1543年,哥白尼出版了巨著《天体运行论》,提出了日心宇宙体系。教会势力将它视为异端邪说,对这一学说的支持者横加迫害,热情宣传这一体系的意大利思想家布鲁诺被罗马教廷活活烧死。许多受地心宇宙体系传统观念束缚的人也对这一体系冷嘲热讽,说哥白尼痴人梦语,竟把我们栖身的“纹丝不动”的地球说成是绕太阳转动的一颗行星。因此,这一体系提出后其证实和发展历尽艰辛曲折。在这过程中,有一位著名天文学家曾用二十多年的精确的观测资料为开普勒的行星运动三定律的发现提供了条件,从而对哥白尼日心说的确立和发展起了十分重要的作用,而有趣的是他本人却并不赞成这一宇宙体系。这位著名天文学家就是观测天文学大师第谷。
过继风波
第谷实际上姓布拉赫,全名为第谷·布拉赫,但当他成名之后,人们习惯于直接用他的名第谷称呼他。1546年12月14日,第谷和他的孪生哥哥降生于北欧古城斯科讷的一个丹麦贵族家庭中,斯科讷今属瑞典,但当时却属于丹麦。第谷的父亲奥托·布拉赫是丹麦的枢密顾问官,他后来成了十个儿女(五男五女)的父亲,降生后不久便夭折的第谷的孪生哥哥还不包括在内。奥托·布拉赫的弟弟约尔根·布拉赫也是一位贵族,而且十分富有,但遗憾的是没有孩子。襁褓中的第谷十分逗人喜爱,约尔根夫妇常来看望他,抱他和逗他玩。有一天,约尔根向他哥哥奥托提出,能否把第谷过继给他作养子,奥托碍于兄弟情面不好直言回绝,便敷衍说,等他有了下一个孩子时再把第谷过继给他。这句话也许奥托根本没有想到需要兑现,而约尔却认为这是哥哥对他的明确的承诺。几年后,奥托太太又分娩了,为奥托生下了又一个孩子。约尔根就要求哥哥履行自己的诺言,但奥托却找出一些理由来推托,例如说第谷的孪生哥哥不幸夭折,他们正蒙受失子之痛,因此不能再失去第谷等等,总之奥托并不愿意把第谷过继给约尔根作养子。约尔根对哥哥的食言很生气,有一天,他又一次来哥哥家,抱着第谷说是带他上街玩,然而竟一去不返。奥托赶到弟弟家中寻找儿子,约尔根家中的仆人告诉他,主人夫妇已外出旅行。在这之后的一年时间里,约尔根夫妇多次托人捎信给哥哥,要求他履行诺言,把第谷过继给他,他还保证一定像疼爱亲生儿子一样疼爱第谷,并将给第谷提供全丹麦最好的教育。一年多以后,奥托只得应允弟弟,把第谷过继给他作养子。
矢志不移
约尔根是个讲信用的人,为使第谷得到良好的教育,在第谷七岁时,他就雇了家庭教师为第谷单独授课,第谷先跟着家庭教师学习拉丁文,此后又陆续学习了当时丹麦小学生应学的所有课程。约尔根期望养子将来成为政治家,第谷十三岁时,他送第谷去哥本哈根大学学习哲学。那时候,接受初等教育后便进大学的情况并不罕见,因那时大学课程之深度远较当今为低。刚进校时,第谷学的是中世纪学校中的所谓三学科,即文法、逻辑和修辞。接着他又学习了希腊文、拉丁文以及亚里士多德的辩证法以及中世纪学校中的所谓四学科——算术、几何、天文和音乐。
1560年8月21日,进哥本哈根大学才一年的少年第谷首次接触到天文学。根据天文学家的预报,他观测了这天发生的日食。这次日食在葡萄牙等地可以见到日全食,但在丹麦哥本哈根只能看到日偏食。第谷不仅对日食观测本身感兴趣,而且对天文学家事先的准确预报深感惊叹,他曾对人说道:“人们能够如此精确地知道天体的运动,能够提前很长时间预告天体的方位和各天体之间的相对位置,真是神奇无比。”于是,他下决心钻研神秘的天文学。他买了一部托勒密的《天文学大成》,一有空闲就孜孜不倦地钻研它,并与哥本哈根一些爱好天文学的朋友们展开了热烈的讨论。
为了使第谷摆脱哥本哈根那些爱好天文学的朋友们的影响,同时也是遵照贵族子弟必须熟悉法律的要求,在第谷16岁时,约尔根将他送往德国的莱比锡大学学习法律。约尔根还派一位名叫维德尔的家庭教师与他一同前往。维德尔只比第谷大四岁,他不仅需要照顾第谷的生活,而且负有看管和辅导第谷学习的责任。这位家庭教师还在该校旁听历史课程,后来成为著名的丹麦皇家史官。在莱比锡大学,维德尔为了尽到自己看管第谷使之专注于法律学习的职责,煞费苦心,但这丝毫阻挡不了第谷对天文学的浓厚兴趣,尽管第谷在白天也常去听听该校的法律课程,但这只是为了应付维德尔的督查,夜晚,当维德尔外出或入睡时,他便偷偷地钻研天文学,用自制的仪器观测星空。
1563年8月,发生土星与木星相合的天象,年方十七岁的第谷通过观测发现,由《阿方索天文表》推算的这一天象发生的日期竟与实际情况相差一个月之久,而用当时最精确的《普鲁士天文表》推算的这一天象发生的日期也与实际情况相差数天。这事给第谷以很深的印象,使他认识到进行天文学实测工作的重要性。
1565年春,丹麦和瑞典爆发了战争,第谷奉养父之命离开莱比锡大学回到家中。同年初夏,丹麦国王腓特烈二世在返回哥本哈根城堡途中不慎落水,当时任海军中将的约尔根·布拉赫奋力救驾,但自己却因此受凉得了感冒,不久便去世了。第谷对养父的去世十分悲痛,但对此后再也不会有人干涉自己钻研天文学又深感欣慰。从此以后,他再也不必偷偷摸摸地钻研天文学,而完全可以光明正大地从事此项研究了。
削鼻轶事
1566年秋,第谷进位于波罗的海之滨的罗斯托克大学攻读占星术、炼金术和医学。这年年底,年少气盛的第谷刚刚度过他的20周岁生日,与该校一个脾气也很刚烈的贵族青年发生了冲突,他们两人都自认为自己是比对方更高明的数学家,争执中彼此恶语相加,双方都感到受到对方极大的污辱,最后相约用决斗来解决这场纠纷。夜色中两人来到一个广场上持剑恶斗,剑光闪闪,剑与剑的碰击声响彻了寂静的广场。第谷的剑术比对方略逊一筹,渐渐只有招架之功,却无还手之力。突然间,对方一剑往脸部刺来,第谷已来不及用剑抵挡,只好将头往后躲闪,他感到脸上一阵剧痛,原来自己的鼻子尖已被对方的剑削去。他只得认输,向对方要求停止决斗。20岁的青年就失去了半个鼻子,当然是很不雅观的,这与贵族子弟的身份更不相称。于是,第谷用金、银、铜的合金做了一个人造鼻尖,用油膏将它固定在自己的塌鼻上。这个假鼻居然使人真假难辨,它首次显示了第谷高超的技艺。这件轶事在300多年后得到了有力的证实:1901年6月24日,后人打开他的墓冢,发现在他的头骨的鼻穴顶端处有一滩鲜绿的斑迹,研究表明它正是金、银、铜合金的人造鼻尖的遗迹。
第谷新星
1568年5月,丹麦国王腓特烈二世将西兰岛上罗斯基勒大教堂中一个极为清闲的圣职赐于第谷,此圣职几乎没有什么必须做的事,但却有可观的薪俸。同年夏,第谷考入巴塞尔大学,翌年在该校毕业后,周游欧洲许多国家,遍访师友,热诚请教天文学问题。1570年,奥托·布拉赫的健康情况恶化,第谷返回家乡探望生父。翌年奥托去世,他继承了部分遗产,但他并不喜欢家乡的生活,于是住到家乡附近黑里兹瓦德修道院任圣职的舅父家中,并在那里搞炼金实验。
1572年11月11日黄昏,第谷和其仆人一起从炼金场回家,他忽然发现在群星熠熠的夜空中有一极明亮的星在仙后座中闪耀。这颗星是过去从未见到过的。他感到十分惊异,乃手指该星问其仆人,是否在此方向上看到一颗亮星,仆人点头称是。他才相信这不是幻觉,而是一颗确实存在的明亮星体。第谷知道,这样的星在古希腊的依巴谷时代就已经出现过,它被称为新星。从发现这一新星之日起,一遇睛夜他就坚持对它进行观测,发现它最亮时竟与金星相当,当年12月它像木星一样明亮,翌年2月成为一颗1等星,4月成为一颗2等星,6月降为3等星,直到1574年初才无法看到它。在记录其亮度变化的同时,他还用仪器仔细测量它与仙后座诸星之间的角距离。如果它比这些恒星近得多,当天穹旋转时,它与这些恒星的角距离必然会有变化,这就像我们坐船航行时,两岸的景物相对于远处的群山会有位移一样。但他未观测到该新星与仙后座诸星之间有任何位置变化,这说明它既不在月地之间的区域,也不在“游荡之星”(指行星)的轨道之间,而是属于更为遥远的恒星一类的天体。1573年,他出版了《论新星》一书,公布了他对这颗新星的观测和研究的结果。此星现在被称为“第谷新星”。根据现代天文学的研究,第谷观测到的这颗新星实际上是银河系中一颗十分罕见的超新星。早先,人们还不能区别新星和超新星,往往把突然变得十分明亮的星统称为新星。直到20世纪30年代以后,人们才开始把新星和超新星区分开来,弄清新星爆发时只抛出星体本身不足百万分之一的质量,亮度约比原先增加上万倍,而超新星则是星体本身的一种粉碎性爆炸,其亮度比原先增加数千万倍。第谷对该星所作的宝贵观测数据为人们研究超新星提供了可贵的历史资料。
国王垂青
对1572年新星的观测和《论新星》一书的出版使第谷在欧洲天文学界崭露头角。他筹划着移居国外,到一个有较好天文观测条件的地方去施展自己的才能。但是,当时他的计划最终落空了,因为他正热恋着一位名叫克丽斯廷娜的姑娘,并在《论新星》一书出版的当年与她同居。俩人似乎始终没有去教堂举行婚礼,据说这是由于克丽斯廷娜出身寒门,第谷家族坚决反对这门亲事的缘故。但第谷始终和她伉俪情深,他们终身相伴,生了三子五女。
1574年9月~1575年初,第谷在哥本哈根大学作了有关星占学的一系列演讲。在当时,天文学家兼为星占家的情况相当普遍,第谷也被同时代的人看成是一位出色的星占家。在演讲中,他宣称:“星占家并未用星辰来限制、束缚人的愿望,相反却承认人身上有比星辰更崇高的东西。只要人像真正的人、像超人那样生活,他就能依靠这种东西去克服那些带来不幸的星辰影响。”换言之,人的命运虽然可以通过研究星辰运行来揭示,但也可以通过自己不屈不挠的奋斗使之加以改变。这种星占学观点的确与他同时代的星占家的见解颇为不同。
1575年春,第谷到达卡塞尔,访问了黑森的威廉四世伯爵。在这位酷爱天文学的伯爵的城堡中,拥有许多天文仪器。第谷与伯爵共同进行了一个多星期的天文观测。伯爵对第谷的才能留下了极深的印象。此后半年多的时间里,第谷在德国、意大利等欧洲许多国家漫游,到处拜访著名天文学家并观看他们的天文仪器。1575年底,第谷返回家中。
1575年底~1576年初,威廉四世伯爵写信给丹麦国王腓特烈二世,建议国王给第谷提供必要的设备和条件,让第谷潜心研究天文学。伯爵认为,此举不仅会促进科学的发展,而且也会给国王和国家带来声誉。腓特烈二世本来就以科学事业的捐助人著称,他对威廉四世伯爵的建议深表赞成,决定为第谷的天文学研究提供强有力的支持。他立即派一贵族青年为专使,日夜兼程,前往通知第谷前来接受国王的召见。1576年2月11日第谷接到王令后立即动身去哥本哈根朝拜国王。国王慷慨地将汶岛赐给第谷,岛上所有土地都归他所有,所有佃户都归他管辖,应向他缴纳地租。国王拨给他足够在岛上建天文台的经费,还答应每年提供可观的津贴。腓特烈二世对第谷的垂青,造就了一位卓越不凡的天文学家,也成了因统治者大力支持而导致科学事业蓬勃发展的一个典型范例。
汶岛生涯
汶岛是位于赫尔辛格(丹麦西兰岛北部名城)和哥本哈根之间的一座小岛,风景如画。陡崖狭谷可挡住好奇人的窥视,岛的东南方海岸处是一片平地,适于建造一个码头,汶岛的居民住在靠近北海岸的一个村庄里,都从事农业生产。岛的中央地势稍高,第谷在那里建造了宏伟的建筑物天堡,该建筑物的主楼具有斯堪的纳维亚古建筑的典型特色,它准确地屹立在一个每边长约75米的正方形围墙的中央,围墙东边和西边的拐角处各有一扇大门,北边的拐角处是一座专供仆人使用的小楼,南边拐角处也有一座小楼则作为印刷所。围墙内有四条准确指向东、西、南、北方位的道路,从中央主楼通往东西两扇大门和南北两幢小楼,构成正方形图案中的对角线。在围墙内还辟有菜园和花圃,并种了数百棵树木,同建筑物相映成趣。几年后,第谷又在天堡南侧约30米处建了一座新的建筑物星堡,天堡和星堡都是当时首屈一指的天文台。
在天堡和星堡中,第谷装备了十多种古代天文仪器,如方位仪、纪限仪、三角仪、象限仪、墙式象限仪、赤道浑仪、大浑仪、天球仪等。这些仪器都是由第谷亲自设计,由工匠们就地制造的。第谷的仪器制造和安装的精度很高,其尺度也往往较大,其中尺度最大的是巨型墙式象限仪和大浑仪。巨型墙式象限仪依附在正南北取向的墙上,故称墙式象限仪,它的主体是一个半径1.8米的刻度精细的铜圆弧,圆弧上装有一个观测天体的瞄准器。南侧一堵东西方向的墙的上端有一观测孔,瞄准器正是透过这一观测孔观测天体的。铜圆弧的内侧是一幅巨大的绘有第谷像的壁画,壁画中第谷的手正指向观测孔。铜圆弧的前方几位观测者正在进行观测和记录。墙式象限仪可以用来测定天体的地平高度以及天体过子午圈的时刻。大浑仪的结构十分独特。它是在北高南低的两基座之上安装了一根与地球自转轴相平行的极轴,直径约3米的大赤经圈装在该极轴上并能绕极轴旋转。从赤经圈中心向外对称地装有两个可沿赤经圈移动的瞄准器。先用其中之一瞄准天体,从赤经圈上读得天体的赤纬值,然后把赤经圈反转180°再瞄准同一天体,也读得其赤纬值,取两次观测的平均值作为天体赤纬观测的最后结果。这种方法可消除许多测量误差,大大提高测量精度。在大赤经圈的下侧有一个半圆弧状的环圈,大赤经圈上的瞄准器对准所观测的天体时,也可同时读出大赤经圈相对于此环圈的坐标位置,用它可以推算出天体的赤经值。
为提高仪器的观测精度,他还十分注意度盘刻度的划分,提出了著名的横断点分弧法,他将度盘中的1°分为6等分,每等分又在横向斜刻了10个点,这样1°内就有60个点,从而使刻度精确到1′。
第谷有一批训练有素的助手,最多时达到40人,其中著名的有朗格蒙太努、威蒂等。朗格蒙太努是一位穷苦农民的儿子,他不愿像父亲一样一辈子种地,15岁进一所中等学校读书,16世纪80年代初考入哥本哈根大学,很可能由于经济上原因,只读了一年便辍学到天堡当助手,此后一直和第谷在一起,直到1597年两人都离开了汶岛。威蒂在1580年前后在汶岛当第谷的助手,1584年到达卡塞尔在威廉四世伯爵处当助手,他曾向这位伯爵详细描绘过第谷的仪器,并介绍了第谷的“横断点分弧法”。伯爵听了非常心动,以致于他专门聘请了一位仪器制造匠,按照威蒂所描绘的图样来改进自己的仪器。第谷对自己的所有助手要求都十分严格,要求他们一丝不苟地进行天文观测,准确地记下每个观测数据。
由于拥有举世无双的仪器以及具有高超的观测技术,因此第谷和他的助手们的观测精度在望远镜问世以前是首屈一指的,所测天体位置的误差已小于2′,几乎已达到肉眼观测所能获的精度极限。
第谷到达汶岛一年多后,就碰上了一次罕见天象——1577年大彗星。第谷首次见到它是在这年11月13日傍晚,从这日起直到翌年1月26日,他一直对它进行了认真、仔细的观测。那时,天堡中几架大型仪器还未建成,他用当时已建成的几架尺寸较小的仪器进行了观测,测定它的坐标位置,研究是否随着天穹的旋转而存在视差位移,他得出结论,该彗星离地球的距离至少为月亮与地球距离的三倍。公元前4世纪,古希腊著名哲学家亚里士多德曾提出,彗星是地球大气中的产物,这种见解直到第谷时代还有很多信奉者。第谷对彗星距离的测定有力地否定了这种错误见解。亚里士多德还提出了一种多重天球层的宇宙理论,这些天球层是一系列以地球为中心的同心球,它们以不同的速度绕地球旋转,由于它们像水晶一样透明,所以不为人们所见,太阳、月亮以及诸行星分别位于这一系列天球层的某几层上,它们的视运动正是这一系列天球层组合运动的产物。第谷发现1577年大彗星实际上在离地球好多倍月地距离处绕着太阳运转,它在运动过程中轻易地穿越了亚里士多德的一个个天球层而未受到任何阻碍,这表明亚里士多德所提出的这种天球层根本不存在。第谷指出,亚里士多德的许多见解来自于思辩,而不是来自于实际的天文观测。
在汶岛,第谷后来还观测了1580年、1582年、1585年和1590年出现的几颗肉眼可见的彗星,但1577年大彗星无疑是他观测最深入、获得成果最多的一颗彗星,甚至十一年之后,在他1588年出版的拉丁文著作《最新天象一览》中,还对该彗星作了专门论述。
第谷精确测定了大量恒星的位置,编制出版了一部列有777颗恒星坐标的星表。该星表的精度远高于古希腊的依巴谷星表和中世纪阿拉伯世界的乌鲁伯格星表,已达到了望远镜问世前凭借古代天文仪器观测所能达到的精度极限。
第谷在汶岛最宝贵的天文观测资料是有关行星方面的,他和他的助手们坚持年复一年地测定各颗行星的视位置和它们在天球上的视运动,积累了大量行星运动的宝贵观测资料,正是这些资料为开普勒建立行星运动三定律准备了条件。
第谷不仅精于天文观测,而且也在考虑宇宙体系这个大问题。他对哥白尼的日心宇宙体系有清晰的了解,曾钦佩地写道:“哥白尼把我们从过去数学家所陷入的矛盾里解放出来,而且他的理论与实际天象更相吻合。”但他又惋惜这一体系无法与上帝创世、人类中心的宗教观念相调和。他还试图去实测恒星的视差位移——如果地球真的在绕着太阳公转,在半年中它从绕太阳公转轨道的一端走到另一端,恒星就应该出现视差位移。但他经过仔细测量,却没有测到任何一颗恒星存在着这样的视差位移。于是他认为哥白尼主张的地球绕太阳转动的理论与实际天文观测并不符合。最后他提出了一个介于哥白尼日心体系和托勒玫地心体系之间的折衷体系——第谷宇宙体系。这一体系认为五大行星绕太阳运行,太阳带着它们绕在宇宙中心静止不动的地球转动,最外层的恒星天每天绕地球转动一周。这一体系完成于1582年,起初第谷只是把它画在星堡顶楼的天花板上。1588年,在他出版的拉丁文著作《最新天象一览》中正式公布了这一体系。在该书中,第谷还认为彗星也像行星一样,它也在围绕太阳的近圆轨道上运转。
第谷在汶岛生活得十分快乐,周围是他的亲人、助手和心爱的仪器。晴夜,几乎每一架重要仪器都有人值班观测,第谷不时巡查,偶尔给他的助手们一些指导,各种天文观测资料日积月累,不断增加。白天,一批批达官贵人不时前去访问,其中有公爵、伯爵、大臣甚至王后。第谷为他们举行豪华的宴会,组织游猎和竞赛。在宴会上,第谷的腿上常常坐着一个据说具有心灵感应奇异功能的侏儒,只要第谷稍加暗示,他就为客人们作即兴表演,供来访的贵宾们取乐消遣。
1588年,丹麦国王腓特烈二世驾崩,枢密院选出四位摄政大臣掌握国家大权,辅佐登基的年方11岁的幼君克里斯琴。摄政大臣中有第谷的好友,因此第谷仍能继续领取优厚的津贴,继续过着令人羡慕的生活。
然而,这种舒心的生活暗暗潜伏着危机。居住在汶岛上的农民都是第谷的佃户,他们每星期得为第谷白干两天体力活,违抗者往往会被第谷关进天堡的地下室忍饥挨饿,直到第谷的妻子偷偷把他们放走为止。在新国王即将成年之际,有一次第谷和他的一个佃户发生了矛盾,第谷甚至给这个佃户带上镣铐。事情闹到丹麦最高法院,尽管最高法院出面干预,但第谷却继续折磨这个可怜的人。设在汶岛的一座教堂归第谷所有,第谷一直享用教堂的收益但却不顾别人的提醒忽视对教堂的维修。第谷每年从王室领取的巨额津贴也遭到其他贵族的妒嫉,于是他们常常将上面这类事情添油加醋地禀告新国王。这位新国王也许不像他父亲那样支持科学事业,他可能认为给汶岛的巨额津贴是不必要的浪费,也许他对第谷折磨佃户的事件深感恼火,认为这是对标榜爱护所有国民的他的一种挑战,因此他要想使第谷知道谁是汶岛的真正主人。总之,当1597年国王20岁、摄政时期宣告结束时,开始独掌大权的新国王便立即大大削减每年给第谷的津贴,使汶岛天文台的经费处于入不敷出的境地。第谷对此满腹愤恨,他遣散了助手,结束了他在汶岛持续21年之久的天文观测,离开汶岛远走他乡。
慧眼识人
第谷在哥本哈根小住一段时间后,离开丹麦来到德国的罗斯托克,他在那里给丹麦国王克里斯琴写了一封信。信上说如果给汶岛天文台的津贴能够恢复,对他的工作能有正确的评价,他依然可以回到汶岛继续他的工作。当这封信送抵丹麦国王手中时,这位国王正在为第谷的突然出走深感愤怒,读了这封信更认为第谷是在对他进行要挟,于是给第谷回复了一封充满谴辞的信。信中说第谷首先应该回国,然后才有可能考虑恢复部分津贴的问题。第谷深感与丹麦皇廷的关系已经搞僵,以往在汶岛的那种黄金岁月再也不会重现了,于是决定不再回丹麦。他又到了德国汉堡附近的万茨贝克,在那里作了一些天文观测,撰写了《天文仪器的结构》一书,并在1598年出版。该书中描述了他自己的各种仪器及使用方法,并附有自传和自己所作的天文发现。他把此书寄给许多人,其中一本送到了波希米亚和匈牙利的国王鲁道夫二世手中。鲁道夫二世以科学事业的捐助人著称,他对第谷出色的天文工作早有所闻,读了这本书更加深了印象,再加上第谷的一些贵族朋友向他游说,于是他决定资助第谷。
1599年6月,第谷应鲁道夫二世之请来到布拉格,鲁道夫皇帝聘他任御前天文学家,年薪3000弗罗林,这是一笔相当可观的巨款。第谷后来给自己的密友、少年时代的家庭教师维德尔的信中说,他的年薪比宫廷中任何一位大臣都高。鲁道夫二世还让第谷在布拉格近郊挑选一个城堡,以便开展天文观测和研究。第谷选择了布拉格以北约30公里的贝纳特基城堡,他带家眷来到那里,一些随身带的仪器立即安装了起来,并立即派人用船搬运汶岛天文台的某些其他仪器,这些仪器于翌年到达贝纳特基城堡。
第谷初步安顿下来以后,就给原先的一些助手发信,请他们前来工作,但只有朗格蒙太努等很少几人接受了这一邀请。正当第谷感到缺乏助手的时候,他收到了在格拉茨的青年数学家开普勒的一封来信,问是否可以前往查阅第谷的观测资料。第谷虽然并不认识开普勒,但几年前曾收到过后者敬赠的著作《宇宙的神秘》。在开普勒这部处女作中,提出了一种构思奇特的理论,认为太阳位于宇宙中心,包括地球在内的六大行星则位于太阳为中心的各个天球上,在这些行星天球之间,分别存在着五种正多面体(正四面体、正立方体、正八面体、正十二面体和正二十面体),而且每一正多面体与其内的那个行星的所在天球相切,而与其外的那个行星的所在天球相接,这样六大行星之间正好被五种正多面体所填满。十分有趣的是,经开普勒精心排列自内向外的五种正多面体的次序之后,由该图像所给出的各行星到太阳的距离之比,竟与哥白尼所给出的诸行星到太阳的距离之比相当吻合。即使在现在,不少人也会将此图像评价为一种高超的数学游戏。当时第谷读了这本书后,虽然不赞成这一图像,但却对开普勒的数学才华十分钦佩。因此,当他得知开普勒即将来拜访自己时,感到十分高兴。他赶紧给开普勒回复了一封热情洋溢的信:“来吧,不是作为一个陌生人,而是作为一个深受欢迎的朋友,像我和我的亲密的同事一样,来共享我的仪器所获得的观测资料吧。”1600年2月3日,开普勒来到贝纳特基城堡拜见第谷。
这以后,开普勒在第谷处工作了四个月之久。应第谷的要求,开普勒应用第谷的观测资料研究火星的运动。第谷与开普勒两人除了都热爱他们毕生的事业之外,在所有的事情上都正好对立:第谷已届中年,正处在事业的顶峰,拥有财富、名誉,并且是个贵族;开普勒初出茅庐,年轻、贫穷、鲜为人知,而且是个平民。于是两人间产生了许多摩擦。由于鲁道夫二世不愿意再雇用一位数学家,所以开普勒无法从皇廷获得工资收入,他的生活费用只能由第谷提供,这种经济上的依附关系,再加地位、名望、年龄上的悬殊,使他只能处于第谷的助手的地位,深知自己才华的开普勒对此深感不快。开普勒一度对第谷产生了误会,但心情暴躁的第谷慧眼识人,认识到开普勒是一位运用观测资料进行理论分析的最佳人选,因此,表现出了惊人的克制,他把开普勒对他的误会看成是耍小孩子脾气,宽容地进行了解释,这使开普勒颇感惭愧。
1600年初夏,开普勒离开第谷返回格拉茨,由于宗教信仰问题,他受尽迫害,陷入困境。当第谷得知这一情况后,再次诚恳地邀请开普勒前来工作,而且宽厚地答应开普勒的条件:开普勒为第谷进行理论研究,而第谷则供养开普勒全家的生活。
1600年10月19日,开普勒携全家来到第谷处,继续他们之间的合作。当时,第谷的一位主要助手朗格蒙太努在完成对月球的研究之后已离开第谷,返回丹麦当上了哥本哈根大学教授。第谷更感到开普勒在他身边工作的重要性。他对开普勒一家关怀备至,在开普勒面前也大大收敛了昔日的傲慢。
1601年初秋,第谷的健康已经不佳,但他却支撑着前去罗森贝格拜访一位男爵,在一次晚宴时突然发病,回家后病情加重,连续几天处于昏迷状态,不幸于这年10月24日逝世。临终前第谷把开普勒叫到床前,把自己长期积累的行星运动资料交给开普勒,嘱咐他一定要尊重观测事实,同时要他运用自己的宇宙体系来进行行星运动的理论研究。还对开普勒说,为了感谢鲁道夫皇帝的知遇之恩,自己本打算编一部以“鲁道夫”命名的高精度星表,但现在只能托付给他了。开普勒一一含泪答应。后来开普勒真的不负第谷的期望,他应用第谷的观测资料发现了著名的行星运动三定律,还编出了高精度的《鲁道夫星表》。
功高千秋
第谷在弥留之际,一再喃喃地说:但愿此生并未虚度。答案是肯定的,他的工作和声望已永载天文学的史册。
第谷出身在一个贵族家庭,但他没有沉醉在贵族的富有物质生活中,而是坚定不移地把毕生精力献身科学事业,这确实是难能可贵的。更难能可贵的是,当时的欧洲经院哲学相当泛滥,这种哲学反对进行实际考察,强调神的启示和繁琐推理,而第谷却能反其道而行之,他始终把天文实测工作放在第一位,在汶岛使用自己研制的第一流的古代天文仪器进行了长达21年的天文观测,从而获得了大量高精度的观测资料。他还谆谆嘱咐开普勒要尊重观测事实。这种持之以恒的信念使他取得了成功,也给后来开普勒的研究点燃了一盏永不熄灭的航标灯。最后,第谷的成功还在于他慧眼识人,发现了开普勒并委托他来完成自己的未竟事业。他与开普勒的合作是科学史上实测工作与理论工作紧密配合取得辉煌成果的范例。也正因为这一成功的合作,第谷在天文学史上的地位更有所提高,使他成为功高千秋的人物。
化学原子学说的创立
许多人都会这样想:科学家必定都是上过大学的人。然而,事实并非如此。英国著名化学家、化学原子学说创立者道尔顿,就只是念过几年小学而自学成才的人。他在化学和物理学方面,都做出了重大贡献。一个只上过小学的人,是怎样勤奋自学成就大业的呢!
家境贫寒的少年
1766年9月的一天,约翰·道尔顿诞生在英国农村一个贫苦的家庭里。父亲是个手工纺织工,靠微薄的收入来养活6个孩子,生活十分困难。年幼的道尔顿,只在当地教会办的小学里读了几年书,就被迫辍学了。老师们对道尔顿的辍学都很惋惜,因为他那好学深思的优点深得老师们的称赞。他的数学老师弗莱彻先生说:“在教会的孩子们当中,思想最成熟的就是约翰。”正是由于这位老师的推荐,年仅12岁的道尔顿,便当上了乡村小学的教师。
那时的道尔顿,边教书,边干农活,边学习各种知识。当地一位有学问的教徒鲁滨逊,经常利用业余时间,教他数学、物理等知识,还送他一个自制的气压计。从此,他对自然科学便产生了浓厚的兴趣。
但是,家庭的贫困使道尔顿难以安心工作和学习。他的父母从早到晚不停地在织布机前干活,挣来的钱还是维持不了这个八口之家的温饱。他做教师的收入也很少,没能给父母减轻多少负担。可怜的妹妹和弟弟,由于体弱多病,相续死去。看到这情景,他决定外出谋生,找个挣钱多一些的工作,以减轻父母的沉重负担。
1781年,15岁的道尔顿便来到他表兄办的一所城市学校,做了初级中学的教员。收入增加了,家庭困境也有所好转。在这里,他安下心来自学了拉丁文、希腊文、法文和高等数学、自然哲学、文学等大学课程,还有幸结识了一位盲人学者约翰·豪夫。
豪夫是因幼年患天花而双目失明的。他有过人的毅力和才智,掌握多种外语,精通天文学、数学、化学和医学,还具有令人惊奇的触觉和嗅觉,能靠嗅觉将远处的植物分辨出来。
道尔顿十分敬佩这位盲人学者,经常去拜访、求教。豪夫不仅教他掌握了许多新的科学知识,还教会他如何做实验,如何搜集动植物标本,如何做气象观测记录等许多实际本领。正是在这位学识渊博而又待人热情的盲人学者的指导下,道尔顿才迈出了对自然界进行科学研究的第一步。
气象学家
在科学研究上,道尔顿最初感兴趣的不是化学,也不是动植物,而是气象。从1787年起,他就每天观测气象,并认真做观测记录。当时他所用的仪器,主要是自己制造的,还有家乡的鲁滨逊先生赠送的气压计。他常常背起这些仪器外出观测,收集有关大气的压力、湿度、温度以及风力、降水量等多方面的数据资料。他还在自己校园里安装了雨量计。
而对自己苦心收集的气象资料,他认真进行研究、分析并从中探索气候变化的原因和规律。1793年,他的第一部学术著作《气象观测论文集》发表了。在这本书里,他总结了几年来自己观测的结果;介绍了气压计、温度计、湿度计及其他一些仪器的装置;对于云的形成、水的蒸发、降水量的分布等,也进行了科学的分析。在当时气象学还很薄弱的情况下,这部专著的发表,受到科学界的极大重视。由此,27岁的中学教师道尔顿,成了知名人士。当年,就受到曼彻斯特一个学院的聘请,担任了数学和自然科学的讲师。
道尔顿告别了工作12年的中学和导师豪夫,来到了曼彻斯特这个文化发达的城市。这里有藏书丰富的图书馆,可以看到许多新书刊,学到许多新知识;这里有各种学会和学术社团,可以进行学术交流,发表学术讲演;这里还住着许多著名科学家和学者,可以登门拜访、求教和讨论问题。这里对从事科学研究的人来说,的确是一个大有作为的广阔天地。
道尔顿在学院的教学工作负担很重,但他依然坚持自学、坚持气象观测、坚持科学研究。他每天起得很早,睡得很晚。正像他给朋友的一封信中写的那样,为了科学总是“黎明即起,午夜方眠”。
在科学领域中,任何一项成果的取得,都必须付出巨大的努力。这不仅要有足够的时间和精力,要有刻苦钻研的精神,要有知识的积累和不断更新,还必须具备搞自然科学研究的实验条件。但是,道尔顿所在的学院,实验条件缺乏,教学又占用了他过多的时间,对他开展科学研究工作,十分不利。他感到这样继续下去,虽也能多少搞一点研究,但要取得像样的成果,是不大可能的。摆在道尔顿面前的这个难题如何解决呢?倘若辞去学院的工作,专搞科学研究,那么,生活和研究的费用从哪里来?如果辞职后,大部分时间搞研究,而用少量时间做私人教师以保证起码的经济收入,问题不就可以解决了吗!他只能这样抉择了。
1799年,道尔顿辞去了学院的工作,做了私人授课教师。他向一位牧师租了几间房,布置了实验室和居室。每天他仅用两个小时去授课,其余时间几乎都是在实验室里度过的。在这里,他过着简朴的生活,坚持科学研究达25年之久。他一生中最重要的一些成就,都是在这里取得的。
分压定律
道尔顿在辞去学院工作两年后,就发表了有关大气的组成和性质的论文。他论证了大气都是由氧气、氮气、二氧化碳和水蒸气4种主要物质所组成,并阐明了气体受热膨胀等方面的性质。继而他又研究了混合气形成的原因,发表了《弹性流体彼此相互扩散的趋势》的论文,指出气体混合物的形成,是由于气体都具有均匀扩散的性质。
道尔顿对于气体的这些研究成果,虽不属于气象学的范围,但跟他的气象观测密切相关。这正如他自己说的:“由于长期做气象记录,就注意思考大气的组成和性质。使我感到奇怪的是,为什么由多种气体混合而成的大气或其他混合气,竟能在外观上形成一种均匀体呢?”正是基于这种思考,道尔顿才由研究气象开始,进而对气体的性质做了多方面的研究。
随着对气体性质的研究逐步深入,他对气体的压力认真思考起来。他认为,要说明气体的特性,还有一个很重要的方面,就是它的压力。混合气体是由多种气体混合而成的,混合气体中各种不同气体的压力如何呢?它跟混合气的总压力又有什么关系呢?要弄清这样的问题,就必须进行实验。
道尔顿选择了两种互不发生化学反应的气体。在两个体积相同的容器中,分别盛有这两种不同的气体。先测出它们各自的压力。再将一个容器里的气体,引入另一个容器中,使两种气体在同一容器中混合。这时测得混合气的总压力,恰好就等于这两种气体单独占有该容器时的压力之和。如果把混合气中每一种气体的压力称做分压,那么,道尔顿根据实验结果得出的结论就是:混合气体的总压力,就等于组成该混合气的各种组分气体的分压之和。这就是1801年道尔顿发现的一个重要定律,即著名的“道尔顿分压定律”。这一定律的发现,对于物理学的发展是一项突出的贡献。
一个伟大的科学家,是从来不会满足于自己已经取得的成就,而总是在事业上不断地探索和追求的。道尔顿认为,自己在气体研究上的成果以及分压定律的发现,仅仅是总结出客观存在的规律,但还没有揭示出产生这些规律的原因是什么。他又陷入了沉思中:混合气体的总压,恰好就等于各组分气体的分压之和,这究竟是为什么?怎样进行科学的解释呢?
原子学说
根据道尔顿分压定律,混合气体中某种气体的分压,跟这种气体单独占有该体积时的压力是相等的。这就清楚地表明,某种气体在容器里的存在状态,跟容器里其他气体的存在没有关系。由此,道尔顿想到的就是气体必定具有微粒结构。这就是说,气体都是由极小的微粒构成的,不同的气体具有不同的微粒。当两种气体混合时,一种气体的微粒,均匀地分布在另一种气体的微粒之间。因此,这种气体的微粒所表现出来的性质,跟另一种气体的微粒无关。
物质具有微粒结构的观点,并非道尔顿的发明。早在两千多年以前,古希腊的哲学家德谟克里特(公元前460~前370年),就提出物质都是由一些坚硬的、不可再分割的微粒构成的,并把这种微粒称做“原子”(希腊文的原意就是“不可再分割”的意思)。这种古代原子论,是靠观察推测而得出的结论。在当时,并未被科学实验所证实,只是一种哲学观点。后来,到了17世纪后期,也有些科学家提出过物质具有微粒结构的说法,但都不能科学地解释化学现象而未得到公认。
道尔顿也把物质的微粒称做原子,但他的原子学说,跟以往的原子论是不同的。正如他自己所说:“在我之前的各种关于微粒的学说,其共同点在于都认为,构成物质的微粒(即原子)是一些大小相同、一模一样的小球。而我认为,同一元素的原子是相同的,不同元素的原子则是不同的”。
1803年10月的一天,道尔顿在曼彻斯特文学哲学学会上,宣读了自己的论文。他的化学原子学说的要点就是:一切物质都是由原子这种不可再分的微粒构成的;单质由简单原子所构成,化合物由“复杂原子”(即现在说的分子)所构成;不同元素的原子其性质、大小特别是重量即原子量,是不同的。在这里他第一个提出了原子量的概念,并把它看做是区分不同原子的最重要的特征。
在今天看来,道尔顿的原子学说,确有一些不完善之处。他没能把原子和分子这两种不同的微粒加以区分,他说原子是不可再分的,也是不正确的。但是,在当时这一学说的建立,结束了多年来人们对原子认识的混乱状态,在化学发展史上,是又一个重要的里程碑。恩格斯评价说:化学的新时代,就开始于道尔顿的原子学说。
道尔顿原子学说的提出和原子量概念的建立,就像一把钥匙,打开了研究化学定量关系的大门。论文一发表,就立刻震动了英国科学界。许多地方都纷纷邀请他去做学术讲演,但他没有一一答应。他只接受了伦敦皇家学会的邀请,在那里做了“关于原子的相对重量”的讲演。这一课题,引起了化学家们的极大兴趣。人们不再认为原子都是一模一样的小球了,不同原子具有不同的原子量,这就需要一一测定出来。于是,测定原子量,便做为当时一项热门工作,在世界化学界迅速展开了。
世界上最早的原子量表
在测定原子量的工作中,走在最前面的,不是别人,正是道尔顿自己。他在1803年宣读的论文中,就附有一张原子量表。这是世界上最早的原子量表。在这张表里,他列出了6种“简单原子”和15种“复杂原子”的原子量。如果你仔细看看这6种“简单原子”的原子量的话,就会发现,跟现代化学课本上的原子量相比,除氢以外其他原子量都是错误的。也许你会感到奇怪,创立原子量概念的人怎么不能准确测出原子量呢?这除了跟当时的测定技术条件有关外,还跟道尔顿原子学说本身的缺点有关。
大家知道,原子是一种极小的微粒。如果把一亿个氢原子一个接一个地排成队,也只有一厘米那么长。6023000000000000亿个氢原子的质量也只有一克。原子如此之小,如此之轻,不用说是在道尔顿的时代,即使是在科技发达的今天,也无法称量。所谓原子量,并非某个原子的实际质量,而是将某种原子的质量定为一个整数并当作基准,然后,将其他原子的质量与之相比,而得出的相对质量。如果把甲原子的质量定为1,乙原子的质量若为甲原子的2倍,那么,乙原子的质量就是2。道尔顿当时就是选定最轻的氢原子质量为1作基准的。
在选定氢原子量为1作基准后,其他原子的质量是氢原子的多少倍怎样确定呢?这也是个难题。道尔顿解决这个难题的办法是什么呢?他想到当时许多物质的重量组成,已被化学家们测定出来。例如,由氢原子和氧原子组成的水,其中氢与氧的重量比,拉瓦锡已经测定出来。如果知道了水和氢与氧的重量比,再知道它们的原子个数比,那么,氧的原子量就可确定了。
但是,道尔顿所确定的氧原子量是不正确的。其错误来自两个方面。客观方面是当时测定技术落后,拉瓦锡测出的水中氢与氧的重量比是1∶5.5(应是1∶8)。主观方面是道尔顿又武断地假设了水中氢原子与氧原子的个数比是1∶1(应是2∶1)。这样,因为氢原子量已规定为1,那么,氧原子量就是5.5了。按照类似方法,又定出了其他一些“简单原子”和“复杂原子”的原子量。这就是世界上第一张原子量表的由来。
为了减少因测定技术造成的误差,1807年道尔顿又亲自进行实验测定物质的重量组成,纠正了一些测定的错误。但是,他对自己的有关原子个数比的假设,却没有重新考虑。因而他在1808年发表的原子量表,仍然充满了错误。
道尔顿原子量出现错误的根本原因,就在于他在缺少实验事实为根据的情况下,错误地确定了“复杂原子”(如水)中的原子个数比。这个错误不久便被人发现并提出了纠正意见。
对道尔顿的原子个数比给予纠正的是年轻的意大利物理学家和化学家阿佛加德罗(Amldlo Avogadro,1776年~1856年)。他是从盖吕萨克的气体反应体积定律中得到启发,而提出自己的观点的。
1805年,盖吕萨克就做了这样的实验:用100体积的氧气,跟氢气充分反应生成水蒸气时,所消耗的氢气为199.89体积,即约200体积。这说明,化合成水的氢气与氧气的体积比约为2∶1。他认为,在相同温度、相同压力的条件下,相同体积中所包含的原子数目应该相同。既然氢气和氧气化合成水的体积比是2∶1,那么,水中氢原子与氧原子的个数比也应是2∶1。
这样看来,原子个数比的难题,不就完全解决了吗?事情并不这么简单。因为,按照道尔顿的原子学说,物质都是由原子所组成。单质是由单个原子所组成,化合物是由不同原子形成的“复杂原子”所组成。如果水中氢与氧的原子个数比是2∶1的话,那么,就是2个氢原子与1个氧原子化合生成1个水原子(“复杂原子”)。这个过程如果用现代元素符号(H代表氢,O代表氧)表示的话,就是:
2H+OH2O
原子个数比:211
根据盖吕萨克提出的规律,原子个数比就应该等于气体体积之比,即氢气、氧气与生成的水蒸气体积比,也应是2∶1∶1。但实验结果却是2∶1∶2。水蒸气的体积比理论推算增大了一倍。
这个矛盾如何解决呢?是阿佛加德罗于1811年提出了“分子”的概念,使问题迎刃而解。他认为,一切物质都是由分子组成的,分子则是由原子组成的。单质分子由同种原子组成(如氢气分子由2个氢原子组成,分子式为H2;氧气分子由2个氧原子组成,分子式为O2),化合物分子则由不同原子组成(如水分子由2个氢原子和1个氧原子所组成,分子式为H2O)。他还提出,在相同温度、相同压力下,相同体积的任何气体所包含的分子数是相同的。据此,氢气与氧气化合生成水蒸气的化学反应就是:
2H2+O22H2O
分子个数比:212
气体体积比:212
这样,气体的分子个数比跟气体体积比是相等的,跟实验结果完全一致。
毫无疑问,阿佛加德罗的分子学说,弥补了道尔顿原子学说的不足,对物质结构理论的发展是个重大贡献。令人遗憾的是,这一学说提出后,却受到了包括道尔顿在内的许多名家的冷落和反对。道尔顿坚持认为相同原子互相排斥,不可能结合为分子。后来的科学实践证明,道尔顿的这一观点是错误的,阿佛加德罗的理论是正确的。
这件事在告诫人们,一个成就非凡的科学家,他的观点,即便是在科学领域中的观点,也不可能是完全正确、永远正确的。科学总是在不断修正错误的过程中向前发展的。一个伟大的科学家,他之所以伟大,并不在于他是一个没有错误和缺点的人,而在于他对人类和社会进步的奉献,在于他献身科学锲而不舍的精神。道尔顿正是这样的人。
奋斗终生
道尔顿从一个只上过几年小学的农村少年,到后来成为在世界科学界都享有盛名的科学家,他把毕生的精力都献给了科学事业。当有人问他成功的秘诀在哪里时,他的回答就是:“不懈地努力!”
道尔顿在他一生不懈地努力中,克服了重重困难,付出了巨大的心血。还处少年时代的道尔顿,就开始独立谋生,在穷困中生活。后来,他为了有充分时间搞科学研究,竟辞去了收入较多的大学讲师的工作,做了家庭教师。在他成名之后,如果想谋得一个收入多的职位,是轻而易举的。可他没有这样做,依然过着清贫、俭朴的生活。1818年,英国政府曾用重金聘请他做一个考察队的专家,一年只需工作三四个月,就可拿到四五百英镑的报酬。可是,道尔顿谢绝了,他依然在艰苦的条件下,继续原子量的测定工作。为了节省开支,在他的实验室里,许多仪器都是他自己用玻璃吹制的。
由于道尔顿在科学上的重大贡献,受到美国及欧洲科学界的极大的赞誉。许多名人、学者都跟他建立了联系。当这些名人、学者来到道尔顿的实验室和住处时,无不对其简朴的生活和工作条件感到意外。这位世界著名的科学家,一生都是在这样一种让人感到意外的简朴环境中度过的。
在这里还要提到的是,道尔顿为了科学研究,不仅要克服经济上的困难,还要克服自己是个色盲这种生理上的困难。由于色盲在化学实验中就难以辨别反应的颜色变化。但他没有因此放弃化学研究,而且把色盲当成了自己的一个研究课题,还在一个刊物上发表过关于色盲症的论文,阐述了色盲的遗传规律。近代生理学家都认为,色盲症的科学研究,是从道尔顿开始的。在生理学的发展史上,他也是一位令人怀念的学者。
道尔顿把毕生的精力都献给了科学事业。他终生过着独身生活,没有结婚。他曾对朋友说:“我没有时间谈爱情。”他一生中的绝大部分时间,都是在工作中度过的。他早年研究的是气象,后来的研究虽转向物理学和化学方面,但对气象的观测,他从未间断过。从21岁开始,直到去世,每天进行气象观测并做记录。时间长达57年之久,观测记录竟有20万次之多。这充分表现了道尔顿对于科学事业的那种坚持不懈、持之以恒的高贵品质。
道尔顿一生完成的著作有50多种,仅在曼彻斯特文学哲学学会所作学术报告就有100多次。1816年,道尔顿被选为法国科学院通讯院士,1817年,被选为曼彻斯特文学哲学学会会长;1822年,被选为英国皇家学会会员;1826年,英国政府授予金质奖章;1832年,牛津大学授予最高荣誉——法学博士学位。此外,柏林科学院和慕尼黑科学院也都选他为名誉院士。
道尔顿是个一心一意搞科学,从不追求名利、从不追求享受的人。以他的科学成就而论,早应该成为英国皇家学会的会员。可是,1810年当有位著名科学家推荐他为会员时,他拒绝了这个荣誉。12年后,是在他不知道的情况下,才被选为皇家学会会员的。1833年,曼彻斯特市政委员会通过决议,为表达全体市民对道尔顿的崇敬心情,要在市政大厅竖立道尔顿的雕像。对此,他曾表示:如果我不是怕伤害曼彻斯特市民的好心的话,我就一定不能同意这样做的。
1837年,道尔顿的健康状况已明显下降,行动坐卧都不便利,但他依然坚持做实验、写论文,请人代为宣读。1842年,年已76岁的道尔顿,抱病参加了英国科学促进会的年会。在会上他对大家说:“我还能做化学实验,只不过做实验所费的时间,要比过去多三四倍。”他的话使大家很受感动。从这里,人们看到,这位年迈的科学家,在健康受到严重损害难以工作的情况下,所想所做的仍然是科学事业。
1844年的7月26日,道尔顿的生命已经垂危。但是,他仍然竭尽全力作了最后一次气象记录。他用颤抖的手,艰难地记下气压计和温度计的读数,并写下了“微雨”两字。次日清晨,道尔顿就在他那简朴的卧室里,与世长辞了。
这位伟大科学家的逝世,震动了曼彻斯特城和整个英国。川流不息的各界人士在市政大厅里向道尔顿的遗体告别,持续了两周。8月12日,人们在肃穆的哀乐声中为他举行了公葬。
道尔顿用他那坚实的脚步,走完了78年的艰辛路程,带着人们的无限崇敬离开了人世。但他那杰出的业绩和他那高尚的品格,将永远留在人间。
维勒冲破“生命力论”
从18世纪到19世纪初期,化学界广泛流行着一种“生命力论”。它认为,有机物都来自有生命力的动、植物体,不可能用人工的方法来制造。这种把有机物神秘化的说法,人为地在有机物和无机物之间,制造了一条不可逾越的界限,严重阻碍了化学的发展。
1828年,科学界发生了一件大事,有人用无机物人工合成了有机物——尿素,以实验事实冲破了“生命力论”,为有机化学的发展开辟了广阔的道路。这位功绩卓著的人就是德国化学家弗里德里希·维勒。
弗里德里希·维勒1800年7月31日生于德国梅因河畔法兰克福城附近的埃斯欣姆。十几岁时就特别喜欢收集矿物和做化学实验。他对化学实验的爱好,到了入迷的程度。有时不动手做点实验,就难以入睡。也许正因为如此,后来他才从实验中有了重大发现。
卧室就是实验室
维勒在上中学时学习成绩不是很好,有时数学作业都不能按时完成,为此,老师还向家长告过他的状。可是,你到他家的二楼走进维勒的房间时,定会使你感到惊奇。这哪里像个居室,简直就是一间小小实验室。屋里摆满了烧杯、烧瓶、量筒、研钵,还有曲颈甑。地下几只木箱,盛满了各色各样的矿石。他常常在下课后钻进这个小小实验室,对照着一本《化学实验》书,做化学实验。他把做实验当成自己的最大乐趣。就因为这样,他时常忘了去完成老师布置的作业。
他的父亲并不支持他的这种爱好,甚至都不知道儿子的这个小小实验室是怎么搞起来的。但他父亲的一位好友布赫医生,却非常喜欢他。当他的《化学实验》书被生气的父亲没收以后,布赫医生便把自己的化学书借给他看。就此机会,他读了不少大化学家的著作和论文。
随着化学知识的增长,他觉得再在自己的实验室里做些硫燃烧之类的小实验,已经很不够了。他从一篇论文中看到,英国化学家维戴用电流成功地分解氢氧化钾和氢氧化钠,而制得两种新金属钾和钠。这引起了他的极大兴趣。他也要试一试用电解法制金属钾的实验。
还是在布赫医生的帮助下,他找来铜和锌板制成了电池,然后把两个电极插入熔融的氢氧化钾中。经过多次长时间通电,都未成功。他认为,自制的电池可能电流强度不够。但他不甘失败,又翻阅了许多书刊。他看到了盖吕萨克和泰纳提出的一种用高温还原制钾的方法。决定改用这种方法制取。他东奔西走,找来大石墨坩埚、风箱、木炭等等。小小实验室已不够用,他就把厨房也占用了。这次实验终于获得成功。制出的金属钾虽然只有很少的几粒,但用它与水反应时,现象跟文章里说的完全符合。
维勒,一个十几岁的中学生,在自己那简陋得不能再简陋的小小实验室里,靠自学、自己查阅资料,做了大量的实验。这充分表现出他那不凡的化学才能,为他以后的科学研究工作打下了很好的基础。
投奔名师
1819年,19岁的维勒成了马尔堡大学的大学生。按照父亲和家人的意见,他学的是医学,为的是让他能继承父业成为一个有名望的医生。但是,对维勒来说,感兴趣的还是化学,而不是医学。
入学后不久,他就把自己住的宿舍变成了化学实验室。每天下课回到宿舍,他就要做化学实验。否则,他躺在床上就难以入睡。就是在这间屋里,他对硫氰酸汞的性质进行了实验研究,并写出了第一篇科研论文。这篇论文发表后,得到著名化学家贝采利乌斯的好评。
为了使自己的化学研究能得到名师的指导,上大学的第二年,他便转到有著名化学家格梅林任教的海德堡大学。因为格梅林看过不久前他发表的论文,认为他的化学知识深厚、扎实,并具有很好的实验才能,同意他到自己实验室工作。这件事使他格外高兴。
格梅林的实验室,设备完善、药品齐全,他工作起来非常得心应手,再加上名师的指导,他的研究不断取得新的成果。1822年~1823年间,他连续发表了有关氰酸盐的制取和性质的论文。随后,他又研究有机体的排泄物,做了动物实验,从尿中分离出尿素。这对尿素的性质进行了详尽的研究。这些研究成果,都得到了教授们的称赞。
1823年9月,维勒顺利通过了毕业考试,并获得了海德堡大学医学博士学位。毕业后到哪里去?他对格梅林教授说:“如果让我离开化学,我的心就无法跳动。”格梅林教授热情鼓励他献身化学科学,并立即写信向瑞典著名化学家贝采利乌斯推荐了他。
不久,维勒便来到了贝采利乌斯的实验室,作为留学生进行了一年的研究。这是他第二次投奔名师。
贝采利乌斯是当时世界上最有名望的化学家。他在化学研究中,涉及的领域最广,科学成果最多,实验水平最高,被誉为世界化学大师。他研究工作的特点是,严密精确、观察细致、描述清晰、系统性强,但又在许多问题上表现得固执、保守。贝采利乌斯给维勒的课题是沸石的定量分析。这是一个难度很大的分析工作。正因为如此,维勒在这位名师的指导下,收益很大。
1824年秋末,维勒的留学期限已满,他恋恋不舍地离开了贝采利乌斯,返回故里法兰克福。准备做些休整,再谋职业。但实际上,这个跟化学实验结下了不解之缘的年轻人是不会真正休息的。不几天,他的居室又变成了实验室。在这里,他又做了氨与氰酸反应制取氰酸铵的实验。但实验结果却出乎他的意外。他把反应后的溶液加热,然后冷却结晶,得到的白色晶体,并不具有氰酸铵的化学性质。因为氰酸铵与碱反应能放出氨气,但他的实验没有放出氨气;氰酸铵与酸反应会产生氰气,也没有发现氰。这种晶体到底是什么?他当时没能作出结论。
1825年,他接受聘请,在柏林工业学校任教。维勒一生中最卓越的成就,都是在这里取得的。
最早制成金属铝
他的第一项卓越成就,是制出了金属铝。
铝是地壳中分布很广、蕴藏量很大的元素。除了氧和硅之外就是铝了。但由于它的性质活泼,自然界没有游离的铝单质,均以化合状态存在,其中以铝硅酸盐为最多。如粘土、长石、云母等。
因为铝的性质活泼,所以要从铝的化合物提炼出纯的金属铝,并不是一件容易的事。1808年,大化学家贝采利乌斯和戴维曾用电解法分解铝土(含氧化铝)来制取金属铝,但没有获得成功。后来,维勒的朋友、丹麦化学家厄斯泰德又用生成铝汞齐的方法制取,也因为制得的铝不纯,未得到科学界的公认。
1827年,维勒先重复了厄斯泰德的方法,找到了铝不纯的原因。他又设计了用反应生成的无水氯化铝与钾高温反应的方法,终于获得了成功:灰色粉末——金属铝制取出来了。尽管他当时制得的铝很少,但他是第一个找到制铝方法的人。
后来,法国化学家亨利·德维尔,研究了维勒的方法并加以改进,制出了第一块银白色的铝锭。在当时,铝还没有大量生产,其价格跟黄金一样贵。德维尔说这是“来自粘土的白银”。此后,他就全力以赴研究出工业生产的方法,生产出大量的铝锭。
当德维尔制出铝锭并实现了工业生产后,有人就认为,德维尔才是铝的发现人。但德维尔本人仍然认为,维勒是第一个找到制铝方法的人。他用在博览会上展出的第一块铝锭,铸了一枚勋章,上面有维勒的名字和维勒提出制铝方法的年代——“1827”。他把这枚勋章赠给维勒。从此,他们二人结下了深厚的友谊,还共同做了一些课题的研究。
科学技术总是不断前进、不断发展的。继德维尔之后,美国的豪尔和法国的埃罗又研究出电解制铝的方法。现代工业生产中采用的就是电解法。
显然,我们不能以今天的科技水平,来衡量或贬低一个科学家在历史上的成就。我们要用历史唯物主义的观点,根据当时的历史条件,来评价一个人或一项成果所具有的价值。这样才会正确看待1827年维勒制出金属铝的功绩。
在维勒制出金属铝的第二年,又取得了一项具有历史意义的成就。这就是用无机物合成了有机物。
冲击“生命力”论
我们把物质分为有机物和无机物,是有一个历史过程的。17世纪后半期,化学家把自然界的物质,按照它们的来源分为矿物物质、动物物质和植物物质三大类。后来发现,植物中存在的一些物质,动物体内也存在。这样,动物物质和植物物质间的界限便消除了。于是,就把所有存在于生物界的物质统称有机物,意思就是有生机的物质;而把其他物质统称无机物,意思就是没有生机的物质。人类应用有机物的历史是很长的,但人类制取有机物则是18世纪末期才开始的。当时制取的有机物全来自生物体。例如,从动物的尿中制取尿素;从葡萄汁中制取酒石酸;从柠檬汁中制取柠檬酸;从酸牛奶中制取乳酸等。由此,人们得出一个结论,有机物只能来自生物体,不能用人工的方法来合成,并认为生物体内存在着一种“生命力”或者叫“活力”,有机物就是靠这种“生命力”而产生的。这就是直到19世纪初期,广为流传的“生命力论”,或者叫“生命力学说”。当时,包括贝利乌斯在内的许多大科学家,都相信这种学说。
果真有机物与无机物之间,就存在着这样一条不可跨越的界限吗?果真用无机物不能合成有机物吗?1828年,维勒用实验事实对此做了完全否定的回答。
这个实验就是他在4年前做过的。他用氨和氰酸本想制取氰酸铵,但得到的白色晶体却不具有氰酸铵的性质。这种白色晶体是什么?当时他没有作出结论。4年后,他重做这个实验,并对白色晶体作了认真的分析、检验,证明这种白色晶体就是尿素〔化学式为CO(NH2)2〕。这正是他上大学时,从动物的尿中分离出来的尿素。那是从动物体中得来的,而这是人工合成的。他总结自己的实验结果,发表了题为《论尿素的人工制成》的科研论文。这篇论文就像是一发重炮,有力地冲击了流传已久的“生命力论”,破除了无机物与有机物之间那条人为的界限,为有机化学的发展开辟了新的途径,从而结束了不能用人工合成方法制取有机物的历史。
论文发表后,在化学界引起强烈反响。那些顽固坚持“生命力论”的人,还在千方百计地进行辩解。有人说,尿素是动物体的分泌物,是界于有机物与无机物之间的物质,不能算做真正的有机物。要制取真正的有机物,还是要靠“生命力”的。
但是,“生命力论”的辩护士们并没有守住自己的阵地。继维勒之后,科学家又陆续合成了醋酸、葡萄酸、柠檬酸、琥珀酸、油脂类及糖类物质。在大量无可争辩的事实面前,“生命力论”彻底被推翻了!正如恩格斯所说:“新创立的有机化学,它一个跟一个地从无机物制造出所谓有机化合物,从而扫除了这些所谓有机化合物的神秘性的残余。”
维勒与李比希
维勒在合成了尿素之后,为了进一步弄清尿素CO(NH2)2与氰酸铵NH4CNO的关系,他又继续做了研究。1823年,他分析过跟合成尿素有关的氰酸银的组成,结果发现,氰酸银的组成和化学家李比希对雷酸银组成的分析基本相同。为什么性质截然不同的两种物质组成竟然是相同的呢?他和李比希对此都没能做出解释。有一次,他们在朋友家里相遇,一见面就讨论起这个问题。当时,李比希还怀疑维勒测定的数据是不是有错误。当两人十分详尽地介绍了自己的实验后,疑虑便打消了。这次长时间的交谈使他们之间建立了友谊,并决定今后在研究工作中携手合作。
氧化银含量氰酸含量
氰酸银:77.23%22.77%
雷酸银:77.53%22.47%
从1829年开始,他们共同研究了氰酸、苦杏仁油等课题,还共同编辑出版了《物理学和化学年鉴》。他们感到迷惑不解的问题,也因为贝采利乌斯提出了同分异构的概念,而得到了解决。同分异构就是指组成相同而结构不同从而表现出不同性质的现象。氰酸银和雷酸银就是同分异构体。由此不难得出,尿素CO(NH2)2和氰酸铵NH4CNO也是同分异构体的结论。
1831年,由于李比希的推荐,维勒担任了卡赛尔工学院的教授。这里和柏林相比,离李比希工作的吉森大学更近了。他们经常会面或通信,商讨化学上的问题,还经常共同署名发表文章。他们这种志同道合的友谊,一直延续着、发展着。
由于维勒在化学上的卓越贡献。德国著名的格丁根大学于1836年又聘请他担任教授。欧洲几乎所有国家的科学协会、科学院和大学,都相继授予他名誉会员、名誉院士和名誉博士称号。1872年,英国皇家学会又授予维勒一枚金质奖章。
晚年,他的健康状况虽不如以前,但他依然进行研究,没有离开自己的实验室。1882年7月31日,在格丁根,他度过了82岁寿辰,两个月后便病逝了。临终前他还留下遗嘱,不要为他树立纪念碑。
开创钢铁时代的发明家
钢铁对于今天人们的生产生活来说是太重要了。只要稍微注意一下,就会发现,几乎到处都需要钢铁,做饭需要铁锅,切菜要用钢刀,盖高楼要用钢筋,火车、汽车、铁路、机床以及各种各样的机器,都是钢铁制成的。钢铁的拥有量,在今天仍然是一个国家经济实力的一个重要标志。可是在一百多年以前,无论哪个国家还都不能大量生产钢,钢在那时还是一种贵重金属。钢的大批量生产是从19世纪中叶才开始的。因为只是在这时才有了新的炼钢法的发明和应用,其中转炉炼钢法又是最先发明的。发明转炉炼钢法的人就是英国发明家亨利·贝塞麦。由于这项发明又引发了一系列的发明,使钢铁的大批量生产成为可能。所以,贝塞麦被誉为开创钢铁时代的发明家。
性格反常的人
1813年1月19日,亨利·贝塞麦生于英国哈福德郡的查尔顿。父亲是一位从事科学技术工作的法国人。也许由于受到家庭环境的熏陶,亨利·贝塞麦从小就对科学技术有了浓厚的兴趣;刚进入社会的时候,就已经开始显露出了一个发明家所应有的品格。不过在他的少年时代可从来都没有想过,要当一个钢铁技术发明家。
1831年,贝塞麦刚刚18岁,就来到了英国的首都伦敦。当时的英国正是工业革命的序幕开始拉开的时候。首都伦敦的一切对于贝塞麦来说都有一种新鲜感。但是他在伦敦所从事的工作,却有点使他头痛。他在一家邮政事务所工作,每天都是在往来的邮件上盖邮戳。一天之内同样一个动作重复几百甚至上千次。对于一个缺乏探索精神的人来说,是司空见惯的事。但是对于一个探索者来说,却能从司空见惯的事物中,发现不寻常的问题,并试图解决它。贝塞麦就是这样。他越来越发现自己不能忍受这种工作的单调乏味,因此便开动脑筋,试图发明一种装置,用来代替这种单调的工作。
于是,他买来许多工具和零件,每天下班之后,就开始琢磨,一个人搞起试验来。有人说贝塞麦有点反常了。别人干了那么长的时间,也没感到它有什么不好;贝塞麦刚刚干了不久,就想改进它,确实有点“反常”。科学家、发明家所要干的事,往往都是“反常”的,这也正是一个发明家和一般人所不同的地方。贝塞麦不顾别人的冷嘲热讽,经过一段时间的努力,还真的发明了一种自动盖邮戳的机器。这项发明立即引起英国政府有关部门的重视,决定在全国邮政部门推广。
英国在1623年就制定了专利法,承认专利权人在一定期限内有制造和使用其发明产品的垄断权利。就是说一个人有了发明,就应向专利部门申请专利,并通过获得专利权来保护自己的发明的合法权益。但是年轻的贝塞麦不懂得申请专利,他的第一项发明竟无偿地被人使用了。邮政部门虽然推广应用了他的发明,但却没有给他任何报酬。只是到后来,英国国王因这项发明才封授贝塞麦骑士爵位。完成这项发明后不久,贝塞麦就离开了邮政事务所,进了一家铁工厂。在那里,他又很快完成了一项发明,即制造金属粉末的机器。这一次,他懂得了应该利用专利来保护自己的发明权,并立即申请了专利。贝塞麦确实是一位具有一种特殊性格的人。由于他并不认为现有的一切都是对的,因此,无论在哪里,他都能发现问题,也都能有所创造。比如,他还曾对制糖压榨机、望远镜、铅笔等的制造进行过多项革新。
改造步枪
1853年,沙皇俄国入侵土耳其,爆发了俄土战争。第二年,正在向西南亚扩张势力的英国和法国,又支持土耳其反对沙俄,由此引发了所谓的克里米亚战争。作为具有法国血统的英国人,贝塞麦觉得支持这场战争是自己义不容辞的责任。他决定发挥自己的才能,来提高武器的威力。为此,他开始了对步枪的研究。
我们都知道,中国人不仅发明了火药,而且是筒形火枪的发明者。不久,中国人的发明便传到了西方。西方人又不断地对火枪加以改进。其中最主要的改进就是在枪筒中开设来复线,以增加子弹射出枪膛的速度,究竟是谁发明了来复线,众说不一。大约在公元1500年就曾有过加有来复线的猎枪。但是直到19世纪中叶以前,在枪筒中加有来复线的枪还很少见。贝塞麦首先研究的就是一种旧式的滑膛步枪。他发现,这种枪的明显缺点就是射程近,命中率低。当时英国陆军使用的就是这样的步枪。贝塞麦经过反复研究探索,制成了加有来复线的步枪,也就是在枪膛内部开设螺旋线,这样就可以使子弹在发射中旋转着前进,不但射程远,而且命中率也大大提高。
当贝塞麦把自己新研制的新式步枪首先推荐给英国的时候,他本以为会立即受到欢迎。然而,一向因循守旧的英国陆军部,对于贝塞麦的发明却毫无兴趣。这使贝塞麦大为失望,不得不将这种新式步枪拿到法国。新即位的法国皇帝拿破仑三世对这项发明极感兴趣,很快就对这种枪进行了试验,并获得了成功。步枪改进的成功,使贝塞麦又产生了一个新的设想,即把来复线原理推广到大炮上去。拿破仑三世对贝塞麦的这一设想也积极支持。为此,贝塞麦开始研究在有来复线炮筒中运行的所谓旋转炮弹。
1851年底,在阿萨斯诺靶场,对这种新型炮弹进行试射。军官们对这种试验非常担心。当时的炮筒还是用铸铁制造的,在炮筒内部开设来复线,是为了使炮弹旋转加速前进。为此,就必须使炮弹与炮身密切配合,不然的话,爆炸气体就会泄漏。在火药爆发时,炮筒内的压力非常之高;炮弹与炮筒密切配合,又势必使铸铁炮筒容易发生破裂。贝塞麦后来曾说,这是导致他寻找新炼钢方法的“一个火花”。
寻找新炼钢方法的火花,引发了贝塞麦探索的激情。此时,他记起了曾给予他以极深刻印象的一件事。
1851年,在伦敦的第一届国际博览会上,已经完成工业革命的英国,完全用钢铁和玻璃建造了一座“水晶宫”,用作博览会的会场,以此来炫耀它的强大。也就是在这个博览会上,德国却用另一种方式显示自己的实力:它在中央展览厅展出了克虏伯铁工厂的野炮。这种野炮不是用铸铁而是用钢铸成的。贝塞麦对此特别感到惊奇。因为当时的英国虽然钢铁工业已经比较发达了,但用坩锅法炼钢,每次也只能炼出35千克铸钢,要想铸造这样的大炮,那是相当困难的。从这里,贝塞麦已经认识到,要想制造钢铁大炮,必须先要解决大量快速的炼钢问题;而要想大量快速炼钢,就必须有新的炼钢方法。
转炉炼钢法的发明
人类在两千多年以前就已开始使用铁器。但直到18世纪末以前,人类所使用的主要是铸铁(或称生铁)和熟铁,钢的产量还很少。我们都知道,生铁、熟铁和钢之间的区别主要是看它们中间的含碳量的多少。铁中含碳量很少的叫熟铁,含碳量大的叫生铁。铁中含碳量在0.2%—1.5%之间就是钢。熟铁强度大,但质地柔软;铸铁强度小,很脆,但质地坚硬;钢则兼有两者的优点,它比铸铁强度大,又比熟铁硬度高,所以只有钢才更能满足人类对材料的需要。但要炼出含碳量适中的钢来并不容易。中国有句成语,叫“百炼成钢”,那是因为开始炼出来的是生铁,里面含碳量高,又有杂质,经过反复冶炼锻打,既脱碳,又去除了杂质,才能成为钢。当然还有其他炼钢方法,无非都是往熟铁里渗入适量的碳,或者使铸铁去掉多余的碳。
在贝塞麦生活的那个时代,人们仍然要通过复杂的程序,把适量的碳渗入到熟铁里去,才能炼出优质钢。本来熟铁的价格就比生铁贵,钢的价格更高于熟铁,所以那时钢还是一种贵重金属,用量也极少。1850年英国铁的产量为250万吨,但钢的产量只有6万吨。
当贝塞麦转向研究炼钢时,他对冶炼技术简直是一无所知,但他决心学习。他很快就弄清了铸铁之所以会这样脆,是因为它含碳量很高的缘故;要获得钢,关键是要降低铸铁的含碳量。传统的方法是将铸铁先变成纯铁再渗碳,其成本太高,因此贝塞麦所面临的课题是,如何用低廉的成本除去铸铁中的碳。
贝塞麦沿着这个线索继续思考。他想,要除去铸铁中的碳,就应当在熔化了的铁水中加入氧气来燃烧掉多余的碳。那么,用什么方法加入氧气并使成本最低而又最简便易行呢?空气里含有氧气,能否用吹入空气的方法来代替加燃烧而把碳烧掉呢?这种想法看来似乎很荒谬,不是增加燃料,而是吹入空气,这样做难道不会把铁水吹冷,从而使铁水凝固吗?
1855年,贝塞麦开始了他的炼钢实验。在当时,几乎没有人支持他的想法,甚至连参加实验的工匠们都警告他说,不加焦炭光吹空气会使铁水在炉中凝固的。贝塞麦追述当时实验的情况时说,这次实验使他不得不和“不信任的以及深感困惑的人们打交道”。
贝塞麦没有听从人们的警告,坚持进行了实验。他把铸铁水倒入经他设计和制造的一个罐型装置中,然后从罐口鼓进空气,不久就有褐色的烟雾逸出。这时炉温不仅没有下降,反而上升了。原来铁水只有1350摄氏度,结果上升到1600摄氏度。这证明空气先将铁水中的锰和硅氧化,生成了氧化锰和氧化硅,同时铁水中的碳也被氧化,生成了二氧化碳。正是由于炉料的“燃烧”,出现了白亮的火焰,使炉温上升了。大约十多分钟之后,火焰消失了,又开始放出浓重的褐色烟雾。说明铁水中的磷也被氧化,去除了。贝塞麦用了不到半个小时的时间就炼出来一炉钢水,实验取得了完全的成功。接着,贝塞麦又把罐型装置的固定方式加以改进。原来是固定式结构,为了便于把炼好的钢水倒出来,便改为转动式的结构,所以这种炉子叫作转炉。
当时的英国从瑞典进口棒状铁,是用这种棒状铁作原料来炼钢的。这种棒状铁的价格每吨为15~20英镑。贝塞麦用高炉的铁水作原料,其铁水价格仅为3英镑。用棒状铁来炼钢也极为麻烦,要先将棒状铁在炼钢炉里慢慢加热两个昼夜的时间,然后再将棒状铁深藏在炼钢炉内用石块组成的隔架中,再用碳粉一层一层地隔开,大约几天之后,棒铁呈现白热状态;再经过两天,等炼钢炉冷却,才能把已经变成钢的棒材抽出来。这样炼出来的钢被称作泡钢,即渗碳钢。炼钢过程到此还没有最后完成,还要把钢棒一小段一小段地割开,放进只能容纳40磅和50磅的坩锅内熔化,每熔化一吨钢又需2—3吨焦炭。
贝塞麦在谈到自己发明的价值时说:“若使用我的方法,则只需要20~30分钟就足够了……而且用坩锅炼钢只能生产40~50磅,若是改用我的方法则每次可以生产5吨钢。以往的办法生产每吨钢需要花费50~60英镑的费用,但用我的方式则每吨只需要5~6英镑就够用了。”
为什么能作出如此巨大价值的发明贡献呢?贝塞麦在总结自己的发明经验时这样说:“比起许多研究同样问题的人,我有一个极大的有利条件,那就是我没有被长期既定的惯例所形成的观念束缚思想,造成偏见。我也未受害于现有的一切都是对的那种普遍的观念。”
发明后的悲欢
1856年,贝塞麦陆续将自己的发明分别在欧洲的一些国家和美国申请了专利,并得到了批准。没有想到的是,他在美国的专利申请不久便遇到了麻烦。一位叫作威廉·凯利的美国人向专利局提出申诉,提出自己比贝塞麦更早发明了这种“无燃料炼钢法”。
原来这位威廉·凯利(1811~1888)是美国宾夕法尼亚州匹兹堡的糖锅制造者。1847年,他在肯塔基的爱丁博罗开办了一家铁工厂,开始试验新的炼钢方法。有一天,他偶然发现,当炼钢炉中铁水上面没有木炭覆盖时,向铁水中吹入空气可以得到高温。从这一事实中,凯利悟出通过吹入空气可以除去铸铁中所含的碳。由此,他发明了所谓“空气沸腾法”,其特点是使铸铁中的碳迅速燃烧而获得高温,这样就可以用极为简单的方法将硬而脆的铸铁大量地炼成钢。凯利到处游说,宣传这种新的“无燃料炼钢法”的优点,然而,没有一个炼铁业者相信他的这种炼钢法。
后来,凯利一个人离开故乡,到一个偏僻的森林里继续搞他的实验,并于1851年建造了七座采用这种新方法炼钢的最早转炉。在其后的五年时间里,他一直秘密地进行生产。直到1856年他才提出专利申请。这时他才知道英国人贝塞麦在这一年也发明了与他相同的炼钢方法,并取得了美国专利。为此,他向专利局提出了申诉。
1857年6月22日,美国专利机关作出更正,承认了凯利的专利,正式认定凯利是最早的发明人,并撤销了贝塞麦在美国的专利权。实际上,应当是两个人独自发明了这种炼钢法。在发明史上,这样的事例可以说是屡见不鲜的。
如果说这件事对贝塞麦构成了某种打击的话,那么随之而来的另一件事则更令他沮丧。
1856年8月11日,贝塞麦在切尔腾纳姆举行的英国科学振兴协会的年会上,发表了题为《不用燃料制造熟铁和钢的方法》这一论文,详尽地公布了他发明的炼钢法,并立即受到大多数钢铁厂主们的欢迎。钢铁公司掀起了建造“高炉”的狂潮,打算采用这种新方法炼钢。贝塞麦发明转炉炼钢法的时候,正是欧洲第一次工业革命方兴未艾之际。1830年以后,随着铺设铁轨、制造机车、建造轮船、架设电报线路和生产近代武器等项事业的兴起,对钢铁的需要量也急剧增大。由于当时传统的炼钢方法效率很低,根本满足不了这一社会需求,所以迫切期望找到新的高效率的炼钢方法。这正是对贝塞麦的转炉炼钢法掀起投资狂热的原因。
但意想不到的是,他的炼钢方法一经开始推广就遇到了挫折。许多钢厂用此方法炼出的钢质量极差,这使钢铁厂商们大失所望,都愤愤地指责贝塞麦是一个“骗子”。用贝塞麦自己的话说,他热诚的努力得到的却是“最悲惨的”结局,“这是一次最可怕的打击”。
贝塞麦总有一股不服输的劲,他很快从逆境中走出来,再次进行实验,并发誓一定要找出原因。经过实验,贝塞麦终于弄清了自己的方法只能适用于含磷量极少的矿石,而不能使用含磷量高的矿石,因为其中的磷无法用氧化的方法来排除,因而残留在钢里并使钢质变脆。他第一次试验之所以成功,是由于他偶然使用了含磷量极少的铁矿石,而英国本地和欧洲大陆出产的矿石绝大部分是含磷量较高的铁矿石。这就难怪那些工厂炼出的都是质量低劣的钢了。
贝塞麦把自己再次实验的结果写成报告,公诸于世。可这一次,却没有人再愿意相信他,钢铁公司则明确向他表示不想再受一次打击。为了向世人证明自己的方法确实可行,贝塞麦决定自己来现身说法。他在1860年借钱在英国的谢菲尔德自办了一个炼钢厂。他从瑞典进口不含磷的铁矿石,用他发明的能倒入三十吨铁水的大转炉来冶炼。在他的工厂里,每十五分钟的时间就能炼出一炉钢,很快就生产出比其他炼铁厂便宜,而且质量好的钢。然后,贝塞麦以每吨一百美元的价格出售。这个价格比当时任何一个竞争者都低。为了证明转炉炼钢的可靠性,在1862年的国际博览会上,他展出了用他的转炉钢制造出来的大量产品——从刮脸刀片一直到大炮。
从此,贝塞麦的炼钢法又逐渐在各地推广开来,先是被英国的一些钢铁公司采用,后来又传入法国。1858年,法国的吉隆德建造了转炉。1862年,德国的“大炮王”阿尔菲德·克虏伯在埃森炼钢厂采用了贝塞麦法开始炼钢。1863年,奥地利在多乌尔拉哈建造了贝塞麦转炉。在美国,转炉炼钢技术也被大量引进,到贝塞麦逝世的时候,仅在美国的阿巴拉乌州和怀俄明州,不仅采用贝塞麦法炼钢,而且冠以他的名字的炼钢厂就有13处之多。最终,人们还是普遍把这一新的炼钢方法称之为“贝塞麦法”。与贝塞麦相比,另一位最早发明转炉炼钢的威廉·凯利,却在争到专利权后不久,即告破产。由于他对这种新型炼钢方法的技术完善化和产业化无所作为,因而便逐渐地被人们遗忘了。
世界性的贡献
贝塞麦的转炉炼钢法对于使用含磷低的矿石作原料来炼钢,确实是很成功的。但是毕竟由于这种方法在炼钢中不能把磷这种有害的杂质除掉,因而使它的应用范围受到了限制。为此,应该寻找一种在炼钢中脱磷的方法。在贝塞麦之后,有很多人对贝塞麦的炼钢方法加以改进,并取得了良好的效果。这其中有一位英国的年轻人,名叫托马斯。他为转炉炼钢法的全面推广作出了决定性的贡献。
托马斯早年丧父,在法院担任小职员的时候,接受了夜校教育,后来成了一名牧师。他在夜校的化学课上,听到了贝塞麦炼钢法存在的问题。从此以后,他便开始孜孜不倦地钻研化学、冶金学等教科书,同时着手进行实验。他所进行的工作,就是想找到一种来源广、成本低的能够使铁水脱磷的材料。他通过化学分析发现,贝塞麦的炼钢方法之所以不能除磷,是由于在铁水处于1300摄氏度的情况下,氧气确实可以与磷发生氧化反应,生成五氧化二磷,但随着温度升高,达到1600摄氏度时,五氧化二磷又发生分解,这种磷又回到钢水里去,所以炼出来的钢因含磷高而变脆了。针对这一问题,他想出了一个办法,这就是在炉料中加入石灰,使铁水中的磷与碳酸钙发生反应,生成可以沉淀的碳酸磷。这样一来又发生了另外一个问题:转炉的内壁都是用一种酸性的耐火砖砌筑的,叫酸性炉衬。当加入碱性的石灰之后,由于酸与碱的中和作用,便产生了对酸性炉衬的腐蚀作用,使转炉的炉衬寿命大大缩短了,没等炼几炉钢,炉衬就破损了。这又该怎么办呢?经过探索,他终于找到了一种白云石作原料的耐火砖作炉衬。由于这是一种碱性的炉衬,冶炼时当加入石灰之后,就不再对炉衬发生腐蚀作用了。托马斯用这种办法圆满地解决了炼钢中的除磷问题。人们把托马斯发明的炼钢法叫作碱性转炉炼钢法,相应地把贝塞麦的炼钢法叫作酸性转炉炼钢法。由于有了这两种互为补充炼钢方法,使得几乎任何一种矿石都能用于炼钢了。从此,转炉炼钢技术就基本上完善了。
贝塞麦转炉炼钢法的推广应用,使钢产量大增,产生了大量的工业废钢。于是又出现了如何利用废钢铁的问题,因为转炉炼钢只能利用铁水作原料来炼钢。凡是有问题的地方,就有发明家在探索。1864年,法国人马丁在英籍德国人西门子兄弟的帮助下,终于用废钢铁和生铁作原料炼出了优质钢,创造了西门子—马丁平炉炼钢法。平炉炼钢可不像转炉那样冶炼时间很短,炼一炉平炉钢一般需要24小时,但由于一炉可以炼出上百吨钢水,所以产量仍然很高。在以后的相当时期内,它与转炉炼钢法并驾齐驱,在各国推广应用。
转炉炼钢法的完善,平炉炼钢法的问世,使人类稳步地进入了钢铁时代。在19世纪最后的30年内,钢铁工业迅速发展。1870年,全世界钢产量为51万吨,到1900年则跃至2783万吨,猛增了50倍。大量生产钢又促进了炼铁生产,冶炼生铁的高炉日益大型化,有了钢铁又促进了各种轧钢技术的发展。轧钢机则可以轧制出人们所需要的各种各样的钢材。这真是一石激起千重浪。钢铁的洪流最初正是由于贝塞麦转炉炼钢法的问世所引发的。廉价而又大量生产钢的方法的出现,更使许多工业奇迹从梦想变成现实。今天的人们仍然享用着钢铁带给人类的幸福。因此,人们不能忘记钢铁时代的开创者——贝塞麦。
贝塞麦在发明转炉炼钢法之后,一刻也没有止步,继续热衷于技术发明的活动。他一生共取得120余种专利特许权,其中绝大部分是在他完成转炉炼钢的发明之后搞出来的。鉴于他在技术发展中所做的贡献,因而被选为英国皇家学会会员。
贝塞麦作为一个富有的名人、杰出的发明家,度过了自己的晚年。1879年,他被英国国王授予爵位,1898年于伦敦逝世,终年86岁。
免疫先锋梅契尼可夫
每当你得了某种传染病的时候,你总是发热、头痛。如果你到医院去看病,医生首先要你去检查血液、尿液。
在化验室里,化验人员在你的耳垂上或手指上用针刺破皮肤,取出一点点血来化验。一般说,这种化验的内容,主要是检查你血液中白细胞(或白血球)的数目,另外,也要检查一下你的白细胞的种类。白细胞一般有单核细胞和多核细胞;多核细胞还分成嗜酸性、嗜中性和嗜碱性。当然,有时也要检查一下血液中红细胞的数目,偶尔还要查查其他项目,比如血小板什么的。
检查白细胞的目的,是为了了解你的身体对侵入体内的病原菌的反应。一般说,细菌侵入人体,人体就对它产生一些反应,以便消灭它们。其中最敏感的反应,就是白细胞的增加。白细胞是身体的“卫士”,它们具有吞噬的功能,能把病菌及其他有害的外来异物加以包围、吞噬,最终歼灭。这些细胞又称为吞噬细胞。吞噬细胞的多少反映出人体对外来侵袭的反应、抵抗能力和身体的状态。
人体这种吞噬细胞的功能,也表明人体抵抗疾病的能力,又称为免疫现象。当然,免疫现象很复杂,白细胞的吞噬作用只是其中的一项内容。
最早发现白细胞吞噬作用的,就是梅契尼可夫。
一个动物学家
梅契尼可夫,全名伊利亚·伊利奇·梅契尼可夫,1845年5月16日出生在俄国的乌克兰哈尔科夫州伊万诺夫村。父亲是帝国卫队中的一名官员,所以他幼年的家境不错。
少年时期的梅契尼可夫就很好学,并且喜欢动脑筋思考问题。凡有什么事,他都要问一个为什么,看个究竟。
17岁的时候,他已经修完中学课程,考入哈尔科夫大学,而且只用了两年的时间就读完了大学的课程。他发现,大学里的东西,不能满足他的求知感。
大约在这之前不久,伟大的生物进化论的奠基人达尔文已经发表了《物种的起源》一书。这个学说有力地批判了所谓“上帝创造人”的谬论。这本书对当时的科学界震动很大。梅契尼科夫当时对生物学很感兴趣。在围绕生物进化论这个大是大非的问题上,他是站在达尔文一边,坚决反对神创造人的唯心主义言论的。
就在这个领域里,梅契尼可夫专门研究生理学和胚胎学的问题,通过胚胎学的研究来说明生物的进化。20岁时,他研究了一些低等动物,包括蛔虫、乌贼鱼的发育问题,他很想通过这些研究,得到一些有助于说明生物进化的结论。
他的论文虽然还只能算是初出茅庐的作品,但在当时也产生了一定的影响。他的后一篇论文成为他获得硕士学位的论文。
随后,他再接再厉,继续对动物胚胎学进行研究。当时的研究对象是一种狭甲虫的胚胎,他认真地研究了它发育的过程,最后又写出了一篇相当精彩的论文,并因此而获得了博士的学位,这时,他才满23岁。
由于他的学习成绩优异,俄国公共教育部给他一笔奖学金。后来他到国外去深造。
他来到意大利的那不勒斯海滨动物实验室,在这里,他认识了柯瓦列夫斯基。他们在一起研究了胚胎学。研究的对象仍然是各式各样的无脊椎动物。
动物学教授
在意大利,梅契尼可夫研究胚胎的范围扩大了。他研究棘皮动物、腔肠动物以至于其他无脊椎动物。这个时候,他已经稍有名气,已是一名颇有影响的动物学家了。
当时,许多国家的大学、科学研究机构都慕名而来写信给他,答应用高薪聘请他去工作、去研究问题。
年轻的梅契尼可夫没有被金钱和名誉所迷惑。他惦念着自己的祖国,他觉得自己虽然有一些名气,但这应该用来为自己的祖国服务,为祖国效劳。
1867年,他由国外回到祖国,在敖德萨大学任讲师,专门攻研动物学,具体是研究比较胚胎学。
所谓比较胚胎学,就是研究各种动物胚胎发育的情况,通过比较,可以说明动物在进化历史上的血缘关系。例如,高等动物像猪、狗等脊椎动物,它们的胚胎也是从一个受精卵开始,逐渐分裂,不断分化,最后才发育成熟的。这一段发育历史,说明了高等动物也是从低等单细胞生物,一步一步地发展起来的。
不久,他来到当时俄国最大的城市圣彼得堡,在圣彼得堡大学当上动物学教授。这时候,他才25岁。
这期间,他又经常到国外访问,交流学术经验。他经常去意大利,访问过西西里岛上的梅辛那城,并在那里进行实验。
梅契尼可夫热爱的是他的祖国,他的性格刚直不阿,反对暴政。
有一次,在圣彼得堡大学讲课时,他曾经说:
“如果做皇帝的来搅乱学者们所进行的研究工作,那他就是自取灭亡”。
看来,他反对统治阶级干预自己的事业、干预神圣的科学研究。
当时,沙皇实行的是独裁的高压政策。对凡是不服从他的统治,有反对他的言论的人都进行迫害。梅契尼可夫的话传到了沙皇那里以后,沙皇勃然大怒,下令对他进行审查,甚至进行各种各样的迫害。
尽管梅契尼可夫热爱自己的祖国,愿意为她服务,愿意贡献自己的聪明才智,但是,在专制统治下,在沙皇的淫威的胁迫下,他感到十分痛苦。
他无法安心地工作,沙皇政府多方搜捕他。1882年,他被迫离开亲爱的祖国。他是化装成商人,含着热泪告别祖国、告别亲人的。
他再次来到意大利后,关起门来从事研究工作,他不问政事,一呆就是好几年,主要是继续他对胚胎学的研究。其间,他还到过巴黎。
在巴黎的时候,帝俄驻巴黎的使节奉命向他道歉,并希望他能回到俄国工作。
这时候,梅契尼可夫的声誉已经很大。他一直想念着祖国,想念着亲人。他决心回国,为自己的祖国服务。
可是,在他还未跨入祖国的大门时,有一条消息使他大为震惊。他的老母亲由于受不了沙皇政府的迫害,已经含冤死去了。不仅如此,他妹妹的一家,也因为他的缘故,而受到连累,受到迫害。
听到这些消息,梅契尼可夫忍无可忍,他改变自己的初衷,不再回俄国工作了。他又重新回到巴黎,并且在那里一直从事他的研究工作,直到1916年他逝去时也没能再看到自己的祖国一眼。
不迷信权威
早在敖德萨大学工作的时候,梅契尼可夫就开展了比较胚胎学的研究,他研究的对象包括低等的无脊椎动物,也有脊椎动物。
当时,比他年长的一些专家、教授在这方面已经做了不少工作。例如俄国著名的胚胎学家贝尔就已经研究了高等动物的胚胎学,他提出了一种“胚叶”的理论。认为高等动物的胚胎是从一个受精卵子开始,一分为二、二分为四的不断分裂下去,变成了一团多细胞的胚层。胚层后来分成3层,分别叫外胚层、中胚层和内胚层。这3个胚层继续发展下去,就分别发育成生物体的不同器官和组织。
胚层又称为胚叶。这就是“胚叶”的理论。
贝尔的胚叶理论是指高等脊椎动物而言的。梅契尼可夫研究比较解剖学,他想弄清楚贝尔的“胚叶”理论,对低等的无脊椎动物是不是同样适应呢?
当时,因为还没有人进行过这种工作,所以对贝尔的理论都深信不疑。
梅契尼可夫决定用低等动物做实验,他选择了头足类软体动物和昆虫这两种无脊椎动物做为实验的对象。
低等动物的生命力比较强,很容易被分裂、繁殖。经过梅契尼可夫认真深入的观察,他终于证实:贝尔的胚叶理论不仅是脊椎动物的胚胎发育原则,就是在昆虫、软体动物这些无脊椎动物身上,它们的发育同样经历着胚叶的发育阶段,其中外胚叶逐渐分化发育成动物的表皮层和神经系统;中胚层不断分化,变成许多小节,再分化成各种器官;而内胚层则最后分化成消化器官的内壁层。
换句话说,梅契尼可夫用实验证实,贝尔的胚叶理论既是说明高等动物胚胎发育的理论,它同样适用于低等动物的胚胎发育。
在同一时期,在胚胎学界还流行着另一种学说,叫做胚胎“二源论”,认为:多细胞的动物在胚胎时期,有两种不同的发育情况。一种是在胚胎体内有体腔的,另一种则是没有体腔的。这种学说在当时占统治地位,有很大的影响,大家都认为是正确的。
梅契尼可夫在研究胚胎的过程中,发现所有的胚胎都是同一个情况,并不像“二源论”所说的那样,有两种不同的发育情况。
但是,以前他没有专门研究这个问题,而仅仅是有点印象。搞科学研究,光凭印象可不行。
梅契尼可夫决定把这个问题弄清楚,他决定做实验来看个究竟。
在有脊椎动物,所有的胚胎都曾发展到有体腔的阶段,所以,主要的问题是弄清楚无脊椎动物是否有体腔发育上的不同。
他选择了两种动物,一种本身是有体腔的,一种则没有。他们分别是棘皮动物和栉水母,后者是没有体腔的。
他从最简单的单细胞开始,认真观察,一直到它们分别发育为成形的动物。每一个阶段他都有认真的记录,并且绘成图形。
经过这个比较研究,他终于得出结论:“二源论”的理论是错误的。动物在其胚胎发育的阶段,不管是高等的,还是比较低等的,都同样经历相似的发育阶段。尽管发育成熟的动物在形态上差异很大,甚至绝然不同,但它们在发育时的经历,基本上是同一个格局的。
梅契尼可夫这个研究,在很大程度上给予达尔文的生物进化论以重要的支持,说明动物不论高等还是低等,都有一个共同的祖先。
他就是这样,不迷信权威,敢于怀疑已有的、被认为理所当然的一些理论。他认为:理论是人们提出来的,可能是对的,也可能有错误,需要用实验来加以验证。
他同时也认识到,自己对已有的理论的怀疑,也同样有两种可能:一种是对的,另一种是错的。经过自己进行验证,可能得出正确的结果,即否定原来的假设或理论,提出新的学说和理论。当然,也可能得到负的结果,也就是说没有足够的证据来推翻原有的理论或学说,或者得出支持原来学说的结论。
不论哪一种结果,都需要通过艰辛的劳动,耐心的观察、实验、研究,所得到的结论才是可靠的。科学的发展既需要有正面的结果,也需要有反面的结果,只有这样,科学才能前进、发展。
显微镜下的游戏
梅契尼可夫生活的时代,显微镜还刚刚在科学研究中发挥作用。德国的科赫用它发现了致人于病的病原微生物——细菌。梅契尼可夫本人对显微镜的应用也特别感兴趣。
他常常用显微镜来观察低等动物。在显微镜下面,能看到低等动物透明的身体,体内各种生理活动,只要把这些动物放在适宜他们生活的水中就可以观察到。
开始,他只是观察动物的自然活动。例如,一些单细胞动物如阿米巴,他们所需要的食物就是水中的微粒。他们能用自己的身体把整个微粒包围起来,并把它消化掉,以吸取自己所需要的营养。
多细胞动物也具有同样的生理机能。为了证实这一点,梅契尼可夫做了许多实验,当时他正在意大利的梅辛那。
梅契尼可夫用的是海星鱼。这是一种多细胞的低等动物,这种动物身体透明,可以在显微镜下观察到它体内的情况。
梅契尼可夫先是用小刀在海星的一角划出一个小口子。然后放在显微镜下面观察。
奇怪的事情发生了。海星体内许许多多活的细胞,纷纷向受伤的部位集结,就好像有人发出什么命令似的。不多久,受伤部位的周围就集中了一大堆细胞。
这些细胞是干什么的呢?开始的时候,梅契尼可夫还不清楚,他有种种猜想:或许是受到伤痛的刺激?或许是受伤后有什么外来的异物进入他的体内,引起刺激……总之,还做不出什么可以肯定的结论。
于是,梅契尼可夫再做进一步的实验。
他把一根很小的木刺,放到海星的体内,然后,他仔细观察海星对这个刺激的反应。
当天,同样的事情发生了。海星体内有很多细胞纷纷向小木刺的地方聚集、包围。
第二天上午,梅契尼可夫再观察,他惊奇地发现,小木刺已经不见了。他认真地寻找后终于在有些细胞中发现了小木刺的碎片踪影!
问题已经很清楚了,这些能游走的细胞,就是专门对付侵入体内的异物的。这种反应对于机体是有利的,是有保护作用的。他把这种现象称做吞噬作用。
问题还没有完。梅契尼可夫想进一步观察更高等一些的动物,看是否也有同样的现象。
这一次,他观察的是蝌蚪。
他发现,在蝌蚪的尾部有许多老化了的细胞,当蝌蚪进一步发育后,老化的细胞愈来愈多。这时候,从蝌蚪体内游过来许多细胞,它们也有吞噬的机能,它们把老化了的细胞一个个吞食了。后来,这个蝌蚪的尾巴就断了,蝌蚪断了尾巴以后,就变成了青蛙。
巴斯德的积极支持者
当时,法国的巴斯德名气很大,他在研究微生物方面取得了很大的成就,法国还特意为他建立了巴斯德研究院。各国科学界对巴斯德都抱着敬仰的心情,很多人到巴黎来会见他,向他学习,或交流经验。
巴斯德根据自己的研究结果,提出许多疾病都是由微生物的侵入引起的见解。但他对这个过程还存在一点疑点还没有解决,这就是为什么同样的微生物,当侵入一种动物时,就引起疾病,而侵入另一种动物后,却不导致疾病。他只能笼统地提出,是由于两个生物体的反应不一样的缘故,但具体的他却提不出证据来。
梅契尼可夫想在这方面做点工作,以支持巴斯德。
这一次,梅契尼可夫用的是另一种动物,这是一种小小的甲壳动物,叫做水蚤。它在一些静止不动的水中很容易找到。
梅契尼可夫观察到,水蚤吞食水中的微生物。有一种微生物会以芽胞的形式在水中存在,当芽胞被吞入以后,就在水蚤的肠道里破壳而出,变成细菌,引起疾病。
但芽胞也面临着另外一种命运,而且是更常见的结果,那就是没等到它破壳而出,就在肠道中被水蚤体内那些游走性的细胞所包围、吞噬并被消化掉。
这是两种截然不同的命运和两个截然不同的结果。被侵袭的动物,或者健康地生存下去,并把侵入的病菌消灭掉,或者自己生病,直至死亡。
梅契尼可夫把自己研究的结果,写成一篇学术论文,题为《机体对细菌的斗争》,发表于1884年。
他这个研究结果,得到巴斯德本人的支持,因为这正好解释了巴斯德所提出的疑问。
为真理而战斗
科学是反映客观事实和它的规律的学问。只有符合客观事实和规律的东西,才称得上是科学。人们认识这些规律的过程,总是由浅入深、由少到多、由简单到复杂的。
科学具有继承性,前人认识到的规律,需要后人加以继承,并继续深入,使科学不断由低层次向高层次发展。
梅契尼可夫对生物机体体内细胞的吞噬现象的认识,充分说明了这个科学的发展规律。他曾经明确地指出,人体里也有这种吞噬细胞,也有吞噬现象。人体的吞噬细胞就是白细胞。
他明确地指出,把小木刺刺入海星的那个试验,在人体内也可以见得到。入侵人体最常见的异物,并不是小木刺这类东西,而是使人生病的致病菌。每当致病菌侵入人体后,人体内的白细胞就会群起而攻之,纷纷聚集到病菌周围,包围它们、歼灭它们,使人免于罹病。
梅契尼可夫做出这样的结论,是经过相当剧烈的斗争的。这是科学上正确的和谬误的斗争。
还在他做海星体内吞噬细胞吞噬现象的时候,就有人提出,生物体之所以能排斥与抵御病菌以及外界异物的入侵,是因为有血管系统、神经系统存在的作用。梅契尼可夫的实验结果有力地驳倒了这种说法,因为在海星体内,并没有神经系统,也没有血液循环系统的存在。
后来,当梅契尼可夫发表了他那篇《机体对细菌的斗争》的名著后,在这个领域的学术界里掀起了一场风波。有从各方面而来的反对意见,有的甚至是恶意的诽谤,这些诽谤劈头盖脑地向他围攻过来。
当时,梅契尼可夫由于他的科学成就,已经被聘担任巴黎巴斯德研究院的副院长、巴黎大学教授。他还把在低等动物体内的各种实验逐渐转移到人体上来。他提出了人体中吞噬细胞及吞噬作用的意义。他认为:人体上的吞噬细胞,即白细胞的作用是清除侵入人体的各种异物,其中包括致病菌。当病菌侵入人体后,人体产生的反应就是炎性反应,其中主要的内容之一,就是白细胞的聚集和吞噬作用。
为此,他又写了两篇专著(即《炎症的比较病理学教程》和《传染病的免疫性教程》)来阐述他的这些观点。
当时,有不少人反对他的这种观点。这其中,就有1905年获得诺贝尔医学奖的德国人科赫。
科赫当时提出了体液免疫的学说。他不同意杀灭侵入人体病菌的是白细胞,而认为是人体的体液,比如血浆等。在1908年召开的一次国际细菌学家会议上,他说:“新的事实已经使白细胞吞噬病菌的理论失去了基础。因此,应该把它的地位出让给另一个理论,这就是血液决定免疫的理论”。
科赫所提的问题是严肃的学术问题。他的观点也有代表性。梅契尼可夫要证明自己的观点和正确性,还需要用事实来说话。
梅契尼可夫深知,人体与低等动物不一样。你不可能把人体直接放到显微镜下面去观察,就像看变形虫、水母、海星那样。那么,用什么办法呢?
梅契尼可夫采用了一种循序渐进的方法,这就是从那些低等动物入手,再进入较高等的动物,最后才是人体。
他先采用青蛙做实验。蛙类对入侵的炭疽杆菌是有免疫力的。每当这种致病菌侵入以后,蛙体内的白细胞就把它们包围、歼灭、消化掉。
梅契尼可夫进一步做试验。他先把炭疽杆菌的芽胞放在吸水纸里面,并把它包好,或者把它放在一种叫接骨木的植物的木髓囊里面,然后把它整个移植到青蛙的皮下淋巴腔里去。
上面已经提到过,炭疽菌的芽胞是在环境很不利于生长时形成的,它的抵抗力极高,不易被杀灭。一旦环境变得有利了,它就逐渐发芽,长出炭疽菌来。木髓囊或吸水纸都是一层组织,它可以透过体液,但白细胞这类细胞却穿不透。如果青蛙的淋巴腔中那些体液能杀灭细菌,那么,这些芽胞就会被体液所杀灭。
这个有趣的实验结果表明,炭疽菌的芽胞一直生存无恙,并且发了芽,能长出更多的炭疽菌来。
这清楚地表明,体液没能杀灭病菌。
梅契尼可夫进一步做了另一个实验。这次用的是更高级一些的动物,就是哺乳动物中的豚鼠。
豚鼠生性很脆弱。它一旦受霍乱弧菌侵扰,就会发病死亡。
梅契尼可夫先给豚鼠注射极小量的霍乱菌,它足以产生一定的毒性,但毒性没有大到足以使豚鼠死亡。
再过几天,再给豚鼠注射第二次霍乱菌,这一次的用量增大了一些。这样,经过几次注射,豚鼠没有生病,也没有死亡。这是因为经过几次注射后,豚鼠体内已经逐渐滋长出抵抗力了,所以不再害怕发生霍乱病了。
梅契尼可夫认为豚鼠已经得到免疫力,可以有抵抗霍乱菌的能力了。而这种能力,他认为与豚鼠体内的白细胞密切相关。
这些实验足以说明人体的免疫力也是这样产生的。
梅契尼可夫认为:人体免疫力的情况,与其他那些动物相似,但人体的情况要较动物复杂得多,因为人体无法直接放在显微镜下观察,只能通过检查人体中的血液来观察,再结合从人体身上取得的组织进行检查,再把这两项检查的结果进行综合、分析、推理,提出合理的学说。
在梅契尼可夫生活的时代,研究人体的技术和方法还比较落后和原始,很难直接观察出人体内部的情况。梅契尼可夫是通过密切的观察来研究人体的。
他首先观察了人体患传染病后的反应。他指出,人体对传染病的反应与那些他进行过实验的动物基本上是一样的。最明显的反应就是:病菌入侵后,人体内的白细胞游走起来,并积聚、集结在病菌周围,然后把它们包围、吞噬、消化、歼灭掉。
他把这些白细胞称为吞噬细胞。吞噬细胞的吞噬作用就保证了人体对病菌的免疫力。
要知道,梅契尼可夫当时所处的时代还是19世纪的上半叶。经过100多年的努力,科学家们发现人体的免疫力是极其复杂的,白细胞的吞噬作用只是其中的重要一环。但他当时就已注意到人体这种免疫现象,这的确是一件十分了不起的发现,在当时这一领域里,他是站在最前列的。他的这些学说和见解,也为愈来愈多的科学家所证实,所承认。
为了赞扬他在这个免疫领域上所做的探索性工作,表扬他的突出成就,他与德国另一位医学家埃利希共同分享了1908年的诺贝尔生理学与医学奖。
关于衰老的研究
衰老的问题,是任何时代、任何人都关心的问题。谁都希望能长寿,能多活些年头。中国古代的帝王、统治者,甚至梦想长生不老。出于这个目的,人们必须研究衰老的过程和原因。
梅契尼可夫对衰老的问题,也进行了研究,而且是结合他有关免疫的现象来研究的。
梅契尼可夫发现:不论是肌肉、神经、泌尿系统,肝脏、肾脏,还是卵巢等等组织和器官,当本身机能开始发生退化后,机能紊乱,出现一些异常的组织和细胞。对这些异常的组织和细胞,人体的吞噬细胞也把它们当成外来的异物,要把它们吞噬和消灭。
其实,这种生理过程在人的一生中,一直在进行着,这就是新陈代谢。老的、不起作用的细胞,吞噬细胞把它们清除了,新的细胞才产生出来,代替旧的细胞。
到了衰老的时候,这些吞噬细胞吞噬老化了,变成了无用的细胞和组织。问题就出在这些吞噬细胞上。正常情况下,吞噬细胞完成任务后,就离开他们战斗的处所,但在衰老的人体里,这些细胞并不离开,而是逗留在原处,本身也成为没有任何用处的细胞,并逐渐被结缔组织所代替。
结缔组织就是人们平时所说的疤痕。疤痕不具有生理功能。如果肾脏组织被疤痕所代替,就不再具有分泌和排出尿液的功能;肝脏被疤痕组织所代替,就不再具有分泌胆汁的机能……全身所有的组织都出现这个现象时,衰老就降临了。
梅契尼可夫还认为:衰老还与人体肠子里的细菌有关。他指出,人体肠子里的细菌,经常在分泌毒素。年青时,人体机能还旺盛,不至于中毒。随着年龄的增长,人体长期受这些细菌毒素的影响,逐渐发生中毒的现象。
为了消灭这些中了毒的组织、器官和细胞,白细胞就把它们吞噬掉,自己本身也被结缔疤痕组织代替。
这又是人体衰老的另一个原因。
梅契尼可夫还认为:人体肠道中除了别的细菌能分泌毒素以外,还存在一种乳酸杆菌,这种杆菌会分泌乳酸。而乳酸对那些分泌毒素的细菌和它们分泌的毒素,都起着抑制的作用。
由此,梅契尼可夫曾经极力主张,人应经常喝用酸牛乳,使乳中的乳酸杆菌在肠道中繁殖,这样对人体会有好处,人会因此而长寿。
梅契尼可夫在巴黎做了大量的科学研究,取得了很大的成就。他还在1912年被推选为法国科学院的外国院士。
1916年7月16日,梅契尼可夫在巴黎逝世,享年71岁。
勇于探索的埃尔利希
在19世纪末的德国,除了声名远扬的细菌学家科赫之外,还有一位在免疫学上功勋卓著的伟人,他就是被人称为“血液学和免疫血液学之父”的埃尔利希。
埃尔利希1854年3月14日出生于德国西里西亚的斯特恩,他的父亲是当地一位有名的医生。
埃尔利希少年时即对医学有着浓厚的兴趣,主要得益于家庭环境的熏陶。
中学毕业后,埃尔利希考入弗劳兹瓦夫大学医学院学习,之后,又转学进入斯特拉斯堡、弗莱堡等大学,1878年从莱比锡大学医学院毕业。
埃尔利希在频繁转换学习环境的同时,接触了各学院当时最新的医学知识,为他在医学上取得成就打下了雄厚的基础。
毕业之时,埃尔利希有幸见到了细菌学创导者科赫和病理学家赫丹兴,这两位科学家当时都名噪一时,但对无名小卒埃尔利希却都尽力提携,丝毫没有居高临下的姿态,他们在这个青年的身上看到了自己的影子。
科赫同细菌不懈斗争的精神给了埃尔利希极大的鼓舞,他幻想着能够发明一种彻底消灭细菌的武器,解救在病魔折磨下的芸芸众生。
科赫预料到埃尔利希将来定会干出一番事业来,推荐他到欧洲规模最大的病理研究所见习。
几年后,埃尔利希经过刻苦学习,终于成为细菌学研究领域最有希望的后起之秀。
埃尔利希要用行动来实现自己的梦想了。
他的目标首先瞄准一种寄生于人体和家畜体内的细菌——锥体虫,将其作为“捕猎”的对象。
这时他已经在法兰克福医院化验所工作了,有了自己的实验室和助手。
埃尔利希和他的日本助手秦佐八郎开始了艰苦的探索。埃尔利希想:既然染料能使细菌着色,使它因着色而最后死亡,那么它能不能在体内杀死细菌呢?
他把一只小白鼠关在笼子里,给它注入一滴含有锥体虫的血液,再给它注射染料,结果小白鼠死去了。
埃尔利希又换了一种染料,还是没有成功。
几年过去了,埃尔利希试验了当时所能提炼的100多种染料,可是没有一种染料能挽救染上锥虫病的小白鼠的生命。
由于夜以继日地工作,埃尔利希32岁时就得了严重的肺病,他不得不放弃一切工作悉心调养。
由于自己的患病,埃尔利希更深刻地认识到探究人体免疫现象的重要性。
病情稍有好转,埃尔利希就回到了实验室。
“如果在染料里掺入一些硫化物,使它们在血液里能更快更好地溶解,也许能杀死锥体虫了吧?”埃尔利希有一天忽然冒出了这样一个想法。
他把这个想法跟助手秦佐八郎说了以来,得到了他的赞同。
秦佐八郎是一位很有见地的医学博士,对埃尔利希的帮助也非常大,埃尔利希后来在获得诺贝尔奖时说:
“我永远怀念,同时希望天下人都知道,我的东方好友秦佐八郎给予我的极大的协助”。
新的实验又紧张地开始了。
他们把掺有硫化物的染料注入含锥体虫的小白鼠体内,每隔一段时间就从小白鼠身上抽一滴血,放在显微镜下观察。他们惊喜地发现:血液中的锥体虫越来越少,最后完全消失了。
埃尔利希还没有来得及高兴,便遗憾地发现:小白鼠不久也痛苦地死去了。原来,硫化物不仅杀死了锥体虫,也毒死了小白鼠。
实验又失败了,但毕竟这是一个有意义的发现,埃尔利希决定沿着这条道路继续探索下去。
这时,一种治疗非洲流行的昏睡病的新药——阿托克西尔研制成功了,这种药可以有效地杀死人体内的锥体虫,但副作用太大,不少人治好了昏睡病,眼睛却失明了。
经过研究,埃尔利希发现阿托克西尔是一种含有砷的毒药,能严重地损坏人的视神经,与含硫染料毒死小白鼠是同样的道理。
“能不能改变阿托克西尔的成分,使它只能杀死锥体虫,而不损害视神经呢?”埃尔利希想。
他立刻着手进行实验,和秦佐八郎一起合成了数千种“阿托克西尔”的化合物,并对其一一筛选,编上号码。
埃尔利希和他的助手一次又一次把阿托克西尔的各种化合物注射到有锥体虫的小白鼠身上,仔细地进行观察,然而,一只只白鼠都可怜地死去了,药品的毒性还是太大。
化合物已经实验了605种了,实验还是没有成功。
埃尔利希和秦佐八郎都有些灰心:难道这个设想错了吗?
这时,时光已经走到了1909年的春天,在这条充满艰辛的科学道路上,埃尔利希已经度过了将近5年的难忘时光,这5年里,他付出了多么艰巨的劳动!可是成功却像一个虚无缥缈的影子,可望而不可及。
“再进行一次实验吧,也许下一回会成功呢!”每当失败时,埃尔利希就这样鼓励自己。
这一次,埃尔利希又搬出了这一战胜自己的“法宝”。
埃尔利希将编号为606号的化合物——二氨基二氧偶胂苯粉剂小心地用蒸馏水稀释,注射到一只患有锥虫病濒临死亡的小白鼠身上,然后专注地进行观察。
奇迹!这只萎靡不振的小白鼠像被一种无形的力量唤醒了,变得越来越活泼。
埃尔利希兴奋极了,他从白鼠身上提取了一滴血样,放在显微镜下观察,惊奇地看到锥体虫正在被迅速杀死!
这是不是一次偶然的成功呢?埃尔利希深深地吸了一口气,压抑住自己激动的心情,又将第606号实验药剂注射到一大批患锥虫病的小白鼠身上,结果,这批小白鼠全都恢复了健康,重新在笼子里蹦跳起来。
实验室的所有人员也都高兴地欢呼起来,5年的心血终于没有白费!
这种淡黄色的粉剂就像导弹一样,在人体内专门跟踪追击锥体虫,却不伤害人的神经,可以说是治疗昏睡病的特效药。
1910年4月,在巴恩巴登内科学年会上,埃尔利希向全世界宣布了他的发明。为了纪念他们606次艰苦的实验,他把这种新药称为“606”。
埃尔利希并没有止步,他设想:能否利用“606”来治疗梅毒病人呢?
梅毒是20世纪初西方提倡“性开放”的恶果,是一种无药可治的性病,患上梅毒的病人只有一个结果:等死。
埃尔利希和秦佐八郎为了实验,一天晚上悄悄跑到法兰克福最低下的娼妓区,找到一个患梅毒已奄奄一息的妓女,给她打了一针“606”药剂。
经过一个星期的治疗,那个妓女竟然康复了,这证明梅毒已不再是绝症,而“606”正是攻克顽症的“克星”。
一时间,全球轰动,各国制药厂纷纷制造这种杀灭梅毒的注射剂,而信件也像雪片般飞向埃尔利希的实验室。
“606”还有不足之处,就是还有一定的毒性副作用,许多患者用药后,全身皮肤发黄,严重的甚至死亡。
埃尔利希和他的助手们又熬过了无数个不眠之夜,经历了无数次失败的考验,终于在1912年,制成了比“606”更有效、更安全的新药“914”。
“606”和“914”不过是埃尔利希许多重大成就中的一项,使他获得1908年诺贝尔生理学和医学奖的原因则是他对免疫力的研究。
他对免疫现象的研究早在1890年就开始了,他曾指出,免疫血清具有溶菌作用,有溶菌作用的抗体称为介体。他把介体看作是反应过程的中间环节,具有两种亲和力,一种是对补体的亲和力,另一种是对红血球的亲和力,每种血清都有作用于各种敏感抗原的多元补体。
1896年,他发现了重氮反应,1897年他创立了“侧链学说”,这期间他发表了权威性著作《免疫论文全集》。
有一本杂志专门总结了埃尔利希对现代医药的四大贡献:①细菌与人类日常生活的密切关系——细菌致人死命,但一时一刻没有细菌,人也就无法生存。②细胞与体素的分别研究。③各种免疫的缜密探究。④化学医疗的创导。
埃尔利希对人类的贡献不仅是他的研究成果,他百折不挠,勇敢探索的精神也是后人要继承的可贵财富,他曾对人说:
“做事就怕松弛,一松弛就不可收拾;读书独怕疏忽,一疏忽则心不专矣。疏忽是错误的开始;松弛则是堕落的根源。”
1908年在斯德哥尔摩颁奖仪式完毕后,埃尔利希发表了激动人心的演说,他没有渲染自己的发现和研究成果,却以大量动人的词语赞扬了与他一起工作的同事和助手们,他最后说道:
“科学的研究没有国籍的限制和种族的隔阂!在诸位赞佩我在医药上的些许成就的当儿,我有一个愿望,愿今后致力于科学研究的人们,首先要免除门户之见。”
由于肺病的影响和过度的劳累,1915年8月20日,埃尔利希在他61岁的时候,倒在了他奋斗一生的医学研究道路上。但他留下的“606”和“914”则像一个路标,指明了后人向科学高峰攀登的方向。
一个新元素的诞生
在巴黎求学的日子
巴黎,索尔本街区。
宽阔宁静的广场上,一群雪白的鸽子在安静地觅食。
正是午时,阳光毒毒地射着,游人不多,巴黎大学高大的建筑物阴影下,只有一个妇女似睡非睡地摇晃着婴儿车。
一个身穿粗布长裙的姑娘站在那两扇大开的门前,手里不停地挥动着自己的宽檐帽子,她的脚下,是一只看不出颜色的大旅行箱。
天太热了,她的脸通红,挥动的帽子也没能使热度减轻分毫。
这就是巴黎!这就是梦寐以求的巴黎大学!
她走进门,一阵清爽的凉意扑面而来,抬头观望,啊,这大厅多高!这天花板多美!大厅里那些年轻活泼的青年男女们,是多么兴高采烈!
一颗备受压抑、屈辱的心在这充满自由和活力的环境中,慢慢地舒展了……“你好!是新来的吗?”她正在观赏,正在沉思,一句热情的问候在耳边响起。
她惊觉,注目观望,一头红发首先引起了她的注意,她没有说话。
红头发以为她没有听懂法语,又改用俄语问道:“你好!从波兰来吗?”
那种屈辱的感觉顿时又涌上了她的心头,他为什么要用俄语?既然他判断自己是波兰人,为什么不用波兰语?他不懂吗?
不错,她的祖国是在备受沙皇俄国的欺凌和压迫,她的民族是在侵略者的铁蹄下苟延残喘,她的母语是在遭到统治者无端的扼杀,可她仍然是一个波兰人,她的心被耻辱的火烧得发烫!俄国人不准波兰人说自己的语言,她偏说!俄国人规定女人没有接受高等教育的权力,她偏学!一个24岁的姑娘不能拿起枪反抗侵略者的统治,那就用智慧、用头脑来说明自己吧!
她紧绷着嘴唇没有吭声,沉默了好一会儿,她才用波兰语说:“是的,我是波兰人。来这里求学。”
红头发明白自己无意间伤害了她,一个来自备受压迫的民族的人,其自尊心往往是敏感且脆弱的。
“来,我——带——你。”他也改用波兰语,他学得不到家,说起来生硬,每个词都像炒豆子一样是蹦出来的。
她禁不住乐了,自己为什么要强求他呢?法国是一个自由的国度,人人有选择的权力呀!
红头发也笑了,又说:“我——马蒂尔德,理学院。”说完提起她的旅行箱,示意她跟他走。
她擦了把汗,跟着他向前走。
她的耳边充斥了各种各样的议论:
“看这个丑小鸭!一定是从哪个乡下来的!”
“看哪,她的衣服上还有补丁呢!”
“她有多大?30了吗?”
这时,红头发就会不停地驳斥他们:
“古德利,闭上你的臭嘴!她可比你的鲁曼丝漂亮10倍!”
“苔丝,你的衣服倒是漂亮,可衣服里面却装着一个大草包!”
……
他们用的是法语,他们以为她不懂,可她全明白。在波兰时,她就自学了法语,就是为将来在法国留学铺平道路。
来到教导处,她要了表格,然后用法语对红头发说:“谢谢你,马蒂尔德。”
马蒂尔德一下子愣了,张大着嘴半天说不出话来。
她填完了表格,又仔细审视了一遍,然后在名字处端端正正地写上自己的名字:玛丽·斯克罗多夫斯卡。
玛丽精通法文,在波兰时又自学了中学所有的物理和化学知识,所以她很自信,自信能轻松地跟上大学的课程。可在巴黎大学上的第一堂课,她就像迷了路的异乡人,找不到一点感觉。
教物理的是一位从耶鲁大学毕业的教授,他的法语讲得很快,还穿插着许多难以理解的俚语,对法国人来说,听他讲课也许是轻松的享受,但对从异国他乡来的人——比如玛丽来说,就像听一部天书。玛丽还在脑子里翻译教授所说的上一句话的含义时,下一句话又接踵而至,一堂课下来,她甚至没有听懂教授所讲的话,就别提理解他所讲述的深奥的物理知识了。
玛丽呆呆地坐在座位上,脑子里如同灌满浆糊。一想到自己每年要花掉400法郎的学费,在这里却如同傻子一样耗费光阴,她就感到非常难受。
马蒂尔德走过来向她打招呼,她只是笑了笑,她没有心情。
日落时分,玛丽坐上一辆去拉维垒特路的公共马车,她的姐姐布罗尼雅住在那里,为了节省费用,玛丽只能住在姐姐家。
公共马车走了近一个小时才到达目的地,玛丽下了车,向100米外那座旧公寓走去。她的心情依然不好,像有块石头沉甸甸地压着。
布罗尼雅亲热地迎上来:“玛丽!怎么愁眉苦脸的?难道浪漫美丽的巴黎也不能让你高兴起来么?”
“布罗尼雅,你应该明白,我听不懂课,真不知道该怎么办。”
布罗尼雅笑了起来:“就因为这个?这没什么,我刚来时比你还要惨,不懂法语……又没有认识的人,放宽心吧,玛丽,一切都会好的!”
玛丽勉强笑了笑,算是回答,然后径直回到自己的房间。
这天晚上,她房间里的灯光一直到凌晨才熄灭。
一个月过去了,即使玛丽花费了别人成倍的时间,她听起课来依然非常吃力。
布罗尼雅家经常有客人来,有时是来玩牌,有时是约她一家人去参加舞会,每一次布罗尼雅都要拉上自己的妹妹。
玛丽很难控制自己,她本身就是一个爱玩的姑娘,每次姐姐家来了客人,她都经不住姐姐的劝说,便加入到他们欢乐的娱乐圈里去。这样去了几次后,她发现自己太经不起诱惑了,这样下去,别说赶上功课,恐怕连毕业也成问题。
玛丽决定搬出去,在巴黎大学附近另寻一个住处,一来可以省去大量浪费在路上的时间,二来独处也可以抵挡难以抵挡的诱惑。
虽然布罗尼雅家充满了温情,玛丽还是搬了出来,在拉丁区租了一间狭小潮湿的小阁楼,开始了她一生中最艰苦的求学日子。
从学校回来,她一头又扎进了厚厚的书本中,等到天黑下来,她就搬上课本,到附近的“圣日维尔图书馆”学习,那里暖和,可以省下煤和灯油。
10点钟,图书馆关门了,在工作人员带着敬意的眼光中,玛丽回到自己的小屋,点上灯,一直学习到凌晨两三点钟,直到熬得两眼通红,头脑发胀,这才躺到床上去。而早晨6点多钟,她就又爬起来,预习完一天的功课,匆匆吃完早饭就去学校上课,剩下的时间或去实验室,或去图书馆。
玛丽从不做饭,她甚至不知道那鲜美的汤是如何做出来的,她的食谱是面包、黄油和茶水,日复一日,绝无变化。
为什么要花大量的时间去烹调呢?省下这些时间,可以读好几页书呢。
为了消除困倦,玛丽还发明了一种独特的休息方法:洗衣服。只需闭上眼睛,机械地搓来揉去,问题就解决了,既洗完了衣服,也让自己的脑子得到了休息。
即使是铁打的汉子也难以经受这么长时间的比修道士还要清苦的生活,何况一个柔弱的女子呢?终于有一天,玛丽昏倒了。
这天,玛丽上完了课,正要起身离去时,忽然觉得一阵晕眩,眼前一黑,便一头扑倒在地上。
教室里一片惊呼之声,同学们手忙脚乱地把她抬到两张并起的桌子上,一阵忙乱之后,玛丽终于无力地睁开了眼。
“天哪!斯克罗多夫斯卡,你的脸色苍白得可怕!应该马上去看医生!”马蒂尔德建议。
玛丽摇摇头,去医院可是一笔不小的费用,她的每一个铜子都用得合乎其位,根本没有这笔额外的支出。
她强撑着要起来,头一阵晕,又无力地躺倒了。
这样下去可不行,马蒂尔德决定马上把她送到学校的医疗所,玛丽拦住了他:“马蒂尔德,如果你肯帮我个忙的话,我将不胜感激。”
“说吧,斯克罗多夫斯卡,我听着呢。”
“你能到拉维垒特路去一趟吗?去找我的姐夫,他是一个大夫,他住在A35号。”
“我这就去,斯克罗多夫斯卡。”
两个小时后,玛丽的姐夫急匆匆赶到,他看到玛丽那苍白的脸色时,第一个反应就是她太缺乏营养了。
这位大夫跟着玛丽,来到她的小屋,在这个只有一张床、一张桌子的小屋里,他只看到了一个干净的碟子和一个空空的平底锅,旁边惟一可以算做食物的东西,只有一小包茶叶。
他明白了,严令玛丽把书本都留在这里,带上自己的衣服,硬把她拉回到拉维垒特路自己的家中。
看着瘦弱且疲乏不堪的妹妹,布罗尼雅心疼极了,她不停地追问自己的丈夫,玛丽究竟得的是什么病,何以会如此憔悴?
医术精湛的大夫不说话,只是用笔在一张单子上飞快地写着:烤牛肉、脆马铃薯、鱼子汤……“这就是她所需要的药。”最后大夫以不容置疑的口气说,“布罗尼雅,去准备吧,她必须马上服用。”
半个小时后,玛丽坐在桌前,一口一口咽下姐姐亲自为她烧的菜:一大块带血的烤牛肉、一盘油煎的脆马铃薯片,一大碟热气腾腾的鱼子汤。
过了一会儿,玛丽的脸色奇迹般地有了血色,布罗尼雅这才松了口气:“玛丽,以后再不许这样了,至少不能饿着自己!”
晚上,玛丽是在姐姐家睡的,11点钟,布罗尼雅亲自到她的房间,为她熄了灯。
一个星期后,玛丽又呆不下去啦,这怎么行?同学们都在学校听课,自己却躲在这里享受!
身体已经恢复正常,应该赶紧回到自己的那个小阁楼里去,功课已经耽误得太多了。
玛丽悄没声地又回到了自己的小屋,于是清苦的日子又开始了。
玛丽把所有的时间都用在了学业和试验上,她从不参加游玩,也不参加学校组织的舞会,不过她倒是经常和人谈话,但话题却只有一个,那就是——科学。
有不少学生都开始注意玛丽了,这位不慕虚荣、穿着一身有补丁的衣服的姑娘,让几个同学由敬佩而萌生爱意,红头发马蒂尔德甚至开始向她写情书了。
可玛丽对此却毫无反应,没有任何事情可以打乱她的生活轨迹,一种追求完善、向往科学的欲望在时时激励着她。铁石般的意志可以阻挡任何外来的诱惑。
功夫不负有心人,两年后的毕业考试上,玛丽以全年级第一的好成绩,顺利通过了物理学学士的考试。
新的生活从此扬起了风帆。
最不像科学家的科学家
巴黎西埃尔路有一所普通的房子,由于地势低洼,青砖墙下污渍斑斑,绿茸茸的青苔一直爬到了两米高的窗栏,只有房后那美丽的小花园,可以暂时让人忘却它带来的阴冷之感。这里,就是巴黎理化学院的青年教授皮埃尔·居里和他的新婚妻子玛丽·居里的家。
玛丽是因一个偶然的机会认识皮埃尔的。当时她需要一个实验室进行自己的研究,有人便把皮埃尔介绍给了她,说他可以为她提供一个实验室,就这样两人认识了。对科学的挚爱,把他们两人紧紧地联系在一起,经过一年多的交往,玛丽终于变成了居里夫人。
婚后的日子虽然清苦然而非常甜蜜,他们骑着自行车,沿着风景如画的乡村道路,周游了大半个法国,在激动人心的蜜月之后,他们便选择了这处僻静的地方住了下来。虽然房子不是太好,但这里很安静,搞研究恰到好处。
现在,在离家不远的一个四处透风的大木棚子里,这对令人尊敬的夫妇却像两个干粗活的工人,皮埃尔的粗布长袍上沾满了墨黑的污渍,正用一根又粗又长的铁棒用力搅动着一个沸腾的大桶,桶里冒着蒸气,还散发着刺鼻的怪味,而玛丽则围着布裙,不停地往桶下的火堆里抱木炭,汗水从她的额头上淌下来。
两人都不说话,只有熊熊的火在燃烧着。
时间就这样分分秒秒地流逝着。
“皮埃尔,休息一会儿吧。”时近中午,玛丽对居里说。她一脸倦容,腰几乎像折了一样。
皮埃尔停下手里的铁棒,心疼地看着妻子说:“玛丽,我看你还是休息几天吧,你的气色不太好。”
“没关系,大概是离火堆太近的缘故……休息一会儿就会好的。”玛丽努力挤出一丝笑容,她真怕皮埃尔因此停下这项旷日持久的研究工作。
大约两年前,一次玛丽在测定沥青铀矿石的放射性强度时,惊奇地发现它的放射性竟然比纯铀还要强好几倍,玛丽以为自己测量结果有误,于是又进行实验、测量,结果发现每一次都一样。玛丽知道,在铀矿中所含有的已知元素中,除了铀以外,其他都不存在放射性,因此这只有一种可能:铀矿中还存在着一种未知的具有放射性的元素。
玛丽被自己的设想所激动,皮埃尔从学校一回来,她就迫不及待地把自己的设想告诉了他。
皮埃尔听完后,双掌一拍,喊道:“妙极了!我亲爱的玛丽,你的假设完全有道理!我们一起来寻找这种未知的元素吧!”
“不过,我估计这种元素的含量一定非常微少,或许只占到矿石的百分之一,甚至千分之一,否则科学家们早就把它鉴别出来了,所以……”玛丽停了下来,这项工作的艰巨性足可以让一百个壮汉闻而生畏。
“别为这个担心,亲爱的。”皮埃尔说,“只要它存在,我们就一定能把它分离出来!这本来就是我们的工作嘛。”
要想从矿石中分离出这种未知元素,只有采用加热煮沸蒸发过滤的笨办法:先将铀等其他已知的元素一个一个分离出去,直至找到那个放射性元素的藏身之所,除此之外无捷径可走。
于是皮埃尔找到了这个大木棚子作实验室,随即夫妇二人便开始工作了。
他们将沥青铀矿放入大桶,混入化学试剂和酸,然后加热煮沸,将元素一个个分离。
无数个日夜过去了,他们在实验室里每天都要工作8个小时以上。累了,就坐在椅子上休息一下,饿了,就啃一口从家里带来的干面包。
桶里的溶液越来越少,最后,到1898年的7月份,他们终于把所有的成分都分离了,他们惊喜地发现:钡元素溶液和铋元素溶液竟然都具有放射性!这证明,未知的放射性元素不是一个,而是两个!
这一成果可谓来之不易,因为结果表明,新元素的含量还不到铀矿石的百万分之一!可想而知,他们付出了多么辛勤的劳动!
胜利在望,夫妇二人索性就住在了四处漏风的木棚子里,什么时候困了,就在这里睡上一会儿。
又是半年过去了,终于,钡溶液和铋溶液都被分离成了很少的一点溶液,无疑,这就是那种未知元素与钡和铋的混合物。
玛丽把与铋混合的那种放射线元素命名为“钋”,以纪念处于沙皇俄国暴虐统治下的祖国波兰,而把另一种元素命名为“镭”。
居里夫妇兴高采烈地向科学界通报了这一伟大的发现,然而,科学界对此却表示出极大的怀疑。一位物理学家表示“这不可理解”,而一位资格很老的化学家则毫不客气地说:“把你们的纯镭拿来,我就相信你们。”
这件事使两个年轻的科学家明白:要想证实自己的发现,就必须拿出来确实的证据——纯镭。
夫妇二人犯了愁,他们不是在乎为此要付出的不可预测的时间,而是对提纯所需的成吨成吨的铀矿石无能为力:要想提炼纯镭,就必须处理大量的铀矿石,他们根本无法筹措到这笔数额巨大的钱去买矿石。
两人一筹莫展。
这样的日子过去了几天,玛丽终于说:“要是我们把房子卖掉……”
皮埃尔摇摇头:“这解决不了问题,我们的房子顶多值6000法郎,可一吨铀矿石最少也得8000法郎,何况我们至少需要六七吨铀矿……”
皮埃尔忽然停了下来,眼睛直直地盯着那堆处理后的残渣,忽然他用手一拍额头,兴奋地喊道:“天哪,我早该想到的!”
聪明的玛丽立刻明白了他指的是什么:“对了,我们可以买铀矿渣!”
这真是一个妙主意:沥青铀矿是提炼铀的,因此剩下的矿渣肯定含有那两种未知的元素,把这些废物买进来,不是一样可以提炼镭吗?这种被矿主们遗弃的废物,想必价格不会太高。
两个星期后的一天清晨,一辆四轮马车终于装着满满的沥青铀矿渣赶到了,这是一位奥地利铀矿矿主免费提供的,居里夫妇只需要付运费就可以了。
于是,一次更艰苦、更枯燥、更漫长的工作就这样开始了……如今,又是几百个日子过去了,居里夫妇已经处理了近四吨铀,但成功的目标却还遥不可及,两人的脸上总是挂着疲惫,身体总是像散了架,工作却一天也没有停止。
可是,玛丽越发憔悴苍白的脸却让皮埃尔担心,他劝玛丽好好在家休息几天,劝她不要把工作量搞得太大……可玛丽不听,她怎么能让丈夫一个人在蒸笼般的木棚子里受罪呢?怎么能让每天的日子松松垮垮地流逝过去呢?
这位从不知道享受、从不害怕吃苦的女子,瘦弱的身体里好像蕴含着无穷的能量,铁一般的意志支撑着她,成功的希望召唤着她!
皮埃尔终于发怒了,他甚至采用威胁手段,说如果玛丽不注意身体的话,他宁可让实验寿终正寝!
玛丽在执著的丈夫面前作了让步,每当丈夫看自己的眼光充满疼爱和关切时,她就主动提出休息一会儿。
但,那堆熊熊燃烧的火却一刻也没有熄灭……
树叶绿了,又黄了。
从木棚子经过的行人,早已习惯了那种刺鼻的气味,早已熟悉了那两个身穿粗布衣服的身影,只是他们至今仍不明白:这两个人年复一年,每天围着一个沸腾的大桶搅来搅去,是在炼金还是在求财?
最后他们连想也不想了,熟视无睹,而木棚子里的那个大桶仍被蒸腾得烟雾腾腾,那两个人仍在那里日复一日地搅动着、忙碌着……树木又被春天披上了绿装,接着又褪了色,好像一眨眼般,枯黄的叶子像一片片小船一样飘落下来……铀矿石渣还在不断地运来,刺鼻的气味日夜在木棚子里冲撞、飞散……不仅是玛丽,连身体强壮的居里也开始咳嗽、气喘了,没日没夜的工作使他们的身体都遭到了严重的损害。
真是一对怪人!不知情的行人总是这样猜测他们。知情的人除对他们抱有深深的敬意外,谁也不愿走进木棚子一步。
4年过去了,1902年秋天的一个晚上,研究工作终于到了最后阶段,居里夫妇在处理了8吨多矿渣,熬过了1500个难忘的日夜后,用分级结晶法,终于从少量的镭—钡混合物中提炼出了0.1克镭!
在黑暗的棚屋里,夫妇二人依偎着坐下来,静静地注视着玻璃试管中那略带蓝色的荧光,沉浸在幸福与喜悦之中。
啊,这就是镭!这就是他们为之奋斗了4年之久的镭!那美丽的微光,好像是一幅最美最壮观的图画……在这微量的元素前,所有持怀疑态度的科学家们都低下了头,不知是对自己无知的忏悔,还是对这对夫妇的辛勤劳动所表示的敬意?
不懈追求的科学伉俪弗雷德里克·约里奥1900年的法国巴黎,充溢着自由祥和的气氛。
亨利·约里奥,一位生意兴隆的棉布批发商,三个孩子的仁慈的父亲,在一个春寒料峭的日子,迎来了约里奥家族又一个可爱的小生命。
亨利给这个哇哇痛哭不安分的小家伙起名为让·弗雷德里克。但所有的人都亲热地称他为弗雷迪。
除了生意上的应酬,亨利·约里奥把绝大部分时间都花在打猎、钓鱼和作曲上。
他的好脾气和丰富的想像力使他得以超凡脱俗,终日过着悠然自得的生活。
这些都潜移默化地影响了成长中的弗雷迪。
弗雷迪的童年生活是美好的。
他熟悉大自然的每一种声音。雀鸟宛转悠扬的啼鸣,林海飒飒的风声,飞瀑雄壮的轰鸣,都像是自然亲切的召唤。
对这个充满魅力的世界,弗雷迪自小就有一种刻骨铭心的爱,每当他感到痛苦失意之时,仿佛总有一股无形的力量在催动着他:到大自然去!
亨利最喜欢他这个聪明可爱的小儿子了,每一次出去狩猎或钓鱼,他都要带上弗雷迪。
而小弗雷迪呢,则像过节一样,兴奋得乱蹦乱跳。
深邃的大自然培养了弗雷迪特殊的观察力和想像力,他可以凭直觉判断哪里有鱼,哪里有飞禽,哪里有淙淙的溪水。
在广阔的自然界,弗雷迪感到自己就像是在大自然母亲的怀抱中,无论是在穿越森林的漫步中,还是在耐心守候猎物的时间里,或是在静寂难耐的水面上,他似乎都能感觉到大自然深沉的脉搏。
有一次,一只硕大鲜艳的野鸡出现在父子俩的视线里。
“打掉它!”亨利心血来潮,迅速举起了手中的猎枪。
野鸡像预感到了危险,“扑棱棱”展翅飞走了。
“真是一只漂亮的野鸡呀!”亨利叹息道。
“爸爸,咱们在这里等它好吗?”弗雷迪天真地说。
“孩子,它不会回来了。”爸爸微笑地拍拍他的小脑袋。
“不,它一定会回来的!”弗雷迪倔强地说。
“那好吧,我们就听从弗雷迪阁下的意见,恭候野鸡皇后驾临吧。”爸爸知道弗雷迪的倔脾气——想做的事一定不会放弃,便幽默地答应了他。事实会让他改变主意的。
父子俩埋伏在一片灌木丛后,枪口指向野鸡曾经落脚的草丛。
时间一个小时一个小时地流逝了,落日西沉,橘红色的余晖染红了青翠的山林,森林已经开始变得沉寂,偶尔传来几声归巢的鸟鸣。
亨利有些焦急,天眼看就擦黑了,那只该死的野鸡却踪迹皆无,他担心自己的弗雷迪受不了森林的寒冷。
他想劝弗雷迪放弃这个不切实际的幻想。
他扭头一看,弗雷迪趴在那里,两只炯炯有神的眼睛凝视着前方,似乎在遐想着什么——看来他又沉迷在大自然的美景中了。
亨利正要推醒他,弗雷迪忽然低声叫道:
“爸爸快看,来了!”
声音里有掩饰不住的惊喜。
亨利抬头一看,那只鲜艳的野鸡果然翩翩而至。
亨利来不及夸奖孩子的直觉和惊人的判断力。他瞄准目标,“砰!”放了一枪。
野鸡应声落地。弗雷迪欢快地一跃而起:“打中了!”
这是弗雷迪记忆中最深刻的一次狩猎活动。在这段美妙的时间里,他不仅培养了观察力和想像力,更重要的是锻炼了过人的耐力。
1905年,弗雷迪的学生时代开始了。
他是一个遵守纪律的好学生,学习认真,但成绩并不是特别优秀。惟一可以让他感到骄傲的,就是自己的足球踢得很好。
如果走进他的卧室,你会以为误入了杂货间:房间里的桌上、床上、地上乱七八糟地堆放着各种各样的零碎东西,母亲给他收拾整齐后,不久就又被他搞得一塌糊涂。
最后,母亲不得不在他卧室醒目的地方贴上字条,上面写上“东西放在固定的地方”、“注意保持整洁”之类的话。
对于弗雷迪来说,这些字条无异于废纸,他依然是我行我素。
但有一条座右铭弗雷迪一直铭记在心:“创办事业不一定非要抱着希望,也不一定非要成功才能坚持下去。”
这句话是荷兰共和国的创立者威廉说的。
1911年,弗雷迪迷上了化学实验,这下,家里可遭了殃。母亲形容他“像疯了一样”,为了做实验,他把家里的煤气炉、油灯、器皿都变成了实验的“牺牲品”。
1920年,弗雷迪考入巴黎工业理化学校。
对弗雷迪来说,巴黎工业理化学校无异于科学的圣地。放射线的发现者皮埃尔·居里夫妇就是在这里进行他们举世闻名的研究工作的。
弗雷迪在工业理化学校学习1年后,需要在物理和化学中任选一门作为主修课程,他选择了物理。因为他崇拜的物理学家保罗·朗之万在该校继任着皮埃尔·居里的教授工作。
弗雷迪充分显示了卓越的实验才能,连朗之万也时常称赞他是最优秀的学生。
1923年,弗雷迪毕业了。
有了工程学学士学位,他想找一份工作并不是一件难事。但由于居里夫妇和朗之万的熏陶,他又希望在学术气氛中进行独创性的研究工作。
弗雷迪找到了朗之万,把自己的想法告诉了他。
朗之万听后,对他的求学态度很赞成,他决定把弗雷迪推荐给居里夫人做助手。
但朗之万以科学家的坦诚告诫弗雷迪说:
“在大学里工作你有一个很不利的条件,你既不是高等师范学校的毕业生,也不是巴黎大学的毕业生,是不合一些大人物的口味的。如果你要让别人接受,就必须清楚地了解科学要求你全力以赴,以毕生的精力研究它,并做出优异的成绩来。”
教授的话一直激励着弗雷迪,每当他的事业受挫或受到人为的迫害时,他的脑海里就涌现出教授的谆谆教诲,从而促使他从颓丧中奋起。
居里实验室
能够做玛丽·居里的助手,弗雷迪非常激动,他觉得自己真是太幸运了。
童年时,居里夫妇对科学的伟大发现就给弗雷迪留下了深深的印象。
6岁那年,弗雷迪在一本通俗杂志《大众读物》上读到了介绍居里夫妇的文章,那时他已经能断断续续地看些书了。
《大众读物》上刊登了一幅居里夫妇工作的照片:玛丽·居里正面坐在工作台旁,左手拿着一个烧瓶。她的丈夫皮埃尔站在一旁,胡子长长的,右手插在上衣口袋里,两人显然正在研究着什么。
弗雷迪拿出剪刀,仔细地将这张相片剪了下来,还让姐姐玛格丽特做了一个精致的镜框。
在弗雷迪的心目中,居里夫妇像笼罩着神秘光环的圣人,能够亲眼目睹他们的风采,是弗雷迪童年时的奢望。
从小学直到工业理化学校毕业,这张相片一直跟随着弗雷迪,伴随着他逐步走向成熟。
现在,自己竟能够到居里夫人的身边,从事自己喜爱的研究工作,怎能不让弗雷迪激动呢?
居里夫人约见他的地点就是镭学研究所自己的实验室。
1924年11月21日上午11点,弗雷迪里克·约里奥身着一身崭新的军服,在约定的时间里来到居里夫人的书房前。
约里奥所以戎装在身,是因为他刚完成在炮兵预备队的军训生活,他想:合体的军服或许能让居里夫人联想到自己是个训练有素的人。
虽已近正午,天仍寒气逼人,朔风刺骨,刀子般割痛了约里奥的脸颊。他站在门前,不住地打着哆嗦。
约里奥的心像有只小鼓般敲个不停——这位举世闻名的女科学家怎样看待自己呢?
他终于抬起手臂,敲开了居里夫人的房门。
首先映入约里奥眼帘的,是一张硕大的办公桌和几只排满书的橱子,以及两张椅子。别的就没有什么了。
约里奥没有料到,这位令人崇拜的伟人,书房陈设竟如此简单。
桌子的一边,坐着一位身材矮小的老妇人,灰白的头发,不到60岁的人看上去像有70开外,苍老而神色疲惫。一身黑色的衣服衬得她的脸色更加苍白。
只有一双晶莹、敏锐的眼睛使人联想到这个瘦弱的躯体里包含着巨大的热情和能量。
这就是居里夫人。
她和蔼地冲约里奥点点头,请他坐下。
居里夫人的友好态度打消了约里奥的紧张情绪,他把自己的情况详细地做了一番介绍。
居里夫人注意地听着。
实际上,朗之万早已就约里奥的聘用问题和她做了一次长谈,早在约里奥进来之前,她已经决定要任用他了。
约里奥讲完后,居里夫人微笑地说道:
“好了,小伙子,你被录用了,”她顿了顿,接着说,“我希望你能很快熟悉自己的工作。”
约里奥的工作开始了。
他的薪水很微薄,仅能支付必要的生活费用。
生活上的拮据是次要的,重要的是他对自己从事的工作——放射线一窍不通。
有一天,约里奥在实验室的手足无措引起了居里夫人的注意。
她走到这个年轻人面前,以不容反驳的语气说:
“约里奥,你要想有所作为的话,必须提高自己,仅有一个学士学位是不够的。”
居里夫人的话增加了约里奥的压力,他觉得自己该拼一拼了,他要在短时间里掌握放射线的知识,并尽可能早地再获得一个学士学位和硕士学位。
约里奥的苦行僧般的生活开始了。
除了吃饭睡觉,所有的时间他都利用上了,忙得不可开交。后来约里奥回忆起这段日子时说:
“我从来没有时间考虑以后要干什么,我惟一关心的就是现在的工作,并尽量多学点知识。”
约里奥的努力获得了社会的承认,1925年他获得第二个大学学位;1927年获得了理科硕士学位。
约里奥也熟悉了放射线的知识,他已成为居里夫人相当熟练的助手了。
在这期间,他和居里夫人的大女儿伊伦娜·居里建立了亲密的关系。
伊伦娜·居里
伊伦娜是在1897年9月12日出生在巴黎的。
对于一心从事科学研究的居里夫妇来说,伊伦娜可以说是在实验室里长大的。
她的爸爸皮埃尔·居里1906年因车祸意外丧生后,抚养她和妹妹艾芙的重担就压在居里夫人的肩上。
居里夫人最重视的是孩子们的教育问题,她为此殚精竭虑,创办了一个“家庭学校”,由她和几个同事、朋友担任他们自己孩子的老师。
皮埃尔的父亲居里大夫在教育孩子方面给予居里夫人极大的帮助。
他给伊伦娜讲解植物学,帮她在园子里栽种花木,带她散步。
在祖父那里,伊伦娜知道了动植物许多有趣的故事。如:老鼠是怎样打洞的,蛇在冬天是怎样生存的,种子是怎么来的等等。
这个睿智的老人对伊伦娜的成长有很大的影响,1910年他去世时,伊伦娜悲痛欲绝。
经过两年田园生活般的教育之后,伊伦娜进入塞维涅中学。在学校里,她的成绩是最优秀的。
1911年,居里夫人因提炼纯镭成功,再次荣获了诺贝尔奖。
伊伦娜这时14岁了。12月的一天,她陪同母亲一同前往斯德哥尔摩,接受诺贝尔奖。
盛大而热烈的授奖仪式深深吸引了她:欢快的乐曲和热烈的掌声把母亲送上了讲台,在上千人的注目下,母亲做了生动的讲演。在伊伦娜看来,她是那么光彩迷人。
居里夫人的讲演一次次被热烈的掌声打断,伊伦娜怀着自豪的心情,注视着这令人激动的场面。
这就是自己伟大的母亲!这就是世人瞩目的诺贝尔奖!伊伦娜感到振奋不已,此时此刻,她的心里已暗下决心:要像自己的父母一样,献身于科学事业。
瑞典之行激励了年少的伊伦娜,同时确定了她人生的道路。
伊伦娜像她的母亲一样,天资聪颖,又受到了一流的教育,因此不久就可以和母亲探讨一些简单的理论问题了。
有一次,伊伦娜随同母亲拜访了相对论的发现者爱因斯坦。
居里夫人和爱因斯坦就某个科学问题进行了深入的探讨,令爱因斯坦感到惊异的是,年轻的伊伦娜自始至终聆听着他们的谈话,时而还提一些和她的年龄极不相称的问题。
爱因斯坦不由得对她刮目相看,他对居里夫人说:你的女儿很有头脑,将来一定会有成就的。
1914年,第一次世界大战的爆发,使富于爱国心的居里夫人亲临前线,帮助救治伤病员,伊伦娜义无反顾,随同母亲一齐走上了战场。
在战场上,伊伦娜掌握了护士课程,并学会了操纵X光机。
源源不断的伤员被抬下战场,接受X光的检查。看着这些血肉模糊、衣衫残破的战士,伊伦娜的心痛苦地颤栗着。
战争!令人诅咒的战争!
伊伦娜的憎恶是无法改变战争进程的,她惟一能做的就是检查这些伤员,并尽量照顾他们好一些。
她也受到了伤害——大剂量的射线辐射伤害了她的身体,像她的母亲一样,这也是她去世的根本原因,虽然当时她一无所知。
由于她的贡献,战争结束后,法国政府向她颁发了一枚勋章,对这位年轻的姑娘来说,这是一个极大的荣誉。
1920年,巴黎镭学研究所落成了,伊伦娜决心继续父亲的工作,并给母亲做助手。
伊伦娜离不开实验室,这是她生活的全部,她想象不出自己还能过另外一种生活。
伊伦娜实验非常细心,每天,人们都会看到她坐在自己的工作台前,一声不响地埋头工作。
没有任何事情能夺走伊伦娜对工作的兴趣,她生性沉默寡言,不善待人接物,在实验室,她甚至常忘了礼节性地向别人道一声早安。
每个人都把她看做难以接近、冷若冰霜的人。
约里奥则一下就注意到她了。
他没有想到,这个体态端庄、目光坚定、头发卷曲的年轻姑娘将来会成为自己的妻子。
伊伦娜不同于一般浮华的女人,在她的身上,约里奥似乎看到了她父亲皮埃尔·居里的品质:朴实的作风,敏锐的头脑,从容的态度……约里奥发现,这位外表沉默的姑娘实际上是一位感情丰富而敏感的人。
一次偶然的机会,同样喜欢运动的两个年轻人在森林的一次漫步中相遇了,他们开始了第一次长谈。
每一朵含苞欲放的鲜花,每一只轻灵嬉戏的松鼠,都能引发他们欢悦的情愿:大自然真是太美了!
这次漫步是他们相爱的契机,他们惊异地发现:对方的志趣和自己的竟那么的一致。
共同的理想和追求结成了约里奥和伊伦娜相爱的纽带。
世上的事就是如此惊人的相似:30年前,皮埃尔和玛丽在偶然的机会里邂逅,共同的追求使他们成为伉俪;今天,他们的女儿伊伦娜又重演了这动人的一幕。
共同奋斗
约里奥和伊伦娜的婚礼在巴黎市政府举行了。
仪式很简单,参加者也只有双方的亲戚和一些朋友。
一顿丰盛的午餐后,他们的婚礼就静悄悄地结束了。
下午3点钟,这对新人坐车回到了镭学研究所,之后,便一头又扎进了实验室。
约里奥开始显示出了卓越的才能,他已非昔日的“无名小卒”了,他和居里夫人激烈地争论某个问题,有时连伊伦娜也没有机会插嘴。
约里奥从这时起被人称为约里奥·居里了,能成为居里家的一员,他深感自豪。
像居里夫妇一样,约里奥夫妇两人总是形影相随,在实验室里并肩工作。
他们为科学而爱科学,在他们的心目中,科学使人奋进,使人精神高尚。
他们从事的具体研究工作,就是居里夫妇开创的放射性。
1928年,约里奥夫妇发表了他们共同研究的第一个成果的论文。
论文阐述了镭自发衰变产生的镭-C和钋完全在空气中吸收后放出的α射线所产生的离子数,测定了形成的离子偶数。
一位化学家半开玩笑地对约里奥说:
“你现在才来研究放射性,未免太晚了。这些元素和衰变系列现在都已知道了,除了把它们的各种特性算到小数点三位或四位以外,没什么可做的了。”
但约里奥不改变主意,他的直觉和倔强的性格注定他不会回头的。
后来的事实证明:那位化学家的看法是错误的。
约里奥·居里夫妇很幸运:他们继承了居里夫人的钋,这是实验必需的原料。他们选定了威尔逊的膨胀云室观测粒子通过气体的径迹,他们的思路和研究方向都是正确的。
他们的准备工作进行了3年,这3年他们没有大的发现,一些妒忌约里奥的人开始嘲笑他,约里奥毫不介意,他的看法是:“没有困难而取得的成绩越多,实际取得的成绩就越少。”
况且,他们马上就有重大的突破,作出关键性的贡献了。
在小小的实验室里,他们整天紧张地工作,经常干到深夜。
伊伦娜怀孕后,减少了工作时间,但同时担负起了照顾约里奥的任务,因为每次她都是说破了嘴,约里奥才极不情愿地离开实验室回去吃饭或睡觉。
1934年1月15日下午,约里奥终于有了激动人心的发现。
他拿起话筒,按捺住剧烈跳动的心,给伊伦娜、玛丽·居里、朗之万……都打了电话,请他们赶到自己的实验室来。
不久,实验室里就挤满了人。
大家都屏声静气,看约里奥演示他刚做过的实验。
半个小时后,实验做完了,每个人都确信无疑地明白了:约里奥利用α粒子的轰击,将非放射性元素铝变成了放射性元素——人类制造了第一个人工放射性元素。
为了更好地了解约里奥的发现,我们详细地介绍一下他的这项成果。
当时,物理学家们一致认为:当一个粒子——α射线、质子或中子进入原子核时,原子核会发生转变,放出和入射粒子不同的粒子,并留下了一个稳定的原子核。
他们用钋的α射线轰击铝箔,在威尔逊膨胀云室观察到铝衰变时放出质子和大量电子。如果用很薄的一层铍把钋源盖住就有正电子和负电子放出来。他们认为这种情况是由于用α粒子轰击时在铍里产生的伽马辐射的内转换所造成的。
但他们的解释不能说明铝放出正电子的现象。为此他们提出一种解释:当一个2713Al原子核俘获一个α粒子时,就会有一个质子或一个中子和一个正电子放出来。无论发生哪一种状况,产生的原子核都是稳定的3014Si。
当约里奥·居里夫妇通过实验以确定能使铝产生正电子的α射线的最低能量的时候,他们发现这些粒子不是立即放出的,而是经过几分钟的辐照之后才放出的,同时在辐照停止后还持续了一个短时间。
这样,铝箔在撤离辐射源后经照射几分钟即产生放射性,半衰期为3分15秒。辐射由正电子组成。放射性的衰变是指数式的;硼和镁经照射后,它们放射性的半衰期分别为14分种和25分钟。
他们得出的结论是:他们当时接触的是新的放射性元素和一种放出正电子的新型放射性。他们发现电子是按连续光谱分布的。这就证实了他们的想法:所产生的放射性物体和天然放射性元素是相似的。
约里奥·居里夫妇的发现为元素的人工嬗变提供了第一个化学证明。
在伯克利,物理学家劳伦斯在自己制造的回旋加速器上进行实验时,轰击的元素个个都带有放射性,他们却从来没有注意这一点。
劳伦斯看了《报告》杂志上约里奥发表的文章后,回到自己的实验室,用回旋加速器进行了类似的实验。
他们看到了约里奥发表的人工放射性元素。
劳伦斯和他的助手们一样,面面相觑。
“这个发现我们本来随时可以做到的。”沉默了一会儿,一个叫索顿的首先说道。
利文斯顿则说得更干脆:
“我真想打大家的屁股!”
1935年11月14日,约里奥收到了来自瑞典斯德哥尔摩的电报和公函。
公函上写着:“因合成新的放射性元素,瑞典科学院将1935年度诺贝尔化学奖授予约里奥·居里及其夫人伊伦娜·约里奥·居里。”
他们的心情非常激动,这是居里家第三次获此殊荣了,居里夫妇在1903年获得物理奖,玛丽·居里于1911年获得化学奖。
对荣誉的看法,伊伦娜和自己的父母是一致的,她和约里奥为了躲避新闻记者,在巴黎的勒诺特大街租了一套新居。他们的经济也宽裕了。
约里奥同时遭受了很大的损失,他具有极强的社会责任感,诺贝尔奖使他成名后,他不得不满足社会上对他提出的种种要求。他再也不能专心从事自己热爱的实验室工作了。
但他仍然抽出时间,指导制造了西欧第一台回旋加速器,这台加速器可以提供能量达7兆电子伏的氘核束,在当时是非常先进的。
伟大的爱国者
1939年1月30日,约里奥向科学院提出了《铀和钍核在中子轰击下发生爆炸性碎裂的实验证明》的论文。
接着,他和自己的助手计算出用热中子照射铀而释放出的中子的能量至少有11兆电子伏。
有人曾做过这样一个计算:
假如1立方米凝结起来的氧化铀粉末重4.2吨,含有3000亿亿亿个分子,或3倍于这个数字的铀原子,每个原子释放大约180兆电子伏,总共将放出27000万亿千克米的能量。这意味着1立方米的氧化铀足以把1立方公里的水在空中举高27公里!
真是一个惊人的能量源!
当时,德国已占领了奥地利,二次大战的阴影笼罩在欧洲的上空。
德国会不会据此造出原子弹呢?
一些被迫流亡的科学家提出建议:要求停止自由发表有关原子能领域的文章,以防被德国所用。
约里奥也收到了类似的建议。
他拍去的复电是:“不。”
约里奥认为:这一建议与科学活动中必不可少的国际自由交流的原则是背道而驰的。
他当然是反对希特勒的,但原则上认为公开发表文章必须进行下去,否则就等于希特勒又成功地扼杀了科学珍贵的自由。
约里奥也考虑到了原子能在工业和军事上的前景问题,科学家们的忧虑并非杞人忧天。
约里奥想到了专利权。
在此之前,他和伊伦娜的态度是明确的,对自己发现的人工放射性采取了最无私最慷慨的态度。
但战争随时都会爆发,要想确保法国在这一极为重要的领域里遥遥领先的地位,只有采取专利权的办法。
他们取得了建设和使用原子反应堆的专利权,然后把它转给了国家科学研究中心。
9月3日,英法对德宣战了。
约里奥重新穿上了军装。他主管陆军第一科学研究组。这个研究组实际上从事着原子能的秘密研究。
1939年11月,约里奥提出两项建议:
第一,向美国购买400公斤金属铀,第二,向挪威借其全部贮备的重水200公斤。
约里奥此时已明确了铀和重水是战争时敌对双方争夺的一个重要资源,战争期间,这两种原料将无处可购。
更重要的是,他们的研究取得了重要成果:他们发现破裂后放出的中子,造出能产生收敛链式反应的铀介质,最后阐明了造成一个发散链式反应所必需的条件。
或者简单点说:约里奥发现了制造原子弹的基本原理。
对这一发现,约里奥持非常谨慎的态度。
他把自己的发现写成文件,然后将它密封,存放在科学院的档案室里。
文件在科学院一放就是10年,直到1948年8月18日才启封。
文件内容是:用含有铀的媒介物造成一个无限的链式反应的可能性。
约里奥以大局为重的态度由此可见一斑。当然,这是后话。
约里奥的两条建议被采纳,军方立刻和美国联系,购得了400公斤金属铀。
重水的问题则让他们挠头,它惟一的大规模生产者是挪威克维尔斯托夫水电有限公司,从德国盖世太保眼皮底下将200公斤重水运到法国,无异于火中取栗。
军方为此制定了周密的计划,耗费了大量的人力和财力,1940年3月,几经周折,终于将200公斤重水秘密运抵法国。
然而不久,战争形势就急剧恶化,德国人快要占领巴黎了。
金属铀、重水及一批重要的仪器和资料必须再度转移。
经过紧张的安排,这些贵重物品将由运煤船“布鲁姆帕克号”运往英国。
约里奥决定留在法国,他预见到:战争将是残酷的,但希特勒注定要完蛋,这只不过是个时间问题。
法国沦陷了,德国人接管了巴黎,他们在约里奥的实验室门口贴了一个通告,规定没有特别许可不得入内。
约里奥和伊伦娜一直住在克莱维弗尔,因为伊伦娜生了孩子后,身体虚弱,之后就常常贫血,留在克莱维弗尔治病。
约里奥是在8月9日回到巴黎的。
德国人立刻在他的实验室和他见面,全体工作人员都被召集来了。
德国将军舒曼风雅大度地发表讲话,表示他非常赞赏约里奥进行的伟大工作,希望他们为了科学保证共同前进,并有一个富有成果的合作时期。
然而到了约里奥的私室后,德国人的态度就大大改变了:粗暴、露骨、蛮横。他们审讯犯人般对约里奥进行了盘问。
问:“重水哪里去了?”
约里奥:“在波尔多装到一艘英国船上去了。”
问:“船的名字叫什么?”
约里奥:“×号。”(一艘在空袭中被炸沉的船的名字)问:“铀哪里去了?”
约里奥:“军备部收走了。”
问:“送到什么地方去了?”
约里奥:“我不知道,没有告诉我送去的地方。”
问:“你是说你不知道铀被送到哪里去了吗?”
约里奥:“是的。”
问:“可是,别人不知道,你肯定知道。”
约里奥:“我不知道。”
德国人问不出什么,又把目标转向了回旋加速器。
问:“你的回旋加速器的情况怎么样?”
约里奥:“还在安装中。”
问:“你估计什么时候可以完成?”
约里奥:“到时候就能完成。”
约里奥非常沉着小心,没有露出一丝破绽,德国人一无所获。
德国人要求约里奥的实验室接受4个德国研究人员,跟随他从事铀的研究。这样他们才能同意实验室重新开始工作。
约里奥的实验室生活又开始了,他自有主张,对他的法国同事们解释说:
“军事上我们打败了,但我们必须为祖国进行另一场战斗,法兰西总归要重新赢得独立,将来需要有能胜任核物理方面工作的物理学家和化学家。”
正是由于这种精粹的爱国主义,约里奥一直保持着生气勃勃的斗志。
法国人还以另一种方法和德国人作对:德国人博特要求使用回旋加速器,约里奥同意了,但这台机器老是出毛病,开一会儿机器就变得滚烫,只好把所有的开关马上关掉。这样的事故发生了多次,德国人却从没有怀疑过有人破坏。
实际上想要它出毛病很简单:将冷却系统中的一个水龙头关掉就可以了,这件事一直都由法国主任机械师台尔曼负责进行。
约里奥还参加了一个抵抗运动小组,开展在德国的强权下挽救法国文化生活的活动。
德国人失去了耐心,他们首先逮捕了已86岁的朗之万。
消息传开,世界各地抗议声四起,巴黎法兰西学院举行了大示威,约里奥发表了讲话,他尽力克制着自己的愤怒,谴责德国人对一个伟大人物的侵犯。
最后,他坚定地宣布:除非朗之万获得自由,否则他的实验室将彻底关闭。
声势浩大的示威终于换取了朗之万的自由,38天后,朗之万被释放了。
约里奥的处境则变得困难起来。
德国人没有动他,他们还需要他带几个德国人进行研究工作。但约里奥的行动已经受到了一些限制。
1942年,约里奥加入了共产党,成为法国共产党一名正式党员。
在严峻、黑暗的日子里,约里奥的这一行为无异于找死。
“我之所以成为共产党员,是因为我是一个爱国者”。约里奥这样答复那些感到疑惑不解的人。
作为一个共产党员,约里奥已将生命置之度外,他利用自己的便利条件,贮藏了一批枪枝、弹药、炸药、雷管,并秘密将它们提供给抗德特工队。
他曾两次被德国盖世太保逮捕,但约里奥泰然自若,德国人抓不住他任何把柄,只好把他释放了。
1934年,德国军队不可战胜的神话被戳穿了,希特勒的帝国面临着崩溃。
约里奥以昂扬的斗志,直接参加了对德国占领军的打击行动,直到巴黎解放。
1946年3月19日,法国政府在授予约里奥荣誉十字勋章时这样评价他:
“杰出的科学家和伟大的爱国者,他的威信和他个人的行动为创造和发展这个国家的抵抗精神作出了很大的贡献。在极端困难和危险的情况下,由于他沉着果断和高度的才干,使组织生产在与占领者的斗争中所使用的炸弹和燃烧瓶成为可能。首都解放后,他回到了国内武装部队指挥部指定给他的岗位,并亲自指挥了制造打击敌人坦克所使用的武器,证明了他在任何情况下都能临危不惧。”
神圣的职责
解放后的法国百废待兴:物资匮乏,建筑失修,人才奇缺。
约里奥负责法国科学的重建工作。
1945年,他担任了国家科学研究中心主任。
要想使法国迅速恢复和发展经济能力,只有提高生产力,彻底实现现代化。
约里奥为此制定了一项庞大的、令人生畏的工作计划。
计划重点包括人才的培养、科学的实际应用、设备的制造更新等等。
这需要一笔巨大的资金,财政紧缺的法国政府能拨给科学研究部门这笔巨款吗?
约里奥亲自前往法国财政部,会见了财政部长和“拿着剪刀”坐在那里的预算主任。
约里奥简明扼要地申述了他的理由。
“款子批准了。”财政部长最后说。
预算主任惟一一次没有行使自己的“裁减”权力,约里奥所需的款项足额发放了。
国家科学研究中心的预算由1945年的301745000法郎增加到1946年的632644000法郎。
这里约里奥努力的结果,他成功地显示了启发人们心灵的才能,把国家与科学工作者紧密地连在一起。
由于原子弹在日本的爆炸,约里奥看到了科学消极的一面,他认为这是科学的悲剧,也是自己的悲剧。
约里奥热情善良,具有敏锐的洞察力和果断处理问题的才能,使他得以成为法国科学界的领导人物。
这时,他的虚荣心也产生了,希望被人理解,受人拥戴。
冷战时期,法国成立了原子能总署,开始了原子反应堆的建设。
约里奥负责处理所有的重大方针问题,伊伦娜负责化学上的问题。
他们的工作很困难,进展速度令人绝望的缓慢,许多工作人员都失去了耐心,焦躁不安。
约里奥没有失去信心,他向来是以乐观出名的。
1948年12月15日,一个寒风凛冽的早晨。
6点30分,约里奥和他的小组成员到夏蒂荣——原子反应堆建设所在地准时报到上班了。
今天,是“重水氧化铀零功率反应堆”正式启动的日子。成败在此一举。
7点10分,注入第一次重水,记录仪也进入工作状态。
但是没有动静,约里奥有些不安,他让助手考瓦尔斯基又注入一些重水。
记数器开始上升了,巨人般的反应堆要活动它的肌肉了。
大家都聚集在仪器旁,吃着夹心面包,喝着酒,怀着激动的心情等待着那振奋人心的时刻。
…………
12点20分,约里奥又注入一次重水:温度像箭一般地升上去了。
梦寐以求的链式反应得到了。
几分钟后,“重水氧化铀零功率反应堆”大楼的门打开了。约里奥容光焕发地走了出来,对门外等候已久的人群说:
“我高兴地宣布:今天12点20分,法国第一座原子反应堆开始工作了。”
他的话立刻被经久不息的掌声淹没了,人们欢呼着向他拥来,约里奥霎时便被狂热的人群抛了起来。
约里奥感动地流下了眼泪,多少艰辛、误解此刻都已被泪水冲刷得干干净净,他的心里充溢着幸福和骄傲。
庞大的宣传机构立刻把这一伟大的成就披露于世,约里奥也成了记者追逐的焦点。
有记者问:“原子反应堆是否表示你所在的共产党独家和平实现了?”
“这是我们向法兰西民族奉献的第一项成果,是法国人民和平的资本,不属于任何政党。”约里奥回答。
“你将保守你的工作秘密吗?”
“我们将最大限度地发表我们理论研究的成果,我们现在有东西可以和最先进的国家进行交换。”约里奥毫不犹豫地说。
一位美国记者问:“你们还需要多长时间就可以制造原子弹了?”
约里奥对此做了简单明了的答复:
“我们与原子弹毫无瓜葛。”
约里奥的态度是众所周知的,但由于他是一名积极的共产党员,参加了许多科学范围之外的活动,受到了英、法、美等许多右翼报纸的攻击。
约里奥意识到自己正走在一条艰难的道路上,攻击他的叫嚣声越来越高,但他的鲜明立场却一刻也没有改变。
1949年4月20日,约里奥主持了第一次世界保卫和平代表大会的开幕式,几天后发表了保卫和平、限制原子弹的声明。1950年4月5日,在共产党代表大会上,他重申了这一立场。
他惹恼了美国和英国等西方国家,法国为了维持与美国及北大西洋同盟之间的关系,不得不让约里奥下台。
1950年4月28日,约里奥被免去原子能总署高级专员的职务。
世界各地对约里奥的被撤职提出了抗议,但在既成的事实面前,说理是没有用的,约里奥被排斥在原子能总署之外。
伊伦娜也受到了牵连,她任职的合同期满后,也没能继续延期。
约里奥受到了一次沉重的打击,他开朗的性格也似乎变得沉默了,但是5月5日在法国大学做每周一次的讲演时,他依然显得刚毅。
在马赛曲的歌声中,他稳步走上了讲台。桌上堆满了鲜花,人满满的挤了一教室,连走廊和楼梯都挤满了人。
掌声雷动,向这位伟大的科学家表示崇高的敬意。
约里奥激动得喉咙梗塞了——不管怎么样,法国人民没有忘记他,他的成就和科学家的地位永远也不会被抹杀。
他继续担任法国共产党中央委员会委员,从事着政治性的工作。
伊伦娜始终坚定不移地和他站在一起,分担他的苦恼,安慰他,她知道自己活不了几年了,她要尽力给他一些精神上的宽慰。
约里奥“保卫和平”的主张在全世界得到了共鸣,一个新的组织机构——世界和平理事会成立了,约里奥当之无愧地被推举为主席。
约里奥已经从痛苦中站起,他发现自己有许多社会工作要做,他感到生活又充实快乐起来。
然而,伊伦娜之死却又一次使他坠入了悲痛的深渊。
最后的日子
伊伦娜的身体健康状况一直不佳,因为年轻时受到X射线大剂量的辐射,她患上了白血症。
但她仍没有停止自己的研究工作,一直到逝世前,她一直主持着巴黎镭学研究所的工作。
1956年3月14日,伊伦娜病情恶化,不幸在巴黎居里医院病逝。
在从事放射线研究工作的科学家中,她和她的母亲玛丽·居里是仅有的两位因放射线辐射而致死的科学家。
约里奥痛不欲生,他们幸福地工作和生活,相濡以沫,长达30年之久,一夕之间却已永别,怎能不让他悲伤呢?
约里奥拿出了巨大的勇气,他还有许多重要的事要做,他明白自己的日子也不多了。
1958年5月,他去莫斯科作了最后一次访问。
8月2日,星期三清晨,约里奥睡觉的时候忽然发现自己鼻子出血了。
他预感到自己的生命到了尽头,他喊了管家安娜,对她说:“我不行了!”
约里奥被送往圣安东尼医院,但他脑子还清醒,还能和护士聊天。这样过了几天。
8月14日晚上6点钟,约里奥昏迷过去了——再也没有醒来。
当法国总理解除约里奥高级专员的职务时,他曾指着窗外一棵百年老树说:种下那棵树的园丁已去世了,但他栽的树仍在这儿,只有这一点才是最重要的。
社会承认了弗雷德里克·约里奥·居里,官僚主义和人民大众这次出奇的一致,政府安排了国葬,上千人参加了他的吊唁活动——约里奥种植的树已根深叶茂。
逝世前,约里奥谈到了死,朋友忌讳莫言,但约里奥却戏谑地说:
“人总是要死的,如果你要写墓碑碑文的话,我建议你这样写:弗雷德里克·约里奥·居里,一个为公正的世界,为没有战争恐惧、没有社会罪恶和不平的世界而进行过斗争的人。”
米高扬的发明
1959年10月的一个天气晴朗的上午,在前苏联的一个空军试飞基地里,将要进行一次新式飞机的试飞试验。试飞员格·康·莫索洛夫穿着一身崭新的飞行服,信心十足地登上驾驶室。随着指挥台传来的命令,飞机发动了,几分钟后便像箭一样冲出跑道,飞向蓝天。只见飞机一会儿笔直地爬高,一会儿向下俯冲,一会儿翻转机身,形状可变的机翼一会儿舒展,变成后掠形,一会儿紧贴机身,如火箭发射。最后,试飞员又在超音速状态下关闭发动机,进行了几次发动机空中启动试验。经过半个多小时的试飞,试验成功了,这次飞行试验创造了每小时2388千米的世界绝对飞行速度纪录。在场的人们无不为这一试飞成功而欢欣鼓舞,其中最为激动的就是这架飞机的总设计师米高扬。这架飞机就是著名的米格-21型战斗机。
童年的梦想
在前苏联亚美尼亚境内的埃里温和第比利斯市之间,有一条很深的峡谷,水势湍急的德别特河流经其间,河畔有一座名叫萨纳英的小山村。这里有过狂风暴雨般的历史,教堂和村庄曾经遭受过阿拉伯人、蒙古人、波斯人的蹂躏。1905年8月5日,在这个不起眼的小山村里,一位木匠家生了一个儿子,他就是未来的飞机设计师阿·伊·米高扬。
米高扬小的时候,家中生活贫苦,虽然在当地享有头等匠人盛名的父亲拼命工作,但作为5个孩子的父亲,他只能让全家勉强糊口。
度过了高加索漫长的夏日,便是人们开始收藏食物的季节。有一天,年仅7岁的米高扬对爸爸说:“爸爸,我也要到山上去帮你干活。”
父亲疼爱地看着这个最小的儿子说:“山上的活很累,那是大人们干的活,你还小,会累坏的。”
米高扬摇摇头说:“不,爸爸,我已经长大了,应该去干活。”
父亲看着儿子倔强的小脸,只得点头同意了,但他心里很难过,正是贫穷,迫使自己才7岁的孩子过早地体验到了生活的艰辛。
从此,米高扬用一头毛驴从森林茂密的山坡上运回一捆捆树枝,一堆堆野苹果、野梨、野石枣。山村里的这些果类是全家食品中的重要部分。
一天,村子里几个最勇敢、最灵活的大孩子找到米高扬说:“米高扬,我们上山采核桃好吗?”
“采核桃要爬到树上去,太危险了,爸爸不会同意的。”米高扬回答道。
“真是个胆小鬼,爬树都不敢。”一个大孩子轻蔑地说。
米高扬听后便不服气地说道:“去就去,我才不是胆小鬼呢!”
几个孩子来到山上,见到核桃树,便一哄而上,争先恐后地往树上爬。几个大孩子动作敏捷,只几下便爬到了树顶,而米高扬由于年龄小,却总是落在后面,因此总是遭到其他孩子的讥笑。孩子们最后来到一棵高大的核桃树下,只见这棵树高耸入云,上面果实累累。米高扬对小伙伴们喊道:“我们爬这棵树,看谁能够爬到树顶!”
“米高扬,你不要吹牛,我们一定比你爬得高。”
于是,孩子们开始爬树了。米高扬吃力地向上爬着,手上已磨出了血泡却浑然不觉,只感到蔚蓝的天空离自己越来越近,白云就从头顶上飘过,小鸟在耳边歌唱。米高扬真想生出翅膀飞到天上,在蓝天白云间自由遨游。米高扬暗想:“总有一天,我要飞起来!”
这时,忽然听到树下传来孩子们的呼唤:“米高扬,快下来,太危险了!”
米高扬向下一望,天哪!太高了!别的孩子只爬到一半便不敢再往上爬了。此时的米高扬非但不害怕,反而得意起来,他一边爬一边挑逗性地问:“谁敢跟我比,看谁爬得最高?”树下的孩子们都张大了嘴巴,吃惊地望着树枝间米高扬小小的身影,却没有人敢回答。看来,谁也不可能比他爬得更高了。
米高扬7岁时,由他哥哥看管的两只小山羊交给他来放养。要看管这两只羊,精神要特别集中,因为稍一马虎,羊吃了别人家的庄稼,就得交出20戈比的罚金。
小羊倌米高扬只能整天跟在两只羊后,山羊走到哪里,他就得跟到哪里,一步不能离开,只有等山羊停下来吃草时,他才能稍微休息一会儿。米高扬的两条腿总是被荆棘扎得伤痕累累,磨破的鞋已是补丁贴补丁。
一天,米高扬想出一个办法。他对山区情况很熟悉,他设法使羊走最近的便道,并每隔十几米便在路上放一把事先准备好的青草。这样,时间长了,羊便学会了认路。米高扬不在时,两只羊也会顺着这条路走下去,而不会迷路。米高扬把自己养的羊赶到只有他一个人才熟悉的地方,然后就可以丢下它们自己玩。这并不是他的粗心大意和对农活的厌烦。机灵的小羊倌玩了一会儿后,来到他算定的地方,羊正好也在那里。这件事让邻居家的放羊娃们羡慕不已,都以为米高扬给他的羊施了什么法术呢!
米高扬8岁时进了村里的小学,从此,他产生了浓厚的读书兴趣。他喜欢绘画,酷爱算术。但这位模范学生也远不是处处都是好样的,他好动、淘气、贪玩,他和他的同学不止一次地跑到山洞里,一直玩到快下自习课时才回来。回到家里,便示威性地伸出自己早就被墨水染脏的双手。
米高扬9岁的那年,爆发了世界大战。一天,萨纳英高原上发生了一件使当地孩子们震惊的事件:一架“法尔曼”式双翼机在距悬崖不远的地方迫降了。
“法尔曼”式双翼机是早期航空史上一种典型的飞机:有发动机、板条式的骨架、用蒙布包起来的金属丝和机翼。看起来倒像个装有发动机的风筝。但是,对于这个小小的山区的人来说,这架会飞的机器像是从另一个遥远的世界上飘来的怪物。
在飞行员检查发动机和排除故障时,年幼的米高扬和他的朋友们一直围着这架飞机,摸摸这儿,摸摸那儿,长时间不肯离去。当飞行员休息时,米高扬走上前去问道:“飞机员叔叔,你真能把它开到天上去吗?”
飞行员看着这个天真的孩子,微笑着说:“那当然,我是飞行员呀,我开着它就能飞到天上去。”
此时的米高扬十分羡慕眼前这位飞行员,他心中暗想:“长大了,我也要当飞行员,我一定要飞起来!”正是为了实现童年时代这一梦想,米高扬为航空事业奋斗了一生。
勇敢的小布尔什维克
米高扬13岁时,父亲去世了,使本来就很贫穷的生活变得更加窘迫了。一天,母亲把米高扬叫到身边,说道:“孩子,我们家太穷了,我实在没有办法养活5个孩子,我决定把你送到图马尼扬姨妈家里去,并且也希望你能在那里得到一些教育。”
懂事的米高扬很理解母亲,他默默地点着头,但心里却很舍不得离开家。米高扬的姨妈是位心地善良、热爱劳动、举止端庄的人,在那里,小米高扬生活得十分舒适、平静。米高扬上了亚美尼亚学校,同时还上了“革命大学”。当时,很少有人知道,图马尼扬的家当时就是苏维埃共产党的第比利斯总部所在地,那里保存着地下出版物。米高扬正是在这种环境熏陶下,培养了一种坚强不屈的性格。
一天,几个宪兵叩响了图马尼扬家的门,图马尼扬姨妈镇定自若,她把部分材料扔进煤油炉子里一把火烧掉,而另一部分非常重要的材料却不知如何处置。这时,机智的米高扬对图马尼扬姨妈说:“姨妈,我躺下来装病,你可以把文件放在我的被子下面。”
姨妈觉得再没有别的更好办法了,于是她迅速把文件藏在被子底下。米高扬刚刚躺下,敌人已经破门而入了。宪兵们打着灯笼开始四处搜查,结果却一无所获。宪兵们不甘心,用枪指着图马尼扬姨妈吼道:“说!你把文件藏到哪儿了?”
图马尼扬姨妈从容地答道:“没有文件,就是有,也不会告诉你们。”
这时,他们注意到了床上的米高扬,一个宪兵冲上去不由分说将米高扬拖下了床。姨妈大声喊道:“别动那个病孩子!”
但无济于事,他们已把文件从床上的被子底下翻了出来。宪兵们开始用皮鞭狠狠地抽打米高扬,边打边问:“快说,这些文件是从哪儿来的?”
米高扬任皮鞭抽打,忍住疼痛说道:“我不会说的,你们打吧,你们这群坏蛋!”敌人更加凶狠了,而米高扬咬紧牙关,再没有说过一句话。敌人走后,遍体鳞伤的米高扬已经昏死过去了。
还有一次,姨妈对米高扬说:“我们的一个同志被敌人抓走了,有一封很重要的信,必须交给他,你能帮我想个办法吗?”
米高扬沉思了一会儿,说道:“我们可以用一个很深的饭盒去给他送饭,然后把信包起来,放在饭盒底下,将饭盖在上面,盒里再装一个短勺子,这样就不容易被敌人发现了。”
姨妈觉得这主意不错,但又说道:“这个办法好是好,但派谁去呢?送信人必须又勇敢又机智才行。”
“姨妈,派我去吧,我保证完成任务。”米高扬自告奋勇地说。
姨妈拍拍米高扬的肩膀说:“好吧,但你一定要小心,要见机行事。”
米高扬来到监狱中,一个狱吏用勺子挖了挖羊肉饭,由于勺子太短,而饭盒又太深,自然挖不到那封信。从此以后,一封封信件都是用这个办法送进监狱的。
苏维埃政权建立后,米高扬的哥哥把他接到了罗斯托夫。米高扬在那里读完了技术学校,随后就在红色阿克赛农机厂旋床车间当学徒工,几年后,米高扬来到莫斯科,进入狄纳莫电机厂。米高扬在电机厂一直工作到1928年,这年的12月份,他应征入伍了,开始了他的步兵生涯。他入伍的第二年又被派到原苏联第一坦克学校学习。1930年退役后,米高扬又回到电机厂作党委书记的工作。然而,1931年他经历的一件事却改变了一生的命运。
1931年1月25日,苏联列宁共产主义青年团第九次全国代表大会通过了关于共青团加强空军工作的决议。在通过决议那天,团中央书记宣读了《我们要驾驶飞机》的号召书。从那天起,共青团员和共产党员参加空军和航空工业工作被视为极大的光荣。在被挑选的人当中,就有党的工作者米高扬,他被派到茹柯夫斯基空军学院学习,开始了他设计世界上第一流战斗机的历程。
神奇的“十月儿童”号小飞机
茹柯夫斯空基军学院是全国第一所高等航空技术学校,米高扬从学习的第一天起就受到学院的严格气氛的熏陶。
“我们需要这样的工程师,”开学时,空军司令员阿尔克斯尼斯对学员们说,“他们善于在部队和学校的实际工作中组织大家从技术上掌握新式武器;他们能够在这一工作中成为部队的指挥员的直接助手;他们在科学研究中,在最新工艺规程和最佳战役战术性能的基础上,能够提供最完善的飞机、发动机和武器装备的样品,他们应当在不降低飞机安全系数的条件下,为减少哪怕是1千克的重量而作出自己的努力。”
学院的指挥系培养高中级指挥员。工程系培养的对象更广泛一些,获得茹柯夫斯基空军学院毕业证书的航空军事工程师,都是各个行业的专家。学员中,除了飞行员、领航员、航空指挥员和具有工程技术水平的试飞员外,还有一大批滑翔机驾驶员的制造者。他们后来都成为卓越的空气动力学家和飞机设计师。在这个学校里受过工程技术教育的还有后来成了名的活塞式和喷气式发动机设计师、飞机制造厂和发动机制造厂的厂长、总工程师以及航空科学知识十分渊博的科学家……1935年,米高扬被派到哈尔科夫参加生产实习,那时的哈尔科夫在飞机制造业中是新设计思想的中心之一。米高扬在工厂的设计室实习中,参与了许多种新式飞机设计方案的讨论,拜访了许多位飞机设计专家,对飞机设计和制造工作已有了一定的经验,同时也增强了他的自信心。
回到学校后的一天,米高扬对他的同学萨马林说:“喂,我可以得到一台赖特型的发动机,我们一块来制造一架小型飞机吧!”
萨马林当然愿意。于是,两人找到米高扬的朋友希季科夫工程师,从他那里弄到了一台生了锈的25马力的发动机。他们又找了几位工人,对发动机进行了大修和改装。
米高扬和萨马林开始设计小飞机不久,另一个同学帕夫洛夫也加入了他们的行列。他们决定把自己的小飞机叫做“十月儿童”。在这三个“设计师”中,米高扬是最早的牵头者,于是他便成为这三个“不到5分钟历史的工程师”组成的设计组组长。他主要负责空气动力学方面的计算和外型设计工作,其他人负责装配。
米高扬对空气动力计算得很不错,他正确地解决了升降舵的数据和飞机的平衡问题。这对这位从未搞过产品设计的人来讲是相当不易的事了。他们一边设计、画图、放样,一边进行制造。
设计图纸终于完成了,三人请了一些专家对空气动力数据和装配图等进行了审查,并获得了批准。莫斯科州国防及航空建设促进会技术委员会在研究了呈报来的几份设计图之后,认为“十月儿童”是可靠的方案。因此,委员会决定:“把它作为最好的设计方案推荐给全苏比赛会参加评比。”为此,拨给一台发动机,立即制造样机,请求原苏联国防与航空建设促进会中央理事会准予成批生产。
这架小型飞机的设计显示了米高扬某些未来的才华。尽管“十月儿童”的发明者没有设计考验,但是他们已经考虑到了技术革新问题,考虑到了前人在设计中还没有采用过的机翼机械化,以及襟翼、缝翼和阻力板的系统化问题。这架飞机在起飞和下降时,只要通过机械操纵改变一下翼型形状和机翼的大小,便能根本改善飞机的飞行性能。
1937年,米高扬的论文设计答辩通过了。国家考试委员会授予他“工农红军空军军事机械工程师”的称号。一个月之后,又迎来了一件喜事:他设计的“十月儿童”完成了第一次空中飞行。
开创米格战斗机时代
米高扬毕业后来到前苏联国防及航空建设促进会一号工厂的设计局,任副局长。1940年任一号工厂总设计师。
当时正值第二次世界大战之际,设计高空歼击机已成为一项迫切的任务。当时有人认为只要对旧式飞机加以修改就行了,然而国防工业人民委员部坚决不同意,于是一个新的组织——设计实验处就这样产生了。米高扬和格列维奇负责总体设计小组的工作。总体设计小组必须完成飞机总轮廓的草图、全部零件的细图和工作图样的全部设计任务。要完成这项工作,不仅分秒必争,而且还要有较大的创新性。因为要求设计一种多用途的飞机:一般方案是歼击——截击机,超载方案是强击机,带副油箱方案是护航歼击机……然而,在设计中,远不是所有的许诺都能付诸实现的,有的方案即使经过多么精心的计算,也还难于实现。飞机设计是一项极其复杂的工作。在完成了空气动力学计算、飞机模型风洞试验和飞机组装配置工程之后,便开始探讨一种具体方案:先绘制一种总体设计图,再保证使新式飞机的各部件的性能正常,零部件安全可靠,空气动力数据符合要求等等。这之中往往会遇到许多矛盾。从机翼到底盘,从发动机到武器装备的每一部件的设计员,都想使自己设计的部件尽可能地装入飞机。要做到这一点,那只能是牺牲别人的部件。因此,必然产生分歧。
米高扬在领导总体图小组中,常常是几天几夜不合眼,有时几个小时都在一动不动地思索。飞机的配置要紧密,必须环环相扣,而设计过程每一阶段的紧密配置又会相应地引出一些有待解决的问题,而这些问题,往往是设计师在其他条件下根本想象不到的。
新式飞机的样机制成后,在强度实验室里就经历了一场严峻的考验。
在试验飞机强度前,先要按照预先制定的计划做好准备工作。米高扬与他和同事们在机翼上画了许多圆点,然后在每个点上贴上一个帆布条。由这些布条来测量力的大小,以便看出飞机在飞行最危险的情况下由空气动力所产生的负荷情况。
在试验时,当负荷率达到70%的时候,辅助杆遭到了破坏。这时,许多人认为试验失败了,都沮丧着脸准备离去。经验丰富的米高扬并没有罢休,他观察一个仪器,发现仪器的指针表明,辅助杆的破坏并不影响结构主要部件的寿命。于是,他斩钉截铁地命令道:“继续增加负荷!”
在场的人们都为他这一大胆的行动捏着一把汗。
试验以巨大的爆发力而告终,实验大厅天花板上的半圆形灯罩炸成了碎片。这并不奇怪,这是大梁和机翼的钢梁断裂了。这一声巨响犹如为以米高扬为首的设计师鸣放了胜利的礼炮。
为什么把这种破裂现象当作一种胜利的标志呢?原来在强度实验室里进行破坏性试验的飞机,在设计时要求结构的重量是最低限度的。任何一种过早或者过迟的变形都是不正常的形象。过早的破坏,是强度不够的表现;过迟的破坏,是重量超过限度的表现。因此,当结构在超负荷(即和计算数字接近)时被毁坏,强度试验师就算取得了胜利。而强度试验师总是在这架“牺牲品”被毁时取得了这种胜利。米高扬主持设计的第一架飞机正是在强度试验师们认为最理想的时刻破坏的。这时大家已经清楚,根本不需要什么辅助杆,新式飞机是可以飞上天的。
新飞机试飞成功了,它被命名为米格-1型。“米格”一词就是取自米高扬和格列维奇两人姓名的第一个字母。
当这种飞机由单一生产的试验品变为成批生产时,航空工业部门就以造船部门为榜样,采用模线样板生产法。工作图的设制以及检验图和工艺图的制作,主要依靠模线,即在胶合板上切下或绘制成图,然后再按它取下各种尺码。
模线样板法在制造大型飞机时显示了自己的作用,但在歼击机生产上并没有采用过。米高扬是最先把它用于歼击机生产实践的人。还由于结合采用了一种专门拟制的生产图,生产时间大大减少,人们对此感到十分惊讶:这难道可能吗?
米高扬领导的小组在三个月之内设计成功歼击机的事迹,引起了全世界的飞机制造者们的注意。他们对米格飞机的生产图和样机的结构竟是同时确定下来的事实感到不可思议。
不畏风险
1943年,制造喷气式飞机的任务被提出来了。当时原苏联侦察机关愈来愈多地得到有关德国喷气式飞机、炸弹、火箭的情报。德国人不顾一切地灭绝了那些修建地下秘密新式武器制造厂的劳工和战俘。因此,更需要有苏联自己的喷气技术来对付德寇。
苏联工程师们为了建立喷气技术,作了许多工作。几年的时间内,首先为航空兵研制了火箭武器和喷气发动机。
米高扬在第一批米格式飞机上安装了“埃雷瑟”火箭。接着便直接试验喷气发动机飞机。当时的苏联已经有人制出喷气发动机飞机,但发动机是靠最危险的氧化剂——硝酸进行工作的。这是一种能够很快穿透飞机的腐蚀剂。一位试飞员曾在试飞中牺牲。
最后,军事委员会决定放弃装液体燃料喷气发动机的飞机,提出制造复合式发动机飞机的设想。带有这种发动机的飞机头部装有活塞式发动机,尾部装有喷气发动机。活塞式发动机的部分功率用于螺旋桨,部分功率通过延长轴用来旋转压缩机。压缩空气进入尾部的喷气发动机的燃烧室,汽油也喷入燃烧室,油气混合燃烧,产生补加的反作用推力,它可使飞机的时速提高一百千米。
米高扬清楚地看到制造新式动力装置所带来的困难,但他认为研制压缩器式发动机不是多余的,而是必要的。他决定为实现设计意图扫清道路。
上级给予米高扬总设计师很大的权利,准许冒风险的权利,负有重大责任的权利。米高扬行使这一权利,终止了试制还是不试制的讨论,却为另一个争论开辟了更广阔的园地——怎么试制?负责试制飞机的米高扬多么希望早日为部队提供大批飞机啊!
米高扬比谁都清楚这种冒险性。形势紧迫,不可能按部就班地进行研究工作。设计师们权衡了所有“同意”和“反对”意见,决定冒险把新式发动机直接安装在战斗歼击机上,而不是安装在试验飞机上。米高扬感到自己无权采取其他办法。当然他对喷气技术的时代还不可能作出确切的设想,但他明确地认识到,这样的时代必将来临,因此不能迟疑不前。
米高扬设计生涯的第二阶段,即取得更大胜利的阶段,得到世界公认的阶段,是逐渐地、日复一日地形成的。
一般飞机的动力装置,其安装位置对喷气式飞机来说是不适宜的。喷气式飞机的喷嘴喷出的火流要求把发动机从机身的前部移到后部。但是这一方案却使各部机件的安装布局和飞机的重心问题变得复杂了。
米高扬在复杂情况下果断作出了决定,这一决定是人们料想不到的:他决定安装布局基本上不变,载重位置也不变,但改变飞行方向。
被后人称作“鸭型”飞机的、水平尾翼放在前面的这种飞机,绝不是米高扬发明的。早在莱特兄弟所处的时代就已经按照鸭子的外型制造出一种飞行器。当时人们对飞行器利用水平尾翼向前飞行并不感到奇怪,因为还没有一种固定的看法:一定要求人们把方向舵和升降舵安装在后面。
不墨守陈规,这是米高扬的特点。他决定制造一架“鸭型”飞机。他善于花小钱办大事。他把发动机的位置由鸭子的头部移到尾部,不变重心,使喷出的气体火流经过飞机的后部,不损坏飞机的结构。总之,经过多方面考虑,制造喷气式“鸭型”飞机的想法是非常可行的。
表面看来尽管“鸭型”飞机是大家熟悉的,但实际上在许多方面都是空白点。从事飞机配置图的助手们详细研究了国内外文献,但都没有找到有关这方面的资料,于是便开始参考航空模型制造者的丰富经验,从中选择最佳方案,进行风洞试验,然后设计并试制飞机。但试制成的飞机看上去却很蹩脚。
当飞行员第一次准备驾驶这种飞机升空时,机场的战士坚决不让放飞。没办法,米高扬只好亲自与机场战士交涉。战士说:“这种飞机屁股朝前……违反飞行规则,不出事才怪呢!”
米高扬通过耐心解释,飞机终于被准许试飞了。然而,这种“鸭型”飞机第一次放飞时就发生了颤振,损坏了。
米高扬经过一番检查,终于找到了祸根。一个微不足道的、被忽略的小事竟使这些严肃认真的、学识渊博的专家们陷入了紧张忙乱的漩涡。原来颤振是前轮造成的,只要准确地保持前轮的平衡,颤振就消失了。
几年后,米高扬认识到这种飞机远远不是最完美的,飞机上带螺旋桨是多年形成的传统,为什么不能打破呢?一天,米高扬对他的助手说:“我决定重新改制飞机。”
他用一根树棍当铅笔,在沙地上勾画出一幅新的歼击机草图。虽然这架歼击机仍然使用两个发动机,但这一次是把发动机装在机身上。
助手听完说道:“米高扬先生,你想想吧!发动机会使机身受热到什么程度?发动机的热度对飞行员,对操纵,对各电器系统的电路将产生什么影响?你就不担心油箱爆炸吗?”
的确,米高扬对切实解决热交换问题,还没有提出过更多的办法。因此,防止机身受热的问题同原来的设计思想相抵触,这就可能成为某种凶多吉少的和非常冒险的事业。
然而,米高扬并没有畏惧风险,他们通过断级结构、改进冷却系统等办法,将可能产生的问题一个个地解决了。
1946年4月24日,米格-9式喷气式飞机第一次升空了。每个人都为这一天而感到激动,因为这是他们用无数个失败换来的。当然,米格喷气式飞机能够起飞就是一个胜利。那低矮粗胖的飞机,装在头部的像鼻孔一样的双叉进气孔,真有点像达斯狗。看上去并不美观,但它毕竟是一种前途无量的新式飞机。5年后,这种飞机正式投入批量生产。
在米高扬的指挥下,米格飞机的家族成员越来越壮大,除米格-9式外,他们还研制出带有后掠机翼和新式救生工具的米格-15式歼击机、突破音速的米格-19式歼击机和带有三角形机翼的米格-21式歼击机。
长期艰苦的研制工作,米高扬病倒了。他躺在病床上,脸色苍白,鬓发斑白。设计小组人员前往探视,他们送给他一个塑像——著名的人民英雄叶麦利亚的塑像。
米高扬知道自己的病情严重,他拿着小塑像说:“我要工作!”
然而,这已经是不可能了。1970年12月9日,米高扬在心脏手术后与世长辞了。
米高扬把自己的一生都奉献给了航空事业,他是原苏联科学院院士,苏军工程技术勤务上将,两次荣获社会主义劳动英雄称号,6次获列宁勋章。他是为科技事业而忘我工作、勇敢献身的楷模。他生前有句名言:在困难难以克服、障碍日益增多之时,便是胜利即将到来之日。
创造奇迹的计算机软件神童做事执著的孩童比尔·盖茨1955年10月28日出生在美国西北部城市西雅图。父亲是个有点名气的律师,母亲是位金融家的女儿。显然,这是一个中产阶级的家庭。
童年的比尔·盖茨生着一头沙色的头发,一双有神的眼睛,一只高高的鼻子。这个身体健康的小男孩对于孩子们聚在一起的追逐和跑跳似乎不感兴趣,而愿意一个人干自己喜欢的事情。比尔的家庭是和谐幸福的。父母都很有教养。他们重视家庭生活。父亲不管工作多忙,在晚餐和节假日,尽量使全家人在一起度过。在孩子们的记忆中,一家人总是利用晚餐时间,在一块儿边进餐,边亲密友好地交流和讨论。每当这时,孩子们在父母面前,都享有平等发表各自意见的权利。父母的发言,也仅仅是发表个人意见,而决不用命令的语气。父母对孩子们的友好与亲近,为孩子们发展自己的个性创造了良好的条件。
孩童时期的比尔,在宽松的家庭环境中,较早地形成了自己的个性。他很小就表现出了与众不同的性格,这就是,办事执著,不从众,只要是他想办的事情,就一定干到最好,如果是与别人比赛,就要胜过任何人。在比赛和竞争中,他有着强烈的出人头地的愿望。为了达到自己的目的,小小的年纪,他就不受环境和舆论的左右。认准了的事情,任凭别人说什么,他都听而不闻,一门心思干到底。
学龄前的比尔,不喜欢和同龄的孩子在一起玩耍,也不愿意看儿童们喜欢看的童话故事和连环画,而是愿意钻进父亲的书房翻那些供成人使用的书。到了7岁,他就在这些大书中找到了自己真正喜欢的书籍——《世界图书百科全书》。他常常一个人抱着这本书,一读就是几个小时。当有人用怀疑的口气问他,能读懂书中的内容吗?比尔不予理睬,继续专心地阅读。
上学以后,比尔执著的个性更加鲜明地表现出来了。这种个性与他那事事想出人头地的追求结合在一起,就表现为,干什么事情,都要干到最好。有一次,比尔所在学校的牧师见孩子们对枯燥的《圣经》不感兴趣,就出了一个挑战性的难题。他找出了《圣经》中最枯燥难记的一大段文章,对孩子们说:“谁要能一字不差地背诵下这篇文章,就可以免费参加在太空尖塔餐厅举行的就餐聚会。”太空尖塔是西雅图市最高、最豪华的建筑,设在尖塔顶部的餐厅,也是最豪华的餐厅。在这里就餐,可以集旅游、观赏、就餐于一体,是任何孩子都想参加的事情。尽管像比尔这样的家庭,父母有条件带孩子登塔就餐,但好胜的比尔要凭借自己的能力获得这样的机会。于是,他参加了这极富挑战性的背诵比赛。结果,他用最短的时间,准确无误地背下了牧师指定的文章,获得了登塔就餐的奖赏。童年的这个小小的胜利,使比尔那执著的个性得到了强化。他认识到,干什么事情,只要有信心,就一定能够取得成功。
孩童时期的比尔常常以做出别人做不了的事情为自豪。有一次,他听一个孩子说,银行里有千元大钞。比尔从来没见过这么大面值的钞票。他想别人也会很少见到,于是,就从家中要来50张面值20元的钞票,托人到银行换来一张千元大钞,然后,邀上一个好友,到了西雅图市最好的快餐店,要了一份简单的快餐。当服务小姐把他要的食品端来后,比尔装出很潇洒的样子,对小姐甩出了那张千元大钞。小姐还从未见过这么大面值的钞票,就把值班经理找来。当时,吃一顿快餐,仅几元钱。在生意萧条时,快餐店一天也未必能够达到上千元的营业额。当经理被找来时,他客气地声称找不开这么大面值的钞票,请求他们用零钱付费。比尔却平淡地说:“没有小钱。”经理为难地说:“你们先用餐,我们想办法解决就是了。”当经理和服务小姐去解决比尔给他们出的难题时,比尔和他的朋友开心地大笑起来。
湖滨中学的尖子生
童年的比尔·盖茨,天资聪明,喜欢学习,再加上父母重视对子女的早期教育,所以,他顺利地完成了学前教育和小学教育,并表现出了过人的天资。到11岁,比尔就可以上中学了。
在为比尔选择学校时,父母动了一番脑筋。如果上公立中学,可以为家中省下不少学费,这些钱可以留待将来支付孩子们的大学教育费用,但关注孩子成长的父母发现比尔在智力发育、对自然学科知识的掌握和学习的兴趣方面,都明显地超过了同龄的孩子。他们了解到,一般的公立学校无法满足儿子强烈的求知欲。为了使儿子得到更好的中学教育,也是为了使比尔的聪明才智得到较好的开发,父母为他选择了本市最好的学校——西雅图市湖滨中学。
这是一所私立中学,是由本市的大财团资助建立的学校。学校收费很高,来这里上学的都是有钱人家的孩子。为了保证学校的教学质量,学校制定了严格的管理和教学制度,教学标准很高。为了鼓励孩子们好好学习,学校还建立起了竞争机制。这些制度和要求,给孩子们带来了浓厚的学习空气和竞争氛围。这样的环境很适合于喜欢竞争的比尔。
比尔在同年级的孩子们当中年龄是比较小的。可是,他进学校后不久,就成了引人注意的学生。他有着出色的记忆力。老师让学生背诵的东西,在许多学生看来是一种负担,而比尔却用很短的时间就能准确熟练地背诵下来。抽象的数学概念和公式,常常使一些孩子头疼,而比尔却在数学的学习中发现了无穷的乐趣。他经常整个晚上钻研数学难题。比尔钻研抽象问题的快乐情绪,让他的同学无法理解。惊人的记忆力和超常的抽象思维能力,再加上浓厚的学习兴趣,使比尔来到湖滨中学不久就成了本班的尖子学生。不管是当堂背诵,还是年级考试,比尔都能拿到好成绩。良好的学习成绩,并没有使比尔停止不前和骄傲自满,而是更加刺激了他的好胜心。过人的才智和强烈的进取精神,使他的学习成绩不仅保持在第一的位置,还经常遥遥领先于他的同学们。
智力过人,成绩领先的比尔,在与人相处上却不那么顺利。人们感觉到,这个像顽童一样的中学生,自恃比别人聪明,凡事好出风头,而且达到了锋芒毕露的地步。他性情倔强,说话生硬,和人相处,有时表现出一种很不耐烦的样子。即使对待老师,他也难免使性子。当然,他不是个书呆子,他也喜欢看电影、玩游戏、野游、溜冰、开车兜风等。但他干这些活动也和学习一样,完全是为了满足自己的兴趣,而不是为了和谁交往。
尽管比尔在同学中不怎么讨人喜欢,可是,他的过人才智和优良的学习成绩,使他的同学们不得不服气。这个不善于社交也不愿意在结交人上花时间的学生,在湖滨中学的知名度还是很高的,几乎没有人不知道有个叫比尔·盖茨的学生。
痴迷于计算机的中学生
为了开发学生的智力,湖滨中学早在1968年末就决定让它的学生了解计算机。比尔·盖茨超常的智力和对抽象问题的特殊兴趣,使他一接触计算机就像着了魔似的。60年代末期的计算机还很落后,计算机本身巨大而且笨重,只是实行了二进制的计算方式,没有任何系统软件,更不可能有像今天这样铺天盖地的游戏软件。它在当时还仅仅是一种计算工具。这种庞大的计算工具,向人们显示的仅仅是严密的逻辑、简单的运算规则和惊人的速度。在一般孩子看来,上计算机课是一种负担,枯燥的数字让人头痛,机械的运算令人乏味。而比尔却从中发现了从未有过的乐趣。他喜欢计算过程的严密逻辑,更喜欢计算机对人的智力进行的挑战。
自从接触计算机后,比尔就不再花大量的时间去干别的事情了。他经常把大块的时间消磨在计算机房中。他对计算机的知识,很快就超过了他在湖滨中学的老师。为了弄懂计算机的奥秘,比尔从计算机原理到计算程序无所不学。当时计算机在美国也是新鲜玩意儿,所以,使用费昂贵。计算机公司不可能让学生无偿使用它的机器。尽管学生母亲俱乐部通过拍卖活动筹集到一部分费用,但这些钱是有限的,因此,学校对学生使用计算机进行了时间限制。为了更多地接触计算机,比尔常常深更半夜爬起来,偷偷地钻进计算机房。与比尔同样痴迷计算机的还有一个高年级的学生,名字叫保罗·艾伦。他后来成了比尔的合伙人。这个小伙子常常几乎和比尔同时偷偷地钻进计算机房。
比尔·盖茨和保罗·艾伦不是简单地按照规定的计算机程序学习和操作。当他们熟悉了基本操作程序和计算机语言之后,就在计算机上发展少年人的兴趣,即做游戏。当时还没有任何游戏软件,比尔和保罗就利用学到的计算机语言,自己设计出了简单的游戏程序。他们在计算机上进行比赛、对抗等,找到了别的孩子暂时无法理解的乐趣。当其他的学生把学习计算机课程看作一种负担的时候,比尔和保罗却从中发现了从未享受过的快乐和充分展示少年智力的新天地。
比尔和保罗无偿使用计算机仅几个月的时间,由于学校无法支付昂贵的上机费用,不得不对学生规定,在上计算机课之外的时间使用计算机,必须自己负担上机费用。当时的付费数额为每小时40美元。尽管比尔的父母可以为他缴纳昂贵的学费,可是,却不可能为他无限地支付上机费用,因为,在当时人们还看不到计算机对于孩子们的智力开发有什么意义。比尔要想长时间地占用计算机,必须自己想办法解决上机费用问题。这对于一个普通的孩子来说,确实是个难题,因为,比尔常常一天数小时在计算机上操作,一周下来就要几十个小时,这要花掉几百甚至上千美元。一个孩子到哪里去搞这么多钱呢?难题对于有才智的孩子来说是一种益的挑战。
当学校开始按小时收费之后,比尔没有为缺少大笔的上机费而发愁。他一方面把自己有限的零用钱拿来交上机费,一方面积极开动脑筋想办法。他很快就找到了缴少量的钱就能长时间使用计算机的方法,这就是,改变计算机的计时程序,让计算机上的计时程序长期不变。这样,他们交一次费,就可以几个甚至几十个小时地在计算机上玩耍了。这个小小的得意之作,使比尔和他的伙伴赢得了大量玩计算机的时间,也给他使用计算机提供了一种潜在的启示。
计算机公司也雇佣着一批高科技人才。比尔的小把戏不久就被公司发现了。不过开明的公司负责人从这件事中看到的不是经济损失,而是计算机系统的不完善和破坏收费系统的孩子的才智。因此,他们经过分析,作出的不是惩罚比尔等孩子、而是雇佣一批友好使用者的决定。即雇佣者的任务是为计算机的系统找问题和寻找发生问题的原因,获得的回报是,可以无偿使用计算机。无疑,计算机公司的这个决策是聪明的,因为,他们可以无偿地借别人的智力来完善计算机程序。而比尔和他的伙伴们对于这一决策是极其欢迎的,这样,他们可以凭借自己的智力赢得使用计算机的时间了。
对计算机的兴趣和干事情的执著精神,使比尔非常认真地对待这个工作。他把大量业余时间就花在了计算机房。特别是周末,当别的孩子和家人一起娱乐和游玩的时候,比尔却到计算机房上班了。他在这里享受着无穷的快乐。在计算机的应用中,比尔成了小伙伴们的核心。他常常是连续几小时坐在计算机旁,从各种不同的角度与运行程序对抗,发现问题就动手记录下来。这时,比尔花在计算机上的时间不再是玩耍和游戏,而是对计算机从硬件到软件进行全方位的研究、探索。他们先是探询问题,发现毛病,然后寻找发生这些问题的根源。每当发现问题或找到产生问题的线索,比尔就认真地把它们详细记录下来。经过一段时间的探索和记录,他就进行一次总结,并在研究总结的基础上写成《计算机问题报告书》。这个看似简单的报告书,凝结着这个少年人和他的小朋友们的智慧。在探索问题和总结整理这些问题的过程中,比尔对计算机,从兴趣上升到了研究。这时,他已不满足于在机上做游戏,而是认认真真地把计算机当成研究对象了。
随着研究的深入,比尔和他的伙伴在计算机的应用中越来越得心应手。他不仅可以破坏计算机的系统程序,而且能够越过计算机的密码系统去获取他感兴趣的信息资料。比尔的父母担心儿子长期迷恋于计算机会影响学习,对儿子进行了劝告,但这无法改变比尔对计算机的迷恋。当然,他也没有因为痴迷于计算机而放弃学习。相反,他的学习成绩还是拔尖的。在对计算机的迷恋,进一步开发了比尔超常的智力,使这个中学生在湖滨中学得到了别人所无法得到的东西。
开公司的中学生
比尔在迷恋计算机的过程中,也有过挫折。有一次,他破译了所使用的计算机网络的密码系统,导致了整个网络的混乱,因此,受到了不准使用计算机的处罚。他为此而懊丧,一度降低了对计算机的兴趣。可是,不久,计算机世界的神秘又把他吸引回来。当比尔再次坐到计算机旁的时候,他在玩计算机的同时,开始考虑如何用计算机赚钱,以便能够支付使用计算机的费用,进而拥有自己的计算机。
美国充满了商业机会。读中学的比尔·盖茨尽管还是个孩子,但却有很强的商业意识。他带着自己的兴趣和商业意识在计算机世界寻找机会。1971年初,当比尔还不满16岁时,他得到了第一笔业务:信息科学公司让比尔等人为他们编制一份工资专用程序。参加这个项目的中学生们,大都只懂得一点初步的计算机语言,而对完成这个程序以及怎样和商业公司打交道却是一无所知。这种情况,显出了比尔的才能。他不仅懂得如何考虑该项目的总体设计,而且还具备商业法律知识。于是,比尔就成了这个项目的自然领导。这是一个既复杂又麻烦的工作。在编制这个软件的过程中,他们不断地遇到各种各样的问题。在遇到问题时,大家都来请教比尔和保罗。经过一段时间的努力,他们终于完成了这个项目。付出了劳动,当然要取得报酬。在如何向信息科学公司索取报酬的问题上,其他的孩子几乎对此事没有一点知识。这时,比尔提出,根据现行的法律,他们应该按照版税的形式,向信息科学公司索取一定比例的报酬。经过交涉,公司同意按该项目所获利润的10%向比尔的小组支付报酬。这些中学生利用计算机做成了他们的第一笔业务。在这项业务中,比尔的商业知识、法律知识和计算机知识都使他赢得了同学们的赞扬。
初尝胜利之果后,比尔对于用计算机赚钱的兴趣更浓了。他和他的朋友都在寻找新的机会。1971年秋天,比尔的好友、保罗·艾伦在湖滨中学毕业了。他按照自己的意愿考入了华盛顿州立大学,选择了新兴的计算机学科。到了大学,有了更多的自由支配时间,因此,他在计算机世界漫游的机会就更多了。保罗和比尔一样,也有用计算机赚钱的想法。
读大学的保罗离不开好友比尔。他经常来找比尔一起探讨问题,讲述自己的打算。有一次,保罗来到湖滨中学。他告诉比尔一个情况,这就是,当时几乎所有的市政部门都在设法统计和分析交通流量,但使用的办法很笨拙,即在道路的交叉路口装设橡皮带,把橡皮带与一个打孔机相连,每当有车辆经过,触动皮带,拉动打孔机,就在纸带上打出一个孔来,以此统计车辆的流量。市政局把这些原始资料交给私人公司处理,结果是,既拖延时间,又要花费很高的费用。保罗提出,为何不利用计算机来处理这些数据呢?比尔听后,立即表示赞同。两个人一致决定,成立他们自己的公司,来为市政局处理交通数据。他们为公司取的名称是“交通数据公司”。这个年仅16岁的中学生,竟然办起了自己的公司。
交通数据公司成立之后,比尔和保罗除了应付必要的课程之外,就是到处奔波,寻找业务。在他们锲而不舍的努力下,市政局终于同意让他们按照自己的想法试一试用计算机处理交通信息。在当时的条件下,处理这些原始数据是很繁杂的工作。为此,比尔和保罗设计了应用计算机的方案。由于交通纸带上的孔无法用计算机处理,必须先把这些孔变成可供计算机识记的符号,才能上机处理。为此,他们设计了一种卡片,让湖滨中学的学生们先把这些纸带上的孔转换成数字,写在卡片上,然后,他们再把这些卡片逐个输入计算机,再用他们设计的软件处理这些数据,并把数据分析之后制成图表。他们从市政局拿来的是带孔的纸带,而送回去的是分析报告和统计图表。
少年比尔和保罗懂得公私分明。成立公司之后,他们就不能长期用学校的计算机干私活了。于是,他们自己花三百多元钱买了一台简易微处理器,用自己的简单工具和所能得到的使用学校计算机的机会,处理了一些简单的业务。在一年多的时间里,这两个孩子竟然招揽到了一些业务。除了支付必要的开支外,他们还赚了两万多美元。初涉商场获得的小胜鼓舞了比尔,使他看到了用计算机创造商业机会的可能。当然,由于比尔中学毕业后面临着上大学,再加上政府决定免费提供交通分析服务,这双重因素使得比尔和保罗的交通数据公司不能再办下去了。公司虽然夭折了,但由这个公司引发的开发计算机程序和软件的火种却在比尔和保罗的心中点燃了。中学快要毕业时,当同学们问比尔将来有什么打算时,他以不容质疑的口气说:“到25岁时,我要赚到一生中的第一个100万元。”
弃学从商
当比尔快要中学毕业时,接到了来自一家大公司的业务邀请。这家公司看过比尔和保罗的获取免费使用计算机而写过的《问题报告》,想聘请比尔和保罗为程序员,任务是寻找解决计算机病毒的办法,报酬是周薪168美元。比尔正处在中学的最后一个学期,可以不必天天来上课,有了更多的自由支配的时间。而保罗就没有那么幸运了,为了这份他喜欢的差使,他不得不停学。两人在该公司的驻地租了一套公寓,把做程序员的工作接了下来。
比尔中学毕业后如愿以偿地被哈佛大学录取。一般的孩子,中学毕业后考取了大学,会利用进大学前的漫长假期痛痛快快地玩一玩。比尔也可以如此。可是,程序员的工作和计算机的魅力深深地吸引着他。他无暇考虑怎样去玩,而是和保罗一起每天夜以继日地工作,常常是渴了喝一罐可乐,饿了吃一张馅饼。他们在计算机前通宵达旦地干。在这里,两个人的计算机技能和知识水平都有了突飞猛进的发展。这种进步,使他们看到了别人看不到的希望。
开学的时间到了,比尔不得不暂时离开他喜欢的计算机软件工作,到中学生们向往的哈佛大学去报到。少年比尔人进了哈佛大学,可是心却仍然留在了计算机里。好在哈佛大学有个计算机中心,这给比尔满足自己的兴趣和实现自己的向往提供了一个良好的场所。平时把主要精力用在计算机上,但在临近考试时,他却全力以赴、昼夜加班突击背笔记和必考的内容。就这样,他保证了每门课程都能获得及格成绩。而在计算机方面,他却达到了没有哪个同学能与之相比的程度。
为了与比尔及时联系,保罗来到波士顿。他已经退学,专心在计算机行业寻找新的开发项目。
比尔·盖茨一边在哈佛大学读书,一边想着计算机领域的开发,而且主要的心思用在了计算机上。他几次想退学去干计算机开发的事业,可是,由于父母的反对和未找到合适的项目,他不得不继续在哈佛上学。而他的好友保罗·艾伦则是一有计算机世界的新动向,就跑来告诉比尔。有一次,保罗在一份杂志上见到了一台微型计算机照片,就拿着它来找比尔。比尔见说明文中写到:“世界上第一部微型计算机,可与商用型号的计算机相匹敌。”就高兴地对保罗说:“看来计算机像电视机一样普及的时代就要到来了。”两个人兴奋不已。他们在朦胧中看到了自己的事业和梦想。因为,比尔和他的朋友保罗擅长的是计算机程序。如果计算机得不到普及,那么,对程序的需求也就不会兴旺。相反,当计算机普及的浪潮到来时,人们对计算机各种程序的需求就会自然地成为一种必然,这样,比尔和保罗就有了用武之地。这两个天才少年用他们自发的兴趣和天才的头脑,预见到了一个庞大的新兴科技领域的出现,并为之准备了优秀的头脑。
在兴奋之后,比尔和保罗意识到,该是动手干实事的时候了。他们决定,为新诞生的微型计算机编制语言,即系统软件。他们早已懂得,真正的计算机用户,在得到计算机之后,所使用的主要是计算机现成的程序,如果没有便于应用的程序,计算机本身就如同一台高级废物。他们说干就干。比尔当即就给生产第一台微型计算机的微型仪器遥测系统公司打电话,要求为这台新型微型机编制使用程序。该公司的创办人已经接到了好几个这样的电话,所以,对比尔说道,如果你真的做成了,就应该拿来试试。比尔和保罗抓住这个非常渺茫的机会,立即进了哈佛大学的计算机中心。两个孩子昼夜奋战,一刻不停地干起来。经过连续8个星期的奋战,他们为微型计算机设计了一个取名为“登上月球”的游戏程序。在实验后,他们认为可以让这个程序工作了,于是,就由保罗带着这个刚刚诞生的程序,乘飞机到新墨西哥州的微型机诞生公司去试用了,而比尔则留在学校等待保罗的消息。他的心情是紧张和不安的。与比尔怀着同样心情的保罗,抑制住紧张的情绪,按照设计步骤在实验室里操作着。结果是,第一次实验就获得了成功。
当实验成功后,保罗干的第一件事是奔向电话机,把这个好消息告诉比尔·盖茨。比尔接到电话后,和保罗同样兴奋。但当微型机公司提出立即把他们设计制作的程序推向市场时,比尔立即冷静了下来。这个聪明的少年,不仅有过人的才能,而且有着超越一般人的理智。他懂得,市场上需要的是完善的产品,而他设计的程序则刚刚经过实验,必须经过反复实验,直到完美无缺之后,才能在市场上站住脚。与此同时,比尔认识到,一个无限广阔的商业机会到来了。在这个商机的诱惑下,哈佛大学对他的吸引已经降到了第二位。他毅然决定,自动退学,和保罗一起去开办软件开发公司。就这样,比尔不顾父母的反对和亲人的遗憾,未毕业就离开了著名的哈佛大学。
成立“微软”公司
1975年7月,比尔·盖茨和好友保罗·艾伦成立了微软公司。公司的名称是根据他们的开发对象确立的,“微”是微型计算机的简称,“软”是代表软件。他们开发的第一个产品,就是为第一台微型机设计的运用BASIC语言的程序。由于在该程序的编制过程中比尔做了更多的工作,所以,他对公司负有的责任和得到的利益占60%;保罗则占有40%。因此,比尔就成了该公司的董事长。公司成立后,得到的第一个合同就是为第一台微型机开发能够上市的应用程序。在签署合同的过程中,显示出比尔不仅是个电脑天才,而且具有经商和谈判的天资。他的商业知识和法律知识比起成熟的公司老板来毫不逊色。在这第一个合同中规定,除了预付给微软公司3000美元的订金外,微型仪器遥测公司每销售一个微软公司的软件,就要付30美元的费用。
公司成立的第一个年度,比尔和保罗在兴奋和麈战中度过来了。这一年,他们获得了10万美元的收入。第二年,公司的工作人员增加到了六人,有了一套五间房子的办公室,财务收入达到了50万美元。到了第三个年头,公司的业务有了飞速发展。几家大公司开始使用微软公司的软件。而且,微软公司也不断地推出新软件。在比尔的策划下,微软公司成功地占领了部分计算机软件市场。公司雇员达到13人,国内利润超过100万美元。这一年,一个日本人和比尔·盖茨签订了一份在远东地区代理销售微软产品的合同,合同金额为1.5亿美元。到了第五个年头,微软拿到了年收入高达280亿美元的国际商用机器公司的合同。进入80年代,微软获得了更加惊人的发展。1981年,公司收入达到1600万美元;1982年,增加到3400万美元。此后在比尔·盖茨的谋划下,微软公司用MS—DOS系统规范了软件市场,不容质疑地获得了计算机软件行业的霸主地位。1986年3月,微软股票在纽约股票交易所上市,开盘时售价为每股25.17美元,当日收盘时就长到了29.25美元。一周后,上升到35.5美元。一年后,即1987年,股值上升两倍,达到90.75美元。这时,比尔·盖茨所持股票价值为12.9亿美元,成了名副其实的亿万富翁。比尔·盖茨的事业获得了巨大的成功,但他并不以此为满足,而是不断推陈出新,继续朝着更高新的目标前进。
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