氮气(N 2 )——目前占空气中的78%(780 000ppm),你每次呼吸会吸入9×10 21 个分子
氨气(NH 3 )——目前空气中的含量为0.000 01ppm,你每次呼吸会吸入1亿个分子
在诞生后的数亿年里,地球十分荒凉。即使能找到一个不烧伤脚趾的立足之地,但由于火山喷出的气体,你也根本无法呼吸。然而,令人惊奇的是,虽然短期内非常有害,但火山最终通过喷出富含氮的气体改变了地球的空气结构。
氧、氢、碳三种元素构成了人类体重的93%,对于其他生命形式,该比例也大致如此。细胞的运转还需要几十种其他元素,甚至包括钼之类的不知名元素。除非真的出了问题,否则动物和植物可以毫不费力地从环境中获取其中的大部分元素。
最大的例外是氮。它是人体内第四丰富的元素,占我们体重整整3%。而且到目前为止,氮是空气中最普遍的元素,在我们每天呼吸的分子中占了80%。因此,人体的细胞应该能轻而易举地吸收它,对吗?恰恰相反。尽管如此丰富,但大多数生物不得不非常努力地获取每一个氮原子。这是因为大多数生物的细胞,包括人类的细胞,不能利用气态的氮气。氮气必须先转换成另一种形式。而在地球历史上的最初几十亿年里,只有少数特殊的微生物掌握了这种必要的技巧。
然而,在20世纪初,智人成为第一种加入制氮万神殿的非细菌生物。负责这项工作的两个人都是德国人,而且都是工业化学家。他们都因为自己的发现被誉为民族英雄,也都获得了诺贝尔奖,不过他们后来也都被谴责为国际战犯。但无论多么受人憎恨,他们确实成功地把7号元素哄骗到我们的身体里。如果没有弗里茨·哈伯和卡尔·博施的化学魔法,空气的故事就无从谈起。
空气炼金术始于一次侮辱。1868年,弗里茨·哈伯出生在一个中产阶级的德国犹太家庭,尽管有明显的科学天赋,年轻时的他从事过几个不同的行业(染料制造、酒精生产、纤维素收获、糖蜜生产),却没有在任何一个行业中脱颖而出。最后在1905年,一家奥地利公司要求哈伯(当时是一个留着胡须、戴着眼镜的秃顶家伙)研究一种制造氨气的新方法。
化学家弗里茨·哈伯,科学史上最浮士德式的人物之一
想法似乎很简单。空气中有大量的氮气(N 2 ),而你可以通过电解水来获得氢气(H 2 )。要制造氨,只需将这两种气体混合并加热:N 2 +3H 2 →2NH 3 。如此而已。只是哈伯面临一个两难的困境:要使氮气分子发生反应,需要巨大的热量将其劈成两半,而这样的热量往往会破坏反应的产物,即脆弱的氨分子。哈伯兜了几个月的圈子,最后才发表了一篇报告,说这个过程是徒劳的。
如果不是名叫瓦尔特·能斯特的胖化学家的虚荣心,这份报告会在默默无闻中沉寂下去,自然也不会赢得任何奖项。能斯特拥有哈伯梦寐以求的一切。他在柏林工作,那里是德国人生活的中心,而且他靠发明一种新型电灯泡而成为有钱人。最重要的是,能斯特发现了一个新的自然定律——热力学第三定律 ,他也因此在科学界赢得声望。能斯特在热力学方面的成果也使化学家能够做一些前所未有的事情:检验任何反应(比如氮气转化为氨气的反应)并估计不同温度和压强下的产率。这是一条重要的捷径。化学家终于可以预测反应的最佳条件,而不是盲目地摸索。
但化学家必须在实验室里证实这些预测,冲突由此产生。因为当能斯特检查哈伯报告中的数据时,他宣称氨的产率不可能达到这么高——根据他的预测,比实际高出了50%。
哈伯听到这个消息后晕倒了。他本来就是一个容易紧张的人,心脏脆弱,很容易精神崩溃。现在能斯特威胁要毁掉他唯一拥有的东西,也就是他作为一名可靠的实验家的声誉。哈伯仔细地重复操作了自己的实验,发表了更符合能斯特预测的新数据。但数字仍然很高。1907年5月,能斯特在一次会议上遇到哈伯,当众斥责了这位年轻的同人。
说实话,这是一场愚蠢的争论。这两个人都同意,在工业上不可能利用氮气生产氨;他们只是对不可能的确切程度有分歧。但能斯特吹毛求疵,哈伯无法容忍这种对他荣誉的侮辱。哈伯推翻了此前的所有观点,他决定证明可以用氮气制造氨。如果成功了,他不仅能让能斯特颜面扫地,或许还可以申请专利发家致富。最重要的是,这将使哈伯成为整个德国的英雄,因为这将为德国提供成为世界强国所必不可少的稳定的肥料供应。
氨是通往肥料的大门。这不仅是因为氨含有氮元素;更重要的是氨含有植物可以利用的氮。要理解这里的区别,你需要了解分子中将原子固定在一起的键。大多数分子只有单键(X-Y)或双键(X=Y),而氮气则由三键(N≡N)连接,这是自然界中最强劲、最不易折断的键之一。(折断1盎司氮气中的所有三键,释放的能量足以将一个100万磅重的哑铃举离地面15英寸。)该键的强度解释了为什么氮气在今天的空气中占绝对优势。上一章已经提到,大多数火山喷发气体中的氮气只是一种微量成分,比喷出的其他气体少得多。但是,大多数火山气体会随时间的流逝而消失,要么是因为它们相互反应,要么是因为被紫外线分解,而氮气的三键却能抵抗所有的破坏。因此,氮气虽然在每一次火山喷发所释放的气体中的比例都很小,却会随着时间推移而累积。(火山烟气中的氨气分裂时,也会形成额外的氮气。)换句话说,氮气之所以在今天的空气中占绝对优势,是因为它比火山喷出的其他气体都更持久 [(1)] 。
这一事件的最大后果是,地球大气层再次被改造了。回忆一下,2号大气层充满了恶劣的火山废气。但是到了大约20亿年前,这些恶劣的气体已经被分解,并且积累了足够多的氮气,可以算作新的大气层(地球的第三个明显的大气层——如果你仍在计数的话)。富含氮气的3号大气层更加温和,因为氮气不会像其他气体那样攻击生物分子,这一点至关重要。
但从某种意义上说,空气中的氮太过温和,太过被动。人体需要大量的氮元素。你体内的每一个蛋白质都有一串氮原子构成的主链,你有30万亿个细胞,每个细胞都有30亿个DNA碱基,每个碱基也都含有几个氮原子。但是,当我们的细胞需要储存氮时,氮气中的三键使它不参与反应。这真是一个残酷的讽刺。我们生活在氮气之海中:成吨的氮气一直盘旋在你头顶,悬浮在地面和太空之间。但我们无法利用一丁点儿氮气,这就好比渴死在汪洋大海之中。
那么,氮气如何离开空气、进入我们的身体?必须有东西来“固定”它,即打破三键并将其转化为较为活跃的形式。光照可以在空气中创造氮氧化物,从而固定少量的氮。绝大多数固定氮来自一种细菌,该细菌拥有一种特殊的固氮酶。酶是一种生物结构,它允许不寻常的反应发生;固氮酶分子中起作用的是一小部分铁、硫和钼原子。这些元素就像一个小型的“救生颚”,一层层地把三键撕开。这需要巨大的能量,同时也产生了严重的间接伤害:每次都有16个水分子被牺牲掉。但最终,固氮酶分裂了三键(N≡N),在上面接了一些氢原子,使氮原子无法重新结合,这就产生了氨。氨只有单键,因此更容易转化为蛋白质或DNA。
固氮细菌生活在特定植物的根部,在这里它们用氨换取其他营养物质——这是最好的共生关系。其他固氮微生物在土壤里自由工作,随后植物攫取其中的氮元素。为了获得氮,动物和真菌等生物体以这些植物或腐烂的植物残骸为食。(包括食物链上的食肉动物,它们吃的是食草动物。甚至还有“食肉植物”,比如捕蝇草,它吃虫子主要也是为了获得氮。)所以,归根结底,地球上几乎所有生物体内的氮都来自固氮细菌。没有它们,就不会有任何一种植物或动物,一种都不会有!在大多数生态系统中,土壤中的氮含量决定了生态系统所能承载的生命上限。
即便如此,几千年来,农民已经开发了一些突破土地限制的方法。他们开始轮作,加入大豆等植物的种植,因为这些植物的根系含有大量的固氮细菌。他们还在田里播撒尿液和粪便,这些废物被分解为可吸收的氮。一些聪明人甚至在粪便中掺杂血液等腐烂物,以此提高粪便的肥力。这些堆肥看起来像巨大的棕色面包,而且还散发着热量;当混合物尝起来有辛辣味的时候,农民就知道可以去播撒了。
然而,家畜的粪便和尿液是有限的。到了19世纪初,大多数工业化国家不得不从其他国家进口肥料以满足对氮的需求。英国非常依赖印度,印度贫穷的低种姓劳工用脚把牛粪和尿液踩成糊状,制成供出口的肥料。其他欧洲国家开始从世界各地的岛屿大量开采鸟粪。秘鲁附近的钦查群岛 (2) 上的鸟粪贸易变得有利可图,几个南美洲国家甚至为这些鸟粪开战。美国也因为鸟粪而大举投入殖民主义。1856年,美国国会通过了《鸟粪岛法》,该法案授权任何美国公民对世界上任何一座无人岛拥有主权,只要岛上有几块鸟粪。这为美国在加勒比海和太平洋地区夺取近百个小岛提供了法律保障。许多岛屿是被上帝抛弃的岩石,没有任何价值。但其中几座岛屿,包括约翰斯顿岛和中途岛,在第二次世界大战期间成为重要的军事基地。
与此同时,德国错过了获得鸟粪的好机会。不同于欧洲的竞争对手,德国直到最近(在哈伯的童年时期)才摒弃长期以来的内部割据,以单一国家的形式统一起来。因此,德国错过了在亚洲和美洲的大规模殖民掠夺,也没有多少殖民地可以用来开发廉价鸟粪。雪上加霜的是,德国本土的土壤很贫瘠,急需氮肥。到20世纪初,德国每年都要进口90万吨氮肥。
尽管德国土地贫瘠,但这方水土却滋养出了科学天才。一位德国化学家在19世纪40年代提出了人造氮肥的激进想法,这就是所谓的“化肥”。几十年过去了,人们才开始认真对待这个想法,原因是南美洲的鸟粪来源并不稳定。到了19世纪90年代,肥料产业面临着危机,因为矿工几乎采完了钦查群岛等地的沉积物。似乎只有科学家才能阻止大规模饥荒的发生。铺垫了这么多,让我们再次回到弗里茨·哈伯,一个才华横溢、野心勃勃以至于不顾体面的人。
在被能斯特羞辱之后,哈伯从一家名为巴斯夫(BASF)的德国化学公司获得了一笔资助,用于探索几种可能的固氮技术。其中一项技术涉及在瓶子里创造真正的闪电(在一大桶空气中产生巨大的电火花),从而融合氮气和氧气。然而,哈伯倾向于专注考量自己以前的想法,即融合氮气和氢气,这是因为他发明了一种新方法:提高压强。
高温和高压都会促使气体更迅速地反应。在分子层面上,提高气体的温度会使分子以更快的速度移动。(事实上,测量温度本质上就是测量分子的速度。)这种额外速度带来的动力使分子更容易分裂和重组,从而促进反应。但哈伯知道,增加额外的热量也会破坏氨分子,使更快的反应速度变得毫无意义。这就是为什么他专注于压强。高压使分子更紧密地接触,进而使它们有更多机会交换原子。
一些化学家已经尝试过提高氮气和氢气的压强,例如,有人使用了改装的自行车泵。但可笑的是,这样的设备达不到哈伯提出的标准——比大气高几百倍的压强,这个压强能够粉碎现代潜艇。为了实现这样的压强,哈伯设计了30英寸的石英管,并用铁套加固。通过这种方法,他可以将反应温度降低几百华氏度,并保存更多的氨气。
除了研究温度和压强,哈伯还关注第三个因素——催化剂。催化剂可以加速反应,但本身并不会被消耗;汽车消声器中分解污染物的铂就是催化剂。哈伯知道金属锰和镍可以加速氮氢反应,但它们只在1 300华氏度以上起作用,而这个温度会破坏氨气。所以,他四处寻找替代的催化剂,让氮气和氢气流过几十种不同的金属,看看会发生什么。他最终找到了76号元素锇,一种曾经用于制造灯泡的脆性金属。它将必要的温度降低到“只有”1 100华氏度,这给了氨气一个难得的机会。
利用他的对头能斯特的方程,哈伯计算出,如果将催化剂锇与高压夹套结合使用,氨的产率可以提升至8%,这是一个可接受的结果。但他必须在实验室里证实这个数字,才能去能斯特面前夸耀自己的胜利。因此,1909年7月,在经历了几年的胃痛、失眠和羞辱之后,哈伯将几个石英罐串在一起放在桌面上。然后他打开几个高压阀门,让氮气和氢气混合,并焦急地盯着远端的喷嘴。
这需要一段时间:即使在锇的催化下,氮气也只是不情愿地打破自己的键。但最终,几滴乳白色的氨水从喷嘴中滴出。看到这一幕之后,哈伯在他所在部门的大厅里狂奔,喊着:“看!快来看!”最后,他们获得了整整1/4茶匙氨水。
他们最终把它扩大为真正的“油井”——每两小时一杯的氨水。即便是这样的小产量也说服了巴斯夫公司购买该技术,并迅速推广。哈伯为他的团队举办了一个史诗般的派对,他经常在庆祝胜利时这么做。一位助理回忆说:“结束的时候,我们只能沿着有轨电车的轨道走回家。”
事实证明,哈伯的发现是一个历史转折点,就像人类第一次将水引入灌溉渠,或者将铁矿石冶炼成工具。正如当时人们所说的,哈伯把空气变成了面包。
不过,哈伯的进步仍然只是理论上的:他证明你可以用氮气制造氨(从而制造肥料),但其设备的产出甚至不足以培育一株西红柿,更不能养活像德国这样的国家。要扩大哈伯方法的规模,使其能一次生产成吨的氨,需要另一类天才——将有前途的想法付诸实践的能力。巴斯夫公司的大多数高管不具备这种天分。他们认为氨只是他们投资组合中附加的另一种化学品,可以用它稍微提高利润,聊胜于无。但是,对于新成立的合成氨部门,他们任命的负责人、35岁的工程师卡尔·博施,有一个更宏大的愿景。他认为氨有可能成为新世纪最重要、最有利可图的化学品,能够提高全世界的粮食产量。就像大多数值得拥有的愿景,它既鼓舞人心,又充满危险。
化学家卡尔·博施,氮氨生产的策划者
博施决定独立解决氨生产中的许多子问题。第一个问题是获得足够纯净的氮气,因为普通空气中含有氧气等“杂质”。为此,博施向一个人们意想不到的地方求助:健力士啤酒公司。健力士啤酒公司开发了地球上最大的制冷设备,强大到可以液化空气。(和所有物质一样,如果把空气中的气体冷却到一定程度,它们就会凝结成液体。)博施对相反的过程更感兴趣——获得冷却的液化空气,并使其汽化。奇怪的是,尽管液态空气中混合着许多不同的物质,但每一种物质加热时都会在不同的温度下汽化。液氮恰好在零下320华氏度时汽化。因此,博施要做的就是用健力士的冰箱液化一些空气,将产生的液体加热到零下319华氏度,并收集氮气的烟雾。今天每一袋化肥都应该归功于健力士黑啤。
第二个问题是催化剂。虽然锇能有效地启动反应,但它在工业上是行不通的:作为一种矿石,黄金甚至比锇更便宜、更充裕。想要购买足够的锇,并按照博施设想的规模来生产氨气,这可能会使公司破产。博施需要一个廉价的替代品,为此他找来了元素周期表的所有元素,测试了一种又一种金属。他的团队总共进行了两万次实验,最终确定了氧化铝、钙和铁的混合物。科学家哈伯一直在追求完美——最好的催化剂,而工程师博施选择了一个杂牌货。
然而,如果博施无法克服最大的障碍,即所涉及的巨大压强,即便拥有纯洁的氮气和廉价的催化剂也毫无意义。大学里的一位教授曾经告诉我,实验室中最理想的设备是在你获取最后一个数据时就会崩溃的设备:这意味着你尽量少浪费时间维护它。(真是典型的科学家!)博施的设备必须无故障地运行数月,而且是在足以使铁发光的温度和比火车蒸汽机高20倍的压强下。当巴斯夫公司的高管第一次听到这些数字时,他们瞠目结舌:一个人反对说,他所在部门的烤箱前一天爆炸了,其运行的压强仅为大气压的7倍,是提议压强的1/30。博施怎么可能建造一个那么坚固的反应容器?
博施回答说,他不打算自己建造。他求助于克虏伯公司,该公司是传说中的大炮和野战火炮的制造商。克虏伯的工程师欣然接受了这个挑战,很快就为他建造了相当于大贝莎 的化学装置:一组8英尺高、1英寸厚的钢桶。然后,博施用混凝土包裹这些容器,防止进一步爆炸。做得很好,因为第一个容器在测试的第三天就爆炸了。但正如一位历史学家评论说:“不能因为一点儿弹片就停止工作。”博施的团队重建了容器,为了防止高温气体腐蚀内部,他们在里面涂上一层化学涂层;为了承受高压,他们发明了坚硬的新阀门、泵和密封件。
除了这些新技术,博施还帮助引入了一种新的科学方法。传统科学一直依赖于个人或小团体,一个人负责整个过程。博施采取了流水线的方式,同时运行几十个小项目,就像30年后的曼哈顿计划。与曼哈顿计划一样,他取得成功的速度也快得惊人——而且超越了大多数科学家能够设想的规模。在哈伯率先制备出氨液滴之后的仅仅几年,巴斯夫的合成氨部门就在奥堡附近建立了世界上最大的工厂之一。该工厂有数英里长的管道和线路,使用的气体液化器和平房一样大。它有独立的铁路枢纽来运输原材料,还有另一个枢纽运输它的10 000名工人。但奥堡化工厂最令人震惊的是:它可以正常运行,而且它制氨的速度和博施承诺的一样快。几年内,氨的产量翻了一番,然后又翻了一番。利润增长甚至更快。
尽管取得了这样的成功,在20世纪第二个十年的中期,博施认为自己的眼光还是太窄了。他敦促巴斯夫公司在洛伊纳开设一家更大、更豪华的工厂。这里需要更多的钢桶、更多的工人、更长的管道和线路,可以得到更高的利润。到1920年,建成的洛伊纳化工厂宽2英里、长1英里——“一台和城市一样大的机器”,一位历史学家惊叹道。
奥堡和洛伊纳开启了现代化肥工业,此后基本上没有放慢过速度。即使在1个世纪后的今天,哈伯-博施法仍然消耗了世界能源供应的整整1%。人类每年生产1.75亿吨的氨肥,这些肥料间接制造了世界上一半的食物!换句话说,如果没有哈伯-博施法,今天活着的人可能有一半会消失,也就是36亿人。再换一种说法,如果你照镜子,你的一半身体会消失;若非哈伯的刻毒天才和博施的贪婪眼光,你的DNA和蛋白质中一半的氮原子仍然会在空气中无用地飞来飞去。
我多么希望哈伯和博施的故事能在这里结束,轻松、简单而且愉快,让这两位德国化学家成为人类的救世主。但事与愿违,骄傲和野心最终玷污了他们的成功。
氨使哈伯变得富有。他拥有专利,每生产1磅氨,他就可以挣几美分,巴斯夫公司制造的氨很快就像尼亚加拉瀑布湍急的水流一样,每年生产高达数万吨。但在出售专利权之后,哈伯或多或少地忽略了氮的研究。相反,1911年,他利用自己突然得来的名声,在柏林新成立的威廉皇帝学会(Kaiser Wilhelm Institute)担任行政职务。作为董事,他可以与政治家及皇室成员打交道,这让他非常高兴。他甚至帮助招募阿尔伯特·爱因斯坦来柏林工作,尽管他们的政治立场截然相反(哈伯是保守派,爱因斯坦是自由派),但两个人成了亲密的朋友。事实上,爱因斯坦的某些事迹为我们展现了哈伯温柔的一面。当爱因斯坦的第一次婚姻破裂,他的妻子带着两个年幼的儿子离家出走时,哈伯整夜陪着爱因斯坦哭泣。
哈伯同情爱因斯坦,部分是因为他自己的婚姻正在破裂。哈伯和他的妻子克拉拉第一次见面时,他们还是化学系的学生,当年他18岁,她15岁;15年后,哈伯邀请她参加一个化学会议,只是为了见她一面。尽管有一个浪漫的邂逅,但这段婚姻很艰难,克拉拉反对将他们的生活“连根拔起”搬到柏林。他们还因为哈伯日益发展的沙文主义发生了冲突。哈伯自幼就是如此,当他的新工作让他接触了德意志皇帝之后,哈伯更加狂热地信奉“德意志高于一切”。有一次,一位同事发现哈伯独自在办公室里练习鞠躬,以备有一天德意志皇帝邀请他共进午餐。这位同事看到,哈伯在后退时撞碎了一个花瓶。
第一次世界大战爆发时,哈伯把学会改造成一个小型的军事前哨。的确,私底下哈伯认为战争是徒劳的,军事领导人是笨蛋,但他也意识到,赢得战争将使德国获得荣誉,因此他加入军队,剃了光头,穿着合身的制服去上班。他还用铁丝网围住了自己的大楼,并将科学研究转向了军事目的。其中一个项目涉及在俄国的冬天不会结冰的汽油,另一个项目是调整他的氨工艺来制造炸药。第三个最糟糕的项目是,哈伯开始将来之不易的气体知识用于制作一种新型武器。
毒气战可以追溯到几千年前的古希腊人,他们在城邦中使用硫黄烟雾相互熏烤。但总的来说,毒气攻击的效果远不如向别人喷洒沸油。甚至在第一次世界大战的头几个月,当法国和俄国用毒气攻击德国时,这些攻击几乎都失败了:德国人甚至还没有意识到被“攻击”,法国的气体就随风飘散了,而俄国的气体在寒风中液化,无害地凝结在泥土上。
即便法国和俄国成功了,他们的毒气(全部是基于溴元素)所造成的伤害也比不上现代的催泪瓦斯。哈伯构思了更邪恶的以氯元素为基础的毒气。我们从食盐和公共游泳池中知道了氯,但它也会形成一种双原子气体(Cl 2 )。不同于温和的氮气,氯气具腐蚀性:氯原子之间只有一个单键,它们很乐意摆脱这个键,去攻击其他的原子。在哈伯那个时代,每磅氯气的成本只有1美分,而且由于它比氧气和氮气重,释放在空气中的氯气会下沉。所以,氯气云会冲进战壕,而不会飘走。
最开始,哈伯上尉的毒气战部门只雇用了10名化学家,安装了一台普通的设备。这10个人里面包含3个未来的诺贝尔奖得主,真是一个恐怖的人才集中地。哈伯的老对手能斯特甚至也想为了德国的利益参与进来。哈伯把他挤到一边,想独揽所有的荣誉。
然而,化学界的一些同人认为毒气研究既不光荣,也不光彩——哈伯的妻子就是其中之一。克拉拉也是化学家(或者说曾经是,直到家庭主妇的责任中断了她的职业生涯),她认为化学武器背叛了化学的崇高使命——造福人类。其他同人的反对意见更加务实。诺贝尔奖得主埃米尔·费歇尔“从爱国的心底”希望哈伯失败,因为他意识到如果哈伯成功了,法国和英国将用他们自己的氯气武器进行报复。
然而,哈伯认为协约国永远不会有这个机会,并不是因为氯气非常非常致命。哈伯知道,尽管氯气有毒性,但它永远不会像兵器一样杀死一部分士兵。他认为,氯气真正的战术价值在于制造恐怖:敌军士兵看到绿色的氯气云向他们冲来,就会惊慌失措、逃离战壕,为德军的进攻开辟战线。他吹嘘说,一次及时的毒气攻击可以赢得整场战争。见鬼,他觉得从长远来看,他可能是在拯救生命。
为了这个崇高的目标,哈伯愿意在短期内忍受一些伤亡。1914年12月,毒气战小组的一名成员失去了一只手,另一名成员因为一支试管爆炸而死亡。哈伯在葬礼上号啕大哭,但拒绝暂停研究。在后来的现场试验中,哈伯骑着马进入一个污染区,差点儿被呛死。尽管有了这些关于毒气的第一手经验,或者说也许正是因为这些经验,他迫不及待地想向敌人释放氯气。1915年春天,他终于在伊普尔(今属比利时)得到了机会,当时的行动被冷酷地命名为“手术消毒”(Operation Disinfection)。
1915年4月22日,第一次世界大战期间,伊普尔附近的第一次成功的毒气攻击俯瞰图
就像博施的氨气,哈伯计划以没有人敢想象的规模进行毒气攻击——5 730个罐子,装有168吨氯气。每个毒气罐都埋在地面以下,并且连接着一根蜿蜒至地面的软管。由于风向不对,释放工作推迟了数周,但在4月22日,正当德国将军们失去耐心的时候,阵风终于转向对德军有利。下午5点,经过专门训练的部队悄悄往前走,并打开了阀门。咝咝……一片50英尺高、4英里长的绿色风暴云开始轰隆隆地向法国和加拿大的防线移动。
当氯气刺入你的鼻孔,它会引起一种反射,使你屏住呼吸。最终你会喘气,入侵的氯原子与你口腔、喉咙和肺部的水反应,产生盐酸(HCl)和次氯酸(HClO)。这些酸性物质在你的肺部毛细血管里横冲直撞,剥去肺泡的内壁——肺泡是吸收氧气的小囊。肺泡中有大量的可攻击的组织——如果完全展开,你的肺部的表面积足以覆盖一个网球场——而且来自毛细血管和肺泡的液体开始积聚。这些液体阻止氧气进入你的肺部,随着时间的推移,呼吸变得越来越困难。受害者基本上是在旱地淹死的。
那一天,法国和加拿大军队最开始的反应是惊奇——他们从未见过绿色的雾。在闻到一丝气味之后,惊奇就变成了恐惧。马向后方奔跑,口吐白沫。步兵很快就跟了上来,他们大声咳嗽、跌跌撞撞,有些人丢了步枪,有些人甚至丢了制服。整条防线很快就崩溃了。和哈伯预测的一样,战壕清空了。不幸的是,哈伯所担心的德国最高指挥部的愚蠢,也同样应验了。由于不相信这次攻击会奏效,德国将军没有集结任何部队来利用这次突破,也没有调来任何部队进行支援。虽然对伤亡的估计有很大的差异,但那天可能有几千人溺死;而这一切都是徒劳的,因为德国几乎没有攻占任何土地。
尽管如此,德国将军们对他们所看到的情况很满意,并在几天后下令进行第二次毒气攻击。他们仍然没有从中获得什么,但还是提拔了哈伯,并安排他在东线对俄国发起一场类似的攻击。
在前往俄国之前,哈伯上尉在家里待了几天。他很快就后悔这么做。克拉拉与他对峙,要求他放弃毒气研究。哈伯拒绝了。相反,他打算举办一个庆祝派对,就像他把氨的制备方法出售给巴斯夫公司时一样。
克拉拉在派对中淡定自若,但客人们散去后,她觉得自己很落寞。哈伯吞下了一些安眠药,醉醺醺地睡着了。在这寂静的环境下,克拉拉做了一个决定。她首先写了几封信,安排好世俗事务。然后她偷了丈夫的军用手枪,偷偷地进入花园。她试探性地开了一枪,然后把枪口对准自己的胸部。他们13岁的儿子赫尔曼飞奔下楼,在她死前只来得及说了一句再见。(几年后,赫尔曼也自杀了。)
第二天早晨,哈伯感性的一面爆发了,他对着克拉拉的尸体哭了起来,说自己已经极度疲惫。无论作为丈夫多么糟糕,他都没有完全忘记18岁时爱过的那个女孩。但他心中的民族主义抑制住了这些情绪,克拉拉的葬礼甚至还没有举行,哈伯就已经前往俄国。(1917年,哈伯与一个更年轻的女人再婚,建立了新的家庭。他在婚礼上戴着一顶木髓遮阳帽。)
和预测的一样,法国和英国很快就部署了他们的报复性毒气。为了报复敌军的报复,哈伯的团队(到战争结束时已经发展到1 500名科学家)研发出了更危险的毒气剂,比如芥子气和光气。(如果说氯气闻起来像游泳池,那么芥子气闻起来像辣根,光气闻起来像干草。)为了应对这些新威胁,防毒面具很快就成为双方的标准配置;在紧要关头,士兵还可以在手帕上撒尿,捂在嘴边,因为尿液中的化学物质可以中和毒气剂。然而,无论在防止肺损伤方面多么有效,防毒面具都无法中和毒气的恐怖。对于战壕里的士兵来说,飘过来的任何气体,哪怕是春天的花香,都可能预示着一种更糟糕的新死法。因此,哈伯的气体不仅没有结束战争,反而使僵局更加恶化 [(3)] 。
尽管在科技上有优势,德国最终还是耗空了国力,于1918年崩溃了。(具有讽刺意味的是,其中一个问题是缺乏食物和肥料,因为军方征用了大部分氨来制造炸药。)然而,即便流血事件停止了,敌对状态仍在继续。法国在战争中遭受的损失比其他任何国家都要大,于是在凡尔赛和平谈判中,法国领导人决心让德国大出血。他们索取相当于5万吨黄金的赔偿,这个数额大约是当时世界黄金储备的2/3。(作为比较,诺克斯堡 大约只有5 000吨黄金。)
科学界有自己的账要算。几个国家的科学家谴责哈伯是战犯。哈伯认为这很荒谬,而且他也在据理力争。毒气攻击在战争期间造成了125万人受伤,但只有9.1万人死亡——仅仅是死在战场上的850万士兵的1%。那么,为什么谴责他而不谴责那些制造枪支炮弹的人呢?然而,随着反对他的声浪越来越高,哈伯逃离德国前往瑞士,他花钱获得了公民身份,并(有点儿可笑地)留起胡须来伪装自己。没有哪个国家对他提出指控,但战争罪的污点,就像一缕氯气,跟随哈伯度过了余生。
即使在今天,历史学家也不确定该如何看待哈伯。在他活着的时候,他的制氨法拯救了数百万处于饥饿中的人;如今它又养育了数十亿人。这使他成为真正的科学英雄,就像那些开发疫苗的人。但哈伯也发明了史上最令人毛骨悚然的武器,并欣然用它对付人类同胞。他的行为在道德底线上来回摇摆。1919年,哈伯获得了诺贝尔化学奖,这让事情变得更加复杂。诺贝尔化学奖巩固了他作为科学天才的地位,但由于公众的抗议,他不被允许在官方仪式上接受奖章。所以他不得不等待6个月,瑞典国王也没有亲自为他颁奖。
不过,这样的冷落并没有困扰哈伯,他做的所有事情都是为了他的祖国,这个理念让一切都变得正当。事实上,他在战后继续为德国奉献自己的力量。为了减轻赔偿的负担,他尝试从海水中提取黄金,在游轮上设立秘密实验室来收集样本。整个想法似乎很疯狂,但用空气合成化肥的行为最初也被认为是疯狂的。
哈伯还继续秘密地研究毒气战。他掩盖了这份工作,声称自己正在研究如何销毁现有库存或将其转化为杀虫剂。但是,如果有人怀疑他对化学战争的热情,或者怀疑他缺乏悔意,只需要参观一下他的书房。在那里,他保存着一份装裱好的新闻报道,内容是世界上第一次在伊普尔成功进行的毒气攻击,据说上面有德意志皇帝的签名。
卡尔·博施在第一次世界大战后的日子也不好过。1918年德国投降后,法国官员要求“检查”巴斯夫的合成氨工厂——表面上是为了确保德国停止生产炸药,实际上是为了窃取博施的技术。不过,只要检查员敲响前门,博施就会让工人放下工具,关掉所有机器,这样法国人就看不到它们如何运转。在检查期间,博施的工人运气也很好。关键的阀门和仪表在检查员到来之前不断损坏,一些机器的梯子也莫名其妙地不见了。有一次,一整段楼梯消失了。博施从来没有拒绝检查员的访问,但他使每一次访问都变成一场闹剧。
受挫和愤怒的检查员把博施(当时他已经在巴斯夫晋升为主管)传唤到凡尔赛和平谈判,在那里氨技术是一个争论焦点。抵达后,博施和几名同事被关在一家用铁丝网围起来的酒店里。经过几天的“谈判”,博施意识到,他无论如何都必须放弃氨技术。为了获得尽可能好的条件,他冒着被捕的危险,在一个夜晚翻越铁丝网,参加了与法国制造商的秘密会议。他签署了一项协议,帮助在法国建立一个工厂——条件是法国人不干涉巴斯夫公司。
不过,法国人没有遵守诺言。到20世纪20年代初,高额的赔偿金导致德国经济陷入瘫痪:1个面包一度售价10亿德国马克(是的,你没有看错)。最终,德国政府停止了支付,请求宽限一些时日。大多数国家同意了,但法国要求占有巴斯夫在德国的工厂,以替代赔款。当博施再次指示他的工人关闭机器时,法国政府起诉了他,并在缺席审判的情况下判处他8年监禁。就这样,在哈伯-博施法背后的两个人中,只有博施最终成为被定罪的战犯。
1931年,博施也获得了诺贝尔化学奖,他重新获得了一些国际尊重。由于哈伯已经因为氨的研究得过奖,所以给他授予这个奖项让许多人感到惊讶,但诺贝尔奖委员会更多的是奖励博施在高压化学方面的成就。诺贝尔奖委员会这样做是合理的,因为在那时,博施已经或多或少地放弃了对氨的研究。巴斯夫公司继续制造氨,但随着其他国家得到授权或偷窃该技术,公司利润已经大大减少。因此,博施将他的高压化学知识应用于一个新领域——石油和汽油。
20世纪20年代中期,世界上的原油似乎正在耗尽(当时的想法现在看来很有局限性)。早期的油井均已枯竭,巴斯夫、法本这样的公司正在竞相开发合成的替代品。博施越来越相信,将煤液化并精炼成汽油是最好的选择。但事实证明,这项工作比想象的要艰难。科学家把气体和液体都归类为流体,因为气体和液体都在压力下流动。但液体流动的阻力比气体大得多——可以对比在水下挥手和在空气中挥手的区别。事实证明,液态煤特别黏稠,博施使用的每一个管道和阀门都黏糊糊的。
更糟糕的是,俄克拉何马州和得克萨斯州的投机钻探者在20世纪20年代发现了史上最大的几处油田。随着石油价格在接下来的10年里开始暴跌,博施意识到,他永远无法将液化煤的成本降低到可以与石油竞争的程度。不幸的是,博施(当时是法本公司的董事)已经将公司的未来押在合成汽油上。在面临破产的情况下,他开始不遗余力地争取政府合同,竭尽所能地获得资金,这使他找到了阿道夫·希特勒。
说实话,纳粹让博施感到恐惧。他特别反感《恢复专业公务员法》(Law for the Restoration of the Professional Civil Service),该法在1933年4月通过后,政府中的犹太人遭到排除。作为一家私营公司,法本能够而且确实留用了它的犹太雇员。博施也帮助许多犹太人在国外找到工作。同时,他与希特勒私下会面,全神贯注地听着他滔滔不绝地谈论汽车,以及他希望获得优质的雅利安合成汽油。(当然,希特勒也想为迅速扩张的军队提供燃料,但他很精明,没有告诉博施这一点。)在会面时,博施请求希特勒赦免一些犹太科学家,但这种呼吁独裁者保持体面的做法,得到的结果会和你想象的一样。希特勒咆哮道:“如果物理和化学如此需要犹太人,那么我们就只好在没有物理和化学的情况下生活100年了。”博施满怀歉意地退缩了,为了弥补过错,他在报纸上赞扬了纳粹政权,并参加了悬挂纳粹旗帜、呐喊“胜利万岁”(Sieg Heil)的集会。法本公司得到了燃料合同,世界得到了战争。
第二次世界大战结束时,博施设计的工厂为德国提供了1/4的汽油。希特勒认为这些工厂对帝国至关重要,所以他把欧洲最好的导弹防御系统部署在工厂周围;甚至连柏林都没有如此严密的防卫。确实,博施使纳粹的闪电战成为可能,他不仅开发了液化煤的技术,而且在纳粹陷入泥潭时施以援手。
公平地说,博施的行为并不比其他行业的同人更恶劣,他们为纳粹提供枪支、发动机和橡胶。但比起他的科学家同人,博施的行为就相当恶劣了。爱因斯坦、马克斯·普朗克、能斯特和其他诺贝尔奖得主(他们中的大多数人在第一次世界大战期间毫无保留地支持德国)拒绝向希特勒臣服。即使是渴望看到德国再次崛起的哈伯,也将纳粹党人斥为人渣。事实上,就在哈伯似乎注定成为道德败坏者的时候,他敢于对抗希特勒的态度在一定程度上挽回了他的名声。
作为政府研究所的负责人,哈伯不得不在1933年4月解雇了所有的犹太雇员。这是一个沉痛的损失:犹太人仅占德国人口的1%,却占科学家的20%。哈伯本人有犹太血统,但他保住了工作(法律豁免了第一次世界大战的退伍军人),几个星期以来,他都在为自己继续留任的决定辩护,告诉自己纳粹的疯狂定会过去。但到了4月30日,他不再自欺欺人,而是写了一封激动人心的辞职信。他写道:“40多年来,我选择我的合作者是根据他们的智力和品格,而不是根据他们的祖母。”哈伯的辞职信在德国成为头条新闻,让希特勒很尴尬:与爱因斯坦等人不同,没有人会把哈伯当成一个头脑发热的和平主义者。
然而,这些头条新闻并没有给哈伯个人带来多少宽慰。他为德国倾注了如此多的心血,德国却弃之如敝屣。伤心欲绝的哈伯准备移民到瑞士开始新生活,但纳粹在背后给了他一刀,没收了他从氨生产中挣的钱。穷困的哈伯开始在其他国家找工作,但一无所获。尽管他得过诺贝尔奖,尽管他勇敢地对抗了希特勒,但没有人能够忽略他身上的毒气战的“臭味”。他最终在剑桥大学找到了一个没有薪酬的职位,但当他赶到的时候,英国科学界的元老欧内斯特·卢瑟福拒绝跟他握手。
面对绝望,哈伯向最后一位同人卡尔·博施发出请求。两个人虽然并不是朋友,但博施经常向哈伯表示感谢,并承诺会在他需要的时候给予帮助。“我把你说的话放在心上,”哈伯在1933年写信给博施,“你能不能让我……在和平体面的情况下……度过剩下的岁月?”博施没有回复。哈伯别无选择,尝试再次搬家,从英国搬到巴勒斯坦,1934年1月,他在途中心脏衰竭。他的遗愿很感伤,希望葬在克拉拉身边。
哈伯的悲惨结局 (4) 传遍了整个欧洲。在他去世1周年的时候,他的老朋友马克斯·普朗克决定举办一个公开的纪念仪式。纳粹官员警告普朗克取消这一活动,但他还是为此租了一个500座的礼堂。当晚,普朗克很失望地看着稀疏的人群——大多数是不敢出席的其他科学家的妻子。所有客人都远远地待着。最后,哈伯的一些老袍泽走了进来,人群开始变得活跃。就像几十年前的氨生产一样,当卡尔·博施来到现场时,涓涓细流汇聚成了洪流。博施很显然是觉得愧疚的,他自己就召集了几十名巴斯夫的员工。礼堂的所有座位逐渐被坐满了,落单的人只好站在后面。
不管是不是巧合,在纪念哈伯的集会之后,博施开始公开反对纳粹,尽管很谨慎。不幸的是,他也开始酗酒,也许还滥用了止痛药。最糟糕的是,他在一个博物馆的开幕式上发表了一篇醉醺醺的、口齿不清的演讲,捍卫思想自由,结果只让自己感觉难堪。法本公司最终在20世纪30年代末将他赶出公司,并继续为希特勒生产合成汽油。博施在1940年去世时,纳粹德国仍处于上升阶段,但他不敢想象事情会变得多么糟糕。“能够预见未来是一个可怕的天赋,”他在临终前说,“我一生的工作将被摧毁。”
不过从长期来看,未来比博施想象中的要好。在他去世时,他那颇具规模的工厂为纳粹军队昼夜不停地生产,在第二次世界大战期间,这些工厂成为盟军轰炸机的主要目标,遭到了严重的破坏。在战后,他创建的公司因为与纳粹勾结而遭人唾弃。但在更重要的意义上,博施努力一生的工作从未被摧毁。它延续至今,事实上还在蓬勃发展,而且可能会持续到人类文明的终结。抛开他们的个人成败不论,博施和哈伯找到了将空气转化为食物的方法。可以毫不夸张地说,人类从未发明过比这更重要的化学反应。
甲烷(CH 4 )——目前空气中的含量为2ppm,你每次呼吸会吸入2.5×10 16 个分子
下一个出现在地球大气层中的重要气体是氧气(O 2 ),它从大约20亿年前开始累积。然而讨论氧气之前,我们先了解一下氧气为什么如此重要。简而言之,氧气是煽动者:它启动了许多不同类型的化学反应,否则这些反应就不可能发生。其中一个反应是燃烧。纯净的氧气甚至能使金属燃烧——借助这一事实,德国的一名罪犯在19世纪末谋划了大胆的抢劫案。
他是骗子,是飞贼,却也是科学的倡导者。1890年圣诞节前几天,一个自称“史密斯”的男人住进了德国汉诺威市的一家酒店,这家酒店楼下就是下萨克森银行。他的花言巧语使得接待员给他开了一间特定的房间(也许他要求有特定的视野)以及两侧的房间。(他声称,这是为他妹妹和父亲准备的,他们很快就会来。)然后他就去休息了,毫无疑问,他小心翼翼地不让行李在楼梯上发出叮当声。
史密斯等了几天,然后在圣诞节的凌晨,他从行李中拿出一把伞和一把锯子,在地板上凿了一个小洞。下面的银行没有人,所以他把伞从洞里塞进去,接住地板碎片,然后敲出一个更大的洞。他从行李箱中翻出一个绳梯,顺着绳梯爬下去,肩上还挂着一个麻袋。
接下来是行窃。银行没有雇警卫看守保险库里的700万德国马克,而是装了一个花哨的电子安全系统。保险库位于地下室,去那里必须经过一个螺旋梯,所以银行职员在楼梯上安装了警报器:最微小的压力,哪怕只是一个脚步,都会触动电警笛。然而史密斯已经探过路,他知道他只需要松开连在台阶上的几根电线。警报器因为断电解除了防护,他大步地走下楼。
现在是科学问题。在地下室,史密斯从他的麻袋里拿出几个叮当作响的氧气罐。他还拿出了一个细长的工具,由2个长约18英寸、直径0.5英寸的金属圆筒组成;每个圆筒的一端都连接着一根橡胶管。他将一根橡胶管连接在银行的煤气灯供气系统上,该系统泵出富含甲烷的混合物。另一根橡胶管固定在一个氧气管上。气体开始咝咝地通过每一根橡胶管,然后他从麻袋里拿出最后一样东西:一盒火柴。史密斯手中的割炬已经点燃,他把喷嘴对准了铁制的保险库。
在18世纪,一些化学家通过解释物质燃烧的方式和原因,(无意中)为这次犯罪奠定了理论基础。也许最关键的是,化学家发现燃烧需要三种东西:燃料、能量以及所谓的“氧化剂”。氧化剂从其他物质中窃取电子,这一点很重要,因为所有的化学反应都是由电子驱动的——化学本质上是研究原子如何窃取、交换和分享电子。顾名思义,氧气是一种优秀的氧化剂,它从甲烷燃料中窃取电子,使甲烷变得不稳定。然后,不稳定的甲烷与氧气立即发生反应,经历一系列快速的化学变化,最终产生被称为“氧化物”的化合物(如二氧化碳)。需要注意的是,如果没有最初的热能,氧气就不会攻击燃料——所以才需要火柴。但是,一旦氧气开始攻击,发生的反应将释放出更多的热量,这个过程就能够自我维持下去。
总而言之,燃烧就是:给一些氧气提供能量,让它攻击一些燃料,然后站在旁边看。但史密斯需要采取进一步措施,因为即使现在有了燃烧的甲烷火焰,他仍然需要穿过铁制保险库。
要理解这一步,我们可以求助于著名的法国化学家安托万洛朗·拉瓦锡,他在1776年发现了铁的一个有趣特质。所有金属都会在某个特定的温度熔化,它们也会在另一个特定的温度燃烧。(此处的“燃烧”意思与之前相同,这一次是把金属作为燃料。)大多数金属的熔化温度低于燃烧温度,但铁正好相反。它在1 800华氏度左右燃烧,却在2 800华氏度熔化。这个新奇的现象还潜藏着一个意外的好处。再说一遍,燃烧会释放热量。所以想象一下,把火焰加热到1 800华氏度,并使一小块铁开始燃烧。释放的热量会把周围的铁加热到2 800华氏度以上,使其熔化。结果就是,在一个小型连锁反应中你“免费”获得了额外的1 000华氏度:少量的燃烧造成了大量的熔化。
19世纪80年代后期,一位名叫托马斯·弗莱彻的秃顶白胡子工程师终于发现了这种反应的实际应用:一种割炬,使用的是氧气和富含甲烷的天然气。结果并不像是切黄油的热刀(没那么犀利),但弗莱彻还是可以在没有刀片的情况下切开铁,这是一个巨大的进步。事实上,弗莱彻期望从他的发明中获得财富。但是,当他在1888年的一次贸易展览上演示这一发明时,一群保险箱和保险库制造商包围了他的展台。有人大发雷霆:“这种方法只能用于犯罪,所以应该禁止。”他们要求弗莱彻终止研究。弗莱彻拒绝了,几年后,神秘而有胆量的史密斯以某种方式得到了弗莱彻的割炬。
那个圣诞夜的切割过程比史密斯预想的更久,部分是因为洞的几何形状。他在保险库的墙上切割了一个12英寸×20英寸的长方形。对于同样的面积,圆的周长会更小,因此使用的燃料也会更少。另一方面,长方形的对角线更宽,在这种情况下,他可以更容易地钻进去。他赌了长方形,希望三罐氧气就够用了。到凌晨1:30,他已经用完了两个,第三个后来也用完了。
不过,最终他使那块长方形的金属松动了。他把它放在一边,把手伸进孔隙中,本以为指尖可以触摸到成堆的柔软的德国马克。但是,他的手碰到了冰冷而坚硬的东西——更多的铁,这是一个双层保险库。呸。
史密斯飞速上楼,从绳梯蹿向他的房间。然后他打起精神,变回原来的样子,走到前台,向接待员解释说他有急事,必须坐火车去科隆——就现在,圣诞节的凌晨2点。史密斯向接待员保证,他很快就会回来取行李和结账。再见……
没有人再见到史密斯,但这个案件有一个有趣的结尾。在接下来的几十年里,工程师设计出了新的割炬,化学家发现了更多可以使用的爆炸性气体,气体切割技术迅速发展。一些科学家还重新审视了拉瓦锡实验的化学反应,并开发了一种巧妙的快速切割铁的新技巧。
这种技术叫氧气切割,涉及将高压氧气流向热铁的表面。前面已经说过,热铁与氧气在超过一定温度时就会燃烧;也就是说,它们会发生化学反应,释放出热量并发光。但可以用另一种方法思考这个过程。当铁和氧气发生反应时,它们形成各种化合物,称为“铁氧化物”。某些铁氧化物的别名是“铁锈”。那么在某种程度上,生锈和燃烧是类似的活动,在化学上大致相似 [(1)] 。
当然,最大的区别是速度:生锈可能需要几年时间才能把一辆汽车变成骨架。但在超过1 800华氏度时,铁氧化物会迅速形成。更重要的是,铁形成铁氧化物的速度比熔化快很多。因此,如果想把一块钢切成两半,你最好用化学方法使铁沿着切口“生锈”,而不是用物理方法熔化它。这正是氧气切割的原理——它沿着切口加速生锈。这个过程不同于弗莱彻的割炬,因为弗莱彻使用氧气的目的是点燃甲烷;然后甲烷火焰会燃烧一小块铁,这将进一步熔化这块铁附近的铁。至于氧气切割,你仍然是点燃火焰并加热金属。但是,氧气切割的割炬不是等待热量以物理方式熔化铁,而是将独立的氧气流直接导入金属表面。这种额外的氧气会启动快速的化学“锈切”。从某种意义上说,气体本身就像是刀片。
但不可否认的是,熔切(melt cutting)和锈切(rust cutting)之间的区别非常细微,而且20世纪初有不少企业家为了追求利润而欣然忽视了这一区别。你看,氧气切割技术的出现正值世界对摩天大楼和邮轮的需求无法得到满足的时候。谁拥有各种切割技术的专利,谁就可以收取巨额费用。到20世纪第二个十年,几个国家已经因此发生了争执。
有一场争执涉及弗莱彻的老式割炬。一方认为,弗莱彻的割炬只是熔化了铁,就这么简单,所以较新的氧气切割专利技术是有效的。另一方则坚持认为,抛开细微的化学差别,弗莱彻的方法肯定同时涉及熔切和锈切,你无法将两者分开。而且,如果弗莱彻早在19世纪80年代就发明了该方法,那么新的专利就不再适用。不幸的是,弗莱彻已于1903年去世,无法澄清这一问题。
在争执的过程中,有人想起了汉诺威市几乎成功的盗窃事件(这是第一起用割炬抢劫银行的未遂事件)。由于史密斯从保险库墙壁上取下来的板子最终被送进了博物馆,法院传唤工作人员把这块板子送来检查。你可以想象,十几位白头发的法学家拿着放大镜检查它的边缘,寻找铁锈片或熔化的珠子。最后法院裁定,弗莱彻只是熔化了铁,因此锈切的专利仍然有效。就这样,19世纪最大胆、最具科学意识的犯罪之一最终变成了“污点证人”,在20世纪开创了新的判例。
不过,在某种程度上,这个结果是合适的。史密斯在这次犯罪中的主要伙伴——氧气,数十亿年来一直在创造新的化学先例:没有其他物质能够像它这样扩大地球上发生的反应范围,无论是在大气中,还是在生物体内。既然我们已经了解了氧气煽动反应的力量,现在是时候探索这种化学物质从何而来,以及它如何彻底地改变我们的星球了。