誰說做夢是浪費時間?門德列夫教材寫不出來竟夢見「元素週期表」

江仲淵柯睿信黃羿豪 2021年01月25日 21:00:00

迪米崔·伊凡諾維奇·門得列夫(圖取自百度百科)

一般來說,我們所聽過在物理化學界有傑出貢獻的人好像都是西歐或是美國人,舉凡牛頓啊、焦耳啊、瓦特啊、拉瓦節和富蘭克林等等,似乎很少聽過有其他國家有這樣的人,這或許情有可原。

 

第一,西歐相對其他地方較早接觸理性思考,啟蒙時代和科學革命為他們帶來了不一樣的世界觀,於此同時東歐各國還在施行漫無天日的農奴制,君主仍然掌握絕對的權力,平民老百姓如果遇到一些難以解釋的事情,只會求神問卜,而不會真正地找尋事情的源頭。

 

不過事情總是有例外,例如以發現「鐳」元素聞名的居禮夫人就是來自波蘭,還有描述電磁關係的冷次定律的發想者,海因里希.冷次,他是德意志裔的俄國人,以及本篇的主角,首創具現代意義的週期表的俄國人—德米特里.伊萬諾維奇.門得列夫。

 

門得列夫出生於一八三四年的西伯利亞。在十七個孩子裡排行老么。門得列夫母親的祖上是開拓西伯利亞的大功臣之一,由於曾經和當地韃靼人通婚過,門得列夫的兄弟們都有點蒙古人的樣子,但唯獨門得列夫除外,他就是個徹頭徹尾,標準的沙俄人民:一副桀傲不遜的大鬍子、高大壯碩的身材、白襯衫搭配加厚禦寒的黑色西裝外套、口袋裡躺著一罐鐵製小酒壺,簡直是當時沙俄人的一貫特色。

 

所謂西伯利亞的意思,翻譯過來就是「寧靜的土地」,但與其用寧靜來形容,「酷寒」或許是更適合它的詞彙。如今的俄羅斯也沒多少人住在那裡,政府還得祭出優惠措施鼓勵移民,更別提當時那種農奴當道、科學不興的俄國了。

 

門德列夫的父親在他出生不久後失明,家計全由母親管裡一家玻璃工廠的收入來支撐。到了萬惡的十三歲那年,門德烈夫不知倒了什麼霉運,先是父親過世,再來就是賴以維生的玻璃工廠在熊熊大火之中被吞噬殆盡,這恐怕是門得列夫一生之中看過最壯觀的氧化反應了(燃燒就是激烈的氧化反應喔!而鐵釘生鏽也是氧化反應,但相對起來比較慢。)

 

 

從被教到教書

 

這下可好,以後的日子要怎麼過下去呢?幸好門德列夫的媽媽是個女強人,她深明知識的重要性,決意將這個有學習潛力的么兒送去接受高等教育。說到教育,門得列夫小時候學習表現並不好,理由很簡單,那就是學校教的都太沒用處了,整天學習一些古典拉丁文和希臘文,對生活在極寒邊疆的學生能有什麼用處?這就好比跟一個快餓死的乞丐說蘇格拉底的偉大、柏拉圖的理想一樣。

 

門德列夫的幸運值很高,他姊夫參與十二月黨人起義失敗後,被一腳踢到西伯利亞,從此身兼門得列夫啟蒙導師的角色。補充一下,所謂的十二月黨人起義乃是一群年輕的自由派軍官要求一個立憲政府所引發的叛亂,參與這場行動的人毫無疑問都接受了當代的先進學說,可謂是國家的中堅分子。

 

不過,當門得列夫想要申請莫斯科大學時,卻因為沒有西伯利亞區域的配額而被拒絕,對其他學校的申請也都吃了閉門羹,不死心的母親來到了聖彼得堡,靠著門得列夫已故父親的關係,終於進入聖彼得堡大學學習數學和自然科學。眼見兒子得以接受高等教育,年事已高的母親在不久之後便含笑九泉了。

 

就這樣,咱們的門得列夫終於進大學念書了,就跟現今臺灣普遍的大學生活一樣,門得列夫在這段日子過得很舒暢,充滿著歡笑以及無俚頭的事情。他偶爾會唬爛同學說自己是由西伯利亞的原始韃靼人扶養長大,一直到十七歲才會說俄文,由於他說話很有說服力,同學基本上都被唬得一愣一愣的。

 

依照不成文民族刻板印象,韃靼人就是強壯、高大、永遠不會生病的象徵,就跟日本人眼中的阿伊努人,中國人眼中的東北人差不多。但他的健康狀況並不好,整天都在請病假,不知他的同學會不會因此懷疑他的「出身聲明」呢?

 

除了虛弱的身體外,門得列夫脾氣也不太好,稍微沒有拿捏好分寸,這顆不定時炸彈便會呼嘯引爆,有時候他生氣到一個極致時,甚至會抬起右腳,猛力不停地踩在地上,顯得格外搞笑。他的壞脾氣早惡名遠播,朋友沒事都不會去主動打擾門得列夫,深怕他腦袋一熱,又開始爆氣。

 

儘管情緒管理有待加強,但門得列夫在學習上的表現是無庸置疑的棒,這也替他爭取到了前往克里米亞教書的資格,當時克里米亞是個什麼地方?相當於柳宗元做官時的永州,就是個鳥不生蛋的蠻夷之地。有說法認為門德列夫態度很跩,曾經惹毛教育官員,才會換來這樣的「流放」之刑。不過門得列夫本人倒是不介意,他開玩笑說:「沒有關係啦,南方的陽光會讓我的病情好轉。」拿起行囊盤纏,欣然起行。

 

 

輾轉於各大實驗室

 

他首先來到了巴黎,之後輾轉到了德國,聽取著名光譜學家基爾霍夫的講課(光譜學正是可以辨別物質內含有什麼元素的理論基礎)。

 

不過,基爾霍夫雖富有智慧,卻不擅表達,呆板無起伏的聲音和冗贅的句子對門得列夫來說簡直是種折磨,他待了幾堂課後終於忍不住,悄悄離開基爾霍夫的教室,轉而和另一位光譜學家本生一起進行究。對,就是發明「本生燈」的那位仁兄,他不但很有腦袋,還很有錢,他所創立的實驗室,裝備了各種那時候最新型的測量儀器。

 

總之,門得列夫待在德國第一、歐洲數一數二的實驗室中進行操作,不僅開拓了他的視野,也讓他有機會接觸最新的化學新知,一言以蔽之,門得列夫現在的狀況可說是讓很多學化學的人羨慕不已。但,這一切又被他的壞脾氣給搞砸,宋朝理學大師朱熹有句名言道「為學乃能變化氣質耳」,門德列夫雖然飽讀詩書,但是氣質還是差得很,因無關緊要之事與本生吵架,一怒之下離開實驗室,自己去做自己想要的實驗了。

 

雖然離開了本生,卻不代表他的學業因此荒廢,靠著一點天份和平常的努力,一八六○年,他參加了在德國舉辦的第一屆國際化學會議,會議中他對於原子的性質和原子量有了更多的認識,這注定會在他的未來提供幫助。

 

 

精彩的教職生活

 

隔年,門得列夫返回俄國並在技術學院任教,也就是在這一年沙皇亞歷山大二世頒布了解放農奴的敕令,一夕之間農奴都成了自由之身,不過卻也帶來一連串的負面效應,地主為了抗衡而將雇用農民的標準變更嚴苛,一大群農民根本找不到土地耕種,失業率大增等,革命民主主義開始萌芽,國家動亂不安,暗示著不久的將來,俄國將爆發一場農工階級的起義……。

 

回到正題,以現代眼光來看,現今臺灣學校的教職生活可謂是一成不變,同樣的教課內容,同樣的三年一輪,同樣的師生關係,不只是學生,連老師都覺得無聊,相比之下,門得列夫的教職生活可精彩多了。此時俄國逐步西化,開始建設現代化的學校了,他們將語文、數學、化學定為三大學習指標,前兩者的教科書都已經請專人寫好了,不過唯獨化學空缺,怎麼找也找不道一本像樣、可供學生閱讀的書籍,這是為什麼呢?

 

俄國太不注重這方面了,他們地處歐洲邊緣,守舊不知時代變化,化學知識還停留在中古時期,門得列夫於是主動幫助政府,在短短六十天內寫出一本五百多頁的教科書。我的老天,我寫第一本書時寫了四個月,也只寫出三百六十餘頁而已,門德列夫效率之高,可真不是我們能做到的。

 

靠著這本書,門得列夫不但打響了名號,生活狀況也獲得改善,他買下了一個莊園,雇傭一些農民來耕種並傳授他們現代的農藝方法,以至於他的田地產量總是比別人多,不僅其他農民感到訝異,連政府也對他投以好奇心,協議門德列夫教導他們技術,門德列夫很是聰明,俗話說「教會徒弟,餓死師傅」,門德列夫深明這點,在過程中不坦誠相教,使政府與門德列夫的合作時間拉長很多,也使他可以倚靠政府的特殊關係遊走法律,門得列夫在二十九歲時結婚,但不久後即告吹。

 

當時法律規定再婚必須間隔七年否則以重婚罪論處。但門得列夫才不管這些直接給她結下去,有人向時任沙皇亞歷山大二世建議免除他的教職,沙皇深情款款地說:「門得列夫有兩個太太,但我只有一個門得列夫!」

 

在門得列夫三十二歲那年,進入了俄國的第一學府,聖彼得堡大學任教,相當於現今臺灣的臺灣大學、中國的北京大學一樣,在那工作、學習的人不外乎都是菁英等級,他為了課堂需求開始編寫教材《化學原理》共十二冊,而也就是在此時,門得列夫遇到一個難題:「我已經在第二冊中寫完了鹼金屬族的元素探討,那麼接著呢?」(此處稍稍打斷一下,化學中所謂的「族」乃是一群化學性質相同的元素,大家可以想成一個家族中的人個性都比較類似。)他需要找出元素之間的規律來完成下一章,甚至後面那幾冊,只是,時間已經不多了……。

 

 

創建週期表

 

上文所說的時間不多,並不是指門得列夫得了什麼絕症還是怎樣,大家可別想歪了,他有一場酪農工廠的會議和農場的參訪行程,要是在周末以前沒有搞定,教材可能會開天窗,富有責任感的門得列夫豈能對這樣的事情坐視不管?他開始思索著元素之間一定有什麼關係才對。

 

當然,他不是第一個有這種想法的人,在他之前就有許多化學家紛紛投入為元素排序的工程中,只是大家都堅持不了這種很需要用腦,而且過程異常無聊的研究,鎩羽而歸。其中一個有意思的故事是,英國化學家紐蘭茲曾經以音樂作為背景理論,認為元素應該像音符那樣是八個一組的。

 

此言一出,引得眾人都鬨笑起來,室內外真的充滿了快活的空氣,大家都在揶揄他怎麼能把音樂和化學這兩件是相提並論呢?既然紐蘭茲這麼說,那是不是代表以後音樂家還可以身兼化學家製作化合物或調配藥品呢?雖然他的想法在日後被證實確有其可觀之處,但由於理論實在太奇怪而遭到埋沒。

 

如今門得列夫也面臨了一樣的狀況,他依照原子量(也就是質子加中子的數量)來給原子排序,卻依然找不出什麼關係。他發現某些元素雖然原子量相差甚大,卻有著類似的性質,而有些元素雖然原子量相近,但性質截然不同。

 

在此先稍稍劇透一下,簡單描述一下這是怎麼回事。在現今的週期表上,鈉和鉀的原子量相去甚遠,但其性質卻很相似,都是那種丟到水中就會有劇烈反應甚至爆炸的;然而,在鈉右邊的鎂雖然原子量相近,但性質卻很安定,這就是門得列夫所觀察到的問題。

 

雖然問題已經明瞭了,卻依舊沒有進展。突然,門得列夫想起平時在玩的紙牌遊戲,聯想到如果花色比做「族」,數字比做原子量,就可以得到一串遞減(要說遞增也不是不行啦)的數列,這和他所追求的表格幾乎是相去無幾了!

 

但,在幾天的高強度思考下,他累得滿眼血絲、青筋綻出,只要一瞬間的放鬆便足以使人一覺到天亮。筋疲力盡的門得列夫才剛想到解決方法,還沒來得及高興的狀況下,眼皮突然一鬆,迅速被疲勞吞沒而沉沉睡去。

 

這時,要是他一覺起來把所有東西忘得一乾二淨那可就完蛋了,但不知道是不是上天眷顧這個燃盡生命也在所不惜的人,他做了一個夢,夢中他看見一張表格,那上面清清楚楚地將所有元素給歸位,這就是他所要追求的。

 

門得列夫從夢中驚起,大聲呼叫:「就是這個!就是這個!」衝往書桌抓起紙筆,把他夢中所見一絲不漏地寫下來。就這樣,具有真正現代意義的週期表終於問世啦!(還好門德列夫有把握好時機,據美國《赫芬頓郵報》載文,夢很容易被大腦忘掉,醒來後五分鐘,夢的內容會忘掉百分之五十,醒來後十五分鐘,睡夢細節會忘掉百分之九十。)

 

之所以命名為週期表,可不是隨便取的,性質類似的元素會週期性的出現在下一「族」。當然,這份週期表仍有不少待改進之處,譬如無法解釋現象,沒有除了周期性之外的理論基礎,但它的最大貢獻在於成功預測了還沒被發現的元素,這得利於門得列夫大膽在表格上留空的舉動。

 

隨者時代改變,週期表裡的元素越來越多,逐漸完成成一個體系,週期表預言了上帝對萬物的安排、所有物質之間千絲萬縷的關係,周期表在科學史上的定位不像是一個科學成就,反而更像是一個大發現,種種缺空、隱藏的面紗,正著科學家們去掀開它呢!

 

 

*本文摘自《發明家大起底:從疫苗到核武,讓你直呼「不能只有我看到」的歷史真相!大旗出版社​出版。

 

 

【作者簡介】

 

江仲淵、柯睿信、黃羿豪

 

臉書粉絲團「歷史說書人History Storyteller」團隊由一群喜愛歷史的年輕人-江仲淵、柯睿信、黃羿豪所組成。在「關鍵評論網」、「風傳媒」、「今周刊」等皆有開設專欄,擅長挖掘歷史人物背後不為人知的故事,文筆生動富有幽默感。

 

 

 

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