PDF《萨 默塞特,》

序言萨默塞特, 莫姆 (somerset Maugham) 所著 《遭天谴的人们》 (The Vessel of Wrath)一书的开篇一直使我很陶醉.

我坐在书斋里,翻阅着 扬子江引 水人 一节,对潮汐表和航行方向渐渐有了真实感.当意识到树木、屋顶以 至民众是书中故事的主题时,在我的想象中那些等高线和

图表消失了,出现 的是美丽的幻景,因此,我愿你能陪伴我,以元素周期表为规范的航行图, 在化学领域里做一次想象中的旅行.但在我们心目中,应把这一周期表视为 有人生活的国家――一个周期表王国,就像我们降落在地面上见到的一般. 我们要飞越王国的大地,看一看起伏的丘陵、山脉、峡谷和平原.我们要登 上陆地,步行于广阔的草原之间及湖泊周围.我们还要到地下勘查,去发现 隐伏的构造,即控制和支配着王国的机理,因为那里是需要理性认识的地方. 无论在原理上或实践中,周期表都可被认为是化学中最重要的概念.它 是学生们日常所必需的,它为专业人员提供新的研究途径,并为整个化学变 化过程规划出简明条理.它清楚地证明这样的事实,即化学元素并不是一堆 无规则的东西,而是彼此间存在着诸多关系,显示出种种趋势,一族一族地 处在一起的.了解周期表对于每一位希望认识世界并弄清世界是怎样由化学 的基本结构单元――化学元素所构成的人来说非常重要.任何试图以科学家 的眼光来熟悉世界的人都应该认识周期表的全貌,因为它是科学修养的一部 分. 我把周期表描述成在一个想象中的国家旅行的指南,将各种元素比拟成 不同的领地.这一王国有其地貌:各种元素以特有的方式互相排列,由它们 可产生出各种各样的东西,就像大草原上能长出谷物和湖中能生长鱼类.王 国也有历史.实际上它有三方面的历史:我们几乎像发现陆地那样发现了元 素;

像绘制世界地图一样,画出王国的地图,其中元素的相对位置具有非常 重要的意义;

元素还有它们自己的宇宙历史,这可以追溯到星球. 周期王国也有管理部门,有控制各种元素特性的规律,支配元素的行为 变化以及确定它们所能形成的联合体.这一行政职能是从原子以及构成原子 的电子和核子的特性中发现的. 我不想臆断原先的化学知识,我只要求你根据具体存在的实物运用你的 想象力,理解书中地理学方式的类比.我们将一起飞行,穿越山山水水,在 合适的地方登陆.这样,我们会发现一个富饶的王国,现实世界就是它的一 个表现形式. 我要感谢杰里・菜昂斯(Jerry Lyons),他为本书担任编辑并提出一 些有益的建议.

1995 年1月于牛津 《科学大师佳作系列》中文版序 人类正在迎接世纪之交.即将消逝的

20 世纪,科学技术又有了过去无法 比拟的巨大发展与进步.科学上的重大发现,与技术发明、创造相互交替影 响与促进,使人们对客观世界的认识更深入、更丰富多采了. 以 宇宙演化 这一课题为例,《科学美国人》杂志

1994 年10 月号以 宇宙中的生命 为题的专刊,登载了詹姆士・皮博(P. James E. Peebles) 等4位科学家的综述文章,介绍了近年来对宇宙起源的演化问题的研究成果 ――大爆炸标准模型.按照这一理论,宇宙是在大约

150 亿年以前从炽热而 且稠密的物质与能量 大爆炸 而形成,随着它急骤膨胀、冷却,逐渐衍生 成众多的星系、星体、行垦,直至出现生命.人类生活于其中的太阳系,约在50 亿年前才开始出现.这篇文章指出,研究宇宙学问题的还有哲学家、神 学家、神秘主义者;

然而,与他们不同的是,科学家们只接受经过实验或观 测检验过的事实.文章还指出: 我们对宇宙起源与演化的认识,是20 世纪 科学研究的重大成就之一,这正是基于几十年的创新实验与理论研究的结 果.用地面和发射到空间的现代望远镜,可探测到远在数十亿光年之外的星 系发出的光,它告诉我们宇宙年轻时是何种模样.用粒子加速器可探索宇宙 演化初期其高能环境的基础物理学.用人造卫星可探测到宇宙早期膨胀后留 下的本底射线,使我们在能观察到的宇宙最大尺度范围内勾画出它的大致图 象. 当然,由于观察和实验受到条件和能力的局限,正如过去许多理论认 识仅是客观真实的一种近似那样,也还有许多问题尚不能由这一理论作出回 答,需要科学家们继续努力进行创新研究,并通过更多的观察、实验来解决. 江泽民同志近年来多次指出,各级领导干部要努力学习与掌握现代科学 技术知识.1994 年12 月,中共中央、国务院发出了《关于加强科学技术普 及工作的若干意见》,要求从科学知识、科学方法和科学思想的教育普及

3 个方面推进科普工作.问题是:当代科学之发展如此迅速,其前沿领域又如 此艰深,究竟能不能凭借通俗的语言,使广大干部和社会公众对当代科学成 就取得比较中肯的了解? 这很不容易,但回答仍是肯定的.已故美国科普泰斗艾萨克・阿西莫夫 (Isaac Asimov)曾经说过: 只要科学家担负起交流的责任――对于自己 干的那一行尽可能简明并尽可能多地加以解释,而非科学家也乐于洗耳恭 听,那么两者之间的鸿沟便有可能消除.要能满意地欣赏一门科学的进展, 并不非得对科学有透彻的了解.归根到底,没有人认为,要欣赏莎士比亚, 自己就必须能写出一部伟大的文学作品.要欣赏贝多芬的交响乐,也并不要 求听者能作出一部同等的交响乐.同样地,要欣赏或享受科学的成就,也不 一定非得躬身于创造性的科学活动. 这番话很有道理.而美国布罗克曼公司组织编写的 《科学大师佳作系列》 (Science Masters series)则堪称贯彻这一宗旨的上乘之作.该系列的 作者们,既是当代科学前沿研究领域中享有盛誉的专家,又是成绩卓然的科 普作家.他们的这些作品内涵丰富,深入浅出,水准确实是很高的.同时, 该系列的选题布局也很有特色:既有选择地抓住了当前科学发展的若干热点 或焦点,又从整体上兼顾了学科覆盖面.这从该系列第一辑

12 本书和第二辑

10 本书的选题即可见一斑. 《科学大师佳作系列》是世界科普出版界的一项盛举:它将在全球范围 内的十几个国家中,以二十几种语言出版.上海科学技术出版社与布罗克曼 公司签约,取得了出版中译本的版权.为确保中译本早日问世,出版社邀请 了10 余位专家、学者组成中文版编译委员会,决定每拿到一本英语原著打字 稿,即着手组织本学科领域中既有学术专长、又有著译和科普写作经验的学 者翻译.经过编译委员会诸同仁和全体译、校、编者的共同努力,《科学大 师佳作系列》 中译本中首先推出的

3 本已呈献于读者面前, 即 《宇宙的起源》 、 《宇宙的最后三分钟》与《人类的起源》.这3本书也正好是我前面举例讲 到的介绍 宇宙的起源与演化 课题的精辟之作.作为中文版编译委员会的 主任,我对此委实是不胜欣喜的. 该系列的作者之

一、哲学家丹尼尔・丹尼特说过: 我将这项计划(按: 即出版《科学大师佳作系列》)视为向这个世界撒下了一张网,它捕获的将 是我们这颗行星的下一代思想家和科学家. 但愿果真如此.与此同时,我 也衷心地企盼我国的科学家、科普作家、出版家们能井肩奋斗,不懈努力, 写作和出版一批足以雄视世界科普之林的传世佳作,为我国科学事业的长足 进步作出更大的贡献. 谨序如斯,愿与读者共勉. 朱光亚

1995 年1月20 日于北京 内容提要 《周期王国》为美国约翰・布罗克曼公司组织世界著名科学家分别撰写, 并于

1994 年开始推出的一套反映世纪之文科学前沿问题的 《科学大师佳作系 列》丛书之一,全世界有

20 多个国家和地区共同推出这套丛书的各种文本. 本书将化学元素周期表比拟成一个有山有水的自然王国,并借用地理学 上的许多术语对王国进行了描述.在描述过程中穿插介绍了有关这一领域内 存在的各种不同的学术观点,以及最新的研究成果,读来饶有趣味.

第一章 地理 1.地形 欢迎您到王国来.这是一个想象中的国家,但它比看上去更实在,它就 是化学元素的王国.一切有实体的东西都由王国里的物质构成.王国的幅员 并不辽阔,只有一百来块领地(以下我们经常用 领地 一词代表元素), 但却拥有构成我们现实世界中每一样东西的物质.我们故事中讲到的这上百 种元素能造就出所有行星、岩石、植物和动物.这些元素还是空气、海洋和 地球的基本成分.我们依赖元素,食用元素,甚至我们自身就是各式各样元 素组合的.由于我们的大脑由元素构成,所以从某种意义上讲,我们的思想 意识也是由王国居民――各种元素所具有的特性产生的. 事实上,这一王国并非是一群乌合之众,而是一个有着严密组织的国家, 这里每块领地的臣民都与相邻领地的臣民亲密无间,各个领地之间几乎没有 明显的界线,因为王国地形的主要特征就是逐渐过渡:平原与平缓的山谷相 连,又逐渐沉降为深不可测的峡谷;

山坡从平原缓缓升起,又渐渐形成耸入 云端的高山.当然,这些都是想象和比拟,为的是让我们感觉正在王国旅行. 要记住这样一条原理,不仅这个物质世界是由上百种元素构成的,而且这些 元素有着一定的排列模式. 我们眼下的目的是了解元素排列模式,熟悉王国地域情况.从图

1 的上 端,也就是从氢元素开始,直到相隔很远的铀元素以外地区,展现出一片美 妙景色.目前,对铀元素以外地区,人们已有所知,但在更远处尚有一道未 勘察过的地界,有待未来的哥伦布去发现.离我们较近的是比较熟悉的地区, 即碳、氧、氮、磷、氯和碘的领地.在初步观察后,我们还要熟悉更多的领 地,了解一下这些地区是否为旱地、沼泽、湖泊或牧场. 即使从这样的高度,我们也能看出王国地形的全貌(见图 1).一些地 区闪闪发光,那是由金属组合的.这些地区连在一起,位于我们所要说的西 部沙漠.整个沙漠情况大体一致,但淡淡的阴影处显示出不同的特点.浅浅 的色斑随处可见,如同人们常见的金子闪光和铜的红色泛光.十分奇怪的是, 这些荒芜的地区竟占了王国的大部分(109 种元素中的

86 种),然而,这个 王国仍能为我们这个真实世界提供丰富的物质!物质的丰富表明,认为沙漠 贫瘠是一种错觉.当我们接近它时将会发现,它的矿藏十分丰富.从广泛的 物理和化学性质来讲,荒凉的地表事实上有很多性格不同的臣民.到更近处 去观察留待以后.我们此刻还远在这片国土的上空,它的丰富多采还不十分 明显. 即使从这样的高处俯视,东部地表的景色也是变化多端的.这里是王国 中地势比较平坦的地区,并能看到一个湖泊.但很明显这不是一个普通王国, 因为这里的湖泊不像地球上的湖泊那样清澈,呈现灰色或蓝色,而是深红色 或近于褐色.这块领地属于嗅,是这一奇特国度里仅有的两个湖泊之一.另 一个湖泊在西部沙漠的东部边缘,且外表很不一样,它发出刺眼的银色光泽. 这里属于汞,是在金属的乱石中出现的一个清澈湖泊. 东部的陆地形态多样,色彩丰富,接近东部海岸处变化更大.首先,西 部沙漠在这里逐渐转变,有些地方看起来是金属的领地,但金属性已经变弱, 而具有两性,这样的元素包括硅和砷,以及不大为人们所知的碲和钋.看来, 这里的土地在化学上是丰产的,但在这块不寻常的土地上实际情况可能与我 们最初的印象不同.在同一高度上,我们能够很明显地看出地表的颜色.有 常见的硫黄色强烈闪光.与硫相邻的是硒................