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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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」

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,政府还得祭出优惠措施鼓励移民,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政府所引发的叛乱,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政府,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方法,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,连政府也对他投以好奇心,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,使政府与门德列夫的合作时间拉长很多,也使他可以倚靠政府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、学习的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制作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方法,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!

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