有史以来发现化学元素最多的，是一位诗人

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汉弗莱·戴维，既是一位浪漫主义诗人，更是一位杰出的化学家。作为后者，他对人类的贡献功勋彪炳：发现笑气的麻醉作用并命名；发现多种化学元素，种类之多空前绝后；发明一种不会引发瓦斯爆炸的安全矿灯，拯救过无数矿工的生命；发明最早的电灯和弧光灯；还帮助和提携了法拉第，以至有人说这是他一生最伟大的发现，遗憾的是，师徒二人最终竟至反目。

撰文 | 羊顿
今年的5月29日，将是英国浪漫主义诗人汉弗莱·戴维（Humphry Davy，1778–1829）逝世一百九十五周年纪念日。此君在日内瓦郊外的九泉之下有知，一定会受到触动：他留下的多达一万一千多页的75册手稿笔记本，刚刚于年初完成识读和转录。这是一项浩大的工程，由英国兰卡斯特大学教授拉斯顿（Sharon Ruston）带领研究团队，召集了全球3400多名志愿者，耗时4年才大功告成。

图1：穿越二百年时光的戴维笔记本 | 图源：https://www.zooniverse.org/projects/humphrydavy/davy-notebooks-project/about/research

戴维活跃于英国浪漫主义的鼎盛时期，与不少著名的浪漫主义诗人往来密切，但他并非诗歌圈中最突出的人物。1798年，后来非常出名的诗人柯勒律治和华兹华斯合出了一本诗集，这被视为浪漫主义运动的起点。第二年，诗人骚塞选编的另一本诗集收录了戴维的五首作品。柯勒律治一阅之下，对其十分欣赏，从此与戴维成为密友。身为英国桂冠诗人的华兹华斯，在创作上也和戴维互有很大的影响。
兰卡斯特大学的拉斯顿教授是该校英国文学与创意写作系主任，主要研究方向是浪漫主义时期文学、科学和医学的关系。她参与整理的戴维书信集已于2020年由牛津大学出版社出版，而此次大规模整理戴维手稿的主要目的，是想挖掘这位诗人未曾发表的那些作品。据称，整理彻底结束后，他们将在线公布识读结果和手稿图像。
从去年9月开始，“戴维笔记本项目”在英国各地举办了巡回展览。按照计划，今年1月16日到3月23日是最后一站，戴维的诸多手稿将在位于格拉斯米尔湖畔的华兹华斯基金会展出，那里有华兹华斯的故居，也是“湖畔诗人”的得名之地。
此前的第二站，他们在诺森伯兰郡莫珀斯镇的市政厅举行了展览和讲座。莫珀斯镇是矿区，二百年前戴维曾经到此考察，并发明了一种不会引发瓦斯爆炸的安全矿灯，拯救过无数矿工的生命。
整个巡回展览的第一站在伦敦雅宝街21号，英国皇家研究院（Royal Institution）——这是1799年由物理学家伦福德伯爵创办的“知识传播机构”，并非比它资格要老得多的英国皇家学会。将此地作为首站是恰当的，毕竟戴维在皇家研究院全职工作了十几年，他作为化学家的生涯主要就是在这里度过的。
没错，就像很多人已经在心里嘀咕的那样，浪漫主义诗人戴维正是那位已经写进中学教科书的化学家戴维。

图2：43岁的戴维丨图源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sir_Humphry_Davy,_Bt_by_Thomas_Phillips.jpg

“如果戴维不是最伟大的化学家，那他一定会成为所在时代最伟大的诗人。”柯勒律治曾经如此评价。
即便生前已经薄有诗名，戴维最终还是以化学家的身份名垂于世。因为“戴维笔记本项目”，那些隐于历史角落的诗作得以重生，也引起了众人的好奇与崇敬之心，但一位参与整理的志愿者直言不讳：“就他的诗歌而言，我觉得他还是应该专注于科学！”
对此，戴维本人会是怎样的态度？
他早已用自己的一生做出了回答。


《公祷书》中的少年

戴维的遗物中，有一本1771年版的《公祷书》。按出版时间推算，似乎不该是戴维自己的，但这本书扉页上有他的签名，正好与铅字合成了“戴维之书”的字样。了解戴维生平的人稍加注意就会发现，上面被涂掉的名字是“约翰·汤金”（John Tonkin）。
此人是位外科医生，按辈分戴维应该叫他姥爷，不过不是亲的，有资料说他是戴维母亲的养父，用戴维弟弟的说法，则是“我们家一个朋友的哥哥”。

图3：戴维《公祷书》扉页| 图源：https://wp.lancs.ac.uk/davynotebooks/category/dnp-blog/

在戴维的时代，一个人要想从事哲学或科学研究，最好是位贵族，要么是个有独立收入的绅士，最不济也得有个既有钱又有闲的职业。年轻的戴维什么也没有，除了汤金的慷慨赞助。
戴维的父亲早年是个以木雕为业的木匠，结婚之后就在家务农，家里不缺钱，但也没什么闲钱。六岁的时候，戴维进入文法学校读书，校长除了热衷揪孩子的耳朵，没什么能耐。戴维也就乐得自在，整天上山下河、爬树钓鱼，抽空再帮同学写写情书什么的，就这么晃荡了八年。毕业之后，他被送到了汤金那里。
通过《公祷书》内页上的一处签名可以看出，那应该是1793年。在这本书的空白页，戴维写下了一首诗，这可能是他留存下来的最早的诗歌作品。

图4：《公祷书》中的诗作 | 图源：https://wp.lancs.ac.uk/davynotebooks/category/dnp-blog/

此后的几年，戴维就借住在汤金家里，先是在另一所文法学校上学，后来又转到一个医生兼药剂师那里当学徒。为此，汤金帮戴维掏了六十英镑的学费。这数目不小，毕竟戴维几年后刚进皇家研究院的时候，年薪才一百来镑。
汤金为戴维设计的锦绣前程是好好学习，然后争取考入爱丁堡大学学医。戴维确实努力了，他一头扎进汤金的图书室，从此迷上了哲学和化学。讲好的学徒期是五年，但戴维只干了三年半就跑到了布里斯托尔。这让汤金大为恼火，据说他修改了自己的遗嘱，把本来打算传给戴维的房子收了回来。
吸引戴维的，是布里斯托尔郊区一家气体疗养院的实验室主任一职。那时候，气体化学正是化学研究的前沿，新气体不断涌现，很多人相信它们是治病的良药。
就这样，从1798年开始，不到二十岁的戴维正式走上了化学研究的道路。


笑气和诗人

在气体疗养院，戴维什么实验都做。他把健康的母牛赶到病房里，让病人呼吸牛的“气息”，看看能不能有些疗效。他亲自吸入大量的纯净氢气，直到窒息，甚至因为尝试一氧化碳的作用差点中毒身亡。
这些实验都不够严谨，甚至不够严肃，而且主要是重复别人，特别是英国化学家普里斯特利的发现。所以，那个时期戴维的笔记本中常常出现Priestley这个词。

图5：戴维笔记本内页丨图源：https://wp.lancs.ac.uk/davynotebooks/category/dnp-blog/page/3/

普里斯特利和他的老鼠，是史上第一批有资格享受纯净氧气的人类和鼠类；但人体试验方面，戴维这样的“专业人士”更勇敢，而他的鲁莽也确实带来了回报。当时，普里斯特利已经发现一氧化二氮，并命名为“脱燃素亚硝酸气”。戴维试吸之后，发现这种气体可以让人面部痉挛，不由自主地发笑，甚至产生一种令人眩晕的陶醉感，于是他把这种气体称为“笑气”。
关于笑气的论文发表后，才刚二十出头的戴维一跃成为世界知名的科学家。他所在的气体疗养院更是变得门庭若市，因为笑气的“疗效”十分明显，不仅让人“快乐”，还能缓解牙疼等肉体疼痛。用后来的眼光看，笑气就是最早的麻醉剂之一，外科和牙科手术上直到如今仍有应用。
笑气的古怪特性也在大众层面引起了轰动，笑气晚会开始流行，吸上一口看似平常的气体，然后手舞足蹈地笑上一阵，似乎比喝酒更能让人忘记烦忧。于是这种新气体又成了一种迷幻剂，骚塞和柯勒律治都曾经与戴维一起试用笑气，骚塞甚至在诗中描写过这种迷幻的体验，而柯勒律治后来吸毒成瘾，最终死于心力衰竭，据说可能和吸食鸦片有关。
好在戴维没有陷入笑气的麻醉中难以自拔，因为时间很快就到了1800年。


新课题，新工作

1800年，意大利物理学家伏打（Alessandro Volta）发明了史上第一种可以持续提供电流的电池组，也就是伏打电堆。两位英国化学家迅速跟进，成功将水电解为氢气和氧气。
这也让戴维找到了新领域，短短六个月内，他一口气发表了六篇电学论文。
不过，为戴维带来新工作的还是早先在气体疗养院传开的盛名，以及他在皇家研究院试讲时的优异表现。1801年初，戴维成为伦敦皇家研究院助理讲师，兼实验室主任、刊物助理编辑，年薪一百零五镑，另有免费的住房和煤炭火烛。
此时的戴维22岁，身材瘦弱，但仪表堂堂，课前字斟句酌的准备让他在台上挥洒自如，时而激情地讲述，时而娴熟地操作，中间还不忘出人意表地穿插一些比喻和玩笑，台下的科学家、诗人、大学生，以及绅士、夫人和小姐们听得如痴如醉，好评如潮。其中包括柯勒律治和雪莱夫人，雪莱夫人数年后创作的《弗兰肯斯坦》是西方历史上首部科幻小说，而她之所以会以文学的眼光关注科学的发展，和戴维的影响有很大关系。
戴维的表现让伦福德伯爵十分满意，入职六周之后，戴维就升任副教授，第二年又转为教授。他很快当选英国皇家学会会员，后来又成为学会秘书。1804年，伦福德伯爵与法国著名化学家拉瓦锡（Antoine–Laurent de Lavoisier）的遗孀结婚，搬到巴黎居住，戴维成为皇家研究院的灵魂人物。
戴维的演讲动辄吸引数百人参加，有时候甚至达到上千人。为疏导皇家研究院的交通，不得不将门前的雅宝街（Albemarle Street）规定为单向行驶。于是伦敦有了第一条单行道。

图6：除了汽车，伦敦皇家研究院的大楼与单行道和二百年前没多大差别丨图源：https://livinglondonhistory.com/a-fascinating-visit-to-the-royal-institution-in-mayfair/

在皇家研究院，戴维相当勤奋，工作如此，业余也如此。他一般很早起床，先用两个小时阅读和写作，然后再吃早餐。上午十点多到实验室工作，一直忙到下午四点。五点就餐，接着到研究院演讲。如果没有演讲，就到处参加上流社会的茶会，或者看戏、打台球，大概还会抽空和诗人切磋一下诗艺，就像他总是能找到时间反复预演操作、苦心钻研讲稿一样。
1802年，戴维利用“巨大的电池”和铂金属条，制成了史上第一盏电灯——它不够明亮、持续时间也不长，但电灯的确不是后来爱迪生发明的。
1806年，戴维提出了电化学假说，认为“化学变化中的结合力是由物质间的电作用产生的”，这当然是正确的。
1807年10月6日，戴维通过电解分离出钾的金属颗粒。这是一种神奇的金属，在空气中会剧烈燃烧，放到水中也会剧烈反应。几天后，他又分离出钠的单质。
第二年，戴维又用电解法得到了几种碱土金属：镁、钙、锶、钡。显然，这些发现也一定为他的演讲增添了新的素材。碱金属和碱土金属的发现验证了拉瓦锡主张的某些土质是金属氧化物的观点，在科学史上具有重要意义，戴维也由此开创了发现新元素的新方法。
“戴维笔记本项目”发现，在戴维的手稿中，诗句和实验结果总是混在一起，关于风景、人物的素描或涂鸦也总是和购买烛台等事务性的记录混在一起。即便早有思想准备，等他们找到戴维发现钾的记录时，还是有些吃惊，在一行行关于实验现象的描述中，夹杂着一个人名和一处地址。
“那是戴维的裁缝。”拉斯顿教授说：“我们认为，他在考虑应该如何在皇家学会宣布自己的惊人发现，他需要一套新西装。”


改写

最原始的记录必定会包含最新鲜的历史信息，比如志愿者发现的这一处改动：

图7：一处象征性的涂改，在倒数第六行丨图源：https://wp.lancs.ac.uk/davynotebooks/category/dnp-blog/

手稿清晰地显示，戴维修改之后的结果是chlorine。这个词大家比较熟悉，就是戴维命名的元素名称“氯”——源自希腊语“黄绿色”（chlorós），这是氯气的颜色。chlorine前面的单词被涂掉了，我们看不清楚，但志愿者可以辨认出来，那是oxymuriatic。在如今的词典中，这个词很难查到，其实是“氧化盐酸气”的意思，也就是“盐酸气体的氧化物”。
这处涂抹正象征着戴维对化学的另一个贡献。
历史上，氯气最早由瑞典化学家舍勒（Carl Wilhelm Scheele）制备。但他迷信燃素论，将这种气体看作“失去了燃素的盐酸气”。拉瓦锡的看法不同，他建立了氧化理论，主张氧是构成酸的关键元素——“氧”（Oxygene）这个词的本意就是“成酸元素”，他认为盐酸中一定也存在氧元素，氯气应该是盐酸与氧的化合物，于是将其命名为“氧化盐酸气”。
1810年前后，戴维与其他化学家不约而同地发现，无论怎么反应，氯气中都无法分离出氧气。戴维断定氯气是一种元素单质，这就推翻了拉瓦锡认为所有酸都含有氧的结论，而他的主张是，氢元素才是物质显现酸性的关键。现在我们知道，戴维是对的。
戴维还发现氯气能像氧气一样助燃，这就进一步说明氧对燃烧和“成酸”的作用并不是独一无二的。值得顺便一说的是，如果由戴维而不是拉瓦锡来命名氧化反应，那他肯定不会用“氧化”这个词，到了今天，中学生们也不必为氯气为什么具有“氧化性”而困惑了。
从制备氯气，到确认氯气的实质，花费了三十多年。有科学史家认为，在戴维所有的功绩中，发现氯元素是“最具科学价值的”。戴维在笔记本上涂抹的那几笔，不仅改写了历史，也改写了后世的教科书。

图8：人教版高中化学必修第一册内页，头像属于舍勒，“资料卡片”属于戴维

图源：https://book.pep.com.cn/1442001121191/mobile/index.html

在人民教育出版社现行高中化学教材中，戴维的名字出现在必修第一册，对应的表述正和氯气的发现与命名有关。


最伟大的发现

1812年，戴维的工作和生活都发生了重大改变。
当年4月 8日，他被授予爵士头衔。两天后，他迎娶了一位名为“简”的寡妇。据说简·戴维有六万英镑的资产和每年四千英镑的收入。可供对照的是，拥有戴维这种明星教授的皇家研究院，整年的收入也只有三五千英镑。
有了如此强大的经济后盾，戴维再也不想到台上抛头露面了，他希望自己能专心地做些科学研究。可巧这一年的一次实验事故又炸伤了他的眼睛，头上和手上缠满绷带的戴维难免心有余悸，毕竟，同样是因为三氯化氮爆炸，一位法国化学家失去了两根手指和一只眼睛。
6月，戴维辞去了皇家研究院的教职。
到年底的时候，一个叫法拉第（Michael Faraday）的书籍装订厂学徒寄来了一本《戴维爵士演讲录》，里面是他整理的戴维最后四次演讲的内容，工工整整的手写记录装订在一起，竟然有近四百页。他还提出想到戴维手下工作，以便能从事自己心仪已久的科学研究，深受感动的戴维却无奈地表示，他爱莫能助。
不久，一番机缘巧合之下，戴维给这个二十出头的小伙子找了个皇家研究院实验室助理的职位，实际上算是他的助手。周薪25先令，约合一两个英镑，外加位于研究院顶楼的住房。
1813年，戴维的身体恢复以后，他就和妻子一起到欧洲大陆巡游了，还带着法拉第和一个手提的小实验箱。在巴黎，他认定碘是一种单质，并且与氯的性质接近。到了佛罗伦萨，他又和法拉第一起确认了金刚石的化学成分。
至此，戴维发现或参与发现的元素达到9种，而整个十九世纪上半叶发现的元素也不过大约25种。
在科学史上，戴维的主要角色是化学家，法拉第则是物理学家，而且后者的地位更为重要。
这从我国的中学教科书也能看得出来。戴维出现在化学教材中，大概就那么一次，并且没有直接涉及重大的化学原理——当然，这仅仅是就书本上的字面来说，如果要论思想，那和戴维有关的地方还是不少的。法拉第的历史贡献要重要得多，他的名字第一次出现是在人教版物理教材必修第三册的第一章“静电场”中，后面的“电磁感应与电磁波初步”一章中，又对法拉第发现电磁感应的过程做了较为详细的介绍。实际上，对于电学、磁学、电磁感应，法拉第都立下了奠基之功。
戴维本就是天纵之才，自然可以感受到与法拉第的差距。在他的心中，嫉妒战胜了自己对法拉第那种慈父般的关爱。于是，在法拉第发明的电磁旋转装置出现优先权争议时，他选择站到法拉第的对面；当众多皇家学会会员推选法拉第加入，他投出了唯一的反对票。恩师和门徒最终彻底反目。

图9：1821年，法拉第发明的电磁旋转装置，本质上是人类第一台电动机

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Faraday_magnetic_rotation.jpg

论起戴维的贡献，一定会有人说：他一生最伟大的发现是法拉第。甚至经常有资料认为这是戴维晚年自己的感叹，如果以可靠的文字记载为凭，这恐怕只是后世一厢情愿的期望罢了。


物质既不灭，人心当不死

戴维从1820年开始担任英国皇家学会会长，这一年他42岁。此后，他享受着自己的巨大声望，却再也没什么重大发现能给他带来新的名气，特别是和法拉第交恶之后。法拉第这边却历久弥坚，40岁上做出一生最大的贡献——发现电磁感应，54岁发现抗磁性，56岁还率先报道了金属纳米粒子的特性。
戴维的家庭生活并不幸福，夫人是交际花，对他的科学工作既不关心，也不够体谅，晚年的戴维经常独自出国旅行。1829年，他在日内瓦去世，所幸当时他的弟弟和戴维夫人已经赶到那里陪在身旁。
戴维留给世界的，当然不只那75册笔记本和化学教科书上的思想遗产。
因为发明后来被称为戴维灯的安全矿灯，1817年，众多煤矿主捐资制作了一副精美的银盘送给戴维，价值两千五百英镑。戴维在遗嘱中安排将这只盘子熔化，所得的银子捐给英国皇家学会，每年颁发一枚奖章，奖励“欧洲与英美地区最重要的化学发现”。
戴维奖章于1877年开始颁发，首度获奖者是本生（Robert Bunsen）和基尔霍夫（Gustav Kirchhoff），考虑到他们发明了光谱分析，这个安排很是相宜——和戴维的电解一样，这也是一种带来了大量新元素发现的技术。
如今，戴维奖章每年仍在颁发，奖金已经从一千英镑提升到两千英镑，被视为诺贝尔奖的风向标之一。
英国桑德兰足球俱乐部的主场是光明球场，就建在一处煤矿的旧址上，入口处立有一只巨大的戴维灯——那正是当年的矿工走入黑暗的矿洞时，一定会随身携带的装备。

图10：戴维灯雕塑丨图源：https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Miners_lamp_Stadium_of_Light_Sunderland.jpg

戴维灯如今早已更新换代，但人们没有忘记他的贡献。2012年伦敦奥运会前，代表英国接收圣火的是安妮公主，她的传递工具就是一盏戴维灯。

图11：英国代表团选择了一种最为安全的方式来接收奥运圣火丨图源：https://www.dailymail.co.uk/news/article-2145955/London-2012-Olympics-Princess-Anne-Boris-Becks-torch-Athens.html

这样的遗产，这样的纪念，不由让人想起戴维的一首诗：
If matter cannot be destroy'd,The living mind can never die;If e'en creative when alloy'd,How sure its immortality !Then think that intellectual light,Thou loved'st on earth is burning still,Its lustre purer and more bright,Obscured no more by mortal will.
1933年，王云五先生主持的商务印书馆“万有文库”出版了美国化学史家韦克斯的《化学元素发现史》，黄素封先生在书中翻译了这首诗：
物质既不灭，人心当不死；心物化为一，永存定无疑；且论智慧光，永远耀人世；愈洁愈明亮，人意岂能熄。
在原诗前两行中，戴维将“合金、铸造”（alloy）这样一个化学术语与更为抽象的“毁灭”（destroy）并用，体现了他特有的风格。戴维的各种传记，也有不少书名是在对比“诗人”和“哲学家”的身份，一本研究戴维诗歌的专著干脆就叫《汉弗莱·戴维的诗歌和科学》。在主持“戴维笔记本项目”的拉斯顿看来，戴维身上并没有如今所谓“两种文化”的区隔，诗歌和化学都是他探索世界、寻找自我的方式。
或许，这才是戴维以五十年的生命历程所做的选择。

参考链接

[1] https://www.zooniverse.org/projects/humphrydavy/davy-notebooks-project

[2] https://interestingengineering.com/science/3500-volunteers-spent-4-years-decoding-scientists-200-year-old-notes[3] https://www.euppublishing.com/doi/abs/10.3366/rom.2012.0061?journalCode=rom[4] https://www.lancaster.ac.uk/english-literature-and-creative-writing/people/sharon-ruston[5] https://www.lancaster.ac.uk/arts-and-social-sciences/news/online-course-and-exhibition-shine-light-on-sir-humphry-davy[6] https://wp.lancs.ac.uk/davynotebooks/category/dnp-blog/[7] https://www.theguardian.com/science/2023/dec/30/reams-of-secret-poetry-by-a-sir-humphry-davy-british-scientist-finally-come-to-light[8] https://www.independent.co.uk/news/uk/home-news/let-the-flames-begin-beckham-gets-the-home-fires-burning-7767122.html[9] https://archive.org/details/cu31924011476599/page/n7/mode/2up

本文受科普中国·星空计划项目扶持

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

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