化學(xué)元素周期表完成背后，還有這些作家們的貢獻(xiàn)

2022-08-31 17:52

來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

氫氦鋰鈹硼，碳氮氧氟氖，鈉鎂鋁硅磷，硫氯氬鉀鈣，鈧鈦釩鉻錳……又一次聽到這段如緊箍咒般的“魔音”時你會發(fā)現(xiàn)，那些年被元素周期表支配的日子已經(jīng)距離自己很遠(yuǎn)了，可現(xiàn)在，居然有一本化學(xué)科普書致力于發(fā)現(xiàn)元素世界的樂趣和神奇，這本書就是《元素的盛宴》。

▲ 傳記電影《放射性物質(zhì)》(2019)

在《元素的盛宴》里，作者搜集了許多有關(guān)元素背后的故事和人物，帶我們層層回顧周期表行行列列的傳奇，就像解剖學(xué)教科書里的透視圖一樣，從不同深度講述一部化學(xué)簡史，包含科學(xué)、歷史、金融、神話、藝術(shù)、醫(yī)學(xué)……當(dāng)然也包括了文學(xué)家和元素的關(guān)系。今天夜讀中，歌德在其作品中關(guān)于煉金術(shù)錯用的化學(xué)知識雖被后人嘲笑，但他卻因為極具慧眼的一次任命而推動了元素周期表的新發(fā)現(xiàn)。而到了馬克·吐溫那里，他一些富有科幻氣質(zhì)的短篇小說展現(xiàn)了對元素的熱情和擔(dān)憂，尤其是可以看到他在1904年就已經(jīng)在小說中為核能所蘊含的可怕力量而暗暗心驚了。

不懂化學(xué)的歌德推動了元素周期表

在18世紀(jì)晚期，歌德提出一個色彩學(xué)的理論以駁斥艾薩克·牛頓的理論，甚至因此寫了一篇異想天開的論文，通篇都是類似“色彩是光的業(yè)績，業(yè)績，和苦痛折磨”之類的話——看上去倒是不像對實證主義者牛頓先生的破口大罵，但是這樣的陳述除了讓我們看到歌德像相信自己的詩歌水平那樣相信自己的科學(xué)水平之外，完全一點意義都沒有。他還在小說《親和力》中表達(dá)了這樣一個似是而非的觀點：婚姻就像化學(xué)反應(yīng)。按照他的說法，要是你介紹AB夫婦兩人同CD夫婦兩人認(rèn)識，最后形成兩對新的夫妻組合，這個過程用方程式表達(dá)就是這樣的：AB + CD→AD + BC。而且這可不僅僅是某種含蓄的說法或是暗喻。歌德實際上以書中人物的人生歷程論證了這一方程式。不管這部小說有多少別的優(yōu)點（特別是其極富感染力的描述），它仍然證明了歌德最好還是離科學(xué)遠(yuǎn)點兒。

[德] 歌德｜錢春綺譯｜上海譯文出版社

即使是歌德的巔峰之作《浮士德》，也包含了關(guān)于煉金術(shù)的陳詞濫調(diào)，以及更糟糕的（至少煉金術(shù)聽起來很酷），關(guān)于巖石是怎樣形成的蘇格拉底式對話。這一毫無意義的對話發(fā)生在巖石“水成論者”（Neptunists）和“火成論者”（Plutonists）之間。歌德這樣的水成論者認(rèn)為，巖石是由大海——尼普頓神統(tǒng)治的王國——里的礦物質(zhì)沉淀而成（他們錯了）；火成論者——這個稱呼源自冥王普路托之名，在《浮士德》這部作品中，火成論者的觀點由魔鬼本人親口說出，帶著幾分頗為造作的諷刺意味——認(rèn)為火山和地底的高溫塑造了絕大部分巖石，這一說法是正確的。像往常一樣，歌德選擇站在錯誤的一邊，因為這邊的理論讓他感受到了審美的愉悅。《浮士德》極富感染力地描繪了科學(xué)中的自恃自大將會導(dǎo)致何種結(jié)果，出于這個原因，它流傳了下來，就像《弗蘭肯斯坦》一樣。但當(dāng)1832年歌德去世后，這本書中論述的科學(xué)和哲學(xué)觀點很快就被駁斥得體無完膚。現(xiàn)在，人們閱讀他的作品完全只因為其文學(xué)價值。歌德要是知道了這些，一定會崩潰的。

盡管如此，總的說來，歌德對于科學(xué)，特別是元素周期表，還是做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)——通過他的官職任命權(quán)。1809年，作為國務(wù)大臣，歌德負(fù)責(zé)為耶拿大學(xué)化學(xué)系的一個空置職位挑選合適人選。在聽取了朋友們的推薦后，歌德極具遠(yuǎn)見地選擇了另外一個也叫約翰·沃爾夫?qū)娜恕s翰·沃爾夫?qū)さ仑惾R納。這位約翰·沃爾夫?qū)莻€外省人，既沒有化學(xué)方面的學(xué)位，也沒有拿得出手的履歷。他先后做過藥劑學(xué)、紡織學(xué)、農(nóng)藝學(xué)和啤酒釀造方面的工作，通通失敗了以后才投身化學(xué)的。但是，德貝萊納的這些工作經(jīng)歷使他學(xué)到了大量的實用技能——這是像歌德這樣的紳士老爺永遠(yuǎn)學(xué)不到，卻又因為身處偉大的工業(yè)革命時期而非常渴望得到的。歌德很快對這個年輕人產(chǎn)生了濃厚的興趣，他們花了許多個小時愉快地討論當(dāng)時熱門的化學(xué)話題，像是為什么紅球甘藍(lán)會讓銀匙失去光澤，蓬巴杜夫人的牙膏里含有什么配料之類的。但是這一友誼未能完全消除兩人之間出身和教育程度的巨大差別。歌德，自然沒的說，接受了廣泛的古典教育，甚至在今天，他還經(jīng)常被人們尊為（帶著點夸張）最后一位上知天文下知地理的人——要想找到這樣的人，可能只能回到藝術(shù)、科學(xué)、哲學(xué)在很大程度上依然相互交疊的年代。他還曾環(huán)游世界，閱歷甚廣。而德貝萊納呢？在被歌德提拔到耶拿大學(xué)的職位上之前，甚至都從未離開過德國。而且當(dāng)時具有代表性的科學(xué)家中，像歌德那樣出身上流社會的知識分子要比像小約翰·沃爾夫?qū)菢拥耐涟佣嗟枚唷?/p>

▲ 德貝萊納紀(jì)念郵票

說到這兒，當(dāng)想到德貝萊納對科學(xué)做出的最大貢獻(xiàn)是受到稀有元素鍶的啟發(fā)，而鍶這個名字跟希臘文或是奧維德筆下的神話故事一毛錢關(guān)系都沒有的時候，還真是讓人覺得莫名的協(xié)調(diào)。在科學(xué)史上，鍶就像星星之火，昭示人們未知的黑暗中真的存在著像元素周期表這樣的東西。1790年，一位醫(yī)生在倫敦紅燈區(qū)一所醫(yī)院的實驗室里發(fā)現(xiàn)了這種元素，那個地方離莎士比亞的環(huán)球劇場沒多遠(yuǎn)。這位醫(yī)生以他研究的礦石——菱鍶礦的產(chǎn)地思特朗廷（Strontian）來命名這種元素，那是蘇格蘭一個以采礦業(yè)為主的村鎮(zhèn)。20年后，德貝萊納拾起了這位醫(yī)生的研究。德貝萊納的精力主要集中在（注意他在這里表現(xiàn)出的實際性）尋找精確測量元素原子量的方法，而鍶這種元素實屬新鮮，又很少見，是個值得一試的挑戰(zhàn)。伴隨著歌德的鼓勵，他開始研究這種元素的特性。而就在他反復(fù)推敲關(guān)于鍶的數(shù)據(jù)時，注意到一些不尋常的事情：鍶的原子量剛好是鈣元素和鋇元素原子量的平均數(shù)。而且，當(dāng)他更深入地研究鍶的化學(xué)性質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)它在化學(xué)反應(yīng)中的表現(xiàn)也同鈣和鋇非常相像。不知怎的，鍶成了將鈣和鋇這兩種一輕一重的元素聯(lián)系在一起的紐帶。

被這個發(fā)現(xiàn)所吸引，德貝萊納開始精確測量更多元素的原子量，到處尋找別的“三素組”。他發(fā)現(xiàn)了“氯、溴、碘”，“硫、硒、碲”，以及更多的組合。在每一個組里，中間那個元素的原子量剛好是其他兩種元素原子量之和的平均值。德貝萊納堅信這不是一個巧合，于是他開始把這些元素一組一組排列起來，現(xiàn)在我們已經(jīng)知道，這樣一根一根由“三素組”構(gòu)成的“柱子”其實就是元素周期表中的族。實際上，50年之后，創(chuàng)建了第一個元素周期表的那個化學(xué)家正是以德貝萊納列出來的那一根根“柱子”作為起點的。

還有，當(dāng)?shù)仑惾R納在1823年發(fā)明了第一個手提汽燈時，更顯得他的保護(hù)人對他始終如一的支持是多么富有遠(yuǎn)見。這種燈具靠的是鉑能夠吸收和儲存大量可燃性氫氣的奇妙特性。在一個人們做飯取暖依然全得仰仗明火的時代，它有著無可估量的經(jīng)濟(jì)潛力。這種被稱為“德貝萊納燈”的燈具，實際上讓德貝萊納在世界上享有了同歌德差不多的知名度。

所以，即使歌德在科學(xué)領(lǐng)域表現(xiàn)得不盡如人意，但他的作品的確有助于傳播科學(xué)理念，而且他的支持的確將化學(xué)家們往元素周期表的方向推進(jìn)了。他怎么也配得上在科學(xué)史上享有一個榮譽地位——這也許能讓他最終滿意。引用約翰·沃爾夫?qū)ゑT·歌德這位大人物自己的話來說：“一門科學(xué)的歷史，就是這門科學(xué)本身。”

用元素知識充實短篇的馬克·吐溫

在打字機取代鋼筆的過程中，有這么一個頗有諷刺意味的故事，由馬克·吐溫開端，一路走去，最后又歸到了元素周期表上。

1874年，在看過一臺打字機的示范操作后，盡管當(dāng)時正處于世界經(jīng)濟(jì)大蕭條時期，吐溫仍然徑直跑去以125美元的高價（相當(dāng)于今天的2400美元）買了一臺。不到一個星期，他就已經(jīng)開始在上面敲打字句（都是大寫，這臺打字機沒有小寫字母），表達(dá)自己有多么想要把它送出去。“我的心里滿滿都是眼淚啊！”他哀號。有時候很難把吐溫真正的抱怨同他憤世嫉俗的表象區(qū)分開來，所以他的那句話也許只是夸張說法。不過到了1875年，他就已經(jīng)放棄了那臺打字機，轉(zhuǎn)而支持兩家公司生產(chǎn)的新式“自來水筆”。他對于昂貴鋼筆的喜愛從未停止過，即使是它們“用起來讓人止不住地罵街”。只是他用的鋼筆都不是派克51就是了。

▲ 派克51

盡管如此，在確保打字機取得對高檔鋼筆壓倒性勝利的過程中，吐溫所做的貢獻(xiàn)比任何人都要多。1883年，他向一位出版商遞交了第一份打字機打出來的原稿——《密西西比河上的生活》（它是由吐溫口授，一位秘書員打出來的，并不是吐溫本人打的）。當(dāng)雷明頓打字機公司請他為自己的產(chǎn)品做宣傳時（吐溫之前剛剛很不情愿地又買了一臺打字機），他沒好氣地寫了封信拒絕了——這封信被雷明頓公司歪曲了一番，最終還是登了出來。作為當(dāng)時美國最受歡迎的人，即便吐溫只是承認(rèn)自己擁有一臺打字機，就已經(jīng)是最好的宣傳了。

▲ 1880年，馬克·吐溫投資的一款自動排版機

這些故事里的吐溫咒罵他愛著的鋼筆，用著他討厭的打字機，他身上的矛盾性因此凸顯得淋漓盡致。盡管從文學(xué)角度來說，吐溫也許是歌德的對立面，寫的是富有民主精神的通俗故事，但在對待科技的態(tài)度上，吐溫卻同歌德一樣充滿了矛盾情緒。吐溫倒是沒有自命不凡地親自上陣搞科研，但是他同歌德一樣都對科學(xué)發(fā)現(xiàn)著迷不已。同時，他們都懷疑現(xiàn)代人有沒有足夠的智慧來正確使用技術(shù)。就歌德而言，這一懷疑以浮士德博士這個形象明白地表現(xiàn)出來，而吐溫則通過寫作我們在今天看來會認(rèn)為是科幻小說的作品。實際上，除了那些充滿男孩氣的內(nèi)河船故事之外，吐溫還寫了許多關(guān)于科學(xué)發(fā)明、工業(yè)技術(shù)、反烏托邦、時空旅行的短篇小說，他甚至還在那篇讓人看得云里霧里的故事《與撒旦的交易》里，寫到了元素周期表的兇險。

▲ 馬克·吐溫｜葉冬心譯｜人民文學(xué)出版社

這個故事長不過2000個單詞，發(fā)生在1904年左右一次虛構(gòu)的鋼鐵業(yè)股票崩盤之后。故事的講述者，因為個人經(jīng)濟(jì)狀況陷入絕境而苦惱不已，于是決定將自己不朽的靈魂出賣給魔鬼。為了達(dá)成這個交易，他和撒旦半夜三更約在一個黑乎乎的無名之地碰面，喝了一些熱棕櫚酒，談?wù)摿艘粫簳r下低迷的靈魂行價。不過很快，他們的話題就因為魔鬼身上一處不尋常的構(gòu)造特征而發(fā)生了轉(zhuǎn)變——這位魔鬼大人通體由鐳構(gòu)成。

在吐溫寫作這篇小說6年之前，瑪麗·居里以她那些關(guān)于放射性元素的精彩故事震驚了整個科學(xué)界。這是真實可靠的新聞，但是吐溫在關(guān)注這一科學(xué)事件時，肯定有幾分醉翁之意不在酒，他的注意力更多地落在所有那些透著聰明勁兒的細(xì)節(jié)上，也就是他寫進(jìn)《與撒旦的交易》里的那些。鐳的放射性改變了它周圍空氣的電氣性質(zhì)，所以撒旦發(fā)出一種綠色的冷光，讓故事的講述者覺得很有趣。而且，就像恒溫的石頭，鐳總是比它周圍的東西要熱，因為它的放射性使它發(fā)熱。當(dāng)有大量的鐳聚集在一起，這種熱度就會以指數(shù)級增長。因此，吐溫筆下的撒旦同志身高6英尺1英寸（約1.85米），體重900磅（約408千克）左右，體溫?zé)岬米銐蛴弥讣恻c燃一支雪茄。

▲ 居里夫人

故事接下去講到一些提煉放射性金屬的細(xì)節(jié)。這篇文章遠(yuǎn)不能同吐溫最尖銳的諷刺故事相比，不過就像那些最好的科幻小說一樣，它具有前瞻性。為了避免在人群中穿行時將所經(jīng)之處燒成白地，擁有鐳質(zhì)軀體的撒旦穿了一件釙制的防護(hù)衣，釙是居里夫人發(fā)現(xiàn)的另一種新元素。對于這件衣服，吐溫是這么描繪的：這件“透明的”釙質(zhì)防護(hù)服，“像膠片一樣薄”。從科學(xué)角度而言，這純屬狗屁——這樣的防護(hù)服完全不可能遮蔽處于臨界質(zhì)量的鐳散發(fā)出來的熱量嘛。但是我們會原諒?fù)聹氐模驗樵谶@里，它是為了一個極具戲劇性的目的而存在的。它給了撒旦一個威脅世人的由頭：“要是我脫下這件外套，整個世界就會在眨眼之間化成一團(tuán)煙火，月亮也將不復(fù)存在，它的灰燼將會像鵝毛大雪那樣撒落太空。”

吐溫就是吐溫，他才不會讓魔鬼以這種方式結(jié)束這個故事。鐳那些被防護(hù)衣困住的熱量如此強烈，以至于撒旦很快就承認(rèn)——帶著不經(jīng)意的反諷——“我在燃燒。我的身體好熱。”不過把玩笑成分放在一邊的話，我們可以看到吐溫在1904年就已經(jīng)為核能蘊含的可怕力量而暗暗心驚了。要是他活到40年之后，看到人們對于核彈的鐘愛遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于取之不竭的核能，肯定會大搖其頭——出于沮喪，而不是吃驚。不像歌德那些對自然科學(xué)發(fā)表的似是而非的見解，吐溫關(guān)于科學(xué)的故事直到今天仍然能在課堂上被讀到。