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第19章 诗人化学家(2)

1812年,戴维--一个木工的儿子,因为服务于帝国而被封为爵士。这是继牛顿之后,第一位获得此殊荣的科学家。而且在这一年,戴维结婚了,但是他没有放弃对化学研究的探索。去欧洲大陆度蜜月的时候,他决定无论走到哪里,都要做实验并拜访当地的化学家。他随身携带了很多的化学仪器和各种各样的材料(“一个气泵、一个电动装置、电池、吹管、风箱、熔炉、水银、水煤气装置、白金做的杯盘、玻璃杯以及常用化学试剂”)。不但如此,他还让年轻的助理马克尔·法拉第和他一同前往。(法拉第在20岁刚出头的时候,就开始追随戴维,全神贯注地听戴维的每一场演讲,他以洋洋洒洒的演讲记录打动了戴维,不但记录详实,还加了许多注解,最后戴维答应收他为徒。)

在巴黎,安培和盖·吕萨克拜访了戴维,他们给他带去了一块从海藻中提取的会发光的黑色物质,这种东西显著的特性就是在加热的时候不会熔化,但是会立即变成深紫色的烟雾。早在一年前,戴维就认为卡尔·威尔海姆·舍勒发现的黄绿色“盐酸气体”其实是一种新元素:氯。现在,随着其对具体事物的感觉不断增强以及其在事物分类方面的天赋,戴维感觉这种带有香味的、挥发性的并且活性很强的黑色固体可能是含有和氯同族的新元素;并且他很快就证明事实确实如此。他曾经试图将拉瓦锡的“氟酸基”分离出来,但是失败了。他意识到这种黑色固体包含的元素(也就是氟)将会是一种更轻更活跃的氯的同族。但是他又认识到氯和碘的物理和化学特性差别很大,所以他提出氯和碘之间存在一种中间元素,不过还没发现这种元素。确实存在这种元素,它就是溴,但是人们认为不是戴维发现了这种元素,而是法国一位名叫巴拉尔的年轻化学家在1826年发现了该元素。后来证明,李比希在此之前就曾经真正地制造出了这种刺鼻的红褐色液体,即溴,但是那时他将此误认为是液体氯化碘。听说了巴拉尔的发现后,李比希将瓶子放在了其“失误柜子”之中,以警示自己。

新婚夫妇从法国辗转到意大利,实验也随之被带到了那里:在维苏威火山旁边收集晶体;分析山区自然火山口的气体(戴维发现这些气体就是沼气,或者叫甲烷);并且第一次对古代画作的颜料样本做出了化学分析(他声明这只是“原子”)。

在佛罗伦萨,在一定的条件下,他通过在可控条件下用钻石做实验,当时使用的是一个巨大的放大镜。尽管拉瓦锡曾证明钻石是可燃的,但是,戴维还是不愿意相信钻石和碳是同一种元素构成的。尽管是同一种元素构成,外表形态的差异却这么大,真是罕见(此时尚未发现红磷是硫的同素异物体)。戴维猜想,这或许是原子“堆叠”的形式不同所致,但是只有后来随着结构化学的兴起,这些才能被界定。(后来表明钻石的硬度是由于其原子晶格呈正四面体,石墨的柔软和润滑是由于其是层状六方晶格。)

度完蜜月后,戴维回到了伦敦,此时他迎来了其一生中最伟大的挑战。这时工业革命正风起云涌,并疯狂地消耗掉大量的煤。煤矿的挖掘比以往任何时候都要深,其深度足以碰到易燃而有毒的甲烷和二氧化碳。如果用装在笼子里的金丝雀,则可以预告让人窒息的二氧化碳的出现。但甲烷通常一出现就会发生毁灭性的爆炸。针对这一点,安全矿灯的设计显得尤为迫切,它可以在不引发甲烷爆炸的前提下帮助矿工进入黑暗的矿山深处。

戴维还观察到非常重要的一点:只要控制好温度,火焰就不会蔓延至金属网外。他运用这一理论制作了很多种不同类型的灯。油灯是最简单也最安全的灯,油灯上罩了细金属网,空气可以自由进出,但火焰不会外露。1816年戴维带着改良后的灯进入矿坑,这种灯不仅被证明是安全的,而且其火焰的形状也是判断甲烷的可靠指标。

戴维进一步发现,如果将铂丝放到爆炸性的混合物中,它就会变得很热并且会发光。他还发现了催化的奇迹:一些物质,像铂系金属会在其表面不断地产生化学反应的过程中做到其本身不会耗尽。比如,厨灶上面的白金圈会与煤气发生触媒作用,白金圈就会发光、发热并能将煤气点燃。后来,成千上万种工业生产方法都与催化的这一原理密不可分。

后来我才恍然大悟,戴维以及他的发现是我们生活的一部分。从电镀刀具到煤气炉白金点火和摄影术(他是操作摄影术的第一人,他用皮革显影,其他人30多年后才运用这一技术),还有影院放电影时使用的弧光灯。铝曾经比金子还要贵重(人人皆知,拿破仑三世常用金碟招待客人,而他自己则用铝碟进餐)。戴维用电解的方法取得铝之后,铝才变得很便宜,并且可以很容易地得到。我们周围的各种化学合成物,从人造肥料到闪光的人造塑胶电话,都多亏催化作用的魔力创造。但更重要的是,戴维的性格深深地吸引了我:他不像卡尔·威尔海姆·舍勒那么谦虚,也不像拉瓦锡那么讲原则,而是充满了孩子般的激情。他富有冒险精神,并且有时差一点就“走火入魔”了--正是这一点深深地吸引了我。

当卡文迪许将氧气与氢气放在一起研究的时候,他第一次观察到了这两种气体混合、爆炸会生成水,并用燃素理论解释了氢气和氧气的反应。拉瓦锡听说卡文迪许所做的研究,重复了这一实验,结果他更加准确地解释了实验结果,并声称这是他自己的发现,他并没有将卡文迪许的发现公布于众。卡文迪许对此无动于衷,他对名誉不在乎,实际上,他对人世间的一切或人类的情感都不在乎。波义耳、普利斯特列与戴维都是非常出名的人物,他们的学问相当出色。卡文迪许则非常与众不同,他所取得的成绩则令人咂舌:发现氢,研究热和电,还计算出地球的重量(并且非常准确)。他所做的每件事情都使人吃惊。让他最富神奇色彩的,就是他与世隔绝的生活(他很少开口说话,有事吩咐仆人就写纸条)。对于金钱和名誉卡文迪许不闻不问,虽然他是一名公爵的孙子,一生都过得相当富有。他的老实与缺乏理解能力只体现在人际关系方面。当我对其了解更多的时候,我被卡文迪许的故事深深地打动了--不过他的故事要是再神秘点会更好。1851年,他的传记作家乔治·威尔逊写道:“他没有爱也没有恨,不抱任何希望也不畏惧什么,更不会盲目崇拜。他将自己与别人隔离开来。并且很显然,他也不信奉上帝,他对信仰不感兴趣。在他眼里没有什么重要的东西,也没有让他充满热情去做的事,他没有崇拜的英雄,自己也无骑士般的传奇。他更不知卑贱为何物。他只喜欢纯粹的才智,讨厌一切的幻想、想象、感情,甚至对信心都嗤之以鼻。在阅读其记录时,我发现,他用聪颖的大脑思考,用一双敏锐的眼睛洞察一切,用灵巧的双手做实验或者作记录。他的大脑里好像有一台计算器;他的眼睛是观察万物的而不是用来流眼泪的;他的双手是用来操作仪器的,从未因为情感波动而发抖,也未曾因为高兴、感恩或者是绝望而鼓掌,也不会因为失望而扼腕;他的心脏只是一个让血液循环的器官。”威尔逊继续说:“卡文迪许以一种高高在上的、盛气凌人的方式远离其他人,拒绝把他们当做自己的伙伴。他感觉自己与其他人之间有鸿沟,无论是他自己还是其他人都不能逾越这个鸿沟,去和对方握握手或者问个好。他在人群之中感到孤独,这使他不爱参加他们的聚会,拒绝和他们碰面。他这样做其实是有自知之明,而非自以为清高。他好像是一位聋哑人,坐在众人之外。旁边有人围成一个圈在听着音乐,与人辩论,但他完全无法分享他们的言语,人家对他表示欢迎,他也没有感觉。因此,他也很聪明地与别人分开并与全世界说了再见,带着自己的承诺做起了一位科学隐士,还像古时的僧侣一样,一个人住一间房。这个小房间就像是一个小王国,足以满足他的需要,他可以通过那个窄小的窗户,用心地观看宇宙中的一切。这个房间里还有一个王座,他在这个王座上向他的同胞发放皇室的礼物。他是他这一种族中做好事而不留名的好心人之一,这些好心人耐心地教育并服务于人类,但是人类却不顾其冷暖,还嘲笑他们的怪癖。他不是诗人,不是神甫,也不是先知,只是一个发光发热的知识分子,他可以将其感觉到的每一样东西照亮。在知识领域他是数一数二的人物。”多年以后,我又重读了威尔逊这本令人赞叹的传记,想知道卡文迪许有什么“病症”。牛顿在情感上表现的特点就是妒忌和多疑,此外他的敌意和竞争意识也很强烈,这些特征都表明他的精神官能症不轻。卡文迪许的疏远和直率则让我联想到自闭症或者是埃斯博格综合征。我想威尔逊这本为卡文迪许写的传记可能是有史以来对自闭症天才的描述最细腻,也最完全的一本。

通过电解得到氢气和氧气这种简便的方法,再加上完美的易燃比例,戴维立刻就发明了氢氧喷焊器,这种喷焊器火焰的温度比以往任何方法得到的温度都要高。比如,它可以熔化铂,还可以让石炭的温度上升到足以发出既明亮又持久的光。

60年之后,在谈到戴维将钠和钾分离时,门捷列夫说:“那是科学史上最伟大的发现之一。”戴维的伟大之处就在于界定金属的重要属性、元素之间的相似性和类别,还有同一族元素的密切关系,他还为化学界带来了一种全新的绝妙的研究方法。

钾的强活性使其成为分离其他元素的一种强有力的新介质。戴维发现钾一年之后,他自己才开始使用钾从硼酸中提取硼,他还试图用同样的方法得到硅(贝采里乌斯于1824年在此方法上取得了成功)。几年之后,钾还被用来将铝和铍分离出来。

玛丽·雪莱小时候就曾经深受戴维在皇家学院就职演说的影响。多年后,在小说《弗兰肯斯坦》中,她让书中的瓦尔德曼教授所做关于化学的演讲就和戴维的一些话很接近。当谈到电的时候,瓦尔德曼说:“已经发现了一种新的影响力,它可以化腐朽为神奇,让尸块重新组合,再使之起死回生。”

为戴维所写的传记中提到戴维和科尔里奇的密切关系,他们的默契看起来真的非同凡响。作者还写到他们一度打算共同建立一个化学实验室。科尔里奇在《知己》一书中也写道:“化学家的理论涉及水、火焰、钻石、木炭等。人类的心灵想出结合的原则,如果我们在莎士比亚的作品中发现自然融入到诗歌中,这是创造力促成。通过戴维的观察,我们也看到了诗歌:的确,自然界可以向我们揭示很多东西……当然也包括诗人和诗歌。”不止科尔里奇一人想过用化学意象充实修辞手法。化学的亲和力使人浮想联翩这一概念是歌德给出的。济慈曾受过医药培训,他非常喜欢用化学来作比喻。艾略特在《传统与个人才能》一文中,从头至尾都采用了化学词汇来作比喻,最后更用戴维式的比喻来象征诗人的心灵:“这种作用就像催化……诗人的思想就是白金碎片。”

伟大的化学家尤斯蒂斯·冯·李比希在其自传中表达了这一强烈的感觉:“化学发展成了一门以现象为依据的学科,比起其他的自然哲学家,这一点对化学家尤为重要。如果不能像诗人或艺术家一样在脑海中想象或重构先前听到的和看到的事物的人,就很难清晰地掌握一个现象……化学家们有一种想法,通过这些想法,所有的观点都能浮现在他们的脑海中;这就像幻想一连串的音乐符号。大脑只有不断地接受训练,才能获得用现象去思考的能力。我用尽了一切方法这样去做。我在书中看到对实验的所有描述……这些实验我又重做了无数次,直到彻底了解了这一现象的方方面面……这种感觉的记忆是视觉的,我清楚地看到事物或者现象的异同,这些在以后对我都有很大的帮助。”

戴维继续研究火焰并且在安全灯出现一年之后,出版了《火焰研究》。40多年后,法拉第在皇家学院的演讲--该演讲名为《蜡烛的化学史》--中又开始研究这一话题。

德国化学家德比莱纳以戴维的催化为基础,作了更进一步的研究。1822年,他发现,如果铂在细密的切割之下不仅会发出白热,而且还能点燃通过它的氢气流。在此基础上,他用一个密封的瓶子制作了一盏灯。这个瓶子里有一片锌,往内加入硫酸会产生氢气。当打开瓶子开关的时候,氢气就会进到一个装有一点铂绵的小瓶子中,并会立即燃烧起来(一种非常微弱的危险火焰,因为几乎很难看到,所以应该特别小心,以防烧伤)。几年之内,德国和英国就使用了两万只德比莱纳发明的灯。当戴维看到将催化作用应用于生活中的时候,他感到很知足。如今成千上万的家庭都在运用催化作用。

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