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■ 速读
《大师说化学》是诺贝尔化学奖得主畅销多年的科普经典,化学界的毕加索带你走进令人又爱又恨的化学世界。五十一篇科普短文,篇篇都是诗!认识化学,就从这本书开始!
□ 大姫 整理
你是谁?
化学家在面对任何新样品,譬如以天价从月球表面带回的尘土、从街上买回的不纯麻药、从一千只蟑螂腺体中抽出的长生不老药,第一个问题总是:“我得到的是什么?”这个疑问可能比一般人想象的还复杂,因为在现实世界里,没有一种物质是纯的。仔细观察周遭最纯的物质,譬如硅芯片、精糖或药物,你会发现这所谓的“纯物质”中,存有百万分之若干的物质,是你或许不想知道的杂质。
其实物质都不纯,尤其是天然物,一般来说,天然物比合成物更不纯。的确如此。葡萄酒中已经鉴定出大约九百种挥发性芳香成分,品酒专家能辨识出著名的德国莫色耳(Moselle)葡萄酒,即是由于它的混合成分(当然是指天然化合物)所具有的特殊风味与香气。令人好奇的是,虽然酒的成分是可定量的化学物,但它的风味与香气,却始终令化学家捉摸不清,这还得倚赖味觉和嗅觉灵敏的品酒师,才能把正确的酒挑出来。
为什么天然物不纯呢?因为生物是很复杂的,它们是演化的产物。你需要上千个化学反应和无数的化学物,才能使葡萄树或你的身体运作。并且,大自然是不断尝试的修补匠,确保动植物存活的运行法则,是它数百万年以来随机实验的结果。因而,生命织锦上的每一处,都呈现出令人眼花缭乱的分子形状与色彩。我们眼前任何运作中的事物,都是历经彼此的拣选,再由大自然的生存实验锤炼成形的。
因此,我们真正要问的不再是“这是什么”,而是“这里面有多少这东西”。我们把物质的组成成分分开来看,每一种成分就是一种化合物；它们是稳定黏合在一起的原子群,而这样一群原子就叫作分子。纯化合物是指由完全相同的分子聚集而成的物质。每种化合物的性质都不同,就像糖和盐,两者都是能溶于水的白色结晶体,但是我们可以轻易利用其他的物理、化学或生物性质来区别它们。
把物质的成分分离出来后,我们要鉴定这些化合物的结构。对化学家而言,结构的意义是指:纯化合物中含有哪些原子,这些原子如何相互连接,以及它们在空间中如何排列。
有一群致力于分析新鲜可可香气的化学家,以蒸汽和二氯甲烷萃取其中的香气成分。从中鉴定出五十七种不同的化合物,其中三十五种,以往人们并不知道它们在可可中。由此可见,真实世界的复杂度超乎我们的想象。虽然,这五十七种化合物并不一定都会产生可可的香味,但这告诉我们,天然混合物到底有多复杂。
为何对自然事物情有独钟
不管我们是谁、从事什么职业,我们都会偏好自然的事物?我认为有许多交互关联的心理和情感力量在运作,其中可以标出六项,即浪漫、地位、疏离、伪装、相对量的多寡以及精神。
浪漫:在柴可夫斯基的歌剧《黑桃皇后》第二幕中,穿插了一段假面剧或称田园剧的《忠实的牧羊女》。剧中达芙妮丝和寇乐在仿莫扎特风格的美妙二重唱中,歌咏沉浸在大自然中的欢愉。
田园剧甚至是使人远离田园事物的方式。它以既不真实又不自然但令人着迷的方式诠释自然的事物,因为这种矛盾,田园剧虽广为人接受,却唯独那些真正在田野中营生的人完全无法接受。正如真正的皇家宫廷已不复见,只留存浪漫传统。
我们渴望的,是去接触大自然,追寻真实的树木、稻草的芬芳和航行中清风拂面的感觉。至于臭不可当的马厩气味或既肮脏又嘈杂的火车站,则不是重点。
地位:合成物品真正的成功,是因为相对于一些天然物而言,它们具有成本较低、耐用性较高、较多变化或具有新功能等优点。这是聚合物的世纪,大量的合成分子取代了一种又一种天然的物质:在鱼网的材质上,尼龙取代了棉线；在船壳的材料上,玻璃纤维取代了木头。这种取代和新用途是一项永久的平民化过程,在几百年前只有少数人才能享受到的奢侈品以及必需品,如今有更多人能获得了。
但人类就是很奇怪,一旦得到了某些事物,就会想要更多。或者说他们只不过想拥有比别人更好的东西。当合成物品变得不再昂贵,而且人人可取得的时候,对事物的品味就出现了令人好奇的转变:时尚领导者一声令下,自然材质就给冠上更多的精品标记。要是他们认定棉质衬衫的质感,感觉比“永久免烫”的混纺来得华丽,那么棉比混纺高级的说法便开始大行其道；所以木质地板当然会被认为比油布地毡高级,而且采用的木料是愈稀有愈好。
疏离:堆积如山的文件,把我们与受我们行为影响的人隔绝。围绕在我们周遭的是日渐增加的机器,但是我们却不懂机器的运作方式。但是对我们而言,我们只知道一按按钮,电梯就来了。更糟的是,我们一按按钮,飞弹就发射出去了,只有受难者才见得到血光。
合成的、人造的和非自然的事物,几乎始终就是工厂内大量制造的物质,因为大量制造所以廉价。为求大量制造,所以必须重复打印、铸造或压制,而以这种方式制造的物品显然是完全相同的。理论上它们的设计可能还不错,但实际上却可能会因为经济的理由而牺牲设计。
典型的量产物品,极少能显露出它所经历的制程。例如,四环霉素这种抗生素,是从活的微生物培养分离出来的,经过化学修饰、纯化,并且经由优良的新式工具和装置予以包装。但是,一瓶五十粒的四环霉素药丸,却把这大量产物背后的创造力,和人类利用自己设计的工具制造它们的过程,隐藏起来了。
伪装:对人类来说,造假有强烈的负面意味。说谎话和伪装成他人都是不正当的。合成化学世界里的物品大半是非自然的,这不仅因为它们是人工制造的,还因为这些化学品经常伪装成别的事物。某种程度上来说,把某些熟悉的事物,用其他外观看来差不多、却较坚固耐热的合成品取代,成了很自然的结果。所以,我们会看到塑胶盘子上绘有瓷器的花样,家具表面的塑胶皮模仿木头纹理,还有人造餐巾会模仿亚麻、蕾丝和刺绣品。
然而,一旦模仿过度,就无可避免地令人嫌恶,所以人们开始渴望获得真正的真品。
相对量的多寡:这世上同一件事物可能有许多个。当第一个塑胶烟灰缸或锡制珠宝首饰出现时,看来很有趣；但是当愈来愈多相同的事物侵入我们的周遭,很快就会使人厌烦。大量生产的物件给予我们的印象,就只是反复量产罢了(这也是它在经济方面成功的主因)。
精神:是什么力量使科学家,其实是我们大家(因为科学家与常人无异)去追寻自然的事物?事实上,绝没有任何心理学或社会学上的简单解释足以回答这个问题。
深具洞见的科学家马力修曾写道:亚麻布是我们、我们的祖父母、遥远的祖先和神人与历史所共有的,至少想象上是如此。这是一种崇高与珍贵的感觉。因为我们属于这道生命的长河,而且我们会记住自己并不是要冲进最终的海洋。树木和石头对我们而言也是如此,每日与它们的接触,提醒我们还有其他形式的生命,还有远在人类尚未宣告来临时,地球就已经历的各个时期。像我们架子上的陶器,就正对我们诉说着别的地方、别的部落和别的需求,以及诉说关于陶土的事。
生物学家威尔逊,曾提出一套遗传和演化的论证,他认为人类对所生活的世界自有一种强烈的亲和力。在我听来,这的确是真理。
人们对环保问题会抱持这么强烈的情绪,是因为“对某些人而言,这是深入精神层面的问题……正因为精神充满在物质之中,所以这个世界本身是神圣的,并且应该受到尊重”。
《大师说化学》
[美] 罗德·霍夫曼 著
漓江出版社
《大师说化学》是诺贝尔化学奖得主畅销多年的科普经典,化学界的毕加索带你走进令人又爱又恨的化学世界。五十一篇科普短文,篇篇都是诗!认识化学,就从这本书开始!
□ 大姫 整理
你是谁?
化学家在面对任何新样品,譬如以天价从月球表面带回的尘土、从街上买回的不纯麻药、从一千只蟑螂腺体中抽出的长生不老药,第一个问题总是:“我得到的是什么?”这个疑问可能比一般人想象的还复杂,因为在现实世界里,没有一种物质是纯的。仔细观察周遭最纯的物质,譬如硅芯片、精糖或药物,你会发现这所谓的“纯物质”中,存有百万分之若干的物质,是你或许不想知道的杂质。
其实物质都不纯,尤其是天然物,一般来说,天然物比合成物更不纯。的确如此。葡萄酒中已经鉴定出大约九百种挥发性芳香成分,品酒专家能辨识出著名的德国莫色耳(Moselle)葡萄酒,即是由于它的混合成分(当然是指天然化合物)所具有的特殊风味与香气。令人好奇的是,虽然酒的成分是可定量的化学物,但它的风味与香气,却始终令化学家捉摸不清,这还得倚赖味觉和嗅觉灵敏的品酒师,才能把正确的酒挑出来。
为什么天然物不纯呢?因为生物是很复杂的,它们是演化的产物。你需要上千个化学反应和无数的化学物,才能使葡萄树或你的身体运作。并且,大自然是不断尝试的修补匠,确保动植物存活的运行法则,是它数百万年以来随机实验的结果。因而,生命织锦上的每一处,都呈现出令人眼花缭乱的分子形状与色彩。我们眼前任何运作中的事物,都是历经彼此的拣选,再由大自然的生存实验锤炼成形的。
因此,我们真正要问的不再是“这是什么”,而是“这里面有多少这东西”。我们把物质的组成成分分开来看,每一种成分就是一种化合物；它们是稳定黏合在一起的原子群,而这样一群原子就叫作分子。纯化合物是指由完全相同的分子聚集而成的物质。每种化合物的性质都不同,就像糖和盐,两者都是能溶于水的白色结晶体,但是我们可以轻易利用其他的物理、化学或生物性质来区别它们。
把物质的成分分离出来后,我们要鉴定这些化合物的结构。对化学家而言,结构的意义是指:纯化合物中含有哪些原子,这些原子如何相互连接,以及它们在空间中如何排列。
有一群致力于分析新鲜可可香气的化学家,以蒸汽和二氯甲烷萃取其中的香气成分。从中鉴定出五十七种不同的化合物,其中三十五种,以往人们并不知道它们在可可中。由此可见,真实世界的复杂度超乎我们的想象。虽然,这五十七种化合物并不一定都会产生可可的香味,但这告诉我们,天然混合物到底有多复杂。
为何对自然事物情有独钟
不管我们是谁、从事什么职业,我们都会偏好自然的事物?我认为有许多交互关联的心理和情感力量在运作,其中可以标出六项,即浪漫、地位、疏离、伪装、相对量的多寡以及精神。
浪漫:在柴可夫斯基的歌剧《黑桃皇后》第二幕中,穿插了一段假面剧或称田园剧的《忠实的牧羊女》。剧中达芙妮丝和寇乐在仿莫扎特风格的美妙二重唱中,歌咏沉浸在大自然中的欢愉。
田园剧甚至是使人远离田园事物的方式。它以既不真实又不自然但令人着迷的方式诠释自然的事物,因为这种矛盾,田园剧虽广为人接受,却唯独那些真正在田野中营生的人完全无法接受。正如真正的皇家宫廷已不复见,只留存浪漫传统。
我们渴望的,是去接触大自然,追寻真实的树木、稻草的芬芳和航行中清风拂面的感觉。至于臭不可当的马厩气味或既肮脏又嘈杂的火车站,则不是重点。
地位:合成物品真正的成功,是因为相对于一些天然物而言,它们具有成本较低、耐用性较高、较多变化或具有新功能等优点。这是聚合物的世纪,大量的合成分子取代了一种又一种天然的物质:在鱼网的材质上,尼龙取代了棉线；在船壳的材料上,玻璃纤维取代了木头。这种取代和新用途是一项永久的平民化过程,在几百年前只有少数人才能享受到的奢侈品以及必需品,如今有更多人能获得了。
但人类就是很奇怪,一旦得到了某些事物,就会想要更多。或者说他们只不过想拥有比别人更好的东西。当合成物品变得不再昂贵,而且人人可取得的时候,对事物的品味就出现了令人好奇的转变:时尚领导者一声令下,自然材质就给冠上更多的精品标记。要是他们认定棉质衬衫的质感,感觉比“永久免烫”的混纺来得华丽,那么棉比混纺高级的说法便开始大行其道；所以木质地板当然会被认为比油布地毡高级,而且采用的木料是愈稀有愈好。
疏离:堆积如山的文件,把我们与受我们行为影响的人隔绝。围绕在我们周遭的是日渐增加的机器,但是我们却不懂机器的运作方式。但是对我们而言,我们只知道一按按钮,电梯就来了。更糟的是,我们一按按钮,飞弹就发射出去了,只有受难者才见得到血光。
合成的、人造的和非自然的事物,几乎始终就是工厂内大量制造的物质,因为大量制造所以廉价。为求大量制造,所以必须重复打印、铸造或压制,而以这种方式制造的物品显然是完全相同的。理论上它们的设计可能还不错,但实际上却可能会因为经济的理由而牺牲设计。
典型的量产物品,极少能显露出它所经历的制程。例如,四环霉素这种抗生素,是从活的微生物培养分离出来的,经过化学修饰、纯化,并且经由优良的新式工具和装置予以包装。但是,一瓶五十粒的四环霉素药丸,却把这大量产物背后的创造力,和人类利用自己设计的工具制造它们的过程,隐藏起来了。
伪装:对人类来说,造假有强烈的负面意味。说谎话和伪装成他人都是不正当的。合成化学世界里的物品大半是非自然的,这不仅因为它们是人工制造的,还因为这些化学品经常伪装成别的事物。某种程度上来说,把某些熟悉的事物,用其他外观看来差不多、却较坚固耐热的合成品取代,成了很自然的结果。所以,我们会看到塑胶盘子上绘有瓷器的花样,家具表面的塑胶皮模仿木头纹理,还有人造餐巾会模仿亚麻、蕾丝和刺绣品。
然而,一旦模仿过度,就无可避免地令人嫌恶,所以人们开始渴望获得真正的真品。
相对量的多寡:这世上同一件事物可能有许多个。当第一个塑胶烟灰缸或锡制珠宝首饰出现时,看来很有趣；但是当愈来愈多相同的事物侵入我们的周遭,很快就会使人厌烦。大量生产的物件给予我们的印象,就只是反复量产罢了(这也是它在经济方面成功的主因)。
精神:是什么力量使科学家,其实是我们大家(因为科学家与常人无异)去追寻自然的事物?事实上,绝没有任何心理学或社会学上的简单解释足以回答这个问题。
深具洞见的科学家马力修曾写道:亚麻布是我们、我们的祖父母、遥远的祖先和神人与历史所共有的,至少想象上是如此。这是一种崇高与珍贵的感觉。因为我们属于这道生命的长河,而且我们会记住自己并不是要冲进最终的海洋。树木和石头对我们而言也是如此,每日与它们的接触,提醒我们还有其他形式的生命,还有远在人类尚未宣告来临时,地球就已经历的各个时期。像我们架子上的陶器,就正对我们诉说着别的地方、别的部落和别的需求,以及诉说关于陶土的事。
生物学家威尔逊,曾提出一套遗传和演化的论证,他认为人类对所生活的世界自有一种强烈的亲和力。在我听来,这的确是真理。
人们对环保问题会抱持这么强烈的情绪,是因为“对某些人而言,这是深入精神层面的问题……正因为精神充满在物质之中,所以这个世界本身是神圣的,并且应该受到尊重”。
《大师说化学》
[美] 罗德·霍夫曼 著
漓江出版社