前言

第一章 話說從頭

第二章 煉金之術

第三章 天才與胡言亂語

第四章 帕拉塞爾瑟斯

第五章 嘗試與錯誤

第六章 科學的元素

第七章 浴火重生的科學

第八章 前所未見

第九章 燃素之謎

第十章 破解燃素之謎

第十一章 化學方程式

第十二章 尋找看不到的結構

第十三章 門得列夫

第十四章 週期表

延伸閱讀



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前言

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　　俄國化學家門得列夫（Dmitri Mendeleyev）有一張攝於十九世紀末的照片，褪色的照片拍於聖彼得堡，呈現他工作時的樣貌。照片中門得列夫有點像是花園裝飾小矮人，有副討喜的模樣，眼前的大桌子相當凌亂。乍看之下，他還真有點像西伯利亞的傳統巫醫，只差身處的環境不是西伯利亞野外，而是這位天才教授的研究室，這裡是這位現代版巫醫的書房。照片中看得出門得列夫一嘴桀驁不馴的大鬍子，鬍尖分成三縷，顯然是他聚精會神思考時習慣用手掐捻鬍子造成的。瞧他一頭乖張的頭髮長及兩肩，他習慣一年只剪一次頭髮。每年春日回暖時，他會找來當地牧羊人用羊毛剪來為他剪頭髮。這頭招牌髮型，被蘇格蘭化學家威廉．拉姆齊爵士（Sir William Ramsay）形容為「作風奇特的外國人，頭上每根毛髮都自成一家。」拉姆齊因此猜測門得列夫是來自西伯利亞，可能是「卡爾梅克（Kalmuch）族，或是類似的化外民族。」



　　照片中門得列夫正聚精會神端詳著一張紙，用他長長的手指拎著蘸水筆書寫。偌大的桌面一片凌亂，堆放著成疊的紙張、杯子與盤子、一些不知用途的儀器，桌子下方的櫃子裡則堆了成疊的科學文件。



　　門得列夫背後書架上三排精裝本書籍， 倒是出人意外擺放得整整齊齊。在兩個書櫃中間則有一把上有標籤的大鑰匙，宛如他頭上的一道科學聖人光環，或者一個驚嘆號（我想到了！）。書架上方暗處，舊式花紋壁紙上參差不齊地掛著裱框的肖像，都是過往的偉大科學家。伽利略、笛卡兒、牛頓和法拉第，從上方暗處看著下方在凌亂桌面上奮筆疾書、一頭亂髮的科學界後輩。



　　一八六九年，門得列夫苦思化學元素的問題但不得其解。化學元素就像是拼寫出我們世界的字母一樣，靠著它們才能寫作出世界上那些優美的化學詩篇。在那時，人類已經發現了六十三個化學元素。其中銅和金在史前時代已經為人類所知，銣（rubidium）則是當時才剛從太陽的大氣層中驗出來的。當時的人已經知道，這六十三個元素各由不同的原子所組成，而每個元素的原子都有其不同的化學性質。但是， 這當中的有些元素之間，卻有稍微相似的性質，可以形成一個類別。



　　組成不同元素的原子也有著不同重量。最輕的元素是氫，其原子量是一。當時所知最重的元素是鉛，其原子量是二○七。也就是說，可以照各元素的原子量依大小排列。另一個排列法則是將元素依其性質分類。當時有些科學家已經進一步推測，會不會這兩種分類方式之間有某關連性存在—所有的元素，都由一種看不到的結構所連貫而成。



　　就在這之前不到十年的時間，達爾文才剛發現所有的生命體，都是依演化的方式形成的。再早兩百年前，牛頓則發現了我們的宇宙依萬有引力運作。化學元素正是串連起兩者最重要的那個關鍵。若能發現元素排列的結構，那對於化學的意義，就如同牛頓萬有引力之於物理、達爾文演化論之於生物學一樣。建構宇宙的藍圖將得以揭露。



　　門得列夫深明這份研究的重要性。



　　這將會成為未來數百年許多新發現的第一步，包括物質的終極秘密、生命建構的模式、甚至是宇宙的源起。



　　坐在辦公桌前，背後滿是歷代哲學家和自然科學家的照片，門得列夫不斷思索著這個讓他百思不得其解的問題。各元素有著不同的重量。也有著不同的性質。既可以依重量排列、也可以依性質分類。這兩種不同的模式之間肯定有什麼關連存在。



　　身為聖彼得堡大學的化學教授，門得列夫素以其對元素的淵博知識聞名。他對每個元素的瞭解，就像小學校校長瞭解他的學生一樣—哪幾個一湊在一起就吵架、哪些會欺負人、哪些很聽話、哪些有潛能有待發掘、哪些又是要時時盯著以免惹禍。但儘管他對各個元素瞭解這麼深入，卻還是無法從它們多變的性質之間找到一個貫通所有元素的通則。但他深深相信這通則肯定在的，只是不知道在哪。宇宙一切都符合科學，不可能是由許多不同粒子任意結合所構成。這完全不符合科學。



　　一八六九年二月十七日，門得列夫的同事伊諾斯特蘭傑夫（A. A. Inostrantzev） 上門造訪，他記載了這次會面的過程。但因為是事後所寫，所以添加了一些想像和附會的成分，不過還是可以讓我們深入瞭解當時的一些細節。門得列夫自己也留下不少（和上述不太一樣）的紀錄，談及他當時的工作和想法。



　　很顯然，門得列夫在那段期間有將近三天的時間幾乎不眠不休、為了元素這個問題想破了腦袋。但他也知道時間不多了。同一天他已經排好計畫，得趕一早的火車，從莫斯科火車站出發前往他位於特維爾（Tver）省的鄉間小莊園。這位化學教授要和特維爾省的志願經濟合作社（Voluntary Economic Cooperative）開會。他也會對當地一群起司農代表團演講，針對起司生產方式給予建議，之後則會有三天時間視察當地農場。他的木製行李箱已經打包好，擺在大廳。從他書房的窗戶可以看到來接他的馬拉雪橇也在街上等候著，馬車伕全身裹得緊緊在雪地上跺著腳，口裡碎碎念地抱怨，在冷空氣中變成白煙飄散。



　　但家裡的傭人不敢打擾門得列夫，他的壞脾氣是出了名的，有時候甚至會氣到跳腳。但要是害他因此搭不上火車那他會不會更氣？



　　包括俄國心理學家凱卓夫（B. M. Kedrov）在內的門得列夫的評論家們推測， 正是這迫切想要搭上火車的壓力，對門得列夫勾勒週期表產生了影響。很可能就是這個事件，讓他從馳騁的白日夢之中，獲得了靈感……在從聖彼得堡到特維爾這漫長的火車旅途中，門得列夫經常為了打發時間玩起撲克牌接龍（patience）。他會把那只木製行李箱夾在雙腳中間，然後把牌面朝下。隨著窗外銀樺木、湖泊、山丘一一往後飛逝，他將紙牌三張、三張地翻開來。翻到A時，就會將之單獨抽出來，然後放在行李箱面的最上緣，以便形成一組十三張牌：紅心、黑桃、方塊、梅花。然後他繼續翻牌—需要的牌色就會一一出現。紅心K（13）、紅心Q（12）、方塊K、紅心J（11）以此類推……慢慢地，各色牌組就會依序而降排列在行李箱上。10、9、8……成為一組。這就跟元素依原子量跟類型排列一樣！



　　那天早上，門得列夫肯定吩咐了傭人，將外頭等候的馬拉雪橇取消。因為傭人隨後就告訴駕車的人，教授要改搭下午的火車。



　　門得列夫交待完後又回到座位上，在抽屜裡翻翻找找，最後拿出一疊白色紙牌。與此同時，他應該依稀聽到馬拉雪橇的叮噹聲消失在白雪靄靄的遠方。門得列夫在這些空白的紙牌上一一標記。他先逐一寫下化學元素的符號，再在每張元素卡上寫下其相對重量，以及該元素的性質。當他把全部六十三個元素寫在六十三張卡片上後，他將牌面向下蓋在桌面上。



　　他看著牌，一邊捻著自己的大鬍子、一邊沉思，就這麼沉浸在這片紙牌陣中，各種思緒和胡思亂想接連出現，對外在世界渾然不關心，但還是能夠察覺外界動靜。



　　大約一小時後，他決定改變策略。他把這些牌聚在一起，然後一組一組地排好。他再次陷入與外面隔絕的長考中；這時他的眼睛已經因為疲倦開始不聽使喚地一直闔上了。最後，他在無可奈何下，只好選了最直接的排列方式，依照原子量從重往輕排列。但這樣排一定排不出究竟的啊，因為其他研究者也都排過了。更何況，重量只是物理特性。他想要找的，是化學特性之間的模式。他開始打起瞌睡來，頭一直點個不停，他撐著睡意，卻還是克制不住地一直倒向眼前紙牌。他似乎注意到窗外等候的雪橇。它一直在那嗎？還是之前走了現在又回來呢？這麼快嗎？是不是該去搭下午那班火車了？那是當天最後一班車，他不能再錯過。



　　當門得列夫的目光再次沿著原子量逐漸增加的那排序列移動時，他突然注意到一個東西，頓時讓他心跳加快了起來。他注意到，看似規律的元素重量排列中，會有某些性質一再重複出現。這裡頭一定有什麼！但是什麼呢？這些數字的排列一開始似乎相當規律，但之後這個規律卻消失了。但越觀察門得列夫就越有把握，自己應該快要有重大的突破。這裡頭似乎有個明確的模式存在，只是他一直摸不透……因為實在太累了，門得列夫趴到桌上，枕著手臂睡了。他很快沉入夢鄉，並作了一個夢。