“尋死”的科學(xué)家改變了世界

董望

美國科學(xué)家約翰·斯塔普

在現(xiàn)代的實驗室，科學(xué)家們有許多儀器設(shè)備和動植物“模特”協(xié)助實驗，但即使如此，意外和事故還是時有發(fā)生。幾十年前的科學(xué)家在進行實驗的時候，條件更加簡陋，他們靠著不怕死的勇氣做出了巨大的貢獻，一起來看一看這些真正的勇士吧。

嗅出來的新元素

在自然界中，許多元素常常伴生在一起，現(xiàn)在科學(xué)家可以用光譜分析、掃描電鏡等方法和設(shè)備判斷元素的組成。但以前，這些方法都沒有條件去做，那時候的科學(xué)家只能像品鑒食物一樣，“望聞問切”區(qū)分元素，金屬元素釕正是被科學(xué)家嗅出來的。

釕與其他金屬共生在礦石中，克勞斯經(jīng)過多個步驟才將其分離出來。

鉑是一種貴金屬，為了獲取鉑，科學(xué)家會將含鉑的礦石溶解在強酸王水中，但即便經(jīng)過王水的“洗禮”，礦石也不能完全溶解，容器底部沉積有一些礦石殘渣。由此，當時的俄國化學(xué)家卡爾·克勞斯猜想，這些殘渣應(yīng)是另一種不能與王水反應(yīng)的元素。該如何證明這個想法呢？對此，克勞斯有獨門秘訣：此前，他曾靠靈敏的鼻子發(fā)現(xiàn)了另一種新元素鋨。

1840年，克勞斯購買了一份鉑礦石樣品，在徹底用王水浸泡后，克勞斯取出了其中的黑色沉淀物。當他湊近嗅聞后，聞到了一股類似臭氧的獨特氣味，這是具有強氧化性的元素獨特的氣味，是鉑不具備的。

克勞斯繼續(xù)對沉淀物進行了包括堿化、氨化和煅燒等一系列操作，最終得到了一塊海綿狀的金屬，他判斷這塊金屬就是他要找的新元素，因為在操作過程中，產(chǎn)物始終都帶有臭氧的氣味。

為了確認這個發(fā)現(xiàn)，在煅燒金屬前，克勞斯還嘗了一口液態(tài)的氨化物，結(jié)果獲得了滿嘴的水泡——這是強氧化物對口腔的腐蝕造成的，這些水泡整整三個星期才消除。

克勞斯將他獲得的金屬和論文寄給了當時的學(xué)術(shù)權(quán)威，但他的發(fā)現(xiàn)遭受了多次的否決，他們認為這不過是已發(fā)現(xiàn)的兩種元素的混合物。但克勞斯并不氣餒，他繼續(xù)進行實驗且不斷闡述自己的觀點，用了4年的時間，克勞斯最終說服了同行，承認了他的發(fā)現(xiàn)。謙虛的克勞斯沿用了前人的命名，將他發(fā)現(xiàn)的這一元素命名為“釕”。

但是，成功的代價是巨大的，克勞斯不僅付出了大量的時間，更讓人難過的是，68歲時，克勞斯就因肺炎去世，他的呼吸道因長期嗅聞化學(xué)藥物受到了嚴重的傷害。

現(xiàn)在，釕元素以作為光催化劑聞名于世界，已有兩個化學(xué)家因制造出含有釕元素的光催化劑獲得了諾貝爾獎。2016年，美國南加州大學(xué)的研究人員制造出了一種新的含釕催化劑，可以從空氣中捕獲二氧化碳，并直接轉(zhuǎn)化為甲醇燃料，轉(zhuǎn)化率高達79%，效率遠超太陽能電池，與綠色植物相比也不遑多讓。未來，當我們用釕催化劑進行類光合作用時，必會想起不懼生命危險、堅持不懈的化學(xué)家——卡爾·克勞斯。

撞出來的安全帶

汽車上的安全帶是我們司空見慣的，但是安全帶能承受多大的撞擊力，科學(xué)家們是依靠什么標準來設(shè)計它的呢？有一位科學(xué)家曾親身上陣，體驗過安全帶的安全極限。

約翰·斯塔普坐在即將出發(fā)的火箭車上

美國科學(xué)家約翰·斯塔普是一位通才，他具有生物物理學(xué)博士和醫(yī)學(xué)博士雙重學(xué)位，與其他的醫(yī)生不同，他更喜歡通過物理實驗研究人體極限。斯塔普在美國空軍擔任軍醫(yī)，在一次飛行任務(wù)中，他將自己鎖在機尾65個小時，沒有攜帶諸如降落傘、氧氣瓶等任何安全保障設(shè)備，目的是了解人體在空氣稀薄的平流層，如何承受脫水、缺氧、僵硬等不良反應(yīng)。承受了許多痛苦后，斯塔普幸運地活了下來，他發(fā)現(xiàn)在飛行前吸上半個小時的純氧，就幾乎可以避免一切不良反應(yīng)。這次實驗的成功增強了他的信心，斯塔普開始了更多極限挑戰(zhàn)。

20世紀五六十年代的世界并不安全，美國空軍經(jīng)常遭遇襲擊，常常發(fā)生墜機事件。美國軍方想知道，人體能承受多大的氣壓，從而設(shè)計出最大限度保證安全的彈射椅和安全帶，斯塔普接受了這個任務(wù)。為了模擬高速飛機墜落時的大氣壓，斯塔普請人建造了一條兩千米長的軌道，這條軌道上行駛著一輛特殊的“汽車”——以火箭驅(qū)動的汽車。可以想象，這輛車的時速有多快，驟停時的沖擊力又有多大，世界上最瘋狂的過山車也比不上它。

剛開始，火箭車的乘客還是人體模型，但是斯塔普對實驗結(jié)果有很多疑問。按照理論計算結(jié)果，人體承受的加速度極限是18個重力加速度，但在實驗中，火箭行駛的加速度達到了30個重力加速度，而模型并沒有受到損傷。人體的承受極限到底有多大呢？斯塔普按捺不住躍躍欲試的心，決定親自坐上火箭車，實際感受一下火箭車的速度與激情！

斯塔普通過搭載不同數(shù)量的火箭體驗了不同的重力加速度，與人體模型的結(jié)果相同，在火箭車的加速度達到35個重力加速度時，斯塔普仍然安然無恙，他笑言“只是有點頭暈”。還不滿足的斯塔普設(shè)計了時速更快的火箭車，新款火箭車能在5秒內(nèi)就加速到超音速，1.4秒后就要開始減速，才能保證在到達終點時停下來。在這個過程中，斯塔普承受了高達46.2個的重力加速度。這次，斯塔普終于受到了“教訓(xùn)”：眼球血管爆裂，視網(wǎng)膜脫落，肋骨斷裂，牙也掉了幾顆。好在這些看似嚴重的傷勢經(jīng)過了幾個月的調(diào)理得到了恢復(fù)，斯塔普也沒有什么后遺癥，最終活到了89歲。

斯塔普以自己的親身經(jīng)歷證明了人類在遭遇緊急減速或碰撞時，只要得到合理的保護是完全可以存活且不會造成永久傷害的，斯塔普大無畏的“尋死”精神給安全帶的制造留下了寶貴的實驗數(shù)據(jù)。

實驗時，斯洛廷用螺絲刀隔開兩個钚半球，但螺絲刀的意外脫落導(dǎo)致了悲劇發(fā)生。

撕開钚半球后，斯洛廷受到嚴重核輻射，肌肉溶解，皮膚腫脹。

掰出來的新世界

二戰(zhàn)后期，美國“曼哈頓計劃”研制出了世界上第一顆原子彈。在原子彈試驗成功后，遺留下了兩塊半球形的核燃料——钚，理論計算認為，這兩塊钚一旦相遇，就能像原子彈一樣爆炸。

加拿大物理學(xué)家路易斯·斯洛廷接到了這樣一個任務(wù)，尋找钚球的臨界質(zhì)量，至少多大的兩塊钚相遇會直接引爆，原子彈試驗后留下的這兩塊半球形钚就成了最好的實驗材料。斯洛廷通常是這樣研究的：一手緊抓鈹制的半球緩慢靠近钚半球，作為制造裂變反應(yīng)的起始步驟，觀察钚半球的反應(yīng)狀態(tài)，以此確定钚的臨界質(zhì)量。另一手用螺絲刀維持著上下兩個钚半球的空隙，同一時間助手移走平常分隔钚半球的填隙片。

此前實驗都安然無恙地進行著，但1946年5月21日，意外發(fā)生了。當助手將填隙片移走后，螺絲刀打滑，落到了地上，這意味著兩個钚半球再也沒有間隔了。合到一起的钚球迅速反應(yīng)，向外輻射出大量電子，空氣被電離后變藍，人們能感受到撲面而來的熱浪，這是一場劇烈核爆的前兆?？梢灶A(yù)見，如果反應(yīng)繼續(xù)，別說實驗室，整個城市都將被夷平。

在千鈞一發(fā)的時候，斯洛廷果斷用手撕開兩塊钚半球并丟在地上，阻止了這一場核爆炸，同時挽救了在場乃至整個城市的無數(shù)條生命。但斯洛廷本人卻受到了巨量的輻射，測算結(jié)果顯示，他受到的輻射相當于距原子彈中心1500米處的輻射量。9天后斯洛廷就醫(yī)治無效，去世了。斯洛廷以生命為代價測出了钚的臨界質(zhì)量，同時也警示后人，實驗時一定要注意規(guī)范操作，避免悲劇的再次發(fā)生。

科學(xué)家進行科學(xué)研究，不僅需要具備智慧和運氣，為了求知而舍生忘死的勇氣同樣讓人銘記。