人之上升_第十章　世界之中的世界

第十章　世界之中的世界

自然界的晶体有七种基本形状，色彩缤纷，多种多样。这些不同形状，如同空间的各种图案和形形色色的物质一样，令人十分神往。希腊人认为，构成世界的原子状如一定大小的圆粒。用现代的术语来说，自然界中的晶体表明了组成晶体的原子结构的某种情形：它们有助于将这些原子归入不同的族。这是本世纪物理学的研究领域，而晶体就是进入这一领域的第一个入口。

在各种各样的晶体中，无色的六面体食盐是最普通的、但也是最重要的一种晶体。在古代波兰首都克拉科夫（Cracow））附近维那利奇卡（wieliczka）地方的大盐矿，盐的开采已有近1000年的历史，一些用木头支撑的矿坑和马拉机械是从17世纪保留下来的。炼金术士帕拉塞尔苏斯在游历东方时可能到过这一带地方。他坚持认为在构成人体和自然界的元素中一定要算上盐，根据这一观点，他在公元1500年后对炼金术的程序进行了更改。盐对于生命来说是必不可少的，而且，在所有文化形态中，盐历来具有某种象征的性质。人佃至今仍像古罗马士兵那样，把付给一个人的所得叫作“solary”，尽管这个词的意思是“买盐的钱”。在中东，人们仍然用盐来表示最后成交，正如《旧约全书》所说：“盐的契约永远有效”。

帕拉塞尔苏斯的看法有一点是不对的；按现代的观点，盐并不是一种元素。盐是两种元素的化合物：钠元素和氯元素。这里颇值得一提的是，一种像钠那样的、嘶嘶发声的白色金属、和一种像氯那样的略带黄色的有毒气体化合后竟变成了一种结构稳定的、常见的食盐。

更值得注意的是，钠和氯分别属于两个不同的族。在各个族内，性质相似的元素排列井然有序：钠属于碱金属族，而氯则属于活泼的卤素。当我们用同族内的一种元素取代另一种元素时，晶体不会发生变化，仍然是透明的正方体。例如，钾元素完全可以用来取代钠元素生成氯化钾。同样，在另外一族内，氯也可由它同族的“姐妹”元素溴来取代，生成溴化钠。当然，我们还可以用氟和锂来取代氯化钠中的氯和钠，造成一种双重变换而生成氟化锂。不过，这几种晶体都是肉眼所无法辨别的。

是什么使不同元素具有这种族属的相似性质呢？在19世纪60年代，人们为此绞尽脑汁，科学家找到的答案却相当近似。而最为成功地解决了这一难题的人是一位名叫季米特里?伊万诺维奇?门捷列夫（Dmitri Ivanovich Mendeleev）的俄国青年，他在1859年时曾访问过维那利奇卡地方的盐矿。当时，他年仅25岁，是一位贫穷、谦逊、勤奋、才华横溢的年轻人。他生长在一个至少有14个孩子的大家庭里，他是其中最小的一个，一直是孀居的母亲的宠儿，正是母亲对他的深切期望，才使门捷列夫投身科学事业。

使门捷列夫出类拔萃的不仅是他的天才，而且是他对元素研究的炽热感情。各种元素俨然成了他亲密的朋友；他深知这些朋友的行为癖好和详情细节。当然，元素只是以各自的一种基本特性而相互区别开来的，这是由约翰?道尔顿在1805年最先提出来的：每一种元素都具有一定的原子量。那么，这种简单的一定常量或参量又是怎样导致产生了那些使元素彼此相似或相异的种种特性呢？这是当时的一个基本难题，门捷列夫研究了这个问题。他把这些元素的名称逐一写在卡片上，然后像洗纸牌似地把这些卡片弄混，正如他的朋友们所常说的那样，他是在玩“单人纸牌”（Patience）的游戏。

门捷列夫把元素名称和它们的原子量写在卡片上，按原子量的顺序把它们排列成若干竖列。只有那最轻的元素，氢，他当时的确不知道应该排在哪儿，于是他明智地把它留下来，未排进他的元素表。下一个原子量最轻的元素是氦，门捷列夫幸好不知道这种元素，因为当时地球上还没有发现有这种元素——在与它同族的“姐妹”元素被人们发现以前，Au（金）就像一只笨拙的迷路的小牛一样，无所适从。

因此，在门捷列夫的元素表中，第一列是以元素锂开始的，它是一种碱金属。第一个是锂（他当时认为其原子量仅次于氢），然后是铍、硼、和大家熟悉的碳、氮、氧，然后是该一列的第七位元素，氟。按原子量顺序，下一个元素是钠，而且，因为它与锂同族，性质相似，门捷列夫决定从钠开始排第二列元素，并且与第一列平行。继钠之后，在第二列上排列的常见元素是：镁、铝、硅、磷、硫、氯。不言而喻，这一列共有7个元素，这样，最后一个元素，氯，就与氟排在同一横排线上了。显然，在这种原子量的序列中，有某种并不是偶然，而是带有系统性的东西存在着。当我们开始排第三列元素时，这一点又再次清楚地表现出来。按原子量顺序，氯的后面是钾，然后是钙。这样，第一横排包含锂、钠和钾，它们都是碱金属；第二横排上有铍、镁和钙，它们是具有另一组同族相似性的金属。事实上，在这种排列方法中，横排才具有意义：横排使同族元素排列在一起。门捷列夫在元素排列中找到了一种数学图解法，或者说，他至少为这种图解法找到了依据。如果我们按原子量顺序排列这些元素，七个元素排列成一个竖列，然后再排下一个竖列，这样，我们就在横排上排列出了同族的元素。

至此，我们可以毫无阻碍地按照门捷列夫在1871年，即他的最初概念形成后的第二年所制定的元素表排列元素。一直排到第三列都没有出任何问题——但是，接着就不可避免地遇到了第一个难题。为什么我说是不可避免的呢？因为，正如你从氦元素的情况中看到的那样，门捷列夫当时并不知道所有的元素。在所有92种元素中，当时已知的只有63种：因此，他或迟或早会遇到空位。他遇到的第一个空位，就是在我排第三列时无法继续排下去的第三个位置上。

我说门捷列夫遇到了一个空位，但这个简单的词却隐藏着他思想上最难对付的问题。在第三列的第三个位置上，门捷列夫遇倒了困难。他把这“解释”为空位，从而解决了这个难题。他之所以这样做，是因为后面的一个已知元素，即钛，并不具备在这个位置上的元素所应具备的性质，与处于同一横排的硼和铝不同族属。因此，他说：“这里有一个缺位元素，而在它被发现时，它的原子量将比钛要小，排在钛之前，绕过这个空位，这一列中后面的元素都将排在横排的适当位置上；钛与碳和硅归入同一排。——的确，在这张基本的元素表中，钛正是这样排列的。

空位或未知元素的概念的形成，是一种科学的启示。它用具体实用的术语表达了很久以前弗兰西斯?培根用（Froncis Bacon）一般性术语所提出的一种信念：有关自然法则的新鲜例证可以从旧的例证中预先猜测或归纳出来。门捷列夫的猜想表明，在科学家手中，归纳是一个比培根和其他哲学家当初设想的要微妙得多的方法。在科学领域中，我们并不是简单地、直线式地从已知情况进入到未知情况。而是像填字谜游戏一样，要找出两种不同的事物走向的交会点：即隐藏着未知情况的地方。门捷列夫观察研究了竖列上元素原子量的递增，以及横排上元素的同族相似性，在竖列和横排的交会点上精确地确定缺位元素的位置。由此，他提出了一系列切合实际的预言，而且，他同时也表明了（这一点至今仍不大被人们所理解）科学家究竟是怎样运用归纳法的。

可以说，最令人感兴趣的是第三和第四列中的那些空位。我不会超出这两个竖列。把元素表继续排下去——只不过可以说，当你数着这些空位，继续排下去时，这个竖列肯定会在应该结束的地方结束，——即最后一个元素为卤族中的溴。表中有不少空位，门捷列夫专门找出了其中三个。第一个空位在我刚才指出的第三竖列的第三横排上。另外两个则在第四竖列的第三横排和第四横排上。对此，门捷列夫预言，这三个元素一旦被发现，人们就会发觉，它们不仅具有按竖列排列的柏应的原子量，而且还将具有与第三横排和第四横排的同族元素相似的特性。

例如，门捷列夫最著名的，也是最后得到证实的预言，是第三个空位的元素——他称之为类硅。他极其准确地预言了这个陌生而又重要的元素的特性，但是，在将近20年后这个元素在德国被发现时，人们并没有像门捷列夫那样称呼它，而是把它叫作“锗”

（germanium）。从“类硅将具有介平硅和钛之间的特性”这一原则出发，门捷列夫预言它将比水分子重5．5倍；这是正确的。他还预言，它的氧化物将比水分子重4．7倍；这也是正确的。它的化学的和其它特性也是如此。