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质量守恒定律
关于质量守恒定律的历史
质量守恒定律又称物质不灭定律，是自然界最重要的基础定律，该定律几乎构成了大部分物理科学和化学科学的基础，它对化学教学是极端重要的。
本文阐述它的发展和形成的历史。
一、守恒定律的序幕
关于物质不灭一般被公认为是古希腊原子论者的思想。
留基帕和德模克利特（两人大约生活在公元前450年）认为一切物质都是由最小的、不可分的微粒──原子组成的。
德模克利特写道：
“宇宙的要素是原子和虚空，其他一切都只是意见。
原子不受任何能使之发生改变的外力的影响，……而虚空则是一些空的地方，使原子不断在其中上下运动”。
如此说来，他们已经具备物质不灭的思想了。
可惜他们的著作除了一些残篇外均已散失。
关于原子是否有重量还有争论。
我们只能从亚里士多德的著作转引的残篇断句中知道原子或许有重量，但是对这一点有争论，伊壁鸠鲁（公元前约300年）承认原子学说，并肯定地认为原子有重量。
既然原子是不灭的，而原子又是有重量的，至此，我们可以认为他们已经有了质量守恒的思想了。
但是这只能是我们的推论，并没有见诸于文字的记载，一直到公元前57年左右，与凯撒和西塞罗同时代的罗马诗人路克莱修在他的伟大著作《物性论》中，记载并赞颂了古希腊原子论者们的哲学。
他重申：
“无物能由无中生，无物能归于无。
”这可看作是最早暗示出一个深刻的普遍科学原理，现在的每一事物必定在过去，现在或将来持续存在，虽则它们的形状、面貌和外表确实可以改变。
然而，从路克莱修的颂辞到现代的质量守恒定律之间有着相当大的一段距离。
质量守恒定律昭示我们：
无论位置、外形、状态和化学组成等如何变化，在一给定的封闭区域内的物质总量永远保持不变。
企图从古希腊人的思想中去寻觅现代物理学和化学的科学原理（也许某些天文学的原理除外）是徒劳之举，例如，路克莱修当时所关心的是哲学而不是科学问题。
这在《物性论》的第一页中讲得十分清楚：
“这个教导我们的定律开始于：
没有任何事物按神意从无中生。
恐惧所以能统治亿万众生，只是因为人们看见大地环宇，有无数他们不懂其原因的事件，因此以为有神灵操纵其间。
而当我们一朝知道，无中不能生有，我们就会更清楚地猜到我们所寻求的：
万物由之造成的那些元素，以及万物之造成如何未借神助”。
二、逐步完善的一种表述
在质量守恒定律出世并以对现代科学有意义的方式出现以前，发生过三次独立的进展，每次进展都体现了当时最伟大的物理学家或化学家的工作。
首先出现的是理想孤立系统的概念。
古希腊人和经院哲学家占统治地位的传统，是把宇宙看成是统一的、不可分割的整体。
在这样的体系中，某一单一物体的行为决定于它同宇宙其它物体的关系和它在整个事件中所必定要起的作用。
所以，孤立地考虑一些事件，例如，在解释单一物体的行为时，只用一条适用于该特定区域的物理定律，认为该物体不受这一区域周围宇宙中同时发生的其他事件的影响，这是没有意义的。
根据英国数学家兼哲学家怀特黑德（1861─1947）的见解，则可以在某种程度上把孤立系统的概念视为伽利略对物体运动研究的一个结果。
伽利略对于惯性定律的预见，谈到任何物体在无外力作用的水平面上将作连续均匀的非加速运动；从而使我们在头脑中描绘出一个区域，其中只有处于平衡状态的物体，在区域的边界上，一切与外界现象的因果联系都被割断了。
否则无外力作用的情况是不存在的。
然后，假定已有了某一孤立或封闭系统的概念以限定我们注意的领域，其次，就需要在守恒定律得以表述之前有一个测定物质的量的标准。
这一标准是牛顿在他的《自然哲学的数学原理》的第一段中提供的，他在谈到“物质的量”一词时写道，“我在以后称之为物体或质量的，就是指这个量而言”。
要想定量地得知某一系统中物质的数量，我们仅需知道它的惯性（或它的重量，“因为如我从……实验发现，它是同重量成正比的”）。
只要记住这个定义，必然会认识到：
任何给定客体具有某种持久恒定的东西，这东西肯定不是它的颜色或表现大小，不是它的位置或运动状态，也不是体积或形状，更不是它的整体性，而是它在各处的质量，因而也是它在某给定地点的重量。
第三个贡献显然是必不可少的，这是指证明了在化学转变过程中某给定系统中的物质的量──从实际上讲，即是置于某密闭容器之内的某种物质的重量──并不改变。
科学史家C·辛格认为，牛顿对于物体在同一个地点重量保持恒定的清晰证明揭示了一个简单而有效的检查数量变化的标准，从而“给化学的合理性一种特殊的动力”。
我们要对长期被人怀疑的质量守恒定律得出直接证据，看来颇为简单：
把一些空气和一块木头密封在一个瓶子里，然后使太阳光聚焦于瓶中的木块以引起燃烧。
在木头发生变化之后，灰烬和残余的气体加在一起的重量与变化前各成分（木头和空气）的重量完全一样。
然而，从牛顿的《原理》（1687年）到拉瓦锡（1743─1794）发表关于焙烧实验的回忆录和教科书《化学概要》（1789年）相距恰好约100年。
三、拉瓦锡的实验证明
在牛顿和拉瓦锡之间的这个时期，那些必须克服的障碍现在说来几乎无关紧要。
拉瓦锡是最先确证下述事实的化学家之一：
物质的燃烧是人们最熟悉的化学变化，通常是氧化作用，亦即物质与周围空气中由他命名为氧的那部分气体化合；因此，在全部计算中必须计入取自大气的气体。
在拉瓦锡以前的时代，人们对于气体和燃烧过程本身的性质都不够清楚；所以几乎没有什么根据或条件去测定气体的数量，而且甚至无法在那些与周围化学世界隔绝的密闭容器内进行这些化学反应。
映入科学家头脑的，首先并不是所有参与化学反应的物质遵从一个普遍的守恒定律，而是下述明显、顽固而且令人困惑的事实：
处于空气中的某些物质如木材在燃烧后将会减少重量（我们现在会说，因为在氧化过程中失散的气体比得到的气体多）；另一些物质如磷却会显著地增加重量（按现代的说法，这是因为固定下来的氧要多于挥发的蒸气）。
在逆过程即现在所谓还原即失去氧的反应中，也会发生类似的不同类型的变化。
由于科学理论往往具有一种首先从各种现象最显著的方面推演出概念的天然倾向，所以在18世纪形成了一种概念体系，企图研究大量关于燃烧的各种观察结果，其中包括燃烧物的物理结构和化学性质的变化、热和火焰的存在、周围空气性质的变化，乃至各种重量的改变。
为了解释这些观察结果，人们设想有一种燃素存在，并可用这些物质或“要素”在参与化学变化的出入来说明所有观察结果。
燃素说在拉瓦锡对它发动攻击十年左右便销声匿迹了，这不仅是因为人们企图用燃素概念解释的各种现象过于广泛，以至于达到定量的说明并且自相矛盾，而且因为拉瓦锡证明了这个概念根本不必要，他通过称量得出的不可反驳的证据表明：
把注意力转移到参加某一化学反应的物质（包括气体和蒸气）总量上去，就会得出一条严格的物质守恒定律。
译自1789年出版的拉瓦锡的《化学概要》的一段文字可说明他在这方面使用的方法，而且暗示出这个定量论证的相对新颖性：
“英根霍茨先生完成的巧妙的铁的燃烧实验是大家熟知的。
[接下去对这个实验作了描述，即铁在一个装有富含氧的空气的密封容器内的燃烧。
]但是英根霍茨没有检查这一操作在铁和空气造成的[重量]的变化，因此我在不同的环境中，即根据我的特殊看法在下述的装置中，重做了这个实验……[现在经过改进这个实验能够精密地确定重量。
]如果实验进行得十分顺利，那么，从重量为100谷[5.3g]的铁可得到135或136谷的[铁的氧化物]，这表明它的质量或重量增加了35%。
如果把全部注意力都集中在这个值得注意的实验上，就会发现空气减少的重量恰好等于铁增加的重量。
所以，燃烧l00谷的铁──这需要增加35谷的重量，将要消耗70立方英寸的空气；结果将发现，由于养气[氧气]的比重近似于每立方英寸1／2谷；以致实际上在一方面增加的重量恰好符合另一方面损失的重量。
”
拉瓦锡描述的这类实验有十几个，包括当时已知的所有类型的反应，而且总是反复申明这个教训：
在一个封闭系统中进行的化学反应，该系统任何一部分增加的重量恰好补偿其余部分损失的重量，也就是说，该系统中物质的总重量保持不变。
拉瓦锡关于燃烧和还原的概念体系，在形式上、可靠性上，以及数值预言的精确性上均比燃素说高出一筹，因此更有利于科学发展，尽管当时仍有许多观察结果（例如，火焰的存在或物质外观的变化）超出了这个简捷体系的范围。
一些类似事件的变化标志某些概念的革命，例如热质说的兴衰，我们不能在此加以讨论。
不消说，空气组成和燃烧这两个问题一经解决，在表明守恒定律是一个普遍而基本的命题的那些反应中，氧化过程就成为一个特殊情况，尽管有时异常惊人。
拉瓦锡于1789年写道：
“我们必须将下述看法确定为一个无可争辩的公理：
在所有人为和天然过程中，无中不能生有；物质在实验前和实验后，其数量保持不变……所能发生的情况只是那些元素在化合反应中的改变和更替。
根据这个原理，完成化学实验的全部技术取决于：
我们必须[援引一个应用这个原理的例子]永远假定参加反应的物体的元素和反应后生成物的元素二者具有的质量完全相等。
”
四、质量果真守恒吗
尽管拉瓦锡对守恒定律作了有力的陈述，它仍有许多令人怀疑之处。
在检验拉瓦锡的实验报告并了解到拉瓦锡用他的装置所能达到的精确度时，一位现代实验化学家可能多少会对“重量在一方面的增加严格等于它在另一方面的减少”这一断言产生怀疑。
尽管如此，这条定律是可信的，因而19世纪的大多数化学家愿意追随拉瓦锡并把上述断言作为一个公理来接受，直到有某些确定的理由猜疑质量并不守恒时为止。
只要认为质量守恒定律符合对于物质性质的其他已被接受的观点，只要没有观察到明显的违反，就不会诱导人们进一步进行实验检验。
1872年，德国化学家迈尔（1830─1895）[曾独立于门捷列夫发现元素周期律]提出，原子在化学反应中的重新排列可能伴随有“以太”粒子的吸收或发射。
这种粒子甚至能出入于一般物质无法进入或逸出的封闭系统。
当时，关于这种以太粒子实际上是否存在，尚是一个未决的问题。
假如它们确实存在，那么该系统的质量就要发生微小的改变，究竟改变多大程度，则取决于这些粒子的质量和它们进入或逸出该系统的数目。
即使大多数化学家认为拉瓦锡等人的实验业已确证质量守恒定律对于化学反应的正确性，但是设法以当时最高实验的精确度从实验上证明它，依然是人们的兴趣所在。
象迈尔表示过的那样的怀疑，未经适当考虑是不会轻易消除的，因为迈尔已获得第一流化学家的声誉。
另一位叫兰道特的化学家断定，需要进行进一步的实验验证。
他在1890年起20年间进行了广泛的研究，非常精确地测量了其中正在发生化学反应的诸系统的质量。
他在1909年陈述了他的结论：
“实验研究的最后结果是：
在任何化学反应中未能发现总重量有何变化……对质量守恒定律的实验验证可被认为已经完成。
倘若存在任何偏差，这些偏差也必小于千分之一毫克。
”
兰道特的结果代表了物理和化学学科中的实验数据特征：
人们绝不可要求证明差值恰好为零或其它测量结果恰好等于其它某一数字。
我们只能说，实验表明这数字在一定误差范围内为零。
除了对化学反应系统进行实验之外，如果没有其他可供利用的证据，甚至在今天我们仍必须认为质量守恒定律是正确的。
一位现代化学家，即使用最精密的设备重复兰道特的实验，也会得出同样的结论，尽管他的误差范围可能更小。
然而，我们现在知道，在其他类型的实验中，系统内物质的质量确实要发生变化。
最重要的例子是诸如放射性蜕变，裂变和聚变这些核反应或基本粒子反应。
在诸如电子与正电子或质子与反质子的湮灭这些反应中，实物粒子的质量（静质量）完全消失。
另一方面，一物体的质量在它被加速到接近于光速时会显著增大。
在所有这些情况中，按照爱因斯坦的相对论，质量的表观改变为能量的相应改变所补尝。
这可以解释为能量本身就具有质量（动质量）。
爱因斯坦的理论预言，甚至在化学反应中，静质量也有微小的变化。
这个变化是由于热能在反应中被吸收或产生而造成的，热能也具有质量。
然而这微小的变化是无法测量出来的。
在兰道特研究过的反应中，由相对论所预言的静质量变化远小于千分之一毫克。
兰道特关于质量守恒定律对于静止物质成立的结论是错误的，尽管他的实验的精度之高是前所未有的。
正当一条定律看来被实验牢固确定的时候，一种理论却促成了它的垮台。
上述这个例子确实令人惊异地证明了这一点。
五、质量守恒定律最后是如何以新的形式重又得到承认的 ──质能相当性
1905年以前，已经有人从实验中发现，电子的质量或惯性必定要随速度的增加而增加。
爱因斯坦在1905年从其狭义相对论推出下述结论：
任何粒子，无论它是否象电子一样带电，它的“有形的”，可称量的质量均按下面的方程随其速度增加而增加：
（1）这里m0是粒子相对于观察者静止时的质量，叫静质量，而m是粒子相对于观察者以速度v运动时所观测的质量，称之为观测质量（动质量）或相对论性质量。
而c即光速，它是个常数，约为3×108m／s。
现在，由方程
（1）显然可见，就通常的速度而言，式中的v远小于c，在实验测量误差范围之内m=m0。
但是恰恰在电子和其他亚原子粒子的运动中，这个限制不再适用──某些从原子核蜕变发出的β射线的速度达到光速的90％以上。
初看起来，质量随速度增加的说法，的确使人困惑不解。
一个运动的粒子比运动前肯定没有增添什么成分，没有添加“有形的”可称量的物质！
如若质量增加，则质量就无法再是物质的量的量度了。
于是，质量守恒定律看来也不严格地成立了。
这些推测是我们下面必须考虑的。
比值（v／c）通常用β符号来代替。
因此，方程
（1）可改写为
。
然而，代数中的二项式定理告诉我们：
既然v远小于c，所以β2非常小，而β4及所有更高次项都可忽略不计，因此，我们可以写出
这个最后的结果使我们看到关于物体质量随速度增加的一种令人惊异的物理解释，因为它直接指出了物体质量的增加为
而且，当我们试图理解物体质量随速度而变化这一现象时，还得到这样一个概念：
被加在可称量物体上的动能也以KE／c2这样大的数量增加了物体的惯性。
无论我们说能量有质量，或者说是质量，还是说它表现为质量，都不过是在玩弄文字游戏而已，对最后的方程并未增添任何新的内容。
虽然我们是以近似的方法得出这个结果的，但一般来讲，方程KE／c2=Δm是正确的。
我们必须认识到的只是，在这样一种纯力学状况下，一个快速运动粒子的动能可重新定义为
KE=Δmc2=mc2-m0c2
因为质量从m0起速度而增加，因此要使速度发生同样大的变化，那么在速度达到v的后一阶段比它的前一阶段需要更多的动能。
质量改变乃是由于能量增加这一概念，如今可以推广到普通动能以外的其他形式能量，如势能或热能。
一个金属块在受热时，其观测质量也要增加：
在此情形中，Δm=（供给的热能）／c2。
简言之，质能相当性原理很快被推广到包括各种能量的增加（或减少）；如果向某物质系统提供每一单位的能量（1J），那么该系统的质量增加为
如前所述，这并不意味着现在系统中的成分比以前多了；所改变的乃是能量增加后的物质具有的可观测惯性。
显然，这个变换率即公式Δm=能量／c2中的因子c2表明，这样的质量改变在普通力学和化学实验中是无法直接观察到的。
因此，在有关质量守恒那节中就毋需考虑这一纯理论问题了。
但是，在核现象或廻旋加速器中，粒子的质量在开始时相对地小，而能量相对大，因此粒子在质量上的变化就非常可观。
如果你愿意，可以用质量来衡量系统中的物质加上机械能、电能等的量，而不把它仅看成一个系统有形的或可称量的物质的量。
因此，我们把质量守恒定律改写为如下形式，在一个闭合系统中，Σ（m0+能量／c2）=常量
（2）
到此为止，我们所讲的一切都论证了质能相当性，用爱因斯坦的话（1905）来说：
“如果有一物体以辐射形式放出能量ΔE，那么它的质量就要减少ΔE／c2。
……物体的质量是它所含能量的尺度；如果能量改变了ΔE，那么[该物体的]质量也就相应地改变ΔE／（3×1010）2，此处能量是用尔格来计量，质量用克来计量。
”
如果把质能转化包括在内，显然必须对能量守恒定律予以重新阐述。
进行这项工作的一个简单方法是：
把系统中的每一物体看作是可以完全消灭的势源，因此规定每个静质量具有静能量m0c2，而静能量即是在事件过程中可以部分地或全部地转换为其他能量形式的势能。
于是，我们能够有把握地说：
在一个封闭系统中，能量的总和即静能（Σm0c2）加上所有其他形式的能量（ΣE）是恒定不变的，或者说Σ（m0c2+E）=常量（3）这的确不是一个新的定律；形式为Σ（m0+E／c2）=常量的方程
（2）是推广了的质量守恒定律，如果用方程（3）的两端除以c2，我们就得到方程
（2）。
究其实质，这两个方程表述了同样的内容。
正如爱因斯坦本人所指出的：
“在相对论以前的物理学中有两个具有基本重要性的守恒定律，即能量守恒定律和质量守恒定律；在那里这两个守恒定律是作为彼此完全独立的定律出现的。
通过相对论，它们融合成一个原理。
”
在这种意义上人们可以说，质量和能量的概念也“融为一体”了，仿佛它们是一个物理实在的两个方面。
发现质量守恒的先驱
其实，在18世纪中叶，世界上发现质量守恒的不只拉瓦锡一人，俄国科学家罗蒙诺索夫（1711～1765年）也是一位先驱者。
早在1758年，罗蒙诺索夫在俄罗斯科学院大会上宣读的论文就对质量守恒讲得一清二楚了，比拉瓦锡早了18年。
但是，他的著作没有被广为传播，西方学者对他不甚了解，因而他不象拉瓦锡那样，在社会上产生了广泛的影响。
罗蒙诺索夫是俄国一位伟大的科学家，为开拓和发展俄罗斯的科学事业立下了不朽功勋，为人类文明做出了贡献。
这位伟人的一生，有许多值得我们学习借鉴的地方。
罗蒙诺索夫1711年11月19日出生在俄国白海边的阿肯格斯克省的米沙宁斯卡亚村。
他的父亲是一位靠打鱼为生的渔民，所以，罗蒙诺索夫从小就跟他父亲学会了打鱼、造船、种地、砍柴。
艰辛的生活和海上的风浪把他锻炼得意志坚强。
他热爱学习、喜欢读书，紧张的捕捞作业更使他感到学习时间的宝贵，他只要有时间就读书，而且自学能力很强，他读完了“斯拉夫语语法”和算术，甚至神学书籍他也读了不少。
1730年年底，19岁的罗蒙诺索夫到莫斯科去卖货，他被莫斯科的学校迷住了，他渴望上学。
但是这些学校都是专门为贵族子女设立的，贫民的孩子是无资格入学的。
无奈，他只好冒充贵族子女进了斯拉夫—希腊—拉丁语学院。
几年过去，他学会了拉丁语、俄语、数学，而且成绩名列前茅，深得校长喜欢，并被推荐到彼得堡科学院学习。
在科学院学习期间，他碰到了一个好机遇，由于科学院需要化学和冶金方面的人才，决定选派罗蒙诺索夫到德国学习。
在德国留学的几年里，他首先在德国化学家沃尔夫教授指导下学习基础课和部分专业课，1739年他又进入弗雷堡大学，师从亨克尔，学习矿物学和冶金学。
亨克尔是位燃素学说信奉者，罗蒙诺索夫在学术上与老师有了分歧。
1741年，30岁的罗蒙诺索夫回到了俄国，在彼得堡科学院担任物理学副教授。
在安娜·伊凡诺夫娜时代，科学院请了许多外国人（主要是德国人）来工作，结果科学院分为两派，一派为“外国派”，势力很大，另一派叫“俄国派”，人数少，罗蒙诺索夫为发展俄国科学事业，做了不懈的努力。
1748年，37岁的罗蒙诺索夫在观察了各种物质的变化后，对他朋友欧拉写到：
“一切发生在自然界里的变化，实际上的情况总是这样，在一种物体里耗费了多少，在另外一种就添上多少。
”“失眠的钟点有几小时，睡觉的时间就少了几小时。
”这是罗蒙诺索夫确信质量守恒最早的阐述。
但他认为缺乏确凿的证据，于是放弃了发表他的观点。
但是，罗蒙诺索夫决心用实验事实来证明他的观点。
罗蒙诺索夫的实验是重复波义耳的锻烧金属实验：
他取一个曲颈瓶，里面放些细碎的锡块，封住瓶口用天平称取它的重量。
然后把曲颈瓶放到火上加热，两个小时后，把瓶从火上取下，打开瓶口，外面的空气嘘的一声冲进瓶内，冷却后再去称取瓶重，果然，与波义耳的实验结果一样，瓶重增加了。
对此，波义耳的解释是火微粒与锡块结合了才导致瓶重增加了。
但是，在罗蒙诺索夫脑子里不承认什么神秘的火微粒，只承认物质的微粒，他沉思了好大一会，决定再做一次实验。
这一次实验与上次不同之处，仅在于曲颈瓶加热后不再打开封口，冷却后称取瓶重，结果不同了，瓶重并未增加，说明不存在什么火微粒透过瓶壁钻进瓶里去的现象。
现在我们已经知道，曲颈瓶里的锡块受热后与瓶内的氧气化合，生成氧化锡，于是瓶内的空气减少了，但锡增加的重量与空气减少的重量是相等的，所以加热前后，曲颈瓶的总重量是一样的，没有改变。
但是，由于瓶内氧气与锡化合，使得瓶内空气减少，气压下降，成为负压状态，一旦打开瓶口，外面的空气就会冲进来，补充减少的空气，直到充满，使瓶内外气压相等为止。
由于补进了新的空气，空气是物质，是有重量的，所以曲颈瓶的重量就增加了。
罗蒙诺索夫第一次对波义耳的实验做出了科学解释，并用实验证明了质量守恒定律。
罗蒙诺索夫一生有过不少著作、论文发表，使俄罗斯科学水平走进了世界先进行列。
他还建立了实验室，创办了著名的莫斯科大学，并成为那里的校长。
罗蒙诺索夫的贡献得到了一些国家的承认。
他从德国留学回来不久就被选为彼得堡科学院院士，1760年，49岁的罗蒙诺索夫被授予瑞典科学院名誉院士，后来又成为意大利波伦亚科学院名誉院士。
但是，环境的恶劣和夜以继日忘我的工作，终于使他积劳成疾，卧床不起，于1765年4月4日病逝，享年仅53岁！
伟大的罗蒙诺索夫院士，为人类的科学事业，一往直前，呕心沥血，过早的结束了自己的宝贵生命，为社会换取了珍贵的科学成果，为我们树立了伟大的楷模。
拉瓦锡——法国化学家
——开创化学发展新纪元
法国化学家拉瓦锡（AntoineLaurentLavoisier1743——1794）进行的化学革命被公推为18世纪科学发展史上最辉煌的成就之一。
在这场革命中，他以雄辩的实验事实为依据，推翻了统治化学理论达百年之久的燃素说，建立了以氧为中心的燃烧理论。
针对当时化学物质的命名呈现一派混乱不堪的状况，拉瓦锡与他人合作制定出化学物质命名原则，创立了化学物质分类的新体系。
根据化学实验的经验，拉瓦锡用清晰的语言阐明了质量守恒定律和它在化学中的运用。
这些工作，特别是他所提出的新观念、新理论、新思想，为近代化学的发展奠定了重要的基础。
拉瓦锡1743年8月26日出生于巴黎一个富裕的律师家庭。
5岁那年他母亲因病去世，从此他在姨母照料下生活、11岁时，他进入当时巴黎的名牌学校——马沙兰学校。
以后升入法政大学，21岁毕业而取得律师的资格。
他的家庭打算让他继承父业成为一个开业律师，然而在大学里他已对自然科学产生了浓厚的兴趣，主动拜一些著名学者为师，学习数学、天文、植物学、地质矿物学和化学。
从20岁开始，他坚持每天作气象观测，假期还跟随地质学家格塔尔到各地作地质考察旅行。
他最初发表的关于石膏组成和凝固的论文就是在地质调查之中写成的，1765年，法国科学院以重奖征集一种使路灯既明亮又经济的设计方案，22岁的拉瓦锡勇敢地参加了竞赛。
他的设计虽然未获奖金，但被评为优秀方案，荣获国王颁发的金质奖章，这项活动给崭露头角的拉瓦锡以很大的鼓舞、使他更热情地投入科学研究的事业中、同时他的科研才华也开始引起了科学界的注目。
因为拉瓦锡接连不断地取得了一项项科研成果，也因为他具备了无需忧虑生活来源的优越科研条件，1768年他被任命为法国皇家科学院的副会员，1778年成为有表决权的18名正式会员之一。
1785年他担任了科学院的秘书长，实际上成为科学院的负责人。
拉瓦锡成为科学院的成员后，科学研究愈加成为他生活的重要内容。
从1778年起，他逐个地取得了化学研究上的重大突破。
步入化学家的行列。
他才华洋溢，精力充沛，逐渐成为科学界乃至政界的一位新星。
1768年，拉瓦锡选择的一个研究课题是验证水能否变成土。
在当时，许多人都相信水能变成土。
亚里士多德的“四元素说”中就有水土互变的提法，17世纪比利时化学家海尔蒙特曾以柳树的实验（海尔蒙特将一柳树苗栽入预先经烘干称重的土盆中，经常淋水。
5年后，柳树长成大树了。
泥土经烘干，重量并没有减少。
于是他认为柳树长大所增加的重重，只能来源于水，水能转变为土，并为树所吸收。
）来支持这一观点。
人们也时常发现在容器中煮沸水
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