下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
氧原子几乎潜伏在你日常生活的每一个地方。它们不仅是你呼吸的物质，很大程度上也是构成你身体的物质。科学家们常常会将人类描述为“碳基生命”，但严格按数字来看却不是这样的。
你的体重有大约60%是由水构成，具体数字取决于你的身材、年龄和健康状况；而水分子中8/9的重量属于其中那硕大的氧原子。所以说，氧构成了你湿重的大部分，一个150磅（68千克）的成年人含有大概95磅（43千克）的氧。作为对比，同样的成年人所含的碳大约仅为35磅（15.9千克），如果采用原子比例，那么碳原子的总数相对于氧原子的比例约为1:2。
身体里脱除水分剩下的那部分“干”物质中，氧原子也和其他的一些元素交织在一起，在肌腱的蛋白纤维、肥皂泡状的细胞膜以及螺旋的DNA中都存在。在人体动脉的血糖以及乳汁的乳糖中，氧原子贡献了略高于一半的重量；同时它们还与多数矿物元素共同构成了人体骨骼。如果你体内的氧原子全部消失，你仍然还是可见的，尽管存在不了太久——剩下的元素构成的团雾会随着一股清风飘散得无影无踪。
但这不是你呼吸的原因。你通过喝水吸收了多数水基的氧原子，又通过进食补充了大量碳基的氧原子。呼吸则是件完全不同的事情。这个过程的目标不仅仅是获取氧原子，而是获取由两个氧原子结合在一起具有反应活性的氧气分子。而且不同于喝水或进食，你需要一直持续吸入氧气，因为除了肺部的肺泡，你无法在体内安全地储存氧气。
尽管你可以提纯氧气并将其压缩到体内某个空间存储，但你一定不想这么做。让它们随意留在体内，细胞会受到损伤，而且氧气在浓度过高时是有毒的。你需要在可控的范围内吸入它们，然后立即高效地使用它们，再从身边原子的海洋中吸入新的氧气。
科学家们是如何发现我们与空气间的这种原子级关系的呢？这是一个跨越数世纪的故事，遭遇了无数死胡同，积累了无数新发现才取得的结果。这里篇幅有限故不能深入讲述这漫长的故事，但可以简要说说18世纪的一些关键发现，至少可以回顾一下获取这些知识有多艰难。当然，有很多研究者都在那个智慧与文化大爆发的时代对此做出了贡献，但特别要说的是其中三名科学家的工作，展示他们通过相对简单却很巧妙的实验所取得的成果。
进入18世纪之前，我们需要先了解两个概念——它们都是17世纪的遗产，一个引人误入歧途，另一个则颇有先见之明。前者是德国炼金术师约翰·贝歇尔（Johann Becher）提出的一个假说，即燃烧仅仅是因为释放了一种被称为“燃素”的神秘物质。后者是英国科学家罗伯特·波义耳（Robert Boyle）的研究，他提出空气并非一种纯净元素而是各种气体的混合物。他在《对空气中隐藏事实的求证》（Suspicions about the Hidden Realities of Air）一书中写道：“我时常怀疑在空气中或许还有更多潜在的特性或能量……因为它不是像很多人想象的那样只是简单又纯净的物质，而是混合物……（并且）可能这世上几乎没多少比它更复杂的非均质体了。”
在18世纪70年代早期，瑞典化学家卡尔·舍勒（Carl Scheele）对氧化汞粉末进行加热并认为由此得到的“火气”在大气中也是存在的，但他没有立即发表这一结论。数年之后，英国化学家约瑟夫·普利斯特里（Joseph Priestley）做了同样的实验并给逸出的气体起名为“脱燃素气”。他在舍勒之前发表了这一发现，并证明在密封的玻璃罐中，这种气体既可以让火焰持续燃烧，也可以让小鼠呼吸。法国化学家安托万·拉瓦锡（Antoine Lavoisier）了解到舍勒与普利斯特里的实验之后，重复了类似的实验，随后称这一发现至少有一部分是他发现的。
不过这几位都不是真正首次在实验中制出氧气的人——炼金术士们早已在一个世纪前制出了氧气，虽然他们并没有完全理解这是一种什么气体。但是，舍勒认识到这种至关重要的气体是空气中的特定成分；普利斯特里论证了它与呼吸和燃烧间的关系；而拉瓦锡给了它一个我们现在正在使用的学名。因为将这种气体与溶液中的氮和硫结合可以产生硝酸和硫酸，因此拉瓦锡将这种气体称之为“oxygène”（源于希腊语，意为“制酸剂”）。拉瓦锡还和其他化学家一起推翻了燃素说。通过对封闭容器中的锡进行加热，他证明金属在此过程中增重而非减重，并且氧化之后的金属所增加的质量与容器打开时进入其中的空气质量相等。
这几位科学家在各自的生涯里，都热衷于声明自己的权利，而他们的传记中也充满了戏剧性的细节。他们极力争夺，都声称是自己发现了氧气，并且都在后来的岁月里遭遇了巨大不幸。舍勒于1786年逝世，享年仅43岁，可能是因为在实验室摄入了太多的汞、砷和铅。普利斯特里由于持信仰自由的观点并支持美国及法国革命被英国驱逐出境，流亡至宾夕法尼亚时，他又承受了丧妻和幼子夭折之痛，并且在被欧洲科学界孤立的同时又因煽动暴乱而被指控。而拉瓦锡，作为国王最憎恶的税务官之一，在法国大革命期间被送上了断头台。对于此次行刑，数学家约瑟夫-路易斯·拉格朗日（Joseph-Louis Lagrange）写下了那句名言：“他们可以转眼之间就砍下他的头颅，但百年里全法国再也长不出这样的一颗头了！”
这些科学家们的发现引领了后来在原子层面的研究，但如果没有高科技设备或科学的训练，原子不可见的特点会致使氧气与火之间的关系很难被认知。就像普利斯特里和贝歇尔那样，燃烧物总重的增加是很容易被忽略的，因为浮力与逸散的废气掩盖了这一点。燃烧1加仑（6磅，2.7千克）汽油，可以向大气中扩散19磅（8.6千克）吸热性气体二氧化碳；而据美国能源信息管理局估算，仅美国的机动车在2012年就排放了15亿吨CO2。这种认知上的局限可能会让我们很难注意到身边环境的变化，而且在探索空气的原子性质时会把我们引入歧途。
两个半世纪以前，在观察了“火气”罐中可轻松呼吸的小鼠之后，普利斯特里自己也试了试这种气体。“我的肺感觉不出与一般空气的区别；不过随后我似乎感觉我的胸腔变得轻松舒适了。谁能说这种纯净空气哪天不会成为一种奢侈的时尚产品？”谁能真的预想到，21世纪，为了通过插在鼻子里的那根塑料管吸取氧气，时髦的现代人每分钟要花上一美元？
最初只是在东京、北京等饱受重度污染困扰的城市出现的“氧吧”，从20世纪90年代开始，在全世界的其他城市流行起来，并且现在还催生了便携式家用制氧机的新市场。支持者们认为这些氧气有消除体内毒素、强化免疫系统、治疗宿醉以及其他一些神奇的医学功效。不过这其中大部分都没有实验数据支持。在接受WebMD（美国最大的医疗服务网站）采访时，巴尔的摩梅西医学中心的乔治·波伊尔解释道：“如果你的肺是健康的，而且也没有呼吸困难，那就说明体内的氧气完全够用。”同时他还说，“对于大部分人而言，（使用制氧机）没什么危害，但也绝对没有科学意义上的好处。”
无论你是在氧吧里买氧气还是吸免费的空气，问题还是那一个：究竟为什么你要呼吸？早期的研究者认为呼吸仅仅是为了降低“体温”，肺无非就是空调而已。而事实的真相埋藏在你身体细胞的深处，在那里，燃烧与呼吸间的区别也将被清楚地揭示。