超越周期表

后来弗兰·奥布赖恩修改《达尔基档案》中福特雷警官与米克的对话，并写入著名小说《第三个警察》，这本书在他逝世后的1966年才出版。奇怪的是，他把原来的“分子理论”全部替换成了“原子理论”。这就涉及事物究竟由何组成这个颇为模棱两可的问题。到底是原子还是分子呢？化学家给出的是复合的回答，说两者皆可。他们使用的标志性暗号是元素周期表。这是个由92种天然元素（补充上一些不稳定的人造元素）通过某种化学家易于理解的模式排成的列表。“关于”化学的最著名的一本书可能是意大利化学家兼作家普里莫·莱维所写的，那本书就以这个物质基础材料的列表“周期表”而命名；它强化了人们的印象，觉得化学就该是从这个由各种符号组成的不规则表格出发。在我上中学的时候，老师就教过一种诀窍来巧记最重要的前两行元素。化学专业的本科生则要求背诵整个元素周期表，要知道铱在钴的下面，铕在钐和钆的中间。不过我很怀疑我到底有没有机会在钐身上多停留一眼（不过铕倒是会在电视机屏幕的红光中朝我们闪烁）。

但其实化学只是偶尔才关注元素的性质，分子科学即便做不到无视大多数元素，也可以忽略其中的许多。只有在化学中极其靠近物理学的那一部分领域中，元素周期表的作用才真正显现出来，这时我们就必须拿出代数和余弦来解释为何各种元素的原子能够组成称作分子的特定结合体。周期表是19世纪一项美妙而深刻的发现，但在物理学家于20世纪创造量子力学之前，周期表也只能被当成一种神奇的密码，一种写着经验法则的小抄，提醒人们元素是分成一族一族的，同族元素有着相似的癖性。

我大概太过迅速地省略掉了元素周期表。我至少还应该再交代一下历史才对。

传统的化学史会讲，化学就是人们为理解物质进行的探索，去追问事物到底由何构成。这就将化学与古希腊哲学联系在了一起，其中就包括公元前5和前4世纪之间，留基伯和他的学生德谟克利特提出的原子构成物质的理论。化学史的这种讲述从恩培多克勒四元素说（土、气、火、水）开始，讲到柏拉图将元素理论与原子论相结合（如图1），小心翼翼地绕过中世纪炼金术士炼化物质的迷梦，谨小慎微地落到18世纪的燃素说上。然后，我们会看到1661年罗伯特·玻意耳重新定义了元素的概念（其实也未必能全然算作“重新定义”），看到老古董的四元素说在新发现的“不可分物质”前轰然崩塌；看到安托万·拉瓦锡摧毁了燃素说并用氧气取而代之，之后又于1794年在断头台上掉了脑袋。约翰·道耳顿在1800年提出了现代的原子理论，在这个世纪中元素的列表急剧扩张，接下来就由德米特里·门捷列夫将它们组织成双子座大厦形的元素周期表。铀之前空缺的部分又被逐步填满（铀元素本身在1789年就已经被发现了），随后沃尔夫冈·泡利及其他量子物理学家在1920年代解释了为何周期表呈现这种形状。

那么这项任务也就到此为止了。按照科学作家约翰·霍根在《科学的终结》中所写的，一旦盖上了量子力学的认证戳，就意味着化学也走到了尽头。最近又有几本关于未来科学的书暗示，化学这门学科正在从两端被侵蚀，它自己却很醒目地在学科变化中缺席了。从最基础的一侧看，化学正在朝物理学演变（包括庞大却一直被忽视的凝聚态物理这个分支，它研究的正是有形物质的行为）。从较复杂的一侧看，它又变成了生物学，生物学家正在扩大自己的地盘，研究细胞的分子机理。

但是，这些学术领域争夺地盘的战争，其背后的事实要有趣得多。有个奇怪的现象值得注意：很多科学史都是由物理学家撰写的，他们倾向于将科学讲述成一系列提出问题、回答问题的过程。而工程师讲的故事可能会更有启发。凭借工程师的直觉，他们可能更倾向于问我们有可能造出什么。一部分原始化学家希望形而下地或形而上地切分物质，其他的化学家则更热衷于对物质进行重组。正因如此，分子科学的目标既是创造性的又是分析性的。在历史上的不同时期，分子科学曾经分别关注过制造陶器、染料和颜料、塑料及其他合成材料、药物、防护涂层、电子元件以及细菌大小的机器。诺贝尔化学奖得主罗阿尔德·霍夫曼曾说：“化学家何以要接受别人对‘发现’的定义，这真是非常奇怪。”他继续讲道：

化学是关于分子及其变形的科学。有的分子本来就 在那里 ，只是等着我们去认识而已……但还有更多其他的分子只是我们化学家在实验室里造出来的……［化学的］核心就是造出来的分子，无论是通过自然过程还是通过人工手段制造。

有些大学将化学系藏在了“分子科学”这样的名号之下，他们的想法可能是对的，因为这样其实是温和地将周期表这个重担丢掉，把化学家解放出来，投入到合成的世界中。这里不再是柏拉图的王国，在这里，人们设计、制造分子就是为了去 做点 什么，比如去治愈病毒感染、储存信息、固定桥梁。

普里莫·莱维是一位工业化学家，他正是工作在这个合成的世界。他对这套分子科学感到一丝歉疚：他称这种科学为“‘低级的’化学，简直像烹饪”。但“低级”化学的威力可不容小觑。它每年撬动数十亿美金的流动，它能给患病的人带来健康，能给健康的人带来疾病。汉堡和德累斯顿曾因低级的化学而化为焦土，今天在西方，人们对化学战争和生化战争的恐惧比对核武器更甚。很多人以为核弹纯粹是物理学的产物，可是写下 E = mc 2 并不能毁灭广岛，只有用铀的化合物进行同位素分离才可以。在《万有引力之虹》中，托马斯·品钦清楚地知道科学的真正威力何在：他小说中二战以后的反派并不是原子弹，而是一种新型塑料，一种称作“G型仿聚合物”的“芳族杂环高分子”，由欧洲化工巨头，包括法本 、汽巴 、嘉基 、壳牌石油 和帝国化工 合谋制造。这告诉我们的信息是，“实物”胜于 理论。

这是否意味着分子科学是坏的呢？当然不是。这只不过说明，分子科学充满了可能性：有精彩的可能，创新的可能，也有低劣的可能，噩梦的可能。有通俗而常用的事物，有奇特而少见的事物，还有人们难以理解的事物。在未来，分子科学或许能够帮助人们长出一只新的肝脏。在过去，拉斐尔、鲁本斯、雷诺阿用分子作画。而生命的本原，更是分子谱写的一曲颂歌。