諾貝爾獎史話之癡迷晶體的多蘿西

文/朱長超 編輯/暖陽

諾貝爾獎史話之癡迷晶體的多蘿西

文/朱長超 編輯/暖陽

朱長超

上海社會科學(xué)院信息研究所研究員，中國思維科學(xué)學(xué)會籌委會副理事長，中國科普作家協(xié)會會員。

在諾貝爾獎獲獎史上，多蘿西·克勞福特是第五個獲得諾貝爾獎的女性，是英國第一個女性獲獎?wù)摺?/p>

她的獲獎，有很堅實的科學(xué)基礎(chǔ)，是實至名歸。她分析出青霉素、維生素B1和胰島素的結(jié)構(gòu)。這三項大成就中的任何一項，都有可能獲獎。而她是以確定維生素B12的結(jié)構(gòu)而獲獎的。她的這三項工作，具有重要的化學(xué)和醫(yī)學(xué)意義。它為人工合成這三種生化物質(zhì)奠定了科學(xué)基礎(chǔ)，而這些物質(zhì)對于人類的健康關(guān)系十分密切。她的工作，為人類方便地合成和提供了治療維生素B12缺乏癥、糖尿病和細菌性傳染病的有效藥物。

從小喜歡實驗的小姑娘

多蘿西·克勞福特出生于一個宗教氣氛濃厚的家庭。母親有很好的音樂素養(yǎng)，父親經(jīng)常在埃及傳教，對孩子很寬松，積極支持他們的學(xué)習(xí)和實驗活動。

當時，英國有一種關(guān)于教育的民間組織，名叫“全國父母教育聯(lián)合會”（PNEU），它們作為地方政府建立的學(xué)校之外的一種補充，教師由它培訓(xùn)，重點是進行人格教育和科學(xué)教育。它教育學(xué)生的格言是“我是，我能，我應(yīng)當，我愿意”。聯(lián)合會培訓(xùn)年輕女子做家庭教師，因為她們與孩子們有較強的親和力。學(xué)校給12歲以下的孩子上課，課程包括物理和化學(xué)，而那時候多數(shù)小學(xué)的科學(xué)課至多不過是“自然”。多蘿西在十歲時進了這樣一個小課堂。這種課程是作為學(xué)校教育的補充和提升。

有一次化學(xué)課上，老師和同學(xué)一起做制取明礬溶液和硫酸銅溶液，從中獲得關(guān)于溶液的知識和對硫酸鋁和硫酸銅的認識，還要讓它們析出晶體。多蘿西覺得實驗很有趣，她和同學(xué)瞧著溶液慢慢蒸發(fā)，晶體逐漸顯現(xiàn)出來了，排列得很整齊，陽光下閃耀著光芒。特別是硫酸銅，帶著美麗的藍色。她被深深地吸引住了。在她看來，化學(xué)是一門非常有趣的科學(xué)，從此，她迷上了化學(xué)，迷上了晶體。她后來回憶說：“我這一生為化學(xué)和晶體所俘虜。”她獲得諾貝爾獎，就與晶體和化學(xué)有關(guān)。

閣樓上的小實驗室

她覺得化學(xué)真有趣，化學(xué)實驗更有趣。如果有自己的實驗室，可以隨時做自己的實驗，那有多好啊。

這個愿望得到了父母的支持。她在自家的4間閣樓中最小的一間里建起了自己的小實驗室。房間很小，有傾斜的屋頂，只有一扇小窗，光線通風(fēng)都不夠好。但是，對于一個11歲的孩子，這個實驗室是夠?qū)氋F的了。角落的一張木櫥里，放著她的各種收藏品：古代的罐子碎片，各種鳥蛋，冷杉的球果。有一層放著各種瓶瓶罐罐，瓶子里裝著各種晶體、粉末和溶液，整齊地貼著標簽。桌子上放著燒杯、試管和其他一些化學(xué)器皿。還有一只小小的酒精燈，用來加熱和灼燒。

1923年，她14歲，與妹妹在一條小溪里發(fā)現(xiàn)了一塊黑石頭。她猜想是寶石，請求父親的朋友、化學(xué)家約瑟夫允許她在他的實驗室里分析一下。她用學(xué)到的知識進行了分析，約瑟夫指出了她的錯誤，但鼓勵她的探索精神，送給她一箱試劑和一些石頭，供她分析。后來，母親又送給她一本叫《人體生理的生化學(xué)基礎(chǔ)》的書，里面有介紹胰島素的章節(jié)，引起了她的興趣。胰島素研究后來成為她科學(xué)研究的重要方向。

她有空的時候，就到自己的小實驗室做實驗。實驗使她忘記了時間。有時候，她屏住呼吸，用白金絲醮一下配制的溶液，觀察會產(chǎn)生什么顏色的火焰。這間小小的實驗室，點燃了她求知的欲望，她相信隱藏在科學(xué)深處的奧秘是可以通過實驗來一點一點地揭示的。童年時代與晶體的相遇，成了她一輩子的緣份。晶體從此成了她眼中的路標，指引她不斷地揭示復(fù)雜物質(zhì)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)；晶體也成了她心頭的魔杖，吸引她用晶柵揭示物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

通過X光衍射研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)

在無機化學(xué)中，分析物質(zhì)的構(gòu)成可以通過沉淀稱量、化學(xué)滴定等方法可以知道這種物質(zhì)由什么原子或者什么基團所組成，再根據(jù)它的重量，可以揭示它的組成，推測它的結(jié)構(gòu)。

但是，有機物質(zhì)的同類衍生物很多，同素異構(gòu)體很多，構(gòu)成相當復(fù)雜。同樣的分子量和同樣的元素可以構(gòu)成許多種物質(zhì)。用分析無機物的辦法無法正確地揭示有機物的組成和結(jié)構(gòu)。而光柵的衍射分析成了分析有機物組成和結(jié)構(gòu)的一種重要方法。

衍射分析的道理是這樣的，晶體排列很整齊，它們存在著一定的晶格。而X射線在經(jīng)過排列整齊的光柵后，會產(chǎn)生衍射圖像?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，通過衍射圖像可以分析物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，這種方法就是X射線衍射方法。例如，測定衍射角位置（峰位）可以對化學(xué)物質(zhì)進行定性分析，測定譜線的積分強度可以進行定量分析等等。青霉素、維生素B1、胰島素這些分子量很大、結(jié)構(gòu)很復(fù)雜的重要物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都被多蘿西用晶體衍射的辦法搞得清清楚楚。1964年，多蘿西·克勞福特由于正確地揭示和解析維生素B12結(jié)構(gòu)的貢獻而獲得諾貝爾獎。1965年，她又獲得英國功績勛章。

多蘿西是三個孩子的母親，她關(guān)心愛護自己的三個孩子。平時，她像一個操心著家務(wù)的母親；她是一位鋼琴家，她能彈得一手好琴，當她彈琴的時候，她多么像一個沉浸在音樂聲中的音樂家啊。人們平時只知道她是一位好母親，一位有很高音樂素養(yǎng)的人。而誰能想到，她還是一位訓(xùn)練有素的化學(xué)家，她揭示了像維生素B12、青霉素、胰島素這樣復(fù)雜物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

令人想不到的，她還是一些國際性大課題研究的領(lǐng)導(dǎo)者。與她一起從事課題研究的有來自南非、印度、阿拉伯世界、中國等國家和地區(qū)的科學(xué)家。他們有不同的政治信仰、有不同的宗教信仰，彼此之間，常常爭爭吵吵。但是，在她的統(tǒng)領(lǐng)下，卻很協(xié)調(diào)地一起工作。她也8次來到中國，她在研究人的胰島素結(jié)構(gòu)，中國人在研究牛胰島素結(jié)構(gòu)，她并不因為中國的封閉（那時還未開放）而對中國留一手，很開放地介紹他們課題的研究，也指導(dǎo)中國學(xué)者的研究。對于中國學(xué)者的成就，她也在國際會議和國際刊物上加以肯定。她具有非常博大的胸懷，這也許是與她成長過程中的基督精神分不開的。