热射线，85。
结合当量，273。
——力，292。
结合定律，286。
——力的结合，330。
燃烧现象，305。
彗星，26。
气体的凝结，290。
热传导，69。
物体传导热量的能力，89。
化学状态的变化，271。
运动的转化，16。
热对流，69。
子叶的用途，368。
库仑关于原子间斥力的理论，47。
宇宙的统一性，406。
白垩纪地层，344。
克罗斯关于电的现象的研究，227。
甲壳类动物的变态过程，389。
地球的地壳，333。
假晶，54。
——晶体的大小，56。

结晶作用力，50。
晶体体的磁性影响，260。
卡德沃思的“可塑性本质”理论，10。
电流的速度，231。
——电学中的电流，239。
结晶过程，50。
培养的局限性，379。
地球周围的电流，224。
蓝铁矿——一种真正的磁体，48。

达盖尔的发现，170。
达盖尔照相法，172。
道尔顿关于北极光的研究，248。
——关于物质液化现象的研究，287。
道尔顿的原子理论，278。
丹尼尔关于物体发光现象的研究，100。
光谱中的暗线，125。
达尔文关于南大洋海藻的研究，316。
戴维爵士关于元素的研究，328。
——关于火焰的研究，307。
——发现了碱金属，325。
电化学分解反应，208。
德拉图尔与卡尼阿尔的实验，105。
德拉罗什关于热的研究，93。
地球的密度，31。
动物的发育过程，384。
露水的形成，81。
钻石——碳的不同同素异形体，43。
——钻石的磷光现象，160。
抗磁性，253。
气体的抗磁性质，259。
透热性物质，94。

气体的扩散，323。
消化作用与热量产生，105。
磁针的偏转现象，247。
晶体的二态性，55。
磁体对晶体的定向作用力，261。
元素的分布，328。
物质的可分割性，38。
多贝莱纳灯，281。
光的色散现象，129。
德雷珀关于白热现象的研究，100。
杜马关于原子的研究，39。
灰尘，一粒的重量，2。

地球，其物理特性，1。
—— 地球的密度，31。
—— 地球的自转，77。
—— 地球的地质形成过程，333。
地球的运动，11。
—— 地球温度受太阳的影响，63。
热量流失所产生的效应，69。
昆虫所产卵的数量，399。
电负性，292。
电，193。
电与光对结晶过程的影响，57。
—— 电的类型，195。
—— 水中含有的电，203。
—— 由化学作用产生的电，204。
—— 电的速度，231。
—— 植物中的电，380。
物质的电学性质，5。
—— 电报，231。
—— 亲和力，275。

电致磷光，160。
——受紫外线影响的效应，183。
——辐射作用，190。
——时钟机制，233。
电化学，206。
电培养技术，223。
电铸法，229。
电化学分解，208。
电磁学，240。
天然金，193。
化学元素，37，272。
——大气中的元素，325。
——元素的相互转化，319。
恩格尔菲尔德关于热射线的研究，67。
始新世地层，346。
分点进动现象，244。
——春分与秋分，77。
伊壁鸠鲁的“钩形原子”理论，48。
附生现象，129。
自发运动现象，105。
以太假说，120。
结晶的实例，59。
物体因受热而膨胀，96。
眼睛的运作机制，149。
法拉第关于晶体磁性的研究，59。
——关于气体凝固的研究，112。
——关于光磁化的研究，147。
——关于电鳗的研究，211。
——关于抗磁性的研究，254。
铁磁性物质，255。
鱼蜥，341。

恒星的光，122。
燧石玻璃的耐热性，65。
化石植物，345。
花朵的影响，317。
流体的磁学理论，252。
光的荧光现象，130。
贾斯珀·福布斯教授关于加热金属振动的研究，97。
爱德华·福布斯教授关于海洋中生物分布带的研究，127。
福布斯关于蒸汽颜色的研究，321。
产生运动的力，9。
——运动的成因，17。
——分子层面的力，40。
——结晶过程中的力，61。
物质中的主动力，3。
——力的平衡，14。
——相互对立的力，407。
形态的变化，2。
——表面形态对气候的影响，351。
——植物的多样性，359。
福斯特对北极光的研究描述，249。
R. W. 福克斯关于康沃尔矿区温度的研究，91。
富兰克林关于原子的研究，47。
富兰克林的风筝实验，214。
混合物的冻结现象，110。
冻结过程中的奇特现象，112。
——水的冻结，302。
摩擦力，17。
摩擦电，199。
夫琅禾费暗线，125。
富兰克林关于热现象的实验，75。
压力对核聚变的影响，107。

电化作用，201。
伽尔瓦尼的实验，201。
气体的凝结，111，290。
——气体的磁性，259。
气态结构，317。
高斯关于磁性的理论，243。
自发生成现象，363。
地质现象，332。
特雷维拉努斯关于种子的论述，361。
种子的萌发，367。
彩色玻璃的透明度与耐热性，65。
歌德关于颜色的理论，139。
歌德关于磷光现象的论述，157。
——关于叶子的论述，369。
格雷厄姆的扩散定律，323。
重力，21。
生长的解释，52。
——生长的过程，364。
——重力的定义，383。
格罗夫通过热量分解水，98。
墨西哥湾流，81。
古列尔米尼关于结晶现象的论述，50。
火药，103。
电鳗，211。
陀螺仪，14。

汉斯汀与阿拉戈关于极光的论述，248。
汉斯汀关于磁性的论述，244。
太阳能与地球上的热能，62。
——热能的传导体，90。
——被大气层吸收的热射线，63，73。
——热能与光的关系，64。

——，其辐射强度为82。
——，彩色光束，85。
——会降低物质的化学亲和力，88。
——，潜伏形式，101。
——，通过该作用实现分解，109、276。
——，关于它的科学知识，114。
——，由木材燃烧产生的热量相当于植物生长过程中所吸收的热量，116。
——，对磁性的影响，241。
——，对水的作用，302。
——，对植物的影响，371。
——，对生命至关重要，395。
尼埃普斯的光学摄影技术，170。
食草动物，315。
赫歇尔关于星云的研究，24。
W.赫歇尔关于热射线的研究，67。
霍布斯关于物质性质的观点，8。
霍普金斯关于熔点的研究，107。
惠更斯关于双折射现象的研究，140。
水螅，387。
过氧化氢，298。
——与氧气的反应，289、297。
碳氢化合物，297。
碳氢化合物衍生物，308。
布雷德关于催眠术的研究，269。

冰，301。
鱼龙，341。
火成岩，335。
通过化学作用引发燃烧，102。
禽龙，343。
白热状态下的温度，69–100。

物质对热的影响，79。
纤毛虫与微型动物，387。
光的干涉现象，138。
磁场的强度，247。
莫泽关于不可见光的研究，188。
天然存在的银碘化物，304。
碘，304。
虹彩纸，137。
磁性铁，235。
——软铁经处理后具有磁性，241。
——铁的生锈现象，306。
同分异构化合物，291。
同构现象，290。
等温线，92。
等动力线，247。

琼斯·莱默关于海绵的研究，345。
焦耳关于无水盐的研究，287。
——关于热与运动的关系，18。

基尔歇尔的磁学理论，264。
库普法尔关于磁暴的研究，249。

电作用下的黏土层叠现象，226。
陆地与海洋的交替出现，340。
拉普拉斯的宇宙理论，23。
潜热，101。
拉瓦锡的燃烧理论，305。
万有引力定律，30。
劳森先生关于种子萌发的来信，375。
叶子的功能，369。
植物叶片对空气的影响，311。
勒维耶关于海王星的研究，32。

莱顿瓶，198。
泥岩地层，341。
李比希与有机化学，284。
生命与光，52。
——光对生命的影响，153。
——依赖光的生命形式，164。
——植物中的光现象，362。
——生命的奥秘，398。
光，118。
——对生命而言不可或缺，39。
——恒星发出的光，122。
——光的透明度，124。
——光在不同介质中的传播，128。
——光的吸收，125。
——光的干涉现象，138。
——光的偏振状态，141。
——光的磁化现象，146。
——人造光，162。
——光对植物的影响，373。
——光与热之间的关联，64。
避雷针，215。
林德利关于叶子的研究，370。
J.卢博克爵士关于流星的研究，22。
矿物的电学性质，225。
发光射线与紫外线的区别，176。
机器用电，209。
麦哲伦云，25。
磁力曲线，236。
——铁矿石的磁特性，237。
——磁极性，237。
——磁力线的汇聚点，244。

——地球的两极，245。
——强度，247。
——风暴，249。
——无变化线，243。
磁性，235。
——感应磁力，238。
——受热的影响，242。
——磁性的普遍性，253。
——气体的磁性，259。
——太阳光引发的磁力，263。
——磁性与电性的关联，239。
——磁性与结晶作用，57。
磁电分解，230。
光的磁化，146。
马吕斯关于偏振现象的研究，139。
哺乳动物化石，343。
人类的体温，105。
钾锰酸盐，171。
曼特尔博士关于禽龙的研究，343。
马里奥特关于视觉形成机制的研究，149。
物质及其基本特性，1。
——物质的形态，21。
——物质的转化，37。
——物质的可分割性，38。
——固体对热量的吸收，75。
——物质对光的影响，162。
——物质的极性，265。
——物质与其性质，409。
——物质的本质，410。
——物质的不同状态，36。
迈尔关于三种颜色的假说，138。
机械力与热量，103。

眼睛的构造，149。
介质对光的影响，128。
水母的荧光现象，159。
梅洛尼关于彩色热射线的研究，85。
——关于热量的新命名法，95。
梅斯默与电的关系，222。
变质岩，336。
动物的变态过程，389。
墨西哥湾的温暖程度，81。
黑色云母的导热性，66。
米勒博士关于光谱中暗线的研究，126。
矿脉中的电能，225。
康沃尔地区的矿井温度，91。
中新世地层，346。
魔法镜子，191。
米切尔利希关于晶体因受热而膨胀的研究，257。
分子力，35、40。
——分子的复合作用，279。
杜马关于分子的研究，39。
——分子的结合，277。
莫里奇尼和卡尔皮关于紫色光线的磁性的研究，263。
莫泽关于不可见光的研究，189。
运动，7。
——物质的属性之一，8。
——运动的原理，10。
——地球的运动，12。
——绕轴旋转体现地球的运动，18。
——运动对物体形态的影响，32。
山脉的形成可能由磁场决定，262。
生命的繁衍，399。
热量产生的音乐音符，97。
电刺激引起的肌肉收缩，202。

穆申布罗克或莱顿，198。
古代神话的起源，353。

自然极化现象，145。
物质的模糊状态，23。
海王星的发现，32。
牛顿关于引力的理论，49。
牛顿关于运动的理论，9。
牛顿关于物质的理论，4。
——关于热量的理论，115。
——关于光的理论，120。
——关于颜色的理论，135。
尼埃普斯关于化学辐射的研究，168。
氮气的磁中性特性，259。
——氮气的各种化合物，324。
——氮气可能具有的金属性质，325。
夜间辐射现象，83。
北极光，268。

黑曜石对热量的通透性，66。
海洋的水，303。
欧斯特德发现电磁现象，238。
动物的分类，386。
有机物的形成及其影响，185。
——有机物中的化合物，283。
——光线对有机化合物的影响，181。
——有机物相关的化学知识，331。
——细胞，360。
——有机物的遗迹，337。
有组织的形态及其多样性，35。
——有组织物体的热量，104。
组织的演化过程，385。

金属氧化物，326。
可氧化的金属，305。
氧气的气体磁性，259。
——与氮气的应用，321。
——与动物体内的碳，396。
臭氧，299。
——与电的关系，217。

钯能抑制缓慢燃烧，309。
副热射线，74。
——这类射线在自然界中的影响，377。
粒子，杜马的相关研究，39。
皮奇关于海洋生物发光现象的研究，159。
皮尔索尔关于发光现象的研究，160。
摆的摆动可指示地球的运动，13。
珀金斯关于热排斥现象的研究，108。
热的渗透现象，96。
天王星的轨道扰动，31。
瘟疫性疾病，216。
视觉现象，148。
——电的天然视觉现象，194。
——近代地质学中的相关现象，349。
动物的发光现象，154。
植物的发光现象，156。
发光光谱，184。
在最古老的岩石中发现了磷酸，337。
太阳的光球层，123。
摄影技术，170。
——其重要性，180。
电的生理影响，219。
物理力的作用，4, 45。
——力的运动方式，7。

——偏振光的性质，142。
磁力的生理影响，268。
库奇所著的关于沙丁鱼的著作，315。
植物的分布与光的关系，133。
——植物的磷光现象，156。
——植物的呼吸作用，312。
植物与动物之间的相互依赖关系，313。
——植物的生长，368。
植物会向光源方向弯曲，373。
——植物的分布情况，378。
热带地区的植物，381。
平面偏振，141。
卡德沃思提出的“可塑性概念”，10。
普拉托关于脱离重力作用的物体所做的实验，33。
铂金能够维持缓慢燃烧，309。
柏拉图关于运动的观点，10。
——柏拉图关于光的观点，119。
蛇颈龙，341。
上新世地层，346。
普吕克关于晶体磁力的研究，57。
——普吕克关于抗磁性物质的研究，256。
胚芽的用途，369。
深成岩，334。
圆偏振与椭圆偏振，143。
光的偏振现象，139。
物质的极化状态，265。
多孔虫与纤毛虫，387。
物质的孔隙率，41。
巴普蒂斯塔·波尔塔与暗箱技术，149。
自然界中的主动力量，405。
普雷沃斯特关于热量的理论，96。
我们星球的起源，334。

运动原理，10。
棱镜折射，121。
——光线的热效应，67。
——太阳光线的分析，134。
万有引力原理，29。
——其基本原理，38。
物质的基本性质，5。
假象形态，54。
花的心理学特性，357。
翼龙，342。
毕达哥拉斯的运动理论，10。

奎宁溶液对光的影响，129。
辐射热，69。
热的辐射与吸收，77。
——夜间辐射，83。
电鳐，211。
杜波伊斯·雷蒙德关于动物电的研究，221。
高能光线的折射性，130。
——太阳能量的折射性，168。
棱镜折射现象，121。
种族的相互依赖关系，315。
热的排斥作用，108。
动物的呼吸作用，310。
——植物的呼吸作用，312。
绝对静止与相对静止，15。
呼吸作用作为热产生的原因，105。
视网膜，149。
自然的启示，401。
磁极的旋转，246。
罗宾逊关于热分解现象的研究，98。

岩层，335。
岩石的导电性，224。
罗斯勋爵的望远镜，25。
拉姆福德伯爵关于热现象的实验，18。
——关于光的化学性质的研究，99。
牛顿的环状理论，137。

戴维的安全灯，309。
盐岩的耐热性，65。
土星环的形成机制，34。
萨瓦尔关于振动板的研究，257。
季节与热量的关系，70。
海洋的荧光现象，158。
舍恩贝因关于臭氧的研究，299。
施瓦贝关于太阳黑子的研究，243。
塞贝克关于热电效应的研究，211、248。
硒石与雪花石膏，60。
塞纳蒙关于晶体导热性的研究，257。
流星，21。
硅的不同同素异形体，43。
二氧化硅的替代作用，345。
简单化学物质，329。
热带地区的天空，319。
动物体内的缓慢燃烧过程，397。
斯米关于电与生命力的研究，219。
太阳系的运动，11。
——太阳盘发出的光，185。
——太阳系对磁力的影响，263。
法拉第关于气体固化的研究，112。
夏至与冬至，77。
太阳黑子与磁场的关系，243。
太阳磷光，161。

萨默维尔夫人：利用光使针磁化，263页。
声音与光的类比关系，151页。
由光偏振产生的光谱，144页。
光谱中的暗线，125页。
流体的球形状态，107页。
自燃现象，307页。
斯塔尔关于燃素的理论，305页。
关于流星的理论，21页。
会发亮的钢铁装饰品，137页。
立体镜，151页。
斯托克斯教授关于荧光的研究，130页。
分层结构，334页。
动物的力量，400页。
结构对磁性的影响，256页。
结构与物理现象之间的关系，257页。
斯特鲁韦关于太阳系运动的理论，12页。
化学中的取代反应，279页。
取代反应的规律，288页。
所有物质都具有电性，197页。
地下温度，91页。
硫酸的导热性，65页。
表面的作用，282页。
苏尔扎尔关于电学现象的研究，201页。
固态硫化氢，111页。
太阳作为中心天体，28页。
太阳是光的来源，121页。
太阳的物理状态，123页。
太阳是一个磁性中心，265页。
蝌蚪的变态过程，389页。
塔尔博特发明的感光摄影技术，178页。
电报，231页。

炽热温度，68。
地下温度，91。
地电流，224。
——磁力，255。
米利都的泰勒斯发现电，193。
光的理论，86，118。
热成像技术，188。
对花朵温度的热测量，76。
热电效应，209。
产生力的运动理论，15。
蒂洛里埃关于固态碳酸的研究，111。
时间的影响，332。
组织的催化作用，310。
电气石对光的作用，142。
信风，81。
过渡系列岩石，336。
热传导性，67。
——光传导性，124。
物质的转化，37。
光的传播，128。
半透明物质，94。
特雷维廉关于加热金属振动的研究，97。
廷代尔证明结构对磁力的影响，258。
有机元素的类型，289。
产生颜色的波动，131。
热的波动理论，115。
——光的波动理论，121。
天王星的发现，31。
铀玻璃对光的影响，129。
蒸汽的弹性力，318。

磁性变化，244。
能导电的蔬菜，379。
植物的生命现象，357。
石炭纪时期的植被，339。
电的速度，231。
脊椎动物，390。
视觉现象，148。
生命原理，391。
用双眼进行视觉感知，150。
生命力优于体力，53。
视觉的感知部位，149。
体积的概念，287。
火山活动可视为化学作用，271。
物质的挥发现象，27。
伏打电，201。

水对热量的吸收，74。
——无空气的冰态水，112。
——无空气状态下的水的特殊性质，113。
——水滴中的电现象，204。
——水的成分，296。
沃金顿关于极光的观察，248。
热与光的各种波动现象，68。
威尔登地层，343。
韦奇伍德关于物体发光现象的研究，100。
威尔斯博士关于露水的研究，84。
维德曼关于电振动现象的研究，257。
文策尔的比例常数，277。
由热量驱动的风，80。
沃拉斯顿发现光谱中的暗线，125。
地球的年龄，404。

《分子力简论》，49页。
黄道光，25页。
微生物状植物，387页。

完。
地址：伦敦斯诺希尔，斯金纳街57号，威尔逊与奥吉尔维公司。

博恩的图书系列。
博恩标准文库。
8开本，印刷精美，采用精装封面，每册售价3先令6便士。

1. 罗伯特·霍尔牧师的各类著作与遗稿，附有格雷戈里博士所写的传记以及约翰·福斯特所写的文章；配有肖像。
2、3. 罗斯科所著的《利奥十世的生平与统治时期》，由其儿子编辑，附有版权说明、相关文件等；共2卷，配有肖像。
4. 施莱格尔所著的《历史哲学讲义》，由德语翻译而来，附有J.B.罗伯逊所写的传记；配有肖像。
5、6. 西斯蒙第所著的《南欧文学史》，由罗斯科翻译；共2卷，配有肖像。
7. 罗斯科所著的《洛伦佐·德·美第奇的生平》，附有版权说明等。
8. 施莱格尔所著的《戏剧文学讲义》；配有肖像。
9、11. 贝克曼所著的《发明、发现与起源的历史》，第四版，经过修订和扩充；共2卷，配有肖像。
10. 席勒所著的《三十年战争与荷兰起义的历史》，由A.J.W.莫里森翻译；配有肖像。
11. 席勒的著作，第二卷：包括《荷兰起义》、《瓦伦斯坦的营地》、《皮科洛米尼家族》、《瓦伦斯坦之死》以及《威廉·泰尔》；配有瓦伦斯坦的肖像。
12. 哈钦森上校的生平回忆录，由其遗孀撰写，另附有《拉瑟姆宅邸围攻记》；配有肖像。
13. 贝内文托·切利尼的回忆录，由他自己撰写，罗斯科编辑；配有肖像。
14、18、22. 科克斯所著的《奥地利王朝的历史》，从该君主制建立之初即1218年到1792年；共3卷，配有肖像。
15、19、23. 兰齐所著的《绘画史》，罗斯科编辑；共3卷，配有肖像。
16. 奥克利所著的《撒拉逊人历史》，经过修订和完善；配有肖像。
17. 席勒的著作，第三卷：包括《唐·卡洛斯》、《玛丽·斯图亚特》、《奥尔良的少女》以及《墨西拿的新娘》；配有插图。
18、26、33. 拉马丁所著的《吉伦特派的历史》，或称《法国大革命回忆录》，资料来自未公开的文献；共3卷，配有肖像。
19. 马基雅维利所著的《佛罗伦萨史》、《君主论》等；配有肖像。
20. 施莱格尔所著的《生命哲学与语言哲学讲义》，由A.J.W.莫里森翻译。
21、32、36. 兰克所著的《教皇史》，由E.福斯特翻译；共3卷，配有肖像。（这是唯一完整的英文译本。）
22、30、34. 科克斯所著的《马尔伯勒公爵回忆录》，共3卷，配有肖像。
* * 附有26幅关于马尔伯勒战役的精美地图和示意图，这些地图均来自原版，原版价格为12英镑12先令；4开本，价格10先令6便士。
25. 谢里丹的戏剧作品与生平；配有肖像。

31. 歌德的著作。第一卷。[其自传，共13册。] 肖像。
35. 惠特利所著的《关于主祷文》一书。封面插图。
37. 弥尔顿的散文作品。第一卷。肖像。
38、41及45页：门泽尔所著的《德国历史》，共3卷。肖像。
39. 弥尔顿的散文作品。第二卷。封面插图。
40. 弥尔顿的散文作品。第三卷。劳德的肖像。
42. 施莱格尔所著的《美学与杂文集》。
43. 歌德的著作。第二卷。[其自传的其余部分以及游记。]
44. 席勒的著作。第四卷。[《强盗们》、《菲斯科》、《爱情与阴谋》以及《通灵者》。] 由亨利·G·博恩翻译。
46. 施莱格尔所著的《现代史讲义》。
47. 拉马丁所著的《1848年法国革命史》。
48及50页：朱尼乌斯的书信，附有注释、补充内容、论文、索引等。共2卷。
49、55、60、65、71页：瓦萨里所著的《最著名的画家、雕塑家与建筑师传记》。由福斯特夫人翻译，并附有注释。共5卷，含索引。
51. 泰勒（杰里米）所著的《圣洁的生与死》。肖像。
52. 歌德的著作。第三卷。[《浮士德》、《伊菲革涅亚》、《托尔夸托·塔索》以及《埃格蒙特》。] 由斯万威克小姐翻译。另收录沃尔特·斯科特爵士翻译的《戈茨·冯·贝里欣根》。
53、56、58、61、66、67及75页：尼安德所著的《教会史》。经A.J.W.莫里森牧师精心修订。
54. 尼安德所著的《基督的一生》。
57、64页：尼安德所著的《基督教的传播》以及《反诺斯替主义》，共2卷。
59. 格雷戈里博士所著的关于基督教的信件。
62及63页：詹姆斯（G.P.R.）所著的《路易十四传》，共2卷。附有肖像。
68及70页：约书亚·雷诺兹爵士的文学作品，附有回忆录，共2卷。附有肖像。
69. 安德鲁·富勒的主要著作。肖像。
72. 布特勒所著的《宗教类比与布道文》，附有注释等。附有肖像。
73. 布雷默小姐的著作。由玛丽·豪伊特翻译。新版，经过修订。第一卷。[《邻居们》及其他故事。] 8开本。附有肖像。价格3先令6便士。
74. 尼安德所著的《中世纪早期与中期基督教生活纪事》（包括其著作《黑暗中的光明》）。8开本。价格3先令6便士。

价格与标准图书馆相同，均为3先令6便士。

博恩出版社的额外系列：
1. 格拉蒙特所著的《查理二世宫廷回忆录》。附有肖像。
2及3页：拉伯雷的著作，共2卷。附有肖像。
4页：汉密尔顿伯爵所著的童话故事。附有肖像。

价格与标准图书馆相同，均为5先令。（不过《宇宙》一书价格为3先令6便士，曼特尔所著的《石化现象》价格为6先令。）

博恩出版社的科学类图书。

1. 《斯汤顿国际象棋玩家手册》，附图解。
2. 《绘画教程》，由皇家艺术学院学者撰写。
3、4、8、15册：《洪堡特宇宙论：宇宙的物理描述概要》。由E.C.奥特翻译并加注，共4卷，附精美插图。尽管定价低廉，但该译本的内容比其他任何版本都更为完整；注释置于正文下方。书中包含了洪堡特的分析性总结以及此前未被收录的段落，还附有详尽的索引。每卷售价3先令6便士。
5. 《斯汤顿国际象棋玩家辅助书》，包含关于概率的新论述、棋局集、原创习题等。
6. 《游戏手册》，由多位业余爱好者及教授共同编写。
7. 《洪堡特的自然观》，附钦博拉索山等地的彩色插图。
9. 《理查森的地质学与古生物学》，经赖特博士修订，配有400多幅木刻插图。
10. 《斯托克哈特的化学原理》，通过简单实验加以说明，配有270多幅插图。
11. G.A.曼特尔博士所著《化石及其研究：大英博物馆化石指南》，配有精美的木刻插图，售价6先令。
12. 《阿加西与古尔德的比较生理学》，新版且内容有所扩充，配有近400幅精美插图。
13、19册：《洪堡特在美洲的旅行记述》，第1卷与第2卷（全套共3卷）。
14. 《派·史密斯的地质学与圣经研究》，第五版，附回忆录。
16. 《厄斯特德的自然之魂》等，附肖像插图。
17. 《斯汤顿国际象棋锦标赛》，附图解。
18、19册：《布里奇沃特论著集》，包括柯比所著的关于动物历史、习性及本能的著作，由T.莱默·琼斯编辑，共2卷，配有大量插图。

与标准图书馆系列一致的丛书，包括巴博尔德夫人从《旁观者》《塔特勒报》《卫报》及《自由人报》中精选的文章，共2卷，每卷售价3先令6便士。
从弥尔顿到柯克·怀特的英国诗人作品集，采用极为小巧但清晰度极高的字体印刷，内容相当于约翰逊所著的60卷诗集的全部内容，共4卷，附有插图，售价14先令。
凯里所译的但丁作品，精装版，售价7先令6便士。
卡特莫尔所著的《哈登庄园的夜晚》，包含24幅由他亲自设计的精美钢版画，文字排版由卡拉布雷拉男爵夫人负责，为8开本，售价7先令6便士。
经典故事集，包括《韦克菲尔德的牧师》、《伊丽莎白》、《保罗与弗吉尼亚》、《格列佛游记》、《斯特恩的感伤之旅》、《维尔特的悲伤》、《西奥多修斯与康斯坦蒂亚》、《奥特朗托城堡》以及《拉塞拉斯》，为12开本，附有7幅肖像插图，售价3先令6便士。
德摩斯梯尼的作品，由利兰翻译，附有肖像插图，售价3先令。
奇林沃思所著的《新教宗教论》，售价3先令6便士。
贺拉斯的颂歌与长诗，由W.休厄尔牧师进行忠实且富有韵律的翻译，售价3先令6便士。
华盛顿·欧文的所有作品，共10卷，总价为1英镑15先令，或每卷3先令6便士。
乔伊斯的《科学对话录》，经大幅改进的版本，包含各种问题等内容，由平诺克编著，页数超过600页，配有木刻插图，售价5先令。

乔伊斯的《艺术与科学导论》，5先令。
拉马丁的《执政三个月》，精装版，2先令。
拉马丁的《诗歌沉思与宗教和谐》，附传记简介及肖像，精装版，3先令6便士。
劳伦斯的《比较解剖学、生理学、动物学以及人类自然史讲义》，附插图，5先令。
莉莉的《占星术导论》，由扎德基尔修订并改进后的新版，附其编写的《占星语法》及出生表，5先令。
劳登的《有趣的博物志》，包含五百多种动物的描述、故事及轶事，附科学名称与通俗名称索引，配有贝威克、哈维、惠姆珀等人绘制的500多幅精美木刻插图，经过修订和扩充，7先令6便士。
洛思的《希伯来人的神圣诗歌讲义》，3先令6便士。
麦克斯韦的《英国军队的胜利》，新版，配有精美的钢版肖像，采用镀金精装封面，7先令6便士。
米什莱的《法国大革命史》，4先令。
米勒的《历史哲学》，第三版，共4卷，每卷3先令6便士。
米尔纳的《基督教教会史》，共4卷，14先令。
米特福德的《我们的村庄》，2卷，新版，配有木刻插图及精美的钢版封面，采用镀金精装封面，每卷5先令。
帕克斯的《基础化学》，新版，经过修订，5先令。
《鲁滨逊漂流记》及其后续冒险故事，附笛福的生平介绍，配有哈维和惠姆珀设计的60多幅精美木刻插图，4先令6便士。
席勒的《哲学与美学书信与散文集》，3先令6便士。
莎士比亚的戏剧与诗作，附查默斯所写的莎士比亚生平介绍，1卷，3先令6便士。
《标准图书馆：政治、宪法、统计及法学知识百科全书》，共4卷，每卷3先令6便士。该书的内容相当于8本普通八开书的容量。它最初由查尔斯·奈特先生以《政治词典》为名出版，价格为1英镑16先令。该书的编者乔治·朗先生是当时最优秀的学者之一。

与《标准图书馆》系列价格相同，均为5先令：
博恩的《教会史丛书》：
1. 尤西比乌斯的《教会史》，从希腊文翻译而来，附有注释。

博恩的“一先令系列”：标有*号的书籍为两卷本，价格为1先令6便士。
1. 埃默森的《杰出人物》
2. 欧文的《穆罕默德传》*
3. 本杰明·富兰克林的《真实自传》
4. 威利斯的《我遇到过的人》*
5. 欧文的《穆罕默德的继任者们》*

6.——《戈尔德史密斯的生平》*
7.——《素描集》*
8.——《一个旅行者的故事》*
9.——《草原之旅》
10 & 11.——《格拉纳达与西班牙的征服》，共2卷*
12 & 13.——《哥伦布的生平》，共2卷*
14.——《哥伦布的同伴们》*
15 & 16.——《泰勒的埃尔多拉多；或黄金之地的景象》，共2卷*
17.——《欧文笔下的邦纳维尔上尉的冒险经历》*
18.——《尼克伯克》*
19.——《阿尔罕布拉宫的故事》*
20.——《佛罗里达的征服》*
21.——《阿博茨福德与纽斯蒂德》
22.——《萨尔马贡迪》*
23.——《布雷斯布里奇·霍尔》*
24.——《阿斯托里亚》（附作者精美肖像），共2卷，合订本，2先令。
25.——《拉马丁的《吉尼维芙》；或一个女仆的故事》，由A.R.斯科布尔翻译*
26.——《梅奥的《柏柏尔人》；或阿特拉斯山区的登山者——摩洛哥的故事》
27.——《威利斯的《此间彼处的生活》；或社会与冒险题材的素描》*
28.——《吉佐的《僧侣的生平》，附附录及肖像》*
29.——《海角与卡菲尔人：五年居留日记，以及给移民的建议》，作者H.沃德，附战争地点的插图与地图，2先令。
30.——《威利斯的《速写集》；或从生活中撷取的风景、名人及社会风貌的素描》*
31.——《霍桑的《七坡屋》——一部小说》
32.——《伦敦及其周边地区；附大展览的历史与描述性介绍》，作者赛勒斯·雷丁，配有大量插图，2先令。
33.——《拉马丁的《圣波因特的石匠》》
34.——《吉佐的《僧侣的同时代人》——关于英国革命的一系列传记研究，附克拉伦登勋爵的肖像》
35.——《霍桑的《重讲的故事》》
36.——————第二系列
37.——《雪之影像及其他故事》
38.——《红字》
39.——《爱默生的演说与讲稿》

与标准图书馆定价一致，5先令（不过《修昔底德》、《埃斯库罗斯》、《维吉尔》、《贺拉斯》以及《西塞罗的著作》每本为3先令6便士）。

**博恩的古典文学丛书**
一系列对希腊语和拉丁语古典作品的直译本，附有注释。

1. 《希罗多德》，作者：亨利·凯里牧师，文学硕士，附索引与封面插图。
2 & 3. 《修昔底德》，作者：H.戴尔牧师，共2卷（每卷3先令6便士）。
4. 《柏拉图》，第1卷，作者：凯里。内容包括《苏格拉底的申辩篇》、《克里托篇》、《斐多篇》、《高尔吉亚篇》、《普罗塔哥拉斯篇》、《斐德罗篇》、《泰阿泰德篇》、《欧绪弗罗篇》、《吕西斯篇》。

5. 利维的《罗马史》第一卷，第1至8册。
6. 柏拉图著作，第二卷，戴维斯译。[《理想国》、《蒂迈欧篇》和《克里提亚斯篇》。]
7. 利维的《罗马史》第二卷，第9至26册。
8. 索福克勒斯作品，牛津译本，经修订。
9. 埃斯库罗斯作品，牛津大学学者译。（价格3先令6便士）
10. 亚里士多德的《修辞学》与《诗学》，附习题。
11. 利维的《罗马史》第三卷，第27至36册。
12及14. 欧里庇得斯作品，依据丁多夫文本，共两卷。
13. 维吉尔作品，戴维森译，新版，经修订。（价格3先令6便士）
15. 赫拉斯作品，斯马特译，新版，经修订。（价格3先令6便士）
16. 亚里士多德的《伦理学》，由国王学院的R. W. 布朗教授所著。
17. 西塞罗的散文集。[《论老年》、《论友谊》、《西庇阿之梦》、《悖论集》等。]
18. 柏拉图著作，第三卷，G. 伯吉斯硕士译。[《欧绪德谟斯篇》、《会饮篇》、《智者篇》、《政治篇》、《拉凯斯篇》、《巴门尼德篇》、《克拉底鲁斯篇》和《美诺篇》。]
19. 利维的《罗马史》第四卷（该卷为全书的完结部分）。
20. 凯撒与希尔提乌斯著作，附索引。
21. 荷马的《伊利亚特》，有插图。
22. 荷马的《奥德赛》、颂歌、短诗，以及《青蛙与老鼠之战》的故事。
23. 柏拉图著作，第四卷，G. 伯吉斯硕士译。[《菲勒布斯篇》、《查米德斯篇》、《拉凯斯篇》、《两个阿尔西比亚德斯篇》以及其他十篇对话录。]
24、25及32. 奥维德作品，H. T. 莱利学士译，共三卷，附插图。
26. 卢克莱修的作品，J. S. 沃森牧师译，附J. M. 古德的韵文版本。
27、30、31及34. 西塞罗的演说词，C. D. 永格译，共四卷（第四卷还包含其修辞作品）。
28. 平达罗斯的作品，道森·W. 特纳译，附摩尔的韵文版本，有插图。
29. 柏拉图著作，第五卷，G. 伯吉斯硕士译。[《法律篇》。]
33. 普劳图斯的喜剧作品，H. T. 莱利学士译，共两卷，第一卷。
35. 尤维纳利斯、佩尔修斯等人的作品，L. 埃文斯牧师硕士译，附吉福德尔的韵文版本，有插图。

此外，与标准图书馆定价一致，每卷5先令：

博恩插图图书馆系列：
1至8册：洛奇所绘的英国杰出人物肖像集，共8卷，8开本，含240幅肖像。
9. 克鲁克香克的《三道主菜与甜点》，附50幅插图。
10. 皮克林的《人类种族》，含大量肖像（彩色版，7先令6便士）。
11. 基托的《圣经中的土地与地图集》，含24幅地图（彩色版，7先令6便士）。
12. 怀特的《塞尔伯恩自然史》，附威廉·贾丁爵士等人的注释，由埃德·杰西先生编辑并补充了大量内容，含40幅精美的木刻插图（彩色版，7先令6便士）。
13. 迪德龙的《基督教图像志》，含150幅精美插图，共两卷，第一卷。
14. 雷丁的《葡萄酒指南》，新版，经修订，含20幅精美的木刻插图。
15及16. 艾伦的《英国海军的战役》，新版，作者对内容进行了扩充，含大量精美的钢版插图，共两卷。

17 & 18. 《19世纪的罗马》。第五版，共两卷，包含34幅精美的钢刻插图及索引。价格与标准系列相同，为5先令。

博恩古籍系列：
1. 《比德的教会史》与《盎格鲁-撒克逊编年史》。
2. 《马莱特的北方古物志》，作者为珀西主教；附沃尔特·斯科特所著《埃尔比吉亚传奇》的摘要，由J.A.布莱克威尔编辑。
3. 《马尔梅斯伯里的威廉所著的英格兰国王编年史》。
4. 六部古老的英格兰编年史：即阿瑟所著的《阿尔弗雷德传》；埃塞尔韦尔德、吉尔达斯、尼尼乌斯、蒙茅斯的杰弗里以及西伦塞斯特的理查德所著的编年史。
5. 《埃利斯的早期英格兰韵文小说集》，由J.奥查德·哈利威尔修订，共一卷，配有彩绘封面。
6. 《十字军东征编年史》：德维兹的理查德、冯索夫的杰弗里、茹安维尔勋爵所著的著作，共一卷，配有封面。
7. 《早期关于巴勒斯坦的游记》，作者包括威利巴尔德、塞乌尔夫、图德拉的本杰明、曼德维尔、拉布罗基耶尔以及莫恩德雷尔，共一卷，附地图。
8、10、12. 《布兰德的英国古物通俗读物》，作者为亨利·埃利斯爵士，共三卷。
9、11. 《温多弗的罗杰所著的历史之花》（原被认为是马修·帕里斯所著），共两卷。
13. 《凯特利的童话神话集》，内容有所扩充，封面由克鲁克香克绘制。
14、15、16. 《托马斯·布朗爵士的著作集》，由西蒙·威尔金编辑，附肖像，共三卷，配有索引。

博恩微型书籍系列：
12开大小，采用精美的摩洛哥皮革装帧。

巴鲍尔德与艾金的《家庭闲暇时光》，附封面，价格为3先令。
布里安纳的《拿破仑回忆录》，配有精美的肖像及封面，价格为3先令6便士。
班扬的《天路历程》，附斯科特所写的生平简介与注释，包含苏西版本中的所有内容，还有哈维绘制的25幅精美木刻插图及封面等，价格为3先令6便士。
——奇弗的相关讲座著作，附封面，价格为2先令6便士。
拜伦的诗歌作品，共一厚卷，包含其他版本未收录的几首被删去的诗作，配有精美的封面，价格为3先令6便士。
——《唐璜》全本，附封面，价格为2先令6便士。
柯勒律治的精选诗歌作品，价格为2先令。
考珀的诗歌作品，附苏西所写的生平简介，包含所有受版权保护的诗作（共700页），配有哈维风格、由古德尔绘制的精美封面，价格为3先令6便士。
《礼仪与规矩百科全书》，为切斯特菲尔德所著《给儿子的关于人与礼仪的建议》的改进版，价格为2先令。
赫伯与海曼斯夫人的诗歌作品，共三卷合为一册，附封面，价格为3先令。
赫里克的诗歌作品全集，附封面，价格为3先令。
乔·米勒的笑话集，附封面，价格为3先令。

朗费罗的诗集，包括：《夜之声》、《伊万杰琳》、《海滨与炉边》、《西班牙学生》，以及各种译作。附有插图和封面插图，价格为3先令6便士。
——其散文作品，包括：《海外记》、《海伯利安》、《卡瓦纳》。价格为3先令6便士。
弥尔顿的诗集，附有斯特宾博士所写的生平与注释，以及钱宁博士关于弥尔顿的文章。附有封面插图，价格为3先令6便士。
奥西恩的诗集，附有麦克弗森和布莱尔博士所写的论述。附有封面插图，价格为3先令。
蒲柏的《荷马史诗·伊利亚特》，以及关于荷马的文章、注释与论述。附有封面插图，价格为3先令。
——《荷马史诗·奥德赛》，格式一致。附有封面插图，价格为3先令。
斯科特的诗集及其生平，合为一卷。附有插图和封面插图，价格为3先令6便士。
斯特姆关于上帝作品的思考录。附有封面插图，价格为2先令。
汤普森的《四季诗集》，另附有他的作品《懒人城堡》，包含4幅精美的木刻插图，价格为2先令。
《瓦特克与琥珀女巫》，共2卷，合为一册，价格为3先令。

誊写者注：
书中保留了那些古老、过时、罕见且不一致的拼写方式，与原书一致。明显的错误已按如下方式修正。修改之处会在下方及文本中以鼠标悬停的方式标出。
原书中索引中的某些条目并非按字母顺序排列，这些条目已被重新排序，但未在下方详细说明中注明。
各表格中的总计数值并不等于其上方各列数值之和。这应是四舍五入造成的误差，或是原数据中某些信息未被呈现所致。并未尝试对这些总计数值进行修正。
原书中，出版商目录“Bohn’s Books”的内容位于书籍开头，现已移至书籍末尾，置于另一半目录之前。
目录中新增了前言、目录结构、引言、索引、“Bohn’s Books”以及誊写者注。原书中目录中仅包含书籍的各个章节内容。“Bohn’s Books”这一标题被添加到了出版商目录的开头。
下表中，第一行显示的是电子书中的文本，第二行显示的是原书中的文本。

第vii页：物质的性质——抗磁性等，235页
原为：物质的性质——抗磁性等，235页

第viii页：时间，自然运作中的要素——地质学
原为：时间，自然运作中的要素==地质学

第viii页：物质向有序状态的演化
原为：物质向有序状态的进展

第xii页：外部因素引发的美好精神体验

原本：具有外在性质，能引发美好的精神体验。
脚注1：博斯科维奇对物质的构成有着不同的看法。
脚注1：对博斯科维奇理论的详细解释。

第8页：形而上学家们关于运动的观点包括……
第14页：在巨大飞行器甲板上的颤动旋转。
第27页：组织的推动者，以及一切美的表现形式？
脚注18：是固定的，由前述某些因素所决定。
脚注18：是整个系统的核心部分。
脚注24：在烧瓶底部聚集成一个整体。
第42页：粒子通过缝隙与这些物质结合在一起。
第45页：溴等元素，是不同同素异形体转化的结果。
第46页：由于科学的局限性，这些现象难以被完全理解。

第46页：法拉第与普吕克尔的实验证明了……
原文：法拉第与普吕克尔的实验证明了……

脚注25：《杨的自然哲学》；由P.凯兰德牧师编辑。
原文：《杨的自然哲学》；由P.莱兰德牧师编辑。

脚注35：这就是复合体及可见物质的起源；因此……
原文：这就是复合体及可见物质的起源；因此……

第50页：她的操作过程，而非那些操作本身。
原文：她的操作过程，而非那些操作本身。

第59页：在肉眼看来，这种组合并无任何不同。
原文：在肉眼看来，这种组合并无任何不同。

第61页：那些由第一种晶体结构所形成的裂隙……
原文：那些由第一种晶体结构所形成的裂隙……

第68页：其发光强度之强足以让我们信服。
原文：其发光强度之强足以让我们信服。

第109页：温度的变化是可以被感知的。[79] 普吕克教授……
原文：温度的变化是可以被感知的。[79] 普吕克教授……

脚注55：这种运动。随后有穆申布罗克等人继续研究这一现象。
原文：这种运动。随后有穆申布罗克等人继续研究这一现象。

脚注61：关于地球的内部温度：通过……
原文：关于地球的内部温度：通过……

脚注78：由于熔炉内的球形结构……
原文：由于熔炉内的球形结构……

第121页：弗劳恩霍费尔、赫歇尔、布鲁斯特等人也进行了相关研究，但他们的研究并未继续深入。

最初为：Frauenhofer、Herschel、Brewster等人，但继续往下看。

第123页：在强伏打电池两极的炭点之间。
最初为：在强伏打电池两极的炭点之间。

第129页：通过奎宁以及氟石的研究，我们得到了相同的结果。
最初为：通过奎宁以及氟石的研究，我们获得了同样的结果。

第140页：第一个案例是由埃拉斯姆斯·巴托林在冰岛石中发现的。
最初为：第一个案例是由埃拉斯姆斯·巴托林在冰岛石中发现的。

第145页：从已述内容可知，有些……
最初为：从已述内容来看，有些……

第153页：为了证明光是绝对必要的……
最初为：为了证明光是绝对必需的……

第159页：他们背后的光。[113]通过显微镜观察……
最初为：他们背后的光。[113]通过显微观察……

第159页：贝文努托·切利尼对一种痈肿做了有趣的描述。
最初为：贝文努托·切利尼对一种痈肿作了有趣的记载。

第160页：在火堆附近。由此可以推断出……
最初为：在火堆旁边。由此可以推断出……

脚注88：布兰德的《化学手册》；或者，实际上任何相关著作都可以。
最初为：布兰德的《化学手册》；或者，实际上任何相关的书籍都可以。

脚注94：舒乌的《植物地理学基础》。还有他的其他著作。
最初为：舒乌的《植物地理学基础》。此外还有他的其他作品。

脚注95：弗劳恩霍费尔所测定的照明强度为……
最初为：弗劳恩霍费尔所测得的照明强度为……

脚注99：关于反射光的一种性质：回忆录
原文：Sur une Propriété de la Lumière Réfléchie: Mémoires

第176页：已经穿透过的最强烈的阳光
原文：the strongest sun-light which has passed through

第179页：摄影师的创作成果，与……的创作成果类似
原文：productions of the photograper as on those of the

第180页：保留那些受益之人的特征
原文：preserve the lineaments of those who have benefitted

第185页：没有发生任何作用的线条会被保留下来
原文：line, over which no action takes place, is preserved at

第185页：由圆形物体呈现给我们：热效应似乎……
原文：present to us by a circular body: calorific action seems

第188页：如果用木头代替金属，那么……
原文：piece of wood is used instead of a medal, there will, by

脚注126：在植物界中：作者为塞内比耶；出版地为日内瓦和巴黎，1788年
原文：dans la végétation: by Senebier; Genève et Paris, 1788

第198页：莱顿瓶——因其发明者穆申布罗克而得名
原文：Leyden phial,—so called from its inventor, Musschenbroek,

第219页：可以用来衡量神经的兴奋程度。[154] 在那里……
原文：may be made a measurer of nervous iritability.[154] There

脚注141：《电与磁的实验研究》：
原文：Traité Expérimental de l’Electricité et du Magnétisme:

脚注146：《电与磁的实验研究》。

原文：《电与磁的实验研究》

脚注160：钴是在两块岩石之间被发现的。
原文：钴是在两块岩石之间被发现的。

第235页：风暴——物质的磁性状态——抗磁性，
原文：风暴——物质的磁性状态——抗磁性，

第236页：Magnêtum，因为它诞生于其故乡的境内。
原文：Magnêtum，因为它诞生于其故乡的境内。

第251页：我们这个地球上的变化条件：一种元素……
原文：我们这个地球上的变化条件：一种元素……

第257页：维德曼通过使用一个细小的点来……
原文：维德曼通过使用一个细小的点来……

第258页：比其他任何情况都要强。维德曼得出了这样的结论。
原文：比其他任何情况都要强。维德曼得出了这样的结论。

第260页：盐类，即原硫酸盐，通常以这样的方式结晶。
原文：盐类，即原硫酸盐，通常以这样的方式结晶。

脚注176：洪堡特：《磁场变化的阐述》。
原文：洪堡特：《磁场变化的阐述》。

脚注188：赞坦德斯基教授所著的《电磁效应》。
原文：赞坦德斯基教授所著的《电磁效应》。

脚注190：法拉第和普吕克实验的详细记载，
原文：法拉第和普吕克实验的详细记载，

第276页：光是如何决定这些变化的呢？显然，尽管……

第281页：化学变化。多贝莱纳随后发现……
原文：化学变化。Döbereiner next discovered that

第282页：亚洲发展史上一个可怕的例子
原文：a fearful example in the progress of Asiatic

第300页：要么是过氧化氢，要么是某种同素异形体
原文：as being either peroxide of hydrogen, or an allotropic

我们用来照明的那种气体
第304页：
照明
原文：the gas which we emply so advantageously for illumination

第306页：随着温度的升高，真正的燃烧就会发生。通过这种方式……
原文：increasing,—true combustion takes plaee. In this way

第306页：木屑等物品常常会着火；而且程度往往很严重……
原文：saw-dust, &c., frequently ignite; and to such an

第316页：达尔文先生指出，如果那些巨大的海藻……
原文：Mr. Darwin remarks, that if the immense seaweeds of

第317页：当莎士比亚让他笔下那迷人的阿里尔歌唱时——
原文：When Shakspeare made his charming Ariel sing—

脚注212：（表格中第2项之前的冗余行已删除。）
原文：According to one view, | According to the other view,

第334页：这类推测或许偶尔会展现出一些独创性，
原文：speculation, whieh may have occasional marks of ingenuity,

第337页：从起源角度来看，合理的推断应当与这些推测相悖；
原文：origin, the rational inference is against the speculation;

第370页：东方黑种草的蒴果是由多个荚果组合而成的。
原文：东方黑种草的蒴果是由荚果组装而成的。

第370页：在大马士革黑种草中，这些荚果有一个中心点，且部分相互连接。
原文：在大马士革黑种草中，有一个中心点，且这些荚果部分相互连接。

第399页：那些对任何发展持怀疑态度的人。
原文：那些对任何发展都持怀疑态度的人。

第406页：平衡状态得到完美调节的证据。
原文：平衡状态得到完美调整的证据。

第408页：哪怕是轻微的干扰也会引发振动。
原文：哪怕是微小的干扰也会导致振动。

第409页：一种源自先验论的、令人沮丧的哲学。
原文：一种源自先验论的、毫无乐观色彩的哲学。

第410页：那些有资格去探究其规律的人。
原文：那些被允许去研究其规律的人。

第413页：由热量驱动的气流，80。
原文：依赖热量的气流，80。

第413页：动物电，211，392。
原文：磁电，211，392。

第413页：巴托林关于冰岛石首鱼的研究，140。
原文：巴托林关于冰岛石首鱼的研究，140。

第414页：卡尼阿尔·德·拉图尔的观点，106。
原文：卡尼阿尔·德·拉图尔的观点，106。

第415页：多贝莱纳的灯，281。

原编号：Doebereiner’s lamp，281。
第415页：眼睛的运作机制，149。
原编号：眼睛的运作机制，491。

第416页：——关于抗磁性的内容，254。
原编号：——关于抗磁性的内容，254。

第418页：莱顿的穆申布罗克，198。
原编号：莱顿的穆申布罗克，198。

第421页：维德曼关于电振动的论述，257。
原编号：维德曼关于电振动的论述，257。

博恩出版社的《劳登夫人的趣味自然史》系列书籍：
原编号：《劳登夫人的趣味自然史》。

博恩出版社的科学与通俗名称索引。
相关书籍：
原编号：科学与通俗名称索引。

博恩出版社的《柏拉图》第三卷，作者为G.伯吉斯，文学硕士。[包含《欧绪德谟斯篇》]
原编号：《柏拉图》第三卷，作者为G.伯吉斯，文学硕士。[包含《欧绪德谟斯篇》]

博恩出版社的奥维德作品集，共3册，作者为H.T.莱利，文学学士。
原编号：奥维德作品集，共3册，作者为H.T.莱利，文学学士。

博恩出版社的尤维纳利斯、佩尔修斯等人的作品集，作者为L.埃文斯牧师，文学硕士。
原编号：尤维纳利斯、佩尔修斯等人的作品集，作者为L.埃文斯牧师，文学硕士。

*** 古腾堡电子书项目结束——《科学的诗歌；或自然物理现象研究》***

新版将会取代旧版，旧版将被重新命名。

由于这些作品源自不受美国版权法保护的印刷版本，因此没有人拥有其美国的版权，所以该基金会（以及您！）无需获得许可、也无需支付版权使用费即可在美国复制和分发这些作品。本许可证的“通用使用条款”中规定了相关规则，旨在保护古腾堡项目及其商标。古腾堡是一个注册商标，如果您对电子书收费，则不得使用该商标，除非遵守商标许可条款，包括为使用古腾堡商标而支付相应费用。如果您不收取任何费用，那么遵守商标许可条款就非常简单。您可以将此电子书用于几乎任何用途，比如创作衍生作品、撰写报告、进行表演或研究。古腾堡电子书可以被修改、打印并免费分发——对于不受美国版权法保护的电子书，您在美国几乎可以为所欲为。不过，再分发这些作品时仍需遵守商标许可条款，尤其是商业性再分发。

开始：完整许可条款

完整的古腾堡计划™许可证
在分发或使用本作品之前，请务必阅读此内容。

为维护古腾堡计划™推动电子作品自由传播的宗旨，通过使用或分发本作品（或任何与“古腾堡计划”相关的作品），您即同意遵守随该文件一同提供的、或可在www.gutenberg.org/license网站上查阅的完整古腾堡计划许可证中的所有条款。

第1节：古腾堡计划电子作品的一般使用条款及再分发规则

1.A. 通过阅读或使用本古腾堡计划电子作品的任何部分，即表示您已阅读、理解并同意接受本许可证以及相关知识产权（商标/版权）协议中的所有条款。如果您不同意遵守这些条款，则必须停止使用，并归还或销毁您所拥有的所有古腾堡计划电子作品副本。如果您为获取某份古腾堡计划电子作品或访问权限而支付了费用，且不同意受本协议条款的约束，可根据1.E.8段的规定向您付款方申请退款。

1.B. “古腾堡计划”是一项注册商标。只有那些同意遵守本协议条款的人才能将其用于电子作品上，或以任何方式与其关联。即便不遵守本协议的全部条款，您仍然可以对大多数古腾堡计划电子作品进行某些操作，详情见1.C段。如果您遵守本协议条款并协助确保未来人们能够继续免费获取古腾堡计划电子作品，那么您可以对其进行更多操作，详情见1.E段。

1.C. 古腾堡计划文学档案基金会（简称“该基金会”或PGLAF）拥有这些作品的汇编版权。

这是古腾堡计划电子作品的合集。该合集中的几乎所有作品在美国都属于公共领域作品。如果某部作品在美国不受版权法保护，且您位于美国境内，只要删除所有与古腾堡计划相关的标识，我们便不会阻止您复制、分发、展示该作品或基于它创作衍生作品。当然，我们也希望您能遵守本协议的条款，通过免费分享古腾堡计划的作品来支持其推动电子作品自由获取的宗旨，从而让“古腾堡计划”这一名称继续与这些作品联系在一起。您只需在免费与他人分享这些作品时，保持其与附带的完整古腾堡许可证相同的格式，即可轻松遵守本协议的条款。

1.D. 您所在国家的版权法同样决定了您可以对这些作品做些什么。大多数国家的版权法都在不断变化中。如果您不在美国境内，在下载、复制、展示、表演、分发或基于这些作品或古腾堡计划的其它作品创作衍生作品之前，请先了解您所在国家的法律以及本协议的条款。对于美国以外的任何国家中的作品的版权状况，该基金会不作任何声明。

1.E. 除非您已删除所有与古腾堡计划相关的标识：

1.E.1. 每当有人访问、展示、表演、查看、复制或分发古腾堡计划的任何作品（即任何标有“古腾堡计划”字样或与“古腾堡计划”相关的作品）时，都必须明确标注以下句子，并提供通往完整古腾堡许可证的直接链接：

本电子书可供美国及世界其他大部分地区的任何人免费使用，几乎没有任何限制。您可以根据随附的古腾堡计划™许可证的条款来复制、赠送或重新使用它。

您可以在www.gutenberg.org上获取这本电子书或在线阅读它。如果您不在美国，那么在使用此电子书之前，必须先了解您所在国家的法律规定。

1.E.2. 如果某部Project Gutenberg电子作品源自不受美国版权法保护的文本（且没有注明该作品是经版权所有者许可而发布的），那么可以无需支付任何费用即可将其复制并分发给美国的任何人。如果您重新分发此类作品，或者让他人能够访问这类作品，并且作品中出现了“Project Gutenberg”字样，那么您必须遵守1.E.1至1.E.7段中的规定，或者按照1.E.8或1.E.9段的要求获得使用该作品及Project Gutenberg商标的许可。

1.E.3. 如果某部Project Gutenberg电子作品是经版权所有者许可而发布的，那么您的使用和分发行为必须同时符合1.E.1至1.E.7段中的规定，以及版权所有者所规定的其他条款。所有经版权所有者许可而发布的作品，其相关的附加条款都会链接在本书开头的Project Gutenberg许可证中。

1.E.4. 不得删除或移除本作品中的完整Project Gutenberg许可证条款，也不得删除或移除包含本作品部分内容或其他与Project Gutenberg相关的作品的任何文件中的这些条款。

1.E.5. 在不显著显示1.E.1段中所规定的文字，以及不提供通往完整Project Gutenberg许可证条款的直接链接的情况下，不得复制、展示、表演、分发或重新分发此电子作品或其任何部分。

1.E.6. 您可以将此作品转换为各种二进制格式、压缩格式、标记格式、非专有格式或专有格式进行分发，包括各种文字处理格式或超文本格式。不过，如果您以“纯ASCII格式”之外的其他格式来提供Project Gutenberg作品的副本或让其被他人访问，那么就必须遵守相关规定。

在Project Gutenberg官方网站（www.gutenberg.org）上发布的版本中，无需向用户收取任何额外费用，就必须以原始的“纯ASCII格式”或其他形式提供该作品的副本，或提供导出副本的途径，或是允许用户根据需求获取副本。任何其他格式的版本都必须包含第1.E.1段所规定的完整Project Gutenberg许可证。

1.E.7. 除非符合第1.E.8段或1.E.9段的规定，否则不得对访问、查看、展示、播放、复制或分发任何Project Gutenberg作品收取费用。

1.E.8. 如果您愿意，可以就Project Gutenberg电子作品的副本、访问权限或分发服务收取合理费用，但必须满足以下条件：

• 您需按照自己计算税款的相同方法，就使用Project Gutenberg作品所获得的毛利润支付20%的版税。该费用应支付给Project Gutenberg商标的所有者，但他已同意将此条款规定的版税捐给Project Gutenberg文学档案基金会。版税必须在您准备定期纳税申报表的日期之后的60天内支付。版税款项需明确标注为版税，并寄送到第4节“关于向Project Gutenberg文学档案基金会捐款的说明”中指定的地址。

• 如果有用户在收到作品后的30天内以书面形式（或电子邮件）告知您其不同意完整的Project Gutenberg™许可证条款，您必须全额退还该用户所支付的款项。同时，您还必须要求该用户归还或销毁其所拥有的所有实体介质形式的作品副本，并停止使用及访问其他Project Gutenberg™作品的副本。

• 如果在收到作品后的90天内发现电子作品存在缺陷并告知您，您必须根据第1.F.3段的规定，全额退还该用户为该作品或替代副本所支付的款项。

• 您在免费分发古腾堡计划™的作品时，必须遵守本协议中的所有其他条款。

1.E.9. 如果您希望收取费用，或以不同于本协议规定的条件来分发古腾堡计划™的电子作品或系列作品，那么您必须获得古腾堡计划™商标的持有者——古腾堡文学档案基金会的书面许可。请按照下文第3节中的说明与该基金会取得联系。

1.F.

1.F.1. 古腾堡计划的志愿者和员工为整理那些不受美国版权法保护的作品、对其进行版权研究、转录及校对，付出了大量努力，从而创建出了古腾堡计划™的作品集。尽管如此，这些电子作品以及存储它们的介质仍可能存在“缺陷”，例如数据不完整、不准确或损坏、转录错误、版权或其他知识产权侵权问题、有缺陷或损坏的磁盘或其他存储介质、计算机病毒，或是会导致您的设备无法读取的计算机代码。

1.F.2. 有限保修与责任免除——除1.F.3段中所述的“更换或退款权利”外，古腾堡文学档案基金会、古腾堡计划™商标的持有者，以及任何根据本协议分发古腾堡计划™电子作品的各方，均不对您因任何损害、成本或开支（包括法律费用）承担任何责任。您同意，除了1.F.3段中所规定的救济措施外，您无法因过失、严格责任、违反保修条款或合同违约而获得任何赔偿。您还同意，该基金会、商标持有者以及任何根据本协议进行分发的方，均不对您所遭受的任何实际损失、直接损失、间接损失、后果性损失、惩罚性损失或附带损失承担任何责任。

即便您已事先告知可能出现此类损害的情况，也是如此。

1.F.3. 更换或退款的有限权利——如果您在收到该电子作品后的90天内发现其中存在缺陷，可向提供该作品的人士发送书面说明，从而获得已支付的款项的退款（如有）。如果您是通过实体介质获取该作品的，则必须将该介质连同书面说明一并退回。提供有缺陷作品的一方可以选择提供一份替代副本而非退款。如果您是以电子方式获取该作品的，提供方则可选择再给您一次以电子方式获取该作品的机会，而非退款。如果第二份副本也存在缺陷，您则可以书面要求退款，而无需再尝试解决该问题。

1.F.4. 除1.F.3条规定的更换或退款的有限权利外，本作品是“按现状”提供给您的，不附带任何形式的明示或暗示担保，包括但不限于适销性或适用于特定用途的担保。

1.F.5. 某些州不允许免除某些暗示担保，或限制/排除某些类型的损害。如果本协议中的任何免责条款或限制条款违反了适用于本协议的州法律，则该条款应被解释为符合该州法律所允许的最大程度的免责或限制。本协议的任何无效或不可执行条款不会导致其余条款失效。

1.F.6. 赔偿责任——您同意赔偿并使基金会、商标所有者、基金会的任何代理人或员工、根据本协议提供古腾堡计划™电子作品副本的任何人，以及参与古腾堡计划™电子作品制作、推广和分发工作的所有志愿者，免于承担因您自身行为或过失直接或间接引发的所有责任、成本及费用，包括律师费。

(a) 分发本作品或任何古腾堡计划作品；(b) 对任何古腾堡计划作品进行修改、删减或添加内容；以及(c) 由您造成的任何缺陷。

第2节：关于古腾堡计划宗旨的信息

古腾堡计划意味着以各种计算机都能识别的格式免费分发电子作品，这些计算机包括那些已经过时、老旧或较新的计算机。该计划的存在得益于数百名志愿者的努力以及来自各行各业人士的捐助。

志愿者以及为志愿者提供所需支持的财政援助对于实现古腾堡计划的目标至关重要，也只有这样，古腾堡计划的作品集才能一直免费供后人使用。2001年，古腾堡文学档案基金会成立，旨在为古腾堡计划及未来世代创造一个安全且可持续的发展环境。如需了解更多关于古腾堡文学档案基金会的信息，以及您的贡献和捐助如何发挥作用，请参阅第3节和第4节，以及www.gutenberg.org上的基金会相关页面。

第3节：关于古腾堡文学档案基金会的信息

古腾堡文学档案基金会是一家非营利性501(c)(3)教育机构，根据密西西比州法律设立，并获得了美国国税局的免税资格。该基金会的联邦税号为64-6221541。根据美国联邦法律及您所在州的法律规定，向古腾堡文学档案基金会捐款可享受全额税收减免。

该基金会的办公地址位于美国新泽西州蒙特克莱尔市Watchung Plaza #516，邮编07042，联系电话为+1 (862) 621-9288，也可通过电子邮件联系。

相关链接及最新的联系方式可在该基金会的网站以及www.gutenberg.org/contact上的官方页面上找到。

第4节：关于为该项目捐款的说明
古腾堡文学档案基金会

古腾堡计划™的运作离不开公众的广泛支持与捐款。只有通过这些支持，才能实现增加可自由传播的公共领域作品及授权作品的数目这一目标，从而使各种设备——包括那些较旧的设备——都能读取这些作品。许多小额捐款（1美元至5,000美元）对于维持该机构在IRS处的免税地位而言尤为重要。

该基金会致力于遵守美国50个州所规定的慈善机构及慈善捐款相关法律法规。不过，各州的合规要求并不统一，要满足这些要求需要付出大量精力、处理大量文书工作并支付诸多费用。对于那些尚未获得合规确认的州，我们不会主动寻求捐款。如需捐款或了解特定州的合规状况，请访问www.gutenberg.org/donate。

虽然对于那些尚未满足捐款要求的州，我们不会主动寻求捐款，但据我们所知，并没有规定禁止接受来自这些州的自愿捐款。

我们欢迎国际上的捐款，但对于来自美国境外的捐款，我们无法就其税务处理问题给出任何说明。仅美国的法律要求就已让我们的少量员工应接不暇。

请查看古腾堡计划的网页，以了解当前的捐款方式及地址。除了现金捐款外，还可以通过支票、在线支付或信用卡等方式进行捐款。如需捐款，请访问：www.gutenberg.org/donate。

第5节：关于古腾堡计划的基本信息
电子作品

迈克尔·S·哈特教授是古腾堡计划的发起人，他提出了建立一个可供所有人自由共享的电子作品图书馆的理念。四十年来，他在仅有少量志愿者支持的条件下，持续制作并分发古腾堡计划的电子书。

古腾堡计划的电子书通常由多个印刷版本整理而成，而这些版本在美国均被认定不受版权保护，除非其中包含版权声明。因此，我们并不一定需要让电子书与某个特定的印刷版本保持一致。

大多数人都是通过我们的网站开始了解古腾堡计划的，该网站提供了便捷的搜索功能：www.gutenberg.org。该网站还包含了有关古腾堡计划的各种信息，包括如何向古腾堡计划文学档案基金会捐款、如何参与新电子书的制作，以及如何订阅电子邮件通讯以获取新书资讯。