第七章　基本物质

人们常说，化学作为一门严肃而受人尊敬的科学始于1661年。当时，牛津大学的罗伯特·玻义耳发表了“怀疑的化学家”──这是第一篇区分化学家和炼金术士的论文──但这一转变是缓慢的，常常是不确定的。进入18世纪以后，两大阵营的学者们都觉得适得其所──比如，德国人约翰·贝歇尔写出了一篇关于矿物学的严肃而又不同凡响的作品，题目叫做《地下物理学》，但他也很有把握，只要有合适的材料，他可以把自己变成隐身人。

早年，最能体现化学那奇特而往往又很偶然的性质的，要算是德国人亨内希·布兰德在1675年的一次发现。布兰德确信，人尿可以以某种方法蒸馏出黄金。（类似的颜色似乎是他得出这个结论的一个因素。）他收集了50桶人尿，在地窖里存放了几个月。通过各种奥妙的过程，他先把尿变成了一种有毒的糊状物，然后再把糊状物变成一种半透明的蜡状物。当然，他没有得到黄金，但一件奇怪而有趣的事情发生了。过了一段时间，那东西开始发光。而且，当暴露在空气里的时候，它常常突然自燃起来。

它很快被称之为磷，这个名字源自希腊文和拉丁文，意思是“会发光的”。有眼光的实业界人士看到了这种物质的潜在商业价值，但生产的难度很大，成本太高，不好开发。一盎司(约28.35克)磷的零售价高达6几尼──很可能相当于今天的300英镑──换句话说，比黄金还要贵。

起先，人们号召士兵们提供原料，但这样的做法对工业规模的生产几乎无济于事。18世纪50年代，一位名叫卡尔·金勒的瑞典化学家发明了一种方法，不用又脏又臭的尿就能大量生产磷。很大程度上就是因为掌握了这种生产磷的方法，瑞典才成为──而且现在还是──火柴的一个主要生产国。

金勒既是个非同寻常的，又是个极其倒霉的人。他是个地位低下的药剂师，几乎在没有先进仪器的情况下发现了8种元素──氯、氟、锰、钡、钼、钨、氮和氧──但什么功劳也没有得到。每一次，他的发现要么不受人注意，要么在别人独立做出同样的发现以后才加以发表。他还发现了许多有用的化合物，其中有氨、甘油和单宁酸；他还认为氯可以用做漂白剂──具有潜在商业价值的第一人──这些重大的成就都使别人发了大财。

金勒有个明显的缺点，他对做试验用的什么东西都感到好奇，坚持要尝一点儿，包括一些又难闻又有毒的物质，比如汞、氢氰酸（这也是他的一项发现）和甲腈。甲腈是一种有名的有毒化合物，150年以后，欧文·薛定谔在一次著名的思维实验中选它作为最佳毒素。金勒鲁莽的工作方法最后断送了他的性命。1786年，才43岁的他被发现死在工作台旁，身边堆满了有毒的化学品，其中任何一种都可以造成他脸上那目瞪口呆的最后一个表情。

要是这世界是公正的话，要是大家都会说瑞典语的话，金勒本来会在全世界享有盛誉。

实际上，赞扬声往往都给了更有名的化学家，其中大多数是英语国家的化学家。金勒在1772年发现了氧，但由于种种辛酸而复杂的原因，无法及时发表他的论文。功劳最终归给了约瑟夫·普里斯特利，他独立发现了同一个元素，但时间要晚，是在1774年的夏天。更令人瞩目的是，金勒没有得到发现氯的功劳。几乎所有的教科书现在仍把氯的发现归功于汉弗莱·戴维。他确实发现了，但要比金勒晚36年。

从牛顿和玻义耳，到金勒、普里斯特利和亨利·卡文迪许，中间隔着一个世纪。在这个世纪里，化学得到了长足的发展，但还有很长的路要走。直到18世纪的最后几年（就普里斯特利而言，还要晚一点），各地的科学家们还在寻找──有时候认为真的已经发现──完全不存在的东西：变质的气体、没有燃素的海洋酸、福禄考、氧化钙石灰、水陆气味，尤其是燃素。当时，燃素被认为是燃烧的原动力。他们认为，在这一切的中间，还存在一种神秘的生命力，即能赋予无生命物体生命的力。谁也不知道这种难以捉摸的东西在哪里，但有两点是可信的：其一，你可以用电把它激活（玛丽·谢利在她的小说《弗兰肯斯泰因》里充分利用了这种认识）；其二，它存在于某种物质，而不存在于别的物质。这就是化学最后分成两大部分的原因：有机的（指被认为有那种东西的物质）和无机的（指被认为没有那种东西的物质）。

这时候，需要有个目光敏锐的人来把化学推进到现代。法国出了这么个人。他的名字叫安托万－洛朗·拉瓦锡。拉瓦锡生于1743年，是一个小贵族家族的成员（他的父亲为这个家族出钱买了一个头衔）。1768年，他在一家深受人们讨厌的机构里买了个开业股。那个机构叫做“税务总公司”，代表政府负责收取税金和费用。根据各种说法，拉瓦锡本人又温和，又公正，但他工作的那家公司两方面都不具备。一方面，它只向穷人征税，不向富人征税；另一方面，它往往很武断。对拉瓦锡来说，那家机构之所以很有吸引力，是因为它为他提供了大量的钱来从事他的主要工作，那就是科学。最多的时候，他每年挣的钱多达15万里弗赫──差不多相当于今天的1200万英镑。

走上这条赚钱很多的职业道路3年之后，他娶了他的老板的一个14岁的女儿。这是一桩心和脑都很匹配的婚事。拉瓦锡太太有着机灵的头脑和出众的才华，很快在她的丈夫身边作出了许多成绩。尽管工作有压力，社交生活很繁忙，在大多数日子里他们都要用5个小时──清晨2个小时，晚上3个小时──以及整个星期天（他们称其为“快活的日子”）来从事科学工作。不知怎的，拉瓦锡还挤得出时间来担任火药专员，监督修建巴黎的一段城墙来防范走私分子，协助建立米制，还和别人合著了一本名叫《化学命名法》的手册。这本书成了统一元素名字的“圣经”。

作为英国皇家科学院的一名主要成员，无论时下有什么值得关注的事，他还都得知道，积极参与──催眠术研究呀，监狱改革呀，昆虫的呼吸呀，巴黎的水供应呀，等等。1870年，一位很有前途的年轻科学家向科学院提交一篇论文，阐述一种新的燃烧理论；就是在那个岗位上，拉瓦锡说了几句轻蔑的话。这种理论的确是错的，但那位科学家再也没有原谅他。

他的名字叫让－保罗·马拉。

只有一件事拉瓦锡从来没有做过，那就是发现一种元素。在一个仿佛任何手拿烧杯、火焰和什么有意思的粉末的人都能发现新东西的时代──还要特别说一句，是一个大约有三分之二的元素还没有被发现的时代里──拉瓦锡没有发现一种元素。原因当然不是由于缺少烧杯。他有着天底下最好的私人实验室，好到了差不多荒谬的程度，里面竟有13000只烧杯。

恰恰相反，他把别人的发现拿过来，说明这些发现的意义。他摈弃了燃素和有害气体。

他确定了氧和氢到底是什么，并且给二者起了现今的名字。简而言之，他为化学的严格化、明晰化和条理化出了力。

他的想像力实际上是得来全不费工夫的。多年来，他和拉瓦锡太太一直在忙于艰苦的研究工作，那些研究要求最精密的计算。比如，他们确定，生锈的物体不会像大家长期以来认为的那样变轻，而会变重──这是一项了不起的发现。物体在生锈的过程中以某种方式从空气中吸引基本粒子。认识到物质只会变形，不会消失，这还是第一次。假如你现在把这本书烧了，它的物质会变成灰和烟，但物质在宇宙中的总量不会改变。后来，这被称之为物质不灭，是一个革命性的理念。不幸的是，它恰好与另一场革命──法国大革命──同时发生，而在这场革命中，拉瓦锡完全站错了队。

他不但是税务总公司的一名成员，而且劲头十足地修建过巴黎的城墙──起义的市民们对该建筑物厌恶之极，首先攻打的就是这东西。1791年，这时候已经是国民议会中一位重要人物的马拉利用了这一点，对拉瓦锡进行谴责，认为他早该被绞死。过不多久，马拉在洗澡时被一名受迫害的年轻女子杀害，她的名字叫夏洛特·科黛，但这对拉瓦锡来说已经为时太晚。

1793年，已经很紧张的“恐怖统治”达到了一个新的高度。10月，玛丽·安托瓦妮特被送上断头台。11月，正当拉瓦锡和他的妻子在拖拖拉拉地制订计划准备逃往苏格兰的时候，他被捕了。次年5月，他和31名税务总公司的同事一起被送上了革命法庭（在一个放着马拉半身像的审判室里）。其中8人被无罪释放，但拉瓦锡和其他几人被直接带到革命广场（现在的协和广场），也就是设置法国那个最忙碌的断头台的地方。拉瓦锡望着他的岳父脑袋落地，然后走上前去接受同样的命运。不到3个月，7月27日，罗伯斯庇尔被以同样的方式、在同一地点送上了西天。恐怖统治很快结束了。

他去世100年以后，一座拉瓦锡的雕像在巴黎落成，受到很多人的瞻仰，直到有人指出它看上去根本不像他。在盘问之下，雕刻师承认，他用了数学家和哲学家孔多塞的头像──他显然备了一个──希望谁也不会注意到，或者即使注意到也不会在乎。他的后一种想法是正确的。拉瓦锡兼孔多塞的雕像被准许留在原地，又留了半个世纪，直到第二次世界大战爆发。一天早晨，有人把它取走，当做废铁熔化了。

19世纪初，英国开始风行吸入一氧化二氮，或称笑气，因为有人发现，使用这种气体会“给人一种高度的快感和刺激”。在随后的半个世纪里，它成了年轻人使用的一种高档毒品。有个名叫阿斯克协会的学术团体一度不再致力于别的事情，专场举办“笑气晚会”，志愿者可以在那里狠狠吸上一口，提提精神，然后以摇摇摆摆的滑稽姿态逗乐观众。

直到1846年，才有人有时间为一氧化二氮找到了一条实用途径：用做麻醉药。事情是明摆着的，过去怎么谁也没有想到，害得天知道有多少万人在外科医生的刀下吃了不必要的苦头。

我提这一点是为了说明，在18世纪得到如此发展的化学，在19世纪的头几十年里有点儿失去方向，就像地质学在20世纪头几十年里的情况一样。部分原因跟仪器的局限性有关系──比如，直到那个世纪末叶才有了离心机，极大地限制了许多种类的实验工作。还有部分原因是社会。总的来说，化学是商人的科学，是与煤炭、钾碱和染料打交道的人的科学，不是绅士的科学。绅士阶层往往对地质学、自然史和物理学感兴趣。（与英国相比，欧洲大陆的情况有点儿不一样，但仅仅是有点儿。）有一件事兴许能说明问题。那个世纪最重要的一次观察，即确定分子运动性质的布朗运动，不是化学家做的，而是苏格兰植物学家罗伯特·布朗做的。（布朗在1827年注意到，悬在水里的花粉微粒永远处于运动状态，无论时间持续多久。这样不停运动的原因──即看不见的分子的作用──在很长时间里是个谜。）　　要不是出了个名叫伦福德伯爵的杰出人物，情况或许还要糟糕。尽管有个高贵的头衔，他本是普普通通的本杰明·汤普森，1753年生于美国马萨诸塞州的沃本。汤普森英俊漂亮，精力充沛，雄心勃勃，偶尔还非常勇敢，聪明过人，而又毫无顾忌。19岁那年，他娶了一位比他大14岁的有钱寡妇。但是，当殖民地爆发革命的时候，他愚蠢地站在保皇派一边，一度还为他们做间谍工作。在灾难性的1776年，他面临以“对自由事业不够热心”的罪名而被捕的危险，抢在一伙手提几桶热柏油和几袋鸡毛，打算用那两样东西把他打扮一下的反保皇派分子前面，他抛弃了老婆孩子仓皇出逃。

他先逃到英国，然后来到德国，在那里担任巴伐利亚政府的军事顾问。他深深打动了当局，1791年被授予“神圣罗马帝国伦福德伯爵”的称号。在慕尼黑期间，他还设计和筹建了那个名叫英国花园的著名公园。

在此期间，他挤出时间搞了大量纯科学工作。他成为世界上最著名的热力学权威，成为阐述液体对流和洋流循环原理的第一人。他还发明了几样有用的东西，包括滴滤咖啡壶、保暖内衣和一种现在仍叫做伦福德火炉的炉灶。1805年在法国逗留期间，他向安托万－洛朗·拉瓦锡的遗孀拉瓦锡太太求爱，娶她当了夫人。这桩婚事并不成功，他们很快就分道扬镳。

伦福德继续留在法国，直到1814年去世。他受到法国人的普遍尊敬，除了他的几位前妻。

我们之所以在这里提到他，是因为1799年他在伦敦的短暂停留期间创建了皇家科学研究所。18世纪末和19世纪初，英国各地涌现了许多学术团体，它成了其中的又一名成员。在一段时间里，它几乎是惟一的一所旨在积极发展化学这门新兴科学的有名望的机构，而这几乎完全要归功于一位名叫汉弗莱·戴维的杰出的年轻人。这个机构成立之后不久，戴维被任命为该研究所的化学教授，很快就名噪一时，成为一位卓越的授课者和多产的实验师。

上任不久，戴维开始宣布发现一种又一种新的元素：钾、钠、锰、钙、锶和铝。他发现那么多种元素，与其说是因为他搞清了元素的排列，不如说是因为他发明了一项巧妙的技术：把电流通过一种熔融状态的物质──就是现在所谓的电解。他总共发现了12种元素，占他那个时代已知总数的五分之一。戴维本来会作出更大的成绩，但不幸的是，他是个年轻人，渐渐沉迷于一氧化二氮所带来的那种心旷神怡的乐趣。他简直离不开那种气体，一天要吸入三四次．最后，在1829年，据认为就是这种气体断送了他的性命。

幸亏别处还有别的严肃的人在从事这项工作。1808年，一位名叫约翰·道尔顿的年轻而顽强的贵格会教徒，成为宣布原子性质的第一人（过一会儿我们将更加充分地讨论这个进展）；1811年，一个有着歌剧似的漂亮名字──洛伦佐·罗马诺·阿马德奥·卡洛·阿伏伽德罗──的意大利人取得了一项从长远来看将证明是具有重大意义的发现──即体积相等的任何两种气体，在压力相等和温度相等的情况下，拥有的原子数量相等。

它后来被称做阿伏伽德罗定律。这个简单而有趣的定律在两个方面值得注意。第一，它为更精确地测定原子的大小和重量奠定了基础。化学家们利用阿伏伽德罗数最终测出，比如，一个典型的原子的直径是0.00000008厘米。这个数字确实很小。第二，差不多有50年时间，几乎谁也不知道这件事。（注：由于这条原则，人们后来把阿伏伽德罗数用做化学的一个基本度量单位。阿伏伽德罗数是阿伏伽德罗死了很久以后才以他的名字命名的。它代表2.016克氢气[或等量的任何其他气体]里的分子数，它的值是6.0221367×10的23次方，这是个巨大的数字，相当于铺在美国国土上达14公里厚的爆米花数量。）

一方面，是因为阿伏伽德罗是个离群索居的人──他一个人搞研究，从来不参加会议；另一方面，也是因为没有会议可以参加，很少有几家化学杂志可以发表文章。这是一件很怪的事。工业革命的动力在很大程度上来自化学的发展，而在几十年的时间里化学却几乎没有作为一门系统的科学独立存在。

直到1841年，才成立了伦敦化学学会；直到1848年，那个学会才定期出版一份杂志。而到那个时候，英国的大多数学术团体──地质学会、地理学会、动物学学会、园艺学学会和（由博物学家和植物学家组成的）林奈学会──至少已经存在20年，有的还要长得多。它的竞争对手化学研究所直到1877年才问世，那是在美国化学学会成立一年之后。由于化学界的组织工作如此缓慢，有关阿伏伽德罗1811年的重大发现的消息，直到1860年在卡尔斯鲁厄召开第一次国际化学代表大会才开始传开。

由于化学家们长期在隔绝的环境里工作，形成统一用语的速度很慢。直到19世纪末叶，H2O对一个化学家来说意为水，对另一个化学家来说意为过氧化氢。C2H2可以指乙烯，也可以指沼气。几乎没有哪种分子符号在各地是统一的。

化学家们还使用各种令人困惑的符号和缩写，常常是自己发明的。瑞典的J.J.伯采留斯发明了一种非常急需的排列方法，规定元素应当依照其希腊文或拉丁文名字加以缩写。这就是为什么铁的缩写是Fe（源自拉丁文ferrum），银的缩写是Ag（源自拉丁文argentum）。

许多别的缩写与英文名字一致（氮是N，氧是O，氢是H等等），这反映了英语的拉丁语支性质，并不是因为它的地位高。为了表示分子里的原子数量，伯采留斯使用了一种上标方法，如H2O。后来，也没有特别的理由，大家流行把数字改为下标，如H2O。

尽管偶尔有人整理一番，直到19世纪末叶，化学在一定程度上仍处于混乱状态。因此，当俄罗斯圣彼得堡大学的一位模样古怪而又不修边幅的教授跻身于显赫地位的时候，人人都感到很高兴。那位教授的名字叫德米特里·伊凡诺维奇·门捷列夫。

1834年，在遥远的俄罗斯西伯利亚西部的托博尔斯克，门捷列夫生于一个受过良好教育的、比较富裕的大家庭。这个家庭如此之大，史书上已经搞不清究竟有多少个姓门捷列夫的人：有的资料说是有14个孩子，有的说是17个。不过，反正大家都认为德米特里是其中最小的一个。门捷列夫一家并不总是福星高照。德米特里很小的时候，他的父亲──当地一所小学的校长──就双目失明，母亲不得不出门工作。她无疑是一位杰出的女性，最后成为一家很成功的玻璃厂的经理。一切都很顺利，直到1848年一场大火把工厂烧为灰烬，一家人陷于贫困。坚强的门捷列夫太太决心要让自己的小儿子接受教育，带着小德米特里搭便车跋涉6000多公里(相当于伦敦到赤道几内亚的距离)来到圣彼得堡把他送进教育学院。她筋疲力尽，过不多久就死了。

门捷列夫兢兢业业地完成了学业，最后任职于当地的一所大学。他在那里是个称职的而又不很突出的化学家，更以他乱蓬蓬的头发和胡子而不是以他在实验室里的才华知名。他的头发和胡子每年只修剪一次。

然而，1869年，在他35岁的那一年，他开始琢磨元素的排列方法。当时，元素通常以两种方法排列──要么按照原子量（使用阿伏伽德罗定律），要么按照普通的性质（比如，是金属还是气体）。门捷列夫的创新在于，他发现二者可以合在一张表上。

实际上，门捷列夫的方法，3年以前一位名叫约翰·纽兰兹的英格兰业余化学家已经提出过，这是科学上常有的事。纽兰兹认为，如果元素按照原子量来进行排列，它们似乎依次每隔8个位置重复某些特点──从某种意义上说，和谐一致。有点不大聪明的是──因为这么做时间还不成熟──纽兰兹将其命名为“八度定律”，把这种安排比做钢琴键盘上的八度音阶。纽兰兹的说法也许有点道理，但这种做法被认为是完全荒谬的，受到了众人的嘲笑。

在集会上，有的爱开玩笑的听众有时候会问他，他能不能用他的元素来弹个小曲子。纽兰兹灰心丧气，没有再研究下去，不久就销声匿迹了。

门捷列夫采用了一种稍稍不同的方法，把每七个元素分成一组，但使用了完全相同的前提。突然之间，这方法似乎很出色，视角很清晰。由于那些特点周期性地重复出现，所以这项发明就被叫做“周期表”。

据说，门捷列夫是从北美洲的单人牌戏获得了灵感，从别处获得了耐心。在那种牌戏里，纸牌按花色排成横列，按点数排成纵行。他利用一种十分相似的概念，把横列叫做周期，纵行叫做族。上下看，马上可以看出一组关系；左右看，看出另一组关系。具体来说，纵列把性质类似的元素放在一起。因此，铜的位置在银的上面，银的位置在金的上面，因为它们都具有金属的化学亲和性；而氦、氖和氩处于同一纵行，因为它们都是气体。（决定排列顺序的，实际上是它们的电子价。若要搞懂电子价，你非得去报名上夜校。）与此同时，元素按照它们核里的质子数──叫做原子序数──从少到多地排成横列。

有关原子的结构和质子的意义，我们将在下一章加以叙述。眼下，我们只来认识一下那个排列原则：氢只有一个质子，因此它的原子序数是1，排在表上第一位；铀有92个质子，因此快要排到末尾，它的原子序数是92。在这个意义上，正如菲利普·鲍尔指出的，化学实际上只是个数数的问题。（顺便说一句，不要把原子序数和原子量混在一起。原子量是某个元素的质子数加中子数之和。）

还有大量的东西人们不知道或不懂得。宇宙中最常见的元素是氢；然而，在后来的30年里，对它的认识到此为止。氦是第二多的元素，是在此之前一年才发现的──以前谁也没有想到它的存在──而即使发现，也不是在地球上，而是在太阳里。它是在一次日食时用分光镜发现的，因此以希腊太阳神赫利奥斯命名。直到1895年，氦才被分离出来。即使那样，还是多亏了门捷列夫的发明，化学现在才站稳了脚跟。

对我们大多数人来说，周期表是一件美丽而抽象的东西，而对化学家来说，它顿时使化学变得有条有理，明明白白，怎么说也不会过分。“毫无疑问，化学元素周期表是人类发明出来的最优美、最系统的图表。”罗伯特·E.克雷布斯在《我们地球上的化学元素：历史与应用》一书中写道──实际上，你在每一部化学史里都可以看到类似的评价。

今天，已知的元素有“120种左右”──92种是天然存在的，还有20多种是实验室里制造出来的。实际的数目稍有争议，那些合成的重元素只能存在百万分之几秒，是不是真的测到了，化学家们有时候意见不一。在门捷列夫时代，已知的元素只有63种。之所以说他聪明，在一定程度上是因为他意识到当时已知的还不是全部元素，许多元素还没有发现。他的周期表准确地预言，新的元素一旦发现就可以各就各位。

顺便说一句，没有人知道元素的数目最多会达到多少，虽然原子量超过168的任何东西都被认为是“纯粹的推测”；但是，可以肯定，凡是找到的元素都可以利索地纳入门捷列夫那张伟大的图表。

19世纪给了化学家们最后一个重要的惊喜。这件事始于1896年。亨利·贝克勒尔在巴黎不慎把一包铀盐忘在抽屉里包着的感光板上。过一些时候以后，当他取出感光板的时候，他吃惊地发现铀盐在上面烧了个印子，犹如感光板曝过了光。铀盐在释放某种射线。

考虑到这项发现的重要性，贝克勒尔干了一件很古怪的事：他把这事儿交给一名研究生来调查。说来运气，这位学生恰好是一位新来的波兰移民，名叫玛丽·居里。居里和她的新丈夫皮埃尔合作，发现有的岩石源源不断地释放出大量能量，而体积又没有变小，也没有发生可以测到的变化。她和她的丈夫不可能知道的是──下个世纪爱因斯坦作出解释之前谁也不可能知道的是──岩石在极其有效地把质量转变成能量。玛丽·居里把它称之为“放射作用”。在合作过程中，居里夫妇还发现两种新的元素──钋和铀。钋以她的祖国波兰命名。

1903年，居里夫妇和贝克勒尔一起获得了诺贝尔物理学奖。（1911年，玛丽·居里又获得了诺贝尔化学奖；她是既获化学奖又获物理学奖的惟一一人。）

在蒙特利尔的麦克吉尔大学，新西兰出生的年轻人欧内斯特·卢瑟福对新的放射性材料产生了兴趣。他与一位名叫弗雷德里克·索迪的同事一起，发现很少量的物质里就储备着巨大的能量，地球的大部分热量都来自这种储备的放射衰变。他们还发现放射性元素衰变成别的元素──比如，今天你手里有一个铀原子，明天它就成了一个铅原子。这的确是非同寻常的。这是地地道道的炼金术；过去谁也没有想到这样的事儿会自然而自发地发生。

卢瑟福向来是个实用主义者，第一个从中看到了宝贵的实用价值。他注意到，无论哪种放射物质，其一半衰变成其他元素的时间总是一样的──著名的半衰期（注：要是你想知道怎么确定哪50%的原子会死亡，哪50%的原子会幸存下来，回答是：半衰期其实只是为了计算方便──一种用于计算基本物质的表。想像一下，你有一种物质，它的半衰期是30秒。不是每个原子恰好会存在30秒，或60秒，或90秒，或哪个个别整数。实际上，每个原子存在的时间完全是不定的，与30的倍数毫无关系；它也许只存在于从现在开始的2秒钟，也需要几年、几十年或几世纪才完成衰变。谁也说不准。但是说得准的是。从整体来说，这个物质的原子会以每30秒钟消失一半的速度消失。换句话说，这是个平均速度，适用于任何大的物质，比如，有人曾经计算出，美国的10分币的半衰期大约是30年。）──这种稳定而可靠的衰变速度可以用做一种时钟。只要计算出一种物质现在有多少放射量，在以多快的速度衰变，你就可以推算出它的年龄。他测试了一块沥青铀矿石──铀的主要矿石──发现它已经有7亿年──比大多数人认为的地球的年龄还要古老。

1904年春，卢瑟福来到伦敦给英国皇家科学研究所开了一个讲座──该研究所是伦福德伯爵创建的，只有150年历史，虽然在那些卷起袖子准备大干一场的维多利亚时代末期的人看来，那个搽白粉、戴假发的时代已经显得那么遥远。卢瑟福准备讲的是关于他新发现的放射现象的蜕变理论；作为讲课内容的一部分，他拿出了那块沥青铀矿石。卢瑟福很机灵地指出──因为年迈的开尔文在场，虽然不总是全醒着──开尔文本人曾经说过，要是发现某种别的热源，他的计算结果会被推翻。卢瑟福已经发现那种别的热源。多亏了放射现象，可以算出地球很可能──不言而喻就是──要比开尔文最终计算出的结果2400万年古老得多。

听到卢瑟福怀着敬意的陈述，开尔文面露喜色，但实际上无动于衷。他拒不接受那个修改的数字，直到临终那天还认为自己算出的地球年龄是对科学最有眼光、最重要的贡献──要比他在热力学方面的成果重要得多。

与大多数科学革命一样，卢瑟福的新发现没有受到普遍欢迎。都柏林的约翰·乔利到20世纪30年代还竭力认为地球的年龄不超过8900万年，坚持到死也没有改变。别的人开始担心，卢瑟福现在说的时间是不是太长了点。但是，即使利用放射性测定年代法，即后来所谓的衰变计算法，也要等几十年以后我们才得出地球的真正年龄大约是在10亿年以内。科学已经走上正轨，但仍然任重而道远。

开尔文死于1907年。德米特里·门捷列夫也在那年去世。和开尔文一样，他的累累成果将流芳百世，但他的晚年生活显然不大平静。随着人越来越老，门捷列夫变得越来越古怪──他拒不承认放射现象、电子以及许多别的新鲜东西的存在──也越来越难以相处。在最后的几十年里，无论在欧洲什么地方，他大多怒气冲冲地退出实验室和课堂。1955年，第101号元素被命名为钔，作为对他的纪念。“非常恰当，”保罗·斯特拉森认为，“它是一种不稳定的元素。”

当然，放射现象实际上在不停地发生，以谁也估计不到的方式发生。20世纪初，皮埃尔·居里开始出现放射病的明显症状──骨头里隐隐作痛，经常有不舒服的感觉──那些症状本来肯定会不断加剧。但是，我们永远也无法确切知道，因为他1906年在巴黎过马路时被马车撞死了。

玛丽·居里在余生干得很出色，1914年帮助建立了著名的巴黎大学铀研究所。尽管她两次获得诺贝尔奖，但她从来没有当选过科学院院士。在很大程度上，这是因为皮埃尔死了以后，她跟一位有妻室的物理学家发生了暧昧关系。她的行为如此不检点，连法国人都觉得很丢脸──至少掌管科学院的老头儿们觉得很丢脸。当然，这件事也许跟本书不相干了。

在很长时间里，人们认为，任何像放射性这样拥有很大能量的现象肯定是可以派上用场的。有好几年时间，牙膏和通便剂的制造商在自己的产品里放入了有放射作用的钍；至少到20世纪20年代，纽约州芬格湖地区的格伦泉宾馆（肯定还有别的宾馆）还骄傲地以其“放射性矿泉”的疗效作为自己的特色。直到1938年，才禁止在消费品里放入放射性物质。到这个时候，对居里夫人来说已经为时太晚。她1934年死于白血病。事实上，放射性危害性极大，持续的时间极长，即使到了现在，动她的文献──甚至她的烹饪书──还是很危险的。她实验室的图书保存在铅皮衬里的箱子里，谁想看这些书都得穿上保护服。

多亏第一代原子科学家的献身精神和不惧高度危险的工作，20世纪初的人们越来越清楚，地球毫无疑问是很古老的，虽然科学界还要付出半个世纪的努力才能很有把握地说它有多么古老。与此同时，科学很快要进入一个新时代──原子时代。