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追溯化学探险史每个元素都有传奇故事

追溯化学探险史每个元素都有传奇故事

氢氦锂铍硼,碳氮氧氟氖,钠镁铝硅磷,硫氯氩钾钙,钪钛钒铬锰……又一次听到这段如紧箍咒般的“魔音”时,你会发现,那些年被元素周期表支配的日子已经距离我们很远了。事实上,元素就存在于我们身边,而元素世界的乐趣和神奇,远比我们读书时所背的那些英文字符要精彩。元素周期表不仅是人类历史上最伟大的科学结晶之一,同样也是一个充满激情、冒险、竞争、背叛、浪漫以及执着的故事宝藏。

尝起来甜甜的铍元素,能够像糖一样诱骗我们的味蕾;散发出苦杏仁气味的氰化物,其实是带来死亡的毒药;铝一度是比黄金更贵的金属,被法国王室用来招待最尊贵的客人;锡在极寒环境下会诡异地化成粉末,斯科特的南极探险因此一去不能回;碳和硅化学性质相似,可为什么没有在宇宙中发现“硅基生物”?门捷列夫创制元素周期表,原来竟是受到纸牌游戏的启发?居里夫人命名了放射性元素钋,用以表达对祖国波兰的热爱;化学天才哈伯创造性地合成氮肥,造福人类,却在后来的战争中研制毒气,招致千古骂名……

《元素的盛宴》是美国著名科普作家山姆·基恩的代表作。在这本书中,他以极具张力的叙述节奏,追溯了元素周期表背后精彩的化学探险史,将一个个元素的传奇故事与奇妙化学性质讲述得麻辣鲜活,极具吸引力。

看到“元素”这二字,文科生听到或许就会打起退堂鼓。这让人不禁想起了高中物理化学课上听天书般的茫然无力。但是一看简介,据说会有很多关于化学的小故事!而且封底的推荐语上,赫然写着《科学新闻》的一句评价:“请不要害怕,这本书更像是爱情故事或悬疑小说。”我立刻来了兴致。对于化学人们可能兴趣寥寥,但是谁不爱听故事,尤其是爱情故事呢?

科学知识,能获取一些当然是好的;但我更关注其中的故事。比如,这本书的书名就是一个很好的化学故事。本书英文名为The Disapperaing Spoon,消失的勺子。这说的是镓元素,它的熔点只有29.8°C。设想你给客人端上一杯刚泡好的伯爵红茶,他用一把镓勺(外表与普通金属勺子没有差别)搅拌茶汤时,勺子却逐渐消失了!是不是很有意思的恶作剧呢?

故事的魅力无与伦比。书后附有作者对谈录,最后一个问题是“我们应该怎样做才能让下一代的学生对科学更有兴趣?” 作者山姆·基恩坦言:“故事一定会有所帮助。因为大脑就是这么工作的——听故事的时候我们更容易记住其中的信息,而学习科学史上古怪而迷人的事件,你能够了解到的东西真的比你原本以为的更多。”

书的前几十页是元素知识科普,读得头痛欲裂,一度想要放弃。但靠着这句 “这本书更像是爱情故事或悬疑小说。”支撑了下来。终于,一个精彩的故事出现了。“哈伯的故事比别人的更加黑暗,因为他太优秀了。” 化学在优秀的弗里茨·哈伯(Fritz Haber)手中是一件纯粹并强大的工具。正因为工具威力太大,造福了很多人也杀死了很多人,杀死的人中,甚至包括哈伯的亲人。

先说说哈伯的爱情故事吧。他的妻子克拉拉·伊美娃,才华横溢,慷慨热心。克拉拉的父亲就是一位化学家,她自己也取得了化学博士学位,而且是弗罗茨瓦夫大学第一位女性博士。婚后克拉拉全心支持哈伯的事业,将他的手稿译成英文,为氨的研究项目提供技术支持。但拒绝参与哈伯的毒气研究。

这里就要说到哈伯的一体两面。他与同事一起研制出了哈伯法,即利用氢和空气中的氮在高温高压的条件下进行催化形成氨。氨是所有肥料的鼻祖,有了便宜的化肥,粮食增产,大家都不会饿肚子了,好事一件!哈伯也因此获得1918年的诺贝尔化学奖。克拉拉当然支持这样有益于人类的科学研究。但是说到氯气和其他毒气研究,克拉拉坚决反对,甚至付出了生命的代价。

1915年5月2日晚,克拉拉因毒气研究与哈伯大吵一架,并用哈伯的枪自杀,死在了孩子的怀里。那个孩子叫赫尔曼·哈伯,当时只有13岁。这是最大的悲剧吗?并不,悲剧还在延续。

一战后哈伯还研制出了一款杀虫剂齐克隆A。二战时,一家德国公司对其进行改良,生产出了齐克隆B。那几年纳粹用齐克隆B杀死了数百万犹太人,其中包括哈伯的亲戚。哈伯也是犹太人,二战时哈伯在哪里呢?他已逃往瑞士。悲剧在这里划上句号了吗?并没有。

1946年,距离赫尔曼·哈伯目睹自己母亲的自杀过去了31年。44岁的赫尔曼也自杀了。至此,悲剧之手才亲自划上了句号。

哈伯的故事触目惊心。人要为自己做出的每一个选择付出代价,并不因你是优秀的科学家或诺奖得主就可以逃过一劫。

这三年尤其是最近大半年,我们测了很多次核酸。那么核酸检测到底是在检测什么呢?简单来说,核酸有两大类,分别是脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。核酸检测,测的是我们体内有没有COVID-19 病毒的遗传物质(RNA)。而我们今天要说的鲍林(Linus Carl Pauling),与DNA有一段很精彩的故事。

1952年,鲍林51岁。由于手头的错误数据和自己的固执,计算出DNA三螺旋结构,并于1953年匆匆发表了论文。他的这份固执漫长又曲折,在每个节点鲍林都可能发现正确结果,但就是错过了。山姆·基恩将这个过程描述得十分精彩。与此同时,他的竞争对手沃森和克里克早已知道三股螺旋结构是错误的。他们在1953年4月的《自然》杂志上发表了DNA双螺旋结构的论文。彼时,沃森只有25岁,克里克37岁。

DNA双螺旋结构只是鲍林科学之路上错失的一颗珍宝,他的人生依然硕果累累。他从上世纪30年代起就致力于化学键的研究,1939年出版了在化学史上有划时代意义的《化学键的本质》(The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals.)一书。1954年,鲍林因“他对化学键性质的研究及其在阐明复杂物质结构中的应用”获得诺贝尔化学奖。

在这之后,鲍林与妻子专注于反战反核武器,1958年还出版了一本《不要战争!》(No more war!)。1962 年,鲍林获得了诺贝尔和平奖——以表彰他“反对东西方核军备竞赛”。猜猜看,那一年获得诺贝尔生理学或医学奖的是谁?正是多年前他年轻的对手们:沃森和克里克。他们和英国科学家莫里斯·威尔金斯共享了这一荣誉。

再后来,鲍林后来的风格有些不一样。他之前出版的书都是化学相关的学术书籍;76岁后,出版的书籍都是这样的:《维生素 C,普通感冒和流感》(Vitamin C, the Common Cold and the Flu)《如何活得更久感觉更好》(How to Live Longer and Feel Better)《癌症和维他命C》(Cancer and Vitamin C)……不难看出,步入耄耋之年的鲍林热心推广维他命C。

最后介绍的这位威廉·伦琴(Wilhelm Conrad Röntgen)可谓是科学家的典范。他出生于1845年,相对于前面介绍的两位,从年份上就能看出伦琴更古典些。(他和莫泊桑是同时代人!)

我们今天去医院,时不时就要到放射科拍片。这个X光,就是伦琴发明的。他刚发现X射线时,以为这是巫术:竟然能看到自己的手骨!伦琴并没有认为自己发现了某种了不起的东西,而是断定是不是哪里出了错。于是接下来他在实验室待了7个星期,反复试验。1895年12月,伦琴发表了论文《一种新的X射线》。面对同行们的一些质疑和嘲笑,伦琴耐心地一一解释,表明相关的可能性自己早已研究过。1896年2月,苏格兰医生约翰·麦金泰尔在格拉斯哥皇家医院设立了世界上第一个放射科。从实验室的学术成果到应用于生活服务大众,只经历了短短几个月时间。

学界一直将X射线称为伦琴射线。伦琴坚决反对,但似乎反对无效。1901年,威廉·伦琴“因为以他的名字命名的非凡射线的发现”获得了第一届诺贝尔物理学奖。实至名归。而且,他还将自己的诺贝尔奖金捐赠给大学物理研究所。

元素周期表上111号元素Rg(Roentgenium)便是以伦琴的名字命名。南极洲的伦琴峰(Röntgen Peak)和6401号小行星也以伦琴命名。山川、星辰和元素周期表,伦琴与这些一起不朽。

《元素的盛宴》的确是一场化学盛宴。作者将科学与故事平衡得恰到好处,读者可以在这场盛宴里各取所需。山姆·基恩在访谈里说,之所以选择《消失的勺子》作为书名,也是想通过书名传达本书的精神:“以另一种眼光来看待科学,发现有趣的故事。”这本书打动我的地方,也正是基恩选取的故事以及他讲述故事的方式。比如鲍林获诺贝尔和平奖那一年,他当年的对手获得了诺贝尔生理学或医学奖,这样的时刻太有戏剧性了,充满张力。

科学家的故事和他们的技术成就一样可以影响很多人。故事是别人的,但从中获得的体悟和行动力,则是自己的。愿你在《元素的盛宴》里找到属于自己的故事。

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