介紹科學大師--海爾蒙特

介紹科學大師--海爾蒙特/張文亮

　　海爾蒙特與他進行的「柳樹實驗」，記載在普世的生物課本中。他是醫生，卻一生未曾執業，以研究病理為職志。他發現氣體，包括二氧化碳、一氧化碳、氯氣等十五種氣體，被稱為「氣體化學之父」，他以化學研究人體生理代謝，發現「消化作用與胃酸有關」、「尿道結石與飲食有關」，也被稱為「生理化學之父」。他的研究發表帶給他許多的反對與十八年的囚禁，但他的堅持帶來近代醫學的改革，是使化學進入醫學領域的關鍵。
布魯塞爾的戰爭
　　1579年1月12日，海爾蒙特（Joan Baptista van Helmont）生於比利時的首都布魯塞爾（Brussels）。他的父親曾擔任宮廷法律顧問，在海爾蒙特一歲時病逝，他的母親帶他改嫁給另一個貴族。
　　比利時是屬於臨海的國家，在中世紀以前大部份都是淹水的低地。十四世紀時，正是奧地利哈布斯堡（Habsburgs）神聖羅馬帝國勢力鼎盛的時期，有些奧地利人前往低地開發，海爾蒙特的家族是最初的墾荒者之一，長期以來在比利時深具影響力。所以母親改嫁後，海爾蒙特仍保留此一姓氏。
十六世紀末葉，奧地利哈布斯堡勢力分裂。1579年，西班牙勢力入侵比利時，比利時人起來爭取獨立。西班牙的軍隊粉碎了比利時北方布魯塞爾的抗爭，但是無法攻下比利時南方與荷蘭的聯軍。海爾蒙特的家族也在爭取比利時獨立的陣營內，但是布魯塞爾淪陷後，西班牙軍隊對比利時人的血腥屠殺，使得比利時的古老家族與西班牙之間的敵意更難以化解。
尋找讀書的意義
　　海爾蒙特從小就背負家族的政治仇恨，他在學校裡對西班牙式的教育制度充滿了敵意，他寫道：「學校裡的天文、邏輯、幾何、拉丁文等課程，我認為都很容易，但是唸好書有什麼用？最後還不是在西班牙的政權中獲得任用，既然那是我輕看的，我為什麼還要唸書學習？我認為讀書一定有一個真正的目的，可惜我不知道那是什麼？」他在唸中學時，經常把學校的課本燒掉，此一行徑成為許多同學的笑柄。
　　1594年，他進入魯汶大學（Louvain University）唸藝術系。魯汶大學是比利時最好的學校，海爾蒙特竟然讀到被退學。他轉而唸一所修道院學校，他整天在學校的四周逛來逛去，不久又離開學校。他寫道：「苦修禁慾是人變相的驕傲，如同彩色氣泡，外表吸引人，內容空洞。」離開學校後，四處漫遊。
回到校園的浪子
　　有一天，他無意中讀到聖伯納爾（St. Bernard, 1090-1153）的作品<<活在罪中的人>>（Living on the Sins of the People），海爾蒙特寫道：「我終於明白，讀書的目的，不是成為知識的主宰，也不是為了權力的攀登，而是服事上帝與幫助窮人。」他繼續寫道：「我決定唸醫學，因為上帝眷顧病人的知識，就在醫學院裡。」因此，他到魯汶醫學院（Medical College at Louvain）就讀。
　　1599年，他自醫學院畢業，他寫道：「醫學是充滿無知的地方。不同學派之間的辯論很多，解決紛爭的方法很少，連牙痛也不知道如何處理。」
求真的精神
　　1600年，海爾蒙特到瑞典學習醫學，他發現那裡的情況並沒有高明多少。1602年他轉往義大利習醫，失望依舊。他寫道：「醫學應該是醫生不帶主觀，純由病癥來做診斷，但是醫學教育裡卻充滿荒誕、未被證實的主觀方式在治療；例如用生飲山泉水、佩戴磁鐵、用手觸摸、吃棺木內屍體長出的菇類治病，用夢幻來解釋病情、用喝動物血液來增補精力等，這些看法都是未經深思的垃圾。」他轉往法國，又到英國。他發現：「整個醫學彌漫著不實的推測，而非建立在真實的證據上。建立真實的證據應符合邏輯的推測與精確的實驗。」他又寫道：「疾病是一種自然的現象，應該用自然的法則，而非從神秘的角度去解釋疾病。例如人被瘋狗咬到，感染到狂犬病，這不是瘋狗的靈進入人的裡面，而是狗的血液將病傳染到人身上的。」
化學分析的真義
　　1605年，海爾蒙特回到比利時，他在魯汶鎮上買了間房子，當作化學實驗室。除了偶然在魯汶大學兼課外，他日夜進行實驗。在中古世紀，化學不過是煉金術與製造塗料、玻璃的技術。海爾蒙特卻提出：「化學是探討大自然的一種途徑。化學實驗是一種沉重的負荷，做實驗時也是默想上帝作為的時候。」
「實驗室」（laboratory）的字源是lab與oratory兩字的組合，lab的原意是背載著沈重的負擔向前走。oratory的原意是教堂裡供人默想的房間。海爾蒙特寫道：「實驗不是經驗的重覆。蜜蜂有幾千年採蜜的經驗，但是沒有進步。實驗是帶著分析性的思考，只有如此才能發現隱藏在自然現象背後的知識。」
醫學研究是解決疾病的關鍵
　　1609年，海爾蒙特與蘭斯特小姐（Margarita van Ranst）結婚。蘭斯特是比利時西部大地主的女兒，是許多年輕人追求的對象，但是蘭斯特不為所動。反而在風聞海爾蒙特追求學問的熱忱後，親自到魯汶大學拜訪這位傳說中「拒絕開業的醫生」。
海爾蒙特向她解釋醫學界已有許多人在外開業，但解決疾病的關鍵，是需要長期留在實驗室的醫學研究者。開業的醫生能賺錢，留在實驗室的醫生，無法賺大錢。蘭斯特小姐決定嫁給這位思考醫學瓶頸的夢想家。她的陪嫁是四座城堡，讓海爾蒙特可以盡情地進行他的實驗研究，而無須擔心金錢的問題。海爾蒙特寫道：「上帝給我一個敬虔與尊貴的妻子，婚後我們謝絕社交活動，在衛爾瓦地（Vilvorde）城盡全力研究化學與幫助附近的貧民」。他們後來有四個女兒，一個兒子。
　　海爾蒙特進行了許多實驗，其中有四個非常著名的實驗，是近代化學、生理學、醫學的重要根基。為此後人稱他是「氣體化學之父」、「生理化學之父」。
柳樹的實驗
　　第一個是「柳樹實驗」（willow-tree experiment）。海爾蒙特寫道：「我實驗的動機是根據聖經創世記第一章，上帝創造世界的第一天，就創造了天、創造了地、也創造了水，因此水一定是非常重要的。我的柳樹實驗，是要證明上帝創造世界的第三天，上帝說：『天下的水要聚在一處，使旱地露出來。......地要發生青草和結種子的菜蔬，並結果子的樹木，各從其類，果子都包著核。』因此樹木只要有水，就能供給植物生長所需。」
　　他將200磅重的土壤烘乾，然後在土裡種下5磅重的柳樹種子，收集雨水灌溉；五年後柳樹長成169磅3盎司重，他再將土壤烘乾稱重，土壤重量只少了2盎司。因此，他認為樹木重量的增加來自雨水，而非土壤。
　　他的實驗實在很精確，但是結論有點偏差，因為土壤損失的2盎司，不是他稱重的誤差，而是土壤提供植物成長所需的養分，不過在四百年前能夠有這樣的實驗，實在是不簡單，他已經證明生物的生長組成，水是最主要的成份。
這個實驗的進行，顯然經過長期細心的進行，才能有如此精確的實驗結果。「柳樹實驗」證明生命的生長，水是必須的要素，這個實驗開啟了後來生理學與營養學的研究。例如，法國科學家馬里歐第（Edme Mariotte, 1620-1684）就持續研究植物生長與水分的關係，他發現植物體內有兩種管子，一種是輸送水分，他稱之為「導管」，另一種輸送營養份，他稱之為「篩管」。馬里歐第因為這個發現，被稱為「植物水分生理學之父」。
木炭的實驗
　　第二個著名的實驗稱為「木炭實驗」（coal experiment）。海爾蒙特寫道：「創世記第二章提到，上帝將生命的氣息賜給人。因此，生物生存的基本要素除了水以外，還有第二種要素。」海爾蒙特稱這種要素為「gas」（氣體），gas是海爾蒙特創造的新字，其意思是：「氣體雖然與上帝賜給人生命的氣息不同，但是生命的存在需要氣體，氣體不像水份具有實體，而是可以揮發至空中的物質。」
　　海爾蒙特將62磅重的木炭燃燒，剩下1磅的灰燼，他認為：「灰燼之外，其他的部份都是氣體」。這是一個了不起的貢獻，他是歷史上第一個提出「空氣含有不同氣體，所以空氣並非純質」的人。海爾蒙特繼續燃燒不同的物質，他分辨燃燒產生的氣體至少有十五種以上。他發現有些氣體對於人體有不利的影響，因此他建議病人搬離氣味不佳的地方。
　　他也由分辨人體發出的氣味，提出人體疾病的分類，他提出：「病人身體的氣味，是診斷疾病的一個線索；有些味道來自汗水，有些是身體上的傷口，有些是體內腸胃不適所發出。身體的不同味道代表不同性質的疾病。」
海爾蒙特對於「氣體」的發現，開啟了後來氣體物理與化學的研究，人類由十七世紀至今，許多重要的科學研究成果都是以「氣體」為研究對象。例如英國物理學家波義耳（Robert Boyle, 1627-1691）一生最常引用的前人研究，就是海爾蒙特的實驗報告。波義耳重複海爾蒙特的「柳樹實驗」，證明該實驗的正確性，但波義耳提出土壤減少的重量是供給植物生長的必須，因為他將柳樹種在水中，柳樹根本長不起來，可見土壤是植物生長所必須的營養份來源。
胃酸的實驗
　　海爾蒙特第三個著名的實驗是「消化的實驗」（digestion experiment）。他花很多時間研究豬胃裡的液體，發現胃酸具有消化食物的功能。他寫道：「不同的種族對不同的食物有禁忌，例如猶太人與回教徒不吃豬肉。我給豬吃不同的食物，發現經過胃酸消化後，原來食物的特性都不見了，豬長出來的肉全沒有飼料的味道，反而是豬尿會有原來食物的味道。」海爾蒙特稱胃是生物體內的「廚房」，他由豬的胃部對不同食物的分解速度，提出食物可分為容易消化與不容易消化的兩種，只有前者適合給身體衰弱的人食用。
　　海爾蒙特用此原理，進而由病人尿液的味道與比重，判斷病人身體的消化代謝與身體康健的程度。他寫道：「化學不能瞭解生命的本質，但是化學可以瞭解生命的功能與現象。」
海爾蒙特用動物胃部的消化反應，來瞭解人體的胃部功能，提出醫療上的因應之道，成為後世醫學研究的重要里程，許多研究的方法都仿效海爾蒙特的這個實驗。例如「比較生理學之父」馬爾皮齊（Marcello Malpighi, 1628-1694）利用雞的肝臟做研究，瞭解人體肝的結構與功能。
尿道結石的實驗
　　海爾蒙特第四個著名的實驗稱為「尿道結石的實驗」（urinary calculi experiment），許多生理化學的研究都以此實驗為起始點。「臨床醫學之父」波爾哈威（Hermann Boerhaave, 1668-1738）稱這實驗為「無可比擬的發現，是當世代最佳的實驗。」。
　　海爾蒙特發現許多病人罹有「尿道結石」，當時無法解釋尿道裡怎麼會有結石現象。海爾蒙特經過長時間的觀測，發現解謎的關鍵可能在釀酒的技術裡。當時的釀酒工人都知道，為了讓發酵後酒中的混濁變的澄清，要將酒裝入桶中，推到陰涼的酒窖裡，低溫使得酒的混濁物形成「酒石」（tartar）沈澱，而且不會改變酒的原先風味。海爾蒙特認為：「酒石的形成是葡萄的成份，在發酵的過程中，轉化成為另一種物質，與發酵的氣體產生化學作用所形成的。」
飲食與疾病有關
　　但是海爾蒙特認為「酒石」與「尿道所結的石頭」不同，前者在高溫下會溶在水中，後者不溶。但是他假設尿道裡一定進行著類似的化學反應，是食物經過分解後，在尿道中經過發酵作用轉換為尿與氣體，尿中有些成份與氣體混合後就會沈澱結石。於是海爾蒙特進行實驗，將尿液通進氣體，果然產生顆粒沈澱，他發現所結的顆粒有幾種，一種是白色的結晶，另一種結晶較小，他推導這是不同的化學反應所導致。他的推論完全正確，有些結石是碳酸氨的沈澱，有些是磷酸氨的結晶。由實驗的發現，他建議患者在飲食上改進，少吃肉食，以免尿道結石。
真實的知識比蜜甘甜
　　海爾蒙特將他的實驗發現，寫成小冊，用來教導周遭的人。這些小冊慢慢的流傳出去，引來的反對也愈來愈多，當時的醫學界無法接受「醫學的知識，竟要依靠化學實驗」。西班牙的宗教團體也無法忍受有人「用聖經作為科學假設的依據」，政治界更反對他「為了實驗，棄絕擔任四個城堡之主的管轄責任。終日與些窮人、病人為伍，甚至常聞他們的尿」。海爾蒙特的答覆非常簡短：「如果你們真正嚐過知識的甘甜，就會發現那真比蜂房下滴的蜜甘甜。」
讓醫學脫離迷信
　　引起醫學界、宗教界與政治界三股勢力聯合反對的是海爾蒙特在小冊上寫道：「用磁治病是無稽之論。磁是使物體相吸的一種自然力量，人的想像力卻給磁披上神奇醫病的外衣。磁力若果神奇，就不該受距離的影響，不會隨著距離的增加而減弱。用磁鐵治病不過是江湖郎中迷惑人的技倆，神奇治病不過是懶人的藉口。」他這一段話罵到當時醫學界的主流勢力。
讓理性與信心合一
　　他又寫道：「當上帝造人的時候，是用祂的形像造人，人的理性是上帝所賦予的。理性並不違反信心，信心也不牴觸理性。信心彷彿是對未知之事拋出的一片網，但是真實的信心會逐漸地用理性思考未知之網內的每件事；同理，理性彷彿是不斷使人增進知識的方法，但是不斷思考背後的動力就是信心，相信這一切的思考活動是正確的。認為理性與信心相衝突的說法，不過是知識份子的愚民之論。」海爾蒙特又得罪了當時西班牙的宗教界。
逼迫的湧至
　　他繼續寫道：「最可怕的政治勢力，是政治與宗教掛勾。當政治人物鼓勵大眾去喝山泉治百病時，百姓要注意的不應該是泉水，而是湧流泉水的山上是放著哪一位大人物的彫像。」海爾蒙特又得罪一般百姓不敢得罪的大人物了。
　　1623年，統治當局下令焚燒海爾蒙特的所有小冊子，並由以前與他在魯汶醫學院共事的教職員（Louvain Medical Faculty）出面控告海爾蒙特的研究報告是「邪惡的小冊」；魯汶神學教職員（Louvain Theological Faculty）則表示海爾蒙特的見解是「可恥的看法」。1624年，他被法院判監禁，理由是：「化學是研究疾病治療的藝術？真是一派胡言。」
血淚的堅持
　　1627年，海爾蒙特才有機會上法庭辯解。他仍然勇敢直言：「有人用人出生的時間、天體星座的排列，去解釋人的命運。我們應要仔細的思索，什麼是時間的本質？星座的運轉只能代表時間的變化，不能代表時間的本質。星座只是天上的發光體，可以當作時間的記號，但是無法代表時間的本質，時間可以分為時、分、秒，甚至做出更小的分割，證明時間的本質是具有連續性的。星座既然不是時間，豈能代表人出生後的命運呢？」他的論點又得罪當時的世俗大眾。
結果他被宣判加重刑罰，且被加上手鐐腳扣，在公眾場合遊街四天。海爾蒙特仍然拒絕承認錯誤，因此又被加判全家長期監禁。監禁期間，他的兩個女兒生病，因為無法送外治療而死。海爾蒙特還是不屈服，真是持守真理者的本色。今天大學醫學教育開滿了化學課程，實在是三百多年前，海爾蒙特用血、用淚換來的代價。
　　海爾蒙特寫道：「雖然我的看法，人以為怪，但是我已經遙遙的望見，醫學將不斷地往前進步。願上帝讓更多的研究者明白人的疾病與軟弱，醫生將成為人與上帝之間的橋樑，願他們不要忘記醫學的知識來自上帝。」
　　由1624年到1642年監禁期間，海爾蒙特沒有再發表任何的研究，他人生末了的一段路，是被隱藏的；彷彿是被囚禁的，卻能安靜地將他畢生的精華寫成一本<<醫學的提昇>>（Ortus Medicinae）。1642年，他與家人才被解除監管，1644年12月30日，海爾蒙特病逝。死後兩年，他的兒子才將<<醫學的提昇>>出版。
指標的人生
　　海爾蒙特在晚年寫道：「我深知，我是一個軟弱與容易動搖的人。我祈求上帝不要使用我，我只是個無用的人。但我知道上帝的手在我的生命裡工作，使我在各樣的逼迫中，仍然繼續堅持下去，以指出未來醫學正確的方向。」時間證明海爾蒙特的堅持是正確的，化學的確為醫學研究與診治譜下正確的軌跡，為後世帶來醫學的提昇，也成為千萬病人的祝福。
參考文獻
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2. Partington, J.R., 1989. A Short History of Chemistry. van Helmont. p.44-54. Dover Publications, Inc. U.S.A.
3. Grave, D., 1996. Scientists of Faith. Chapter 11, p. 50-52. Johannes Baptista van Helmont-Founder of Pneumatic Chemistry and Chemical Physiology. Kregel Resources. U.S.A.