七种元素：理解世界的一个窗口

2016年10月26日 02:46
来源：信息时报

那时候我要爸爸给我讲一些科学故事，为了让我安静下来，他给了我一本圣诞讲座集，里面收集了物理学家威廉·布拉格爵士于1923年在英国皇家学会做的讲座。在《关于事物的本质》这篇中，布拉格描绘了不同元素的原子是如何一同构成了这复杂的大千世界。在某个时期，它们互相结合，创造了生命本身，而生命惊人的能力塑造了我们这个杂乱无章的世界。我们的生活，甚至我们的思想，仅仅是这些原子相互作用的结果。20世纪初期，布拉格和他的儿子劳伦斯是射线晶体学领域的先驱人物。他们使用X射线观察物质的细致程度是前所未有的。用这些新的“眼睛”

原标题：七种元素：理解世界的一个窗口

发现元素和利用元素的历史，也是人类进步革新和贪婪疯狂的历史。作为英国石油公司（BP）的前任CEO，作者约翰·布朗涉猎广博，熟知历史又精通科技，在这本科普读物里，他从化学元素的角度揭示世界的起始本源，以小见大，从微观角度描绘宏观历史。在他眼中，代表着力量又具有进攻性的铁、组成生命又释放热量的碳、折射着人类贪婪欲望的金、为世界留下影像的银、蕴藏巨大毁灭能量的铀、创造白色纯净空间的钛，以及催生互联网世界从而彻底颠覆人类生活的硅……每一种都以引人注目的姿态出现，并带着强烈的使命感存在，与我们息息相关。

它们互相结合，创造了生命本身

在我45年的从商生涯里，包括作为英国石油公司（BP）的领导者，我见证过元素这把双刃剑对人类的影响。

小时候，当我要求爸爸给我讲故事时，他经常使用“从前有一天”这样的开场白。元素的故事就是这样开始的。如果用高倍望远镜望向天空，你可以观察到从各个方向传来的低能辐射。140亿年以前，当元素最初形成的时候，这股辐射就已经畅通无阻地在太空里畅游了。它就是宇宙诞生那场大爆炸的残余或者回响。

最初，宇宙只是一股流动的纯粹能量。随着这股能量的膨胀和冷却，粒子——包括质子、中子和电子出现于其中，它们是物质的基本构成要素。宇宙持续冷却，于是粒子融合，形成氦原子和氘原子（也叫重氢）。后来，在这种原子核的聚变过程中诞生了恒星内部的其他元素。

我的父亲奉命驻扎在伊朗南部，我的青少年时期就在那里度过，我的身边随处可见石油和那些令人敬畏的相关产业。每当看见那些巨大的油井钻探机器，我就会感觉既兴奋又紧张。正如我从布拉格的讲座中学到的，石油是由氢和碳构成。“有合适的刺激物和氧气”，布拉格写道，“原子会快速形成新组合，并在此过程中产生大量的热。”我对这一转变过程大感惊奇，因为正是这个过程提供的热量改变了人类社会。碳，以碳氢化合物的形式，带给人们热、光和流动性，创造了自由和新的生活方式。

碳基生命，也是碳基社会

在人类历史的大部分时间里，我们生活得更像一群低等动物，每天只做一些最基本的活动，比如寻找食物、水和住所。在这种生存状态下，人类别无选择，只能为了生存而努力。在大约5万年以前，人类实现“大跨越”，出现了一股创新的潮流，包括复杂语言的使用，最早洞穴岩画的出现，宗教仪式的萌芽以及易货交易的开始。这些变化的时间和起源都具有争议性，但它们的出现无疑与人类对元素的应用密不可分，比如使用新方法雕刻石灰岩，利用铁元素制造颜料和学会控制木材取火。对元素的创造性应用减轻了生存负担，帮助人们制造出工具，为人类文明奠定了基础。在这之后，元素仍继续帮助我们完成伟业，给我们更多自由，也使我们的日常生活有丰富的选择。

人类进步可以用我们驾驭能量的能力来衡量，这些能量比我们自身拥有的大得多，改变世界的程度自然远远超过人类本身所能做到的。在不同的能量来源中，没有哪一种能和碳相比，因为碳以各种形式存在，包括木材、煤炭、石油和天然气。煤可以大大提高生产力，因而直接催生了欧洲和美国的工业革命；相当于一个普通人重量的煤，可以完成的工作等同于这个人100天的工作量。在旅行、贸易、艺术、工程、通信各个领域，人们在碳元素的帮助下完成了许多壮举。

碳还激发了许多其他元素的潜能，有了碳的能量，人们可以炼铁、采金、浓缩铀。碳氢化合物是工业革命以来人类最主要的燃料，但在繁荣的背后，碳也处处给我们留下了污染和伤痛。但我的重点不仅仅是碳元素。在周期表上自然出现的98种元素中，还有6种也加入了改变人类历史的行列：铁、金、银、铀、钛和硅。

七种元素与人类社会的进步

碳的创造性力量帮助其他元素发挥作用，其中铁元素是碳最坚实的盟友。我们只要看看这些铁路、工厂、摩天大楼，就会发现铁是如何缔造了工业财富和社会结构的。

但是在最尖端的专业应用领域，铁就显得或脆弱，或沉重，而新金属钛却在航天航海领域大受欢迎。除了被应用于制造超音速飞机和深潜潜水艇之外，钛更广泛地被用来生产二氧化钛。钛以这种形式在我们的生活中无处不在，满足我们对纯白、洁净和外观的需求。有了二氧化钛，牛奶变得洁白，衬衫变得干净。它们的白净满足了我们内心的某种欲望。

尽管如此普遍，我们一般不会在日常生活中注意到钛元素的存在。摄影中用到的银元素也是如此。摄影给我们带来的影响是巨大的，它让我们用一种本不可能的方式看到这个世界。它将二战、越战和卢旺达种族屠杀鲜活地呈现在我们眼前。通过为我们的领导、邻居和敌人拍照，它还影响着我们看待彼此的方式。它记录我们的回忆、历史和人际关系，同文字和思想不同，摄影给我们带来的是永恒的图像。

和金一起，银更广为人知的一面，是作为储存价值的钱币和贸易的媒介。早在两千年前，地点或许是古萨迪斯城，当第一批钱币出厂时，商人们就以这些稀有珍贵的金属为标准完成国际贸易。金和银促进了人口和物资的流动，也促进了跨行业的思想交流。它们不仅在世界范围内传播元素带来的经济利益，还刺激了人类的进步。

最后一个或许也是最具革新性的元素是硅。最初，硅被用在装饰上，比如制作玻璃珠子、花瓶和镜子。后来，它逐渐成为常见的实用建筑材料，比如被用在高楼大厦表面，以满足人们对光的渴望。不过硅对我们最巨大的影响发生在近半个世纪，因为在此期间，硅被广泛用于计算机内部。在这个“硅时代”，我们能够毫不费力地计算和交流，可以随时获得人类知识的总和。硅对整个社会的影响或许在普通公民身上体现得最为明显。作为现代交流的中心，硅为阿拉伯春天的政治变革提供了有力后盾，也革除了阻挡社会互动几千年的地理障碍。

另一面，

激发人们的欲望和贪婪

元素创造了进步、革新和繁荣，但是它们也给人类和自然带来了巨大的破坏。碳的破坏力体现在它在提取和消耗过程中产生的间接后果里。在英国工业革命期间，那里的空气由于产生的烟雾变得浑浊不堪，成千上万的人葬身于矿井坍塌和爆炸这样的矿难中。随着工业革命的脚步遍布全球，这样的后果也随处可见。直到最近二十年，我们才逐渐意识到碳元素有着不易察觉的危害。燃烧碳氢化合物产生了几十亿吨的二氧化碳，这些二氧化碳被排放到大气层，阻隔了太阳能，也在悄悄地改变着全球气候。

元素的破坏力通常由于人类的故意行为释放出来。铁的特性只是决定了它可以被用于和平的工业生产，人们却用铁制造剑、枪、船只和坦克，将铁变成了高效却残酷血腥的战争工具。铁是战争冲突的主角：在将近一个世纪的时间里，欧洲列强发动战争，只为控制鲁尔和阿尔萨斯—洛林地区大量的铁矿石和焦炭储备。

在我的职业生涯中，我见证了被人们称为“黑色黄金”的石油是如何激发人们的热情、欲望和贪婪的。如今的世界十分依赖石油，因此，各国都迫切想要获得可靠的石油供应保障。掌控石油的领导人们可以获得巨大的权力，但有时，对于生产石油的国家来说，这种储藏不是福利，而是灾难。

但是在元素的历史上，惹得人类犯下最大暴行的还是对金子的追寻。五百多年里，这种贵重金属在人类中激起了巨大的贪婪、疯狂和暴力，引起无休止的掠夺、残杀和奴役。

就破坏力而言，有一种元素独居榜首。铀元素定义了我们的战后时代，它同人类历史上最黑暗的时刻紧紧联系在一起：广岛上空原子弹的爆炸。从这一黑暗时刻衍生出的是希望，我们能够应用铀元素的超级能量去创造，而不是破坏。核电的优势在于成本低廉、数量丰富，这给我们带来巨大的希望，但人们对核能一直怀有恐惧心理。在我们试图控制核武器扩散的同时，铀也继续在全球舞台上扮演着重要角色。而我们在利用铀元素能量的时候，其实也为我们人类埋下了隐患。

仅仅是质子、中子和电子的七种不同组合，就是这七种组合赋予了元素不同的特性。所以我们不禁想到，这些性质是不可避免的，或者不可控制的。我们掌控着自己的命运，而这些元素仅仅是帮助我们发展或毁灭的工具。我们不是元素的奴隶，我们是它们的主人。所以，从根本上来讲，这本书并不是关于元素的，而是关于人类怎样成功通过驾驭元素的固有力量，塑造了我们的文化、经济和社会，并在这一过程中改变了世界。