谁说做梦是浪费时间?门德列夫教材写不出来竟梦见「元素周期表」

Apr29

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一般来说,我们所听过在物理化学界有杰出贡献的人好像都是西欧或是美国人,举凡牛顿啊、焦耳啊、瓦特啊、拉瓦节和富兰克林等等,似乎很少听过有其他国家有这样的人,这或许情有可原。

第一,西欧相对其他地方较早接触理性思考,启蒙时代和科学革命为他们带来了不一样的世界观,于此同时东欧各国还在施行漫无天日的农奴制,君主仍然掌握绝对的权力,平民老百姓如果遇到一些难以解释的事情,只会求神问卜,而不会真正地找寻事情的源头。

不过事情总是有例外,例如以发现「镭」元素闻名的居礼夫人就是来自波兰,还有描述电磁关系的冷次定律的发想者,海因里希.冷次,他是德意志裔的俄国人,以及本篇的主角,首创具现代意义的周期表的俄国人—德米特里.伊万诺维奇.门得列夫。

门得列夫出生于一八三四年的西伯利亚。在十七个孩子里排行老幺。门得列夫母亲的祖上是开拓西伯利亚的大功臣之一,由于曾经和当地鞑靼人通婚过,门得列夫的兄弟们都有点蒙古人的样子,但唯独门得列夫除外,他就是个彻头彻尾,标准的沙俄人民:一副桀傲不逊的大胡子、高大壮硕的身材、白衬衫搭配加厚御寒的黑色西装外套、口袋里躺着一罐铁制小酒壶,简直是当时沙俄人的一贯特色。

所谓西伯利亚的意思,翻译过来就是「宁静的土地」,但与其用宁静来形容,「酷寒」或许是更适合它的词汇。如今的俄罗斯也没多少人住在那里, ... 还得祭出优惠措施鼓励 ... ,更别提当时那种农奴当道、科学不兴的俄国了。

门德列夫的父亲在他出生不久后失明,家计全由母亲管里一家玻璃工厂的收入来支撑。到了万恶的十三岁那年,门德烈夫不知倒了什么霉运,先是父亲过世,再来就是赖以维生的玻璃工厂在熊熊大火之中被吞噬殆尽,这恐怕是门得列夫一生之中看过最壮观的氧化反应了(燃烧就是激烈的氧化反应喔!而铁钉生锈也是氧化反应,但相对起来比较慢。)

从被教到教书

这下可好,以后的日子要怎么过下去呢?幸好门德列夫的妈妈是个女强人,她深明知识的重要性,决意将这个有学习潜力的么儿送去接受高等教育。说到教育,门得列夫小时候学习表现并不好,理由很简单,那就是学校教的都太没用处了,整天学习一些古典拉丁文和希腊文,对生活在极寒边疆的学生能有什么用处?这就好比跟一个快饿死的乞丐说苏格拉底的伟大、柏拉图的理想一样。

门德列夫的幸运值很高,他姊夫参与十二月党人起义失败后,被一脚踢到西伯利亚,从此身兼门得列夫启蒙导师的角色。补充一下,所谓的十二月党人起义乃是一群年轻的自由派军官要求一个立宪 ... 所引发的叛乱,参与这场行动的人毫无疑问都接受了当代的先进学说,可谓是国家的中坚分子。

不过,当门得列夫想要申请莫斯科大学时,却因为没有西伯利亚区域的配额而被拒绝,对其他学校的申请也都吃了闭门羹,不死心的母亲来到了圣彼得堡,靠着门得列夫已故父亲的关系,终于进入圣彼得堡大学学习数学和自然科学。眼见儿子得以接受高等教育,年事已高的母亲在不久之后便含笑九泉了。

就这样,咱们的门得列夫终于进大学念书了,就跟现今普遍的大学生活一样,门得列夫在这段日子过得很舒畅,充满着欢笑以及无俚头的事情。他偶尔会唬烂同学说自己是由西伯利亚的原始鞑靼人扶养长大,一直到十七岁才会说俄文,由于他说话很有说服力,同学基本上都被唬得一愣一愣的。

依照不成文民族刻板印象,鞑靼人就是强壮、高大、永远不会生病的象征,就跟日本人眼中的阿伊努人,中国人眼中的东北人差不多。但他的健康状况并不好,整天都在请病假,不知他的同学会不会因此怀疑他的「出身声明」呢?

除了虚弱的身体外,门得列夫脾气也不太好,稍微没有拿捏好分寸,这颗不定时炸弹便会呼啸引爆,有时候他生气到一个极致时,甚至会抬起右脚,猛力不停地踩在地上,显得格外搞笑。他的坏脾气早恶名远播,朋友没事都不会去主动打扰门得列夫,深怕他脑袋一热,又开始爆气。

尽管情绪管理有待加强,但门得列夫在学习上的表现是无庸置疑的棒,这也替他争取到了前往克里米亚教书的资格,当时克里米亚是个什么地方?相当于柳宗元做官时的永州,就是个鸟不生蛋的蛮夷之地。有说法认为门德列夫态度很跩,曾经惹毛教育官员,才会换来这样的「流放」之刑。不过门得列夫本人倒是不介意,他开玩笑说:「没有关系啦,南方的阳光会让我的病情好转。」拿起行囊盘缠,欣然起行。

辗转于各大实验室

他首先来到了巴黎,之后辗转到了德国,听取著名光谱学家基尔霍夫的讲课(光谱学正是可以辨别物质内含有什么元素的理论基础)。

不过,基尔霍夫虽富有智慧,却不擅表达,呆板无起伏的声音和冗赘的句子对门得列夫来说简直是种折磨,他待了几堂课后终于忍不住,悄悄离开基尔霍夫的教室,转而和另一位光谱学家本生一起进行究。对,就是发明「本生灯」的那位仁兄,他不但很有脑袋,还很有钱,他所创立的实验室,装备了各种那时候最新型的测量仪器。

总之,门得列夫待在德国第一、欧洲数一数二的实验室中进行操作,不仅开拓了他的视野,也让他有机会接触最新的化学新知,一言以蔽之,门得列夫现在的状况可说是让很多学化学的人羡慕不已。但,这一切又被他的坏脾气给搞砸,宋朝理学大师朱熹有句名言道「为学乃能变化气质耳」,门德列夫虽然饱读诗书,但是气质还是差得很,因无关紧要之事与本生吵架,一怒之下离开实验室,自己去做自己想要的实验了。

虽然离开了本生,却不代表他的学业因此荒废,靠着一点天份和平常的努力,一八六○年,他参加了在德国举办的第一届国际化学会议,会议中他对于原子的性质和原子量有了更多的认识,这注定会在他的未来提供帮助。

精彩的教职生活

隔年,门得列夫返回俄国并在技术学院任教,也就是在这一年沙皇亚历山大二世颁布了解放农奴的敕令,一夕之间农奴都成了自由之身,不过却也带来一连串的负面效应,地主为了抗衡而将雇用农民的标准变更严苛,一大群农民根本找不到土地耕种,失业率大增等,革命民主主义开始萌芽,国家动乱不安,暗示着不久的将来,俄国将爆发一场农工阶级的起义……。

回到正题,以现代眼光来看,现今学校的教职生活可谓是一成不变,同样的教课内容,同样的三年一轮,同样的师生关系,不只是学生,连老师都觉得无聊,相比之下,门得列夫的教职生活可精彩多了。此时俄国逐步西化,开始建设现代化的学校了,他们将语文、数学、化学定为三大学习指标,前两者的教科书都已经请专人写好了,不过唯独化学空缺,怎么找也找不道一本像样、可供学生阅读的书籍,这是为什么呢?

俄国太不注重这方面了,他们地处欧洲边缘,守旧不知时代变化,化学知识还停留在中古时期,门得列夫于是主动帮助 ... ,在短短六十天内写出一本五百多页的教科书。我的老天,我写第一本书时写了四个月,也只写出三百六十余页而已,门德列夫效率之高,可真不是我们能做到的。

靠着这本书,门得列夫不但打响了名号,生活状况也获得改善,他买下了一个庄园,雇佣一些农民来耕种并传授他们现代的农艺 ... ,以至于他的田地产量总是比别人多,不仅其他农民感到讶异,连 ... 也对他投以好奇心,协议门德列夫教导他们技术,门德列夫很是聪明,俗话说「教会徒弟,饿死师傅」,门德列夫深明这点,在过程中不坦诚相教,使 ... 与门德列夫的合作时间拉长很多,也使他可以倚靠 ... 的特殊关系游走法律,门得列夫在二十九岁时结婚,但不久后即告吹。

当时法律规定再婚必须间隔七年否则以重婚罪论处。但门得列夫才不管这些直接给她结下去,有人向时任沙皇亚历山大二世建议免除他的教职,沙皇深情款款地说:「门得列夫有两个太太,但我只有一个门得列夫!」

在门得列夫三十二岁那年,进入了俄国的第一学府,圣彼得堡大学任教,相当于现今北京大学一样,在那工作、学 ... 人不外乎都是菁英等级,他为了课堂需求开始编写教材《化学原理》共十二册,而也就是在此时,门得列夫遇到一个难题:「我已经在第二册中写完了碱金属族的元素探讨,那么接着呢?」(此处稍稍打断一下,化学中所谓的「族」乃是一群化学性质相同的元素,大家可以想成一个家族中的人个性都比较类似。)他需要找出元素之间的规律来完成下一章,甚至后面那几册,只是,时间已经不多了……。

创建周期表

上文所说的时间不多,并不是指门得列夫得了什么绝症还是怎样,大家可别想歪了,他有一场酪农工厂的会议和农场的参访行程,要是在周末以前没有搞定,教材可能会开天窗,富有责任感的门得列夫岂能对这样的事情坐视不管?他开始思索着元素之间一定有什么关系才对。

当然,他不是第一个有这种想法的人,在他之前就有许多化学家纷纷投入为元素排序的工程中,只是大家都坚持不了这种很需要用脑,而且过程异常无聊的研究,铩羽而归。其中一个有意思的故事是,英国化学家纽兰兹曾经以音乐作为背景理论,认为元素应该像音符那样是八个一组的。

此言一出,引得众人都哄笑起来,室内外真的充满了快活的空气,大家都在揶揄他怎么能把音乐和化学这两件是相提并论呢?既然纽兰兹这么说,那是不是代表以后音乐家还可以身兼化学家 ... 化合物或调配药品呢?虽然他的想法在日后被证实确有其可观之处,但由于理论实在太奇怪而遭到埋没。

如今门得列夫也面临了一样的状况,他依照原子量(也就是质子加中子的数量)来给原子排序,却依然找不出什么关系。他发现某些元素虽然原子量相差甚大,却有着类似的性质,而有些元素虽然原子量相近,但性质截然不同。

在此先稍稍剧透一下,简单描述一下这是怎么回事。在现今的周期表上,钠和钾的原子量相去甚远,但其性质却很相似,都是那种丢到水中就会有剧烈反应甚至爆炸的;然而,在钠右边的镁虽然原子量相近,但性质却很安定,这就是门得列夫所观察到的问题。

虽然问题已经明了了,却依旧没有进展。突然,门得列夫想起平时在玩的纸牌游戏,联想到如果花色比做「族」,数字比做原子量,就可以得到一串递减(要说递增也不是不行啦)的数列,这和他所追求的表格几乎是相去无几了!

但,在几天的高强度思考下,他累得满眼血丝、青筋绽出,只要一瞬间的放松便足以使人一觉到天亮。筋疲力尽的门得列夫才刚想到解决 ... ,还没来得及高兴的状况下,眼皮突然一松,迅速被疲劳吞没而沉沉睡去。

这时,要是他一觉起来把所有东西忘得一干二净那可就完蛋了,但不知道是不是上天眷顾这个燃尽生命也在所不惜的人,他做了一个梦,梦中他看见一张表格,那上面清清楚楚地将所有元素给归位,这就是他所要追求的。

门得列夫从梦中惊起,大声呼叫:「就是这个!就是这个!」冲往书桌抓起纸笔,把他梦中所见一丝不漏地写下来。就这样,具有真正现代意义的周期表终于问世啦!(还好门德列夫有把握好时机,据美国《赫芬顿邮报》载文,梦很容易被大脑忘掉,醒来后五分钟,梦的内容会忘掉百分之五十,醒来后十五分钟,睡梦细节会忘掉百分之九十。)

之所以命名为周期表,可不是随便取的,性质类似的元素会周期性的出现在下一「族」。当然,这份周期表仍有不少待改进之处,譬如无法解释现象,没有除了周期性之外的理论基础,但它的最大贡献在于成功预测了还没被发现的元素,这得利于门得列夫大胆在表格上留空的举动。

随者时代改变,周期表里的元素越来越多,逐渐完成成一个体系,周期表预言了上帝对万物的安排、所有物质之间千丝万缕的关系,周期表在科学史上的定位不像是一个科学成就,反而更像是一个大发现,种种缺空、隐藏的面纱,正着科学家们去掀开它呢!