現代化學之父:門得列夫 (Dmitri Mendeleev)

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門得列夫 (Dmitri Mendeleyev, 1834 – 1907) 是沙皇時期的俄國人。他一生堅持實行母親的遺願:「小心幻覺,努力研究,尋找神聖與科學的真相。」母親用盡一生精力,帶著兒女們四處走訪,為的是要令兒女得到正確、優良的教育。

門得列夫是個勤奮、好學、對科學充滿熱忱的人。他終其一生都努力不懈,勇於嘗試,他明白教育及經濟發展是唯一帶領人民走出貧窮的道路。他一生都沒有遺忘母親的教導,日以繼夜研讀化學,在中學及大學都一直名列前茅。很快地他就成為了世界頂尖的科學家之一。

門得列夫與其他化學家如德尚寇特斯 (B. de Chancourtois) 一樣,認識到看似混亂的化學元素之間必然隱藏著規律。跟其他化學家不同的是,門得列夫性格勇往直前,不計較自己的名聲。當他發現自己預測的「元素週期律」與元素的(猜測)原子量不相符時,他選擇去改動原子量而非否定週期律。當然,他的這種作風並不為人所接受,他被人認為是不能理解、不科學甚至是幼稚。但他堅守著自己的信念,向著自己認為能開闢科學新道路的方向進發。他說:「兩者只能擇一,要麼就是認定週期律完全正確,並且以形成新的化學研究方法,否則就是全盤否定。」

當他排列好他的化學元素週期表之後,他就預測了新元素的發現,就像勒維耶 (Leverrier) 預測海王星的存在一樣。最後,當門得列夫預測的元素「類鋁」即「鎵」(Gallium, Ga) 被發現後,除了原子量之外,其他性質如比熱、密度與熔點等都非常正確。而門得列夫仍堅持是鎵的發現者德.布瓦博德朗 (Lecoq de Boisbaudran) 的測量有誤。後來德.布瓦博德朗在重複實驗後驚訝地發現,門得列夫的預測比他第一次的測量還要準確。

化學元素週期表不單止為世人打開了原子祕秘密的大門,更使化學成為一門成熟的科學。這個週期表的重大意義在於,它給了人們預測的能力,而預測正是科學最重要的元素之一。化學元素週期表造就了現代化學及醫學發展,提供了合成及製造新化合物的方向,為後世化學發展打下了堅定的基礎。

門得列夫於一九零七年冬天因肺炎病逝,享年七十二歲。數以百計的學生於喪禮大道兩旁守候著,並驕傲地抬著他的棺木,以及他所發現的化學元素週期表。門得列夫一生正直,並努力與堅毅地守著他母親的願望,最終讓它成真。他不單在科學上熱心奮鬥,而且也幫助推動了俄國的民主教育。而這個一生節儉樸實,在他人眼中的「獨特多髮的人」,卻可能並不會因此而覺得感動,倒可能會說:「很好,那麼我們繼續工作。」

====== 此為筆者於星匯點 2010 年 3 月號會訊所撰之文章,經過修改 ======

我們都是星塵:卡爾.薩根 (Carl Sagan)

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卡爾.薩根 (Carl Sagan, 1934 – 1996) 是著名的天文學家,同時亦是一位出色的教育家,終生致力向社會推廣科學。儘管大家可能從未聽過他的名字,但其實大部分人都會聽過他所說的名句:「我們都是星塵。」(“We are all star stuff.”) 其實他就是當年一部著名天文科學電影《超時空接觸》(Contact) 原著小說的作者。

卡爾.薩根是芝加哥大學天文物理學博士,曾為康乃爾大學天文學與太空科學鄧肯講座教授,並主持行星研究實驗室。他最重要的科學成就包括金星溫室效應、火星沙塵暴、土衛六有機物質研究等等。他也深入探討過核子戰爭會對環境造成的長期影響以及地球生命起源等等一些在科學和社會中都有重要意義的課題。他參與過多項無人行星探測任務,包括水手號、維京人號、旅行者號和伽俐略號等太空計劃。他亦是最早投入外星智慧生物搜尋工作的研究先驅。

卡爾.薩根一生致力於科學普及和教育工作,著有三十多部作品,曾獲頒普立茲獎。其代表作就是第一代《宇宙:個人遊記》(Cosmos: A Personal Voyage) 系列一共十三集電視紀錄片。第二代《宇宙時空之旅》(Cosmos: A Spacetime Odyssey) 於 2014 年播放,由 Neil deGrasse Tyson 主持,他於節目中講述當年卡爾.薩根如何鼓勵他成為科學家,令人感動。

《宇宙:個人遊記》被編成《宇宙.宇宙》(Cosmos) 一書,筆者也就是這樣認識卡爾.薩根這一個科學教育家。書中從星系、星雲、恆星和太陽系等大尺度的結構開始,以探討生命起源、進化的可能性貫通全書;他沒有把概念和資料強行塞給讀者,而是希望讀者由科學角度自行思考生命的起源與意義,思考人類自身的存在意義;在生物學以至社會大眾的角度探索人類及地球上其他生物如何看待地球這個宇宙中唯一的家;以至於與外星文明溝通時所會遇到的問題;也討論了科學與宗教、道德、核戰等等與我們切身相關的問題,可謂一本不可多得的科普讀物。他示範了如何從理性角度去思考複雜的科學、社會問題,卻又不會流於死板;如何從感性角度欣賞這個富生命力的地球,卻不忘警醒我們必須保護家園,這個上億物種共存的唯一的家。事實上,他的思維方式影響筆者甚深,筆者在講講座、寫文章遇到這些科學或哲學問題時,經常會重新閱讀這本書尋找靈感,而每一次閱讀都總令我感動莫明,帶來新的體會。

他的著作《超時空接觸》在 1997 年被導演 Robert Zemeckis 拍成電影,亦是筆者最愛的電影之一。這套電影講述一個女天文學家 Eille (由 Jodie Foster 飾演) 自小受父親薰陶,在第一次見到金星之後就愛上了天文學。她長大後終於成為天文學家,並努力不懈尋找外星生命;然而包括她的上司在內的絕大部分科學家都認為她只是在浪費時間。然後有一天,她終於發現了外星人傳來地球的訊息,但接下來困擾她的除了訊息解碼以外,卻是政治、道德、宗教等社會問題。她在阿雷西博天文台 (Arecibo Observatory) 工作時認識了一班好同事,更認識到後來任白宮神學顧問的神學研究者 Palmer Joss,兩人有過一夜關係。原來外星人 (電影中說訊號來自 Vega,即織女星) 傳來的是一種宇宙交通工具的設計藍圖,在後來爭取成為地球人代表,上太空與織女星人見面的事件中,Joss 也不斷幫助她。筆者就不再劇透了,有興趣就自己找來看看吧。不過現在全香港只餘下英文版 DVD 有售,有興趣的朋友可以私下詢問筆者。可惜的是,卡爾.薩根未能親眼看到他的電影上映,就因肺炎病逝了。

這套電影的主題雖然環繞地球人與外星人的接觸,但其內容卻遠遠不同於一般科學或科幻電影。卡爾.薩根希望告訴大家,一旦真的發現外星智慧時,人類應該怎麼辦、社會又會有甚麼反應。其實,科學也是社會的一部分,科學家也是人,也會有互相爭取利益的時候;而科學發現與政治、道德、宗教之間往往也有著某種關係。現實中科學不能夠從社會中分裂出來,科學發現實在與全人類都有關係。我們應該時常反思,如何把科學及社會的比例恰當地調整。每個人的取向也不會完全相同,因此要作出一個決定時難免會有爭端、甚至衝突發生。片中描述了科學、政治、宗教之間的互不信任,各有自己的見解,最後更不幸地演變成流血衝突。究竟科學與宗教之間的關係,是互斥,還是互補?科學,講的是證據;而宗教,講的則是信心。兩者真的不可能共存嗎?這真的值得我們細細反思。

卡爾.薩根在故事中寫了這樣一段:Eille 告訴 Joss 她不相信這個宇宙中有神存在,她對Joss 說:「神存在嗎?證明給我看。」Joss 沒有回答,只是反問她:「你愛你的父親嗎?」「當然……」Eille 有些遲疑,因為意料不到他會問這個問題。「證明給我看。」Joss 說。這是個多麼需要我們認真思考的問題!

卡爾.薩根希望大家能夠用開放的心看待未知的事物,這就好像 Eille 保持的那份小孩子般單純的求知的心。這正是科學的特點。然而,人總會長大,在社會中科學也會遇上不同的問題,有些可能會阻礙科學進步,有些卻可能會加速科學的發展。最重要的,還是那顆心、那份信念,一份類似宗教般的信念,但是當中有理性分析,也有感性思維。

「宇宙這麼大,如果只有人類,那真是太浪費地方了。」Eille 的父親說。

====== 此為筆者於星匯點 2009 年 4 月號會訊所撰之文章,經過修改 ======