丁品森
漢佛萊·戴維的大名,在科學(xué)領(lǐng)域無人不知。無論是醫(yī)學(xué)使用的麻醉劑“笑氣”——一氧化二氮,還是化學(xué)元素鈉、鎂、鈣、鍶、鋇、硼的發(fā)現(xiàn)和提煉,抑或世界上第一盞礦工燈的發(fā)明,無不是他的功績(jī)。而他對(duì)科學(xué)的最偉大貢獻(xiàn),還在于發(fā)現(xiàn)、培養(yǎng)了一代科學(xué)巨星——把電磁帶給世界的法拉第。
然而出身寒微的戴維卻是個(gè)輟學(xué)生。他幼年的調(diào)皮搗蛋曾讓他的老師灰心喪氣,但一次偶然的實(shí)驗(yàn),卻激發(fā)了他強(qiáng)烈的興趣。從此發(fā)憤自學(xué),敢為人先,成為了19世紀(jì)初英國(guó)最引人矚目的科學(xué)家!
招老師厭棄的搗蛋鬼
19世紀(jì)初,英國(guó)倫敦的男女老少,都在熱烈地談?wù)撘活w冉冉升起的“新星”。街頭廣場(chǎng),到處都張貼著關(guān)于他的海報(bào)。他,既不是芭蕾舞的名演員,也不是古典歌劇的獨(dú)唱家,更不是文豪名流、王公貴族,而是出身貧寒、年僅24歲的青年教授漢佛萊·戴維。他在皇家學(xué)院所作的科學(xué)講座,吸引了所有在場(chǎng)的聽眾,轟動(dòng)了整個(gè)倫敦城。
1778年,戴維出生在康沃爾郡彭桑斯鎮(zhèn)的一個(gè)木刻匠家里。彭桑斯鎮(zhèn)傍靠邁克爾山,面臨康沃爾海,是個(gè)風(fēng)景十分迷人的好地方。小時(shí)候的戴維,跟他的伙伴們一樣頑皮、散漫,成天在家鄉(xiāng)的山水之間嬉戲玩耍,可以說是個(gè)不折不扣的淘氣鬼。他5歲入學(xué),是個(gè)讓老師頭疼不已的小搗蛋。他對(duì)學(xué)校里的功課絲毫不感興趣,非常討厭背誦古羅馬詩(shī)人的作品,寧愿拿根釣魚竿坐在河邊釣魚,或是背支獵槍到森林里去打鳥。他衣服的兩個(gè)口袋,常常是一個(gè)裝著釣魚的器械,另一個(gè)裝滿了各種礦石,這是在離家不遠(yuǎn)的礦區(qū)揀的。有時(shí)玩兒得高興,竟忘記了上課。在所有老師的眼里,他幾乎沒有任何可以稱道的地方。
戴維的老師柯里頓更是一個(gè)脾氣古怪、行為怪異的人,他特別嗜好揪孩子們的耳朵,戴維的耳朵就常常被他揪得火辣辣的,鉆心的疼。有一次,柯里頓看見戴維的小耳朵上粘了一大塊膠泥,就當(dāng)眾斥問他是怎么回事。不料戴維竟毫不畏懼地大聲回答道:“報(bào)告老師,這是為了怕我的耳朵被你揪爛?!苯Y(jié)果引得哄堂大笑,柯里頓也只能無奈地?fù)u頭嘆氣:“唉,這個(gè)小家伙將來不會(huì)有出息!”遭到這樣的羞辱,戴維便干脆不去上學(xué)了,整天在康沃爾海邊釣魚,去邁克爾山上逮鳥,荒廢了許多寶貴的時(shí)光。
但戴維有驚人的記憶力,別人講過的故事或自己看過的書,他不但記得故事情節(jié),還能生動(dòng)地講敘出來。每逢過節(jié)聚會(huì),大人們都喜歡讓他背誦詩(shī)歌,小伙伴們則求他講故事,這無形中培養(yǎng)了他的口才,也培養(yǎng)了他熱情、積極、獨(dú)立、不盲從的個(gè)性。
后來,他勉強(qiáng)讀完了小學(xué),父親就送他到彭贊斯城去讀書,寄養(yǎng)在外祖父家。在城里有一件新鮮事吸引了他,那就是醫(yī)師配制藥物時(shí)物質(zhì)所產(chǎn)生的各種奇異變化,這激起了他濃厚的興趣。在強(qiáng)烈好奇心的驅(qū)使下,他時(shí)常偷偷地躲入頂樓,用碗、杯、碟作器具,學(xué)著做起實(shí)驗(yàn)來。盡管有時(shí)候在實(shí)驗(yàn)中惹了一些麻煩,遭到外祖父的嚴(yán)厲斥責(zé),可他熱衷于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的愛好卻絲毫沒有減弱。
從玩實(shí)驗(yàn)開始的自學(xué)之路
1794年,戴維的父親去世了,家境愈發(fā)陷入了困頓之中。為了謀生糊口,作為長(zhǎng)子的戴維被送到當(dāng)?shù)匾晃幻邪乩澋尼t(yī)生那里當(dāng)學(xué)徒。
這項(xiàng)工作雖說非常辛苦,但卻很合戴維的志趣。他一方面充當(dāng)醫(yī)生的助手護(hù)理病人,學(xué)習(xí)行醫(yī)的本領(lǐng),另一方面則用溶解、蒸餾的方法配制藥丸和藥水,真正地開始了對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的操作??稍诓僮鬟^程中他卻屢屢出錯(cuò),麻煩多多,到了這個(gè)時(shí)候,他才真正明白了自己知識(shí)的淺薄,于是便開始勤奮地學(xué)習(xí),抓緊一切間隙認(rèn)真閱讀拉瓦錫的《化學(xué)概論》等著作。通過學(xué)習(xí),他做實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和目的都更加明確,只要是著作中講過的實(shí)驗(yàn),他都盡可能一一試著去做。凡是有關(guān)化學(xué)方面的書,他也都努力設(shè)法借來,如饑似渴地閱讀。遇到學(xué)識(shí)淵博的人,他更是主動(dòng)前去求教。
此時(shí)恰好有個(gè)叫格勒哥里·瓦特(蒸汽機(jī)發(fā)明者詹姆斯·瓦特的次子)的人來到彭贊斯考察,戴維聞?dòng)嵑?,立即登門拜訪。瓦特很喜歡這個(gè)聰明好學(xué)的年輕人,總是熱情地幫助他答疑釋惑,因此戴維很快就與他交上了朋友。戴維在外科醫(yī)生那兒遇到的各種難題,一到瓦特的手中,就都不費(fèi)吹灰之力輕易解決了。見小瓦特的知識(shí)如此淵博,戴維不由暗自思忖:瓦特比自己大不了幾歲,可他的知識(shí)視野卻是那么開闊,自己與他相比,真可以說是天差地別,今后可再也不能像先前那樣放任自流了!從此,戴維就好像變了一個(gè)人似的,邁克爾山上再也難覓他的足跡,淘氣包俱樂部里再也難覓他的蹤影。
他制訂了一個(gè)周密的自學(xué)計(jì)劃,把時(shí)間安排得滿滿當(dāng)當(dāng)。他給自己開列了這樣一些自學(xué)的課目:神學(xué);地理學(xué);我的職業(yè)必讀──植物學(xué)、藥學(xué)、病理學(xué)、解剖學(xué)、外科學(xué)和化學(xué);邏輯學(xué);語(yǔ)言──英語(yǔ)、法語(yǔ)、拉丁語(yǔ)、希臘文、意大利文、西班牙文和希伯來文;物理學(xué);力學(xué);修辭和講演術(shù);歷史和數(shù)學(xué)。這個(gè)計(jì)劃似乎太龐大了,但是不必?fù)?dān)心,因?yàn)榇骶S不僅天資聰穎,而且已經(jīng)變得異常勤奮了。
他花了整整一年的時(shí)間,從算術(shù)的四則運(yùn)算開始,把初等數(shù)學(xué)補(bǔ)習(xí)完畢。接著,他又鉆研物理和化學(xué)。他早期的化學(xué)讀物,是拉瓦錫的《化學(xué)原理》和尼可爾遜的《化學(xué)辭典》。前一本書以事實(shí)的充分和論證的精確著稱,后一本書則匯集了許多化學(xué)方面的知識(shí)和觀點(diǎn)。這些書為他引路,可他的頭腦卻并不受書本的束縛,他善于通過實(shí)驗(yàn)來判斷和檢驗(yàn)書本上的知識(shí),來核對(duì)究竟是拉瓦錫的理論正確,還是尼可爾遜的看法有道理。因?yàn)闆]有人具體指導(dǎo),他的化學(xué)實(shí)驗(yàn)常常引起爆炸,盡管柏拉茲醫(yī)生老是為他的學(xué)徒捏著把汗,但是戴維始終沒有因此而停止他邊實(shí)驗(yàn)邊讀書的自學(xué)生涯。這樣的學(xué)習(xí)方法,極大地提高了戴維的自學(xué)能力,不管是讀什么書,也不管是多厚的書,他都能像讀小說一樣很快把它讀完,而且大多能作出非常精準(zhǔn)到位的理解。
讀書和實(shí)驗(yàn)給戴維帶來了無限的樂趣,他將此與在邁克爾山上的躑躅和在康沃爾海濱的漫游進(jìn)行對(duì)比,從心底里感到知識(shí)山峰的奇幻奧秘和科學(xué)海洋的瑰麗魅力。于是他更下定了決心,一定要繼續(xù)加快前進(jìn)的步伐。正是因?yàn)橛辛诉@樣的覺悟和決心,戴維不僅奪回了年幼時(shí)荒廢了的時(shí)光,還從根本上改變了人們對(duì)他的看法。即便是他從前的那位柯里頓老師,也不得不承認(rèn)自己過去對(duì)這個(gè)頑皮學(xué)生的預(yù)言是多么的主觀臆斷。
倫敦最受歡迎的科學(xué)明星
1798年,經(jīng)瓦特介紹,戴維來到布里斯托爾,在貝多斯醫(yī)生開設(shè)的氣體療病研究所實(shí)驗(yàn)室當(dāng)管理員。這里的工作條件比柏拉茲診所可好多了,戴維如魚得水,開始了更大膽的實(shí)驗(yàn)。凡教科書上記載的化學(xué)物質(zhì)的顏色、氣味和味道,他都要復(fù)驗(yàn)一遍,對(duì)新發(fā)現(xiàn)的化學(xué)物品,他更是要聞一聞、嘗一嘗,以獲取過硬的第一手資料。
在調(diào)制一氧化二氮時(shí),他就一邊做一邊吸,好像廚師品嘗所炒的菜那樣,仔細(xì)體會(huì)切身的感受。結(jié)果他發(fā)現(xiàn)身體不僅未受到什么毒害,反而興奮得禁不住手舞足蹈、哈哈大笑,而且連原來的牙痛病也根治了。就這樣,他用他的實(shí)踐推倒了前人強(qiáng)加給一氧化二氮的不實(shí)之詞,并推薦給外科醫(yī)生做麻醉藥使用。從此,牙科和外科醫(yī)生開始利用一氧化二氮做麻醉劑;馬戲團(tuán)的小丑也要在上場(chǎng)之前吸一點(diǎn)一氧化二氮,因?yàn)樗鼘?duì)人的面部神經(jīng)有奇異的作用,能使人產(chǎn)生意味不同的狂笑。一氧化二氮被人稱為“笑氣”而傳播開來。除此之外,戴維還研究包括二氧化氮和一氧化碳在內(nèi)的各種氣體對(duì)人體所產(chǎn)生的生理作用。顯然,研究這兩種氣體是十分危險(xiǎn)的,但是戴維還是堅(jiān)持做下去,并且鼓勵(lì)他的弟弟約翰·戴維也來做這種冒險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)。
戴維英勇無畏、大膽探索的事跡,隨著他有趣而又著名的“笑氣試驗(yàn)”,在英國(guó)乃至整個(gè)歐洲迅速傳播開來。
不久,英國(guó)皇家學(xué)院院長(zhǎng)郎福德伯爵將戴維請(qǐng)到倫敦。郎福德伯爵早聞戴維才干,但是他們第一次見面時(shí),戴維穿得很破舊,神態(tài)也很拘謹(jǐn),倫福德很失望??紤]到他很年輕,就委任他為化學(xué)助教,兼管實(shí)驗(yàn)室。不久戴維豐富的知識(shí)和高超的實(shí)驗(yàn)技術(shù)使倫福德意識(shí)到他最初的印象是個(gè)錯(cuò)覺,所以戴維到職后第6個(gè)星期就升任副教授,第二年又提為教授,成為第二任化學(xué)教授。
戴維一邊在新設(shè)立的高級(jí)實(shí)驗(yàn)室里擔(dān)任教授,一邊在皇家科普協(xié)會(huì)主持科學(xué)演講。在戴維生活的那個(gè)時(shí)代,化學(xué)家們都熱衷于尋找這樣一個(gè)問題的答案:我們這個(gè)千變?nèi)f化的物質(zhì)世界,究竟由多少種最簡(jiǎn)單的物質(zhì)構(gòu)成?對(duì)新鮮事物特別敏感的戴維自然也加入到了這樣的行列之中。他嘗試著用伏打電池來分解物質(zhì),可在電解苛性鉀的水溶液時(shí)卻屢遭失敗,后來他改造電解熔融的苛性鉀,也同樣沒有成功。于是他又改造伏打電池,制成了一個(gè)特大電池以得到強(qiáng)大的電流,實(shí)驗(yàn)終于獲得成功:在陰極周圍冒出水銀般的小亮珠,有的立即燃燒,發(fā)出淡紫色的火焰,有的還因劇烈燃燒而爆炸,發(fā)出噼啪的聲響。戴維得到了一種前所未有的白亮的東西,它可以用小刀輕易切開,投進(jìn)一盆水里后,它會(huì)貼著水面冒出許多細(xì)小的氣泡,吱吱作響,竄來竄去,化為一團(tuán)銀色的珠子,像是露珠在荷葉上來回滾動(dòng)。戴維將電解池中的電流倒轉(zhuǎn)了過來,仍然在陰極上發(fā)現(xiàn)銀白色的顆粒,也能燃燒和爆炸。戴維看到了這一驚人的發(fā)現(xiàn),欣喜若狂,竟然在屋子里跳了起來,把實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的玻璃器皿都震倒掉地,他還用力地捶了自己一拳,喊道:“戴維,你真棒!”他在自己的實(shí)驗(yàn)記錄本上寫下:“重要的實(shí)驗(yàn),證明鉀堿分解了。”他把筆一甩,本上流下了一大團(tuán)墨跡。
就這樣,新元素“鉀”誕生了,緊接著他又馬不停蹄地從土堿里電解出又一種白亮如銀、柔軟如蠟的新金屬,戴維給它取名為“鈉”。
由于戴維曾嘗到過虛度光陰的苦惱,所以他工作起來總是爭(zhēng)分奪秒,像一團(tuán)烈火一般在燃燒。在實(shí)驗(yàn)室里,他常常一會(huì)兒安裝儀器,一會(huì)兒又穿插著加熱化學(xué)藥品,往往在一天里同時(shí)進(jìn)行數(shù)項(xiàng)試驗(yàn)。藥品弄臟了他的衣服,他都忙得顧不上換洗。如有報(bào)告會(huì)等著他去參加,他便急急忙忙套上一件干凈衣服去做演講?;氐綄?shí)驗(yàn)室,他又接著工作。衣服套上一層又一層,戴維顯得“胖”了起來。忽然有一天,他又變“瘦”了,那是他終于有時(shí)間徹底換洗一層又一層的衣服了。同事們因此打趣地說:“戴維在‘發(fā)胖,說明實(shí)驗(yàn)正在緊張地進(jìn)行;他‘瘦了,就是說實(shí)驗(yàn)有了結(jié)果,告一段落啦!”
正因?yàn)榇骶S總是這樣爭(zhēng)分奪秒地不斷求索,在實(shí)驗(yàn)過程中,還曾發(fā)生過意外爆炸,他的臉被炸傷,左眼也失明了,但他依然頑強(qiáng)地堅(jiān)持著,直至最后的成功。在不到兩年的時(shí)間里,他就連續(xù)向全世界宣告發(fā)現(xiàn)了7種新的化學(xué)元素,創(chuàng)造了發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素的世界紀(jì)錄。他說:“感謝上帝沒有把我造就成一個(gè)靈巧的工匠。我的那些最重要的發(fā)現(xiàn)是受到失敗的啟發(fā)而獲得的?!?/p>
惺惺相惜培養(yǎng)了法拉第
他的實(shí)驗(yàn)成果,也時(shí)常在科學(xué)講座上宣講,他從神秘的煉金家的哲人石,談到拉瓦錫的天平,再談到道爾頓的元素符號(hào),其間還穿插著石蕊液由紅變藍(lán)、又由藍(lán)變紅的試驗(yàn),同時(shí)更添加了鉀和鈉新奇特性的當(dāng)場(chǎng)表演,像磁石吸引鐵屑那樣,將全場(chǎng)聽眾都牢牢地吸引住了。不管是教授學(xué)者還是華貴婦人、少爺小姐,他們?nèi)牭媒蚪蛴形叮绨V如醉。或時(shí)而驚訝,時(shí)而歡笑;或時(shí)而墮入疑問的云霧,時(shí)而又云開霧散,豁然開朗。演講結(jié)束時(shí),所有的人都會(huì)向他表示熱烈的祝賀,請(qǐng)柬、名片、鮮花一齊涌向戴維。于是,在很短的時(shí)間內(nèi)戴維就成了倫敦的名人,而且在倫敦城里,科學(xué)變得更加時(shí)髦起來?;始覍W(xué)院成了英國(guó)科學(xué)研究的中心和講演科學(xué)的重要場(chǎng)所。
聽眾的熱情,給了戴維極大的鼓舞,他每天很早起床,早飯前2小時(shí)從事閱讀和寫作,上午10時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室工作到下午4時(shí),晚上還要作講座或進(jìn)行各種社交活動(dòng)。他簡(jiǎn)直就像一臺(tái)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器,始終日復(fù)一日地堅(jiān)持著,奮斗著。
煉金術(shù)的分析手段,拉瓦錫的天平,道爾頓的原子論,使化學(xué)成為科學(xué),并由此取得了飛躍的發(fā)展。而戴維給化學(xué)引入了電的嶄新手段,將電和化學(xué)有機(jī)結(jié)合起來,就更是給化學(xué)插上了騰飛的翅膀,使化學(xué)躍上了一個(gè)新的高度。當(dāng)時(shí)的著名化學(xué)家柏采留斯、卡文迪許、蓋·呂薩克和維勒等,也都跟著研究起化學(xué)跟電的結(jié)合來。戴維在與這些化學(xué)大師的賽跑中,繼續(xù)以他力爭(zhēng)上游的精神保持著領(lǐng)先的地位,成為19世紀(jì)初英國(guó)最引人注目的科學(xué)家。
除了上述在電化學(xué)方面取得的非凡成就外,他還在發(fā)明礦用安全燈、創(chuàng)制電弧燈等方面做出了巨大貢獻(xiàn)。制作礦用安全燈時(shí),他多次親自深入最危險(xiǎn)的礦區(qū)調(diào)查、示范。有人勸戴維保留這一發(fā)明的專利,但是他拒絕了,他鄭重申明:“我相信我這樣做是符合人道主義的?!庇纱丝梢娝麖氖驴蒲械哪康?。當(dāng)然,戴維最大的貢獻(xiàn)還在于他挖掘并培養(yǎng)了法拉第。
當(dāng)人們驚嘆于戴維敢于突破權(quán)威、尊重事實(shí)、富于創(chuàng)新的精神時(shí),當(dāng)科學(xué)講座的聽眾們?yōu)榇骶S不斷的發(fā)現(xiàn)所折服、噓嘆不已時(shí),戴維的健康卻在透支。瘋狂地工作使他十分衰弱。一次他應(yīng)邀到監(jiān)獄考察流行的傷寒病,自己卻受到了感染,在醫(yī)院里幾經(jīng)搶救才漸漸恢復(fù)。這期間來探望的人絡(luò)繹不絕,院方只好在大門口掛一個(gè)告示牌,每天公布戴維當(dāng)天的病情。出院后戴維在家療養(yǎng)。這一天他收到一封信和一本368頁(yè)裝幀精細(xì)的書,書的封面寫著:戴維演講錄。書中卻是手寫體,還有許多精美的插圖。信中寫道:“我是印刷廠裝訂書的學(xué)徒,熱愛科學(xué),聽過您的四次演講?,F(xiàn)將筆記整理呈上,作為圣誕節(jié)的禮物。如能蒙您提攜,改變我目前的處境,將不勝感激。——法拉第”。
原來出身貧寒的法拉第,除了閱讀、寫作和算術(shù)等課程外,沒有受到正規(guī)的教育。13歲開始,他在一個(gè)裝訂商門下當(dāng)學(xué)徒。法拉第幾乎閱讀了送到這家店鋪裝訂的所有科學(xué)書籍,其中包括《大英百科全書》的電學(xué)部分。他還用節(jié)省下來的零用錢買了一些便宜的儀器和藥品,做起化學(xué)實(shí)驗(yàn)來。在他一位并不富裕的哥哥的資助下,法拉第聽了戴維的講座,他感到很受激勵(lì),便精心整理了聽課筆記,拿出他裝訂書的絕活,于是有了呈現(xiàn)在戴維眼前的這本裝幀精細(xì)的《戴維演講錄》。
戴維看了感慨萬(wàn)端,聯(lián)想到自己的身世,他馬上給法拉第寫信,約他一個(gè)月后會(huì)面。
由于戴維的幫助,法拉第來到了皇家科普協(xié)會(huì)實(shí)驗(yàn)室,由一個(gè)貧窮的訂書工變成戴維的助手。雖然有很多清理和洗刷儀器等勤雜工作,法拉第卻能耳濡目染戴維和他的助手們有關(guān)科學(xué)的談?wù)撘约八麄兊膶?shí)驗(yàn)過程,他感到很高興。戴維很快就看出了法拉第的才能,逐漸放手讓他多參與實(shí)驗(yàn)甚至獨(dú)立工作。
1813年秋天,戴維帶著法拉第到歐洲去旅行兼學(xué)術(shù)訪問,歷時(shí)一年半。法拉第作為助手和侍從要為戴維夫婦做很多服務(wù),但他卻有機(jī)會(huì)結(jié)識(shí)了許多著名的科學(xué)家,如安培、切夫路爾、蓋·呂薩克和伏特,聆聽他們的演講和談話,了解他們的科學(xué)研究活動(dòng),開闊了科學(xué)視野。正如熟悉法拉第的英國(guó)化學(xué)家武拉斯頓所說:“法拉第的大學(xué)是歐洲,他的老師乃是他所服侍的主人——戴維,以及由于戴維的名氣而使法拉第得以結(jié)識(shí)的那些杰出的科學(xué)家。”
在同戴維一起工作的幾年中,法拉第發(fā)表的論文幾乎涉及化學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。他成功地獲得了液態(tài)氯;較早地冶煉出不銹鋼;研究了銀化合物與氨的反應(yīng);分離出多種有機(jī)物,其中最重要的是苯;發(fā)現(xiàn)了電解當(dāng)量定律。當(dāng)然法拉第最偉大的貢獻(xiàn)是在物理學(xué)的電磁學(xué)方面,他通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的全部原理,極大地推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步。他因此可以與伽利略、牛頓、麥克斯韋和愛因斯坦齊名。
1816年法拉第開始在英國(guó)皇家學(xué)院舉辦了一系列的講演,取得了輝煌的成功。1825年他接替戴維當(dāng)了實(shí)驗(yàn)室主任。隨著法拉第的聲譽(yù)日高,人們常說:“戴維最偉大的發(fā)現(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了法拉第?!北M管這樣的戲言使戴維對(duì)法拉第產(chǎn)生了嫉妒,曾反對(duì)法拉第當(dāng)選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的會(huì)員,但法拉第一生中還是一直對(duì)自己的恩師懷著敬重和感激之情。直到晚年,他還經(jīng)常指著墻上戴維的畫像顫抖地說:“這是一位偉大的人物喲!”
(摘自《科學(xué)24小時(shí)》2012年第11期)
責(zé)編:徐艷蘭