图:托马斯·菲利普斯 绘,1821(时年 42 岁)/ Wikimedia Commons / 公有领域
汉弗里·戴维
Humphry Davy1778–1829 · 生于英国康沃尔郡彭赞斯 · 英国
用电堆把钾和钠从化合物里拽出来,用一层金属网让矿井里的火焰点不着瓦斯——顺带收了一个叫法拉第的装订学徒当助手
「我的好朋友,我从没想过这种事。我唯一的目的是为人类做点事;如果做到了,光是想到这一点就已经足够回报我了。更多的钱不会让我更有名,也不会让我更快活。」
—— 被问及为何不给安全灯申请专利时的回答,据同时代传记记载(译自英文原文)
这个站上的人几乎都是物理学家,戴维是个例外——他的主业是化学,一生分离出的元素比历史上任何人都多。他出现在这里有三个理由:他用一个实验参与了「热到底是什么」的争论;他把电变成了一把拆开物质的工具;以及,他雇了法拉第。
彭赞斯的学徒
戴维生在康沃尔的彭赞斯,父亲是木雕匠,1794 年去世后他辍学,到当地一位外科药剂师那里当学徒。他没有受过完整的学校教育,靠自学补上。
1798 年,十九岁的他被贝多斯请进布里斯托的气体研究所——那是一家试图用各种气体治病的机构。戴维在那里研究一氧化二氮,方法是亲自吸:他记下了它让人失去痛觉、控制不住地发笑,并明确写道它「或许可以用在外科手术上」。这条建议被放了四十五年。 直到 1846 年,麻醉才真正进入手术室;在那之前的每一台手术,病人都是醒着的。
摩擦两块冰
也是在 1799 年,戴维写了一篇关于热的文章。当时的正统是「热质说」:热是一种不生不灭的流体。他的反驳是一个实验——在抽空的容器里,用钟表机构让两块冰互相摩擦,冰融化了。既然冰是最冷的东西、里面不可能藏着多余的热质,那融化所需要的热就只能是摩擦本身造出来的。结论:热是运动,不是物质。
这个论证与一年前伦福德镗炮筒的观察指向同一件事,两者常被并排提起。但必须说清楚:戴维这个实验站不住。 后人按他描述的条件重复不出来——环境漏进的热、装置本身的热,都足以把那点冰化掉,根本不需要摩擦。他自己后来对这篇少作评价也不高。
留下来的是那个方向感。要把「热是运动」从哲学变成物理,还需要一个数字:多少运动换多少热。那个数字由焦耳在四十多年后测出来。
电堆拆开了化合物
1801 年戴维进入伦敦的皇家研究院。他的公开讲座成了伦敦的社交事件,门口的马车排成长队——皇家研究院靠卖票维持运转,这一点相当要紧。
真正的工作在地下室。伏打刚刚做出电堆,戴维建起了当时世界上最大的一组,然后拿它去拆东西。1806 年的贝克里安讲座里他提出一个大胆的主张:化学亲和力本质上就是电性的——把两种物质结合在一起的,与电堆两极上的力是同一种力。
第二年他兑现了这个主张。1807 年 10 月,他电解熔融的苛性钾,看见小球状的金属渗出来又立刻烧起来——钾,一种此前无人见过、轻得能浮在水上的金属。几天后是钠。1808 年一年之内,钙、锶、钡、镁接踵而来。1810 年他又证明氯是元素,推翻了拉瓦锡「一切酸都含氧」的教条。
对物理学而言,要紧的不是多了几种元素,而是那个主张被坐实了:物质结合在一起靠的是电。 这条线往下走,经过法拉第的电解定律、汤姆孙的电子、到二十世纪的化学键理论,才算走完。
一层金属网
1812 年他受封爵士。1815 年,矿工的代表找上门来:英格兰东北的煤矿不断发生瓦斯爆炸,死伤惨重,而矿工下井必须带着明火照明。
戴维用了几个月。他发现火焰穿不过一层足够细密的金属网——金属把热导走,网另一侧的瓦斯达不到燃点。于是安全灯的构造简单到近乎朴素:把普通油灯的火焰用金属丝网罩起来。灯内的瓦斯照烧不误,火焰却出不去。更妙的是它还是个报警器:瓦斯浓度高时网内火焰会拉长变蓝,矿工看一眼就知道该撤了。
他没有申请专利。 被问及此事时的回答留了下来:他唯一的目的是为人类做点事,更多的钱不会让他更有名,也不会让他更快活。同一时期,纽卡斯尔的工程师斯蒂芬森独立做出了原理相近的灯,两边的支持者为优先权吵了很久——但两盏灯确实救了很多人。
那个装订学徒
1812 年戴维的告别讲座上,台下坐着一个二十岁的装订工,把笔记誊清、配图、精装成册寄给了他。第二年,戴维聘他做实验室助手。
这段关系的后半程不好看。1813 至 1815 年的欧洲之行里,戴维夫人始终把法拉第当仆人待;1821 年法拉第做成电磁旋转——世界上第一台电动机的雏形——之后,「剽窃沃拉斯顿的想法」的流言四起,而戴维站到了指控那一边。1824 年法拉第当选皇家学会会士时,据说唯一的反对票来自他的恩师。
后世有一句广为流传的话,说戴维承认自己最大的发现是法拉第。这句话没有可靠出处,多半是后人编的——真实的情形更复杂,也更像人。
1829 年 5 月 29 日,戴维在日内瓦去世,五十岁。
伟大发现
出处
正文所据的原始文献与可靠二手材料。带链接的可直接查看原文。
- 1.戴维《论热、光及光的组合》,收于贝多斯编《主要来自英格兰西部的物理学与医学知识文集》第一卷(1799)——摩擦冰块的实验出自此文
- 2.戴维《贝克里安讲座:论电的若干化学作用》,《皇家学会哲学汇刊》第 97 卷第 1 页(1807)
- 3.戴维《贝克里安讲座:论电所引起的若干化学变化新现象》,《皇家学会哲学汇刊》第 98 卷第 1 页(1808)——钾与钠的分离
- 4.戴维《论煤矿中的瓦斯,以及在矿井照明而不致引起爆炸的方法》,《皇家学会哲学汇刊》第 106 卷第 1 页(1816)