第四十回：千年夢石頭變金曾何見，一朝點破原子本性各同
——原子論的創立各位讀者，在本書第三十五回，我講了一個化學家戴維的故事。可是這戴維身為化學家，手中卻操的是物理學的武器，就像那林沖反倒借了李逵的斧子。戴維借了剛剛出現不久的電學這把利斧，在還是一片荒蕪的化學世界，辟辟啪啪地一陣亂砍，終於拓出一條條小路，找見了鉀，找見了鈉，找見了鋇、鎂、鈣、鍶等元素。就在這揮斧拓荒的途中，他還收了一個徒弟法拉第。誰知這徒弟並不注意師傅每天砍什麼樹，卻十分注意那把砍樹的大斧。就這樣他對電一路研究下去，居然又拓疆擴地闖入一個電磁王國，而且他也扯起帥旗招來了麥克斯韋、赫茲、馬可尼幾員大將，浩浩蕩蕩拉起一支電磁學大軍。這支大軍一路衝殺下來，橫穿十九世紀，直勒馬在二十世紀的大門，好不威風。
兵分幾路，各表一支。我們暫先按下電學那路人馬，回過頭來還從化學說起。那戴維自從借得電學大斧後，許多複合物在電斧下都被分解出來，他一路砍得性起，後來連硫、磷、碳、氮這些毫無問題的元素也要砍上幾斧，希望再砍出幾個新元素來，其結果當然是失敗了。這便又生出一個問題，什麼物質還能分解開來？什麼物質便不易再分？若要一直分下去，又會分成什麼樣子？而這又回到我們第一回裡提的那個“世界是什麼”的老問題上來了。
世界是什麼？凡人睜開眼看到天地萬物便不覺想尋根究底。三千年前中國古代學者認為世界大概是金、木、水、火、土這五種“元素”組成的。它們相互搭配，所以世界就現出千差萬別。我們在第一回裡提到的那個古希臘學者泰勒斯(前624-547)則推斷水為萬物之源，只有濕潤才能生萬物，物質由水而來，又化水而去。稍後的希臘學者赫拉克利特(535-475)又提出火是萬物的基礎，世界不過是一團燃燒著的永恆的火。我們第二回提到的那個畢達歌拉斯(前582-500)則認為數是萬物之源，不過這已有點神秘了。這些古希臘學者中最有學問的要算德謨克利特(前460-362)了。他認為事物的本源是原子的排列。它們所以有形態、顏色、味道等許多的不同，那是因為組成它們的原子大小、形狀及排列方式不同。這個猜想真還想到了最要緊之處。它的出發點是唯物的，就是要沿著事物本身去尋根究底。與這同時，我國戰國時期也出現類似的思想，墨翟就提出物質微粒說，他稱之為“端”，而在《墨子》中已論述到物質無限可分的思想了：“一尺之棰，日取其半，萬世不竭。”即你拿一根短棍，今天取一半，明天取一半，後天再切一半，這樣一直切下去，那是永遠切不完的。
可是正當德謨克利特剛提出原子說要接觸到世界的本質時，希臘又出現了一個學者叫亞里士多德(前384－342)，他認為世界是由火、空氣、水、土四種“元素”組成的，而每種“元素”又都表現為熱、冷、濕、干，一種元素通過熱、冷、濕、干的變化就可以過渡而成另一種元素。亞里士多德當時是學術界的最高權威，神聖不可侵犯，他的思想竟統治世界一千來年。這種元素能互變的思想，比起原子論當然是一種退步，而且無論在中國、外國，它又引出一種煉金術來。許多煉丹術士，夢想能煉出長生不老的金丹。就是那雄才大略的秦始皇、漢武帝也都受騙上當，在這方面花費了許多錢財。他們也總夢想點石成金，經過一燒一煉，將普通的銅鐵煉成貴重的黃金。從公元前二、三世紀開始希臘就有人幹這些蠢事，竟一直延續到十八世紀，許多君王都想通過這來解決他們的財政問題。一直到1782年，英國科學已發達，出現了牛頓、戴維，出現了皇家學會，也還有人在作這個夢。有一天英皇喬治三世在宮裡悶坐，正為日漸拮据的財政發愁，忽有人來訪，說他能點鐵成金，而且還帶來了黃金樣品。英王一聽，連忙召見，來人捧上樣品，真個沉甸甸，黃燦燦，耀人眼目。英皇忙問，怎麼個煉法。來人稱：“臣自幼學習化學，現是皇家學會會員。現在所用煉金之法，並不像古術士那樣火燒頑石，而是用最新化學方法使幾種元素參加化學反應生成黃金。”英皇一聽，又是皇家學會會員，又是最新方法，面前又擺著這一堆真金，喜得龍顏大開，忙命收下樣品，並通知牛津大學授他一個博士學位。誰知這事惹起牛津大學和皇家學會的教授學者們的激烈爭議，有人說也許真能點鐵成金，有人說根本是異想天開，爭論的結果還是請這位十八世紀的術士當眾一試。那人也慨然應允，約好日期，他去準備。到那天，觀眾到齊，人們到實驗室請他出台，誰知一推房門，他已伏在桌子上服毒身死。他本是自欺欺人，現在當然過不了這一關，只好一死了之。
卻說化學就是這樣在渾渾噩噩中摸索。有時柳暗花明，有時山重水復。直到英國出了個波義耳，才推翻了亞里士多德的“四元素”說，確立了元素的科學概念。法國出了個拉瓦錫又推翻了〝燃素說〞，確立了氧化物的科學思想，並且排出了最初的元素表。看來物質確實是可以越分越細的。就像力學在伽利略之後要有牛頓、電學在法第之後要有麥克斯韋，這化學也著實需要一個人出來在理論上概括一下了。
正是：
眾人摸索千百年，
窗紙只待一人點。
歷史寵愛幸運者，
勿將機遇來輕看。
各位讀者，你道這個趕上機遇的幸運者是誰？他是英國一個教會中學的普通教員道爾頓(1766－1844)。
這道爾頓出生於一個貧寒的農民家庭，只讀過幾年小學就在家種地，但他頑強自學，1780年時終受聘到肯達爾城的一所教會中學任教。你想這個道爾頓在鄉間耕鋤之餘還要尋書覓字，現在進了城更是如魚得水，終日訪賢問能，汲取知識。一日他聽說城東住著一個叫約翰．戈夫的老人極是博學，便去造訪。他輕輕叩門，裡面一個蒼老的聲音應聲道：“請進！”他推開門，只見迎窗背門坐著一位老者滿頭白髮，聽見有人進來也不轉身，問道：“你是誰？”
“先生，我是約翰•道爾頓，剛來的中學教員。”
“找我有什麼事嗎？”老人回過頭來。
道爾頓這才看清，他已經雙目失明，忙回答：“向您請教一點數學、化學方面的學問。”
“我能感覺到你很激動。大概是沒想到我是個瞎老頭吧。”
這老頭雖是雙目失明，感覺卻十分敏銳。他轉過椅子和道爾頓攀談起來，不一會兒兩人就成了好朋友。他們談天說地，從數學說到物理，說到天文，說到化學，談到高興處，老人站起來走到一張大桌旁要給道爾頓親自做幾個實驗。只見他伸手抽出一隻試管，又從架上拿下一隻瓶子倒出一點藥粉，裝入管內，又嚓地一聲，劃火柴點著酒精燈，將試管移向燈頭加熱，準備水缸，收集蒸汽，又測比重，又測壓力。那雙手熟練得他用什麼物件，恰如那物件就正等在那裡。那雙眼倒不像是失明了，而是一個明眼人幹這種事幹得太熟了，懶得睜眼去看。道爾頓在一旁看得屏氣凝神，真沒想到此時會有這麼一個奇人。實驗做完他連忙請教老人何以有這樣高超的技藝。老人答：“一是靠熟練，二是靠細心，要幹的事沒有不成。”自此道爾頓就常來請教，約翰•戈夫老年無後也就以子相待，傾其胸中才學，教他希臘文、拉丁文、法文和物理、化學、數學。道爾頓在這個小城市教中學十二年，倒跟這位盲老人補習了大學的全部課程。各位讀者，莫只說是道爾頓趕上了歷史的機遇，但與他同時的人何止千萬，而像他這等見縫插針、自學自強的人卻著實不多，原來機遇卻又是專獎給那些經過艱苦準備的人。
道爾頓經約翰•戈夫指點，積十二年之功，已經是學富五車，才思敏捷，更可喜的是養成了一個勤觀察愛思考的好習慣。他有一次為孝敬老母買了一條長筒襪子送回家裡，不想老母一見立即不悅道：“孩子，就算你有孝心吧，也不能讓我這樣的年紀穿這櫻桃紅的艷色襪子去教堂作禮拜吧。”這一句話把道爾頓說得丈二和尚摸不著頭腦。他說：“這明明是正合你老人家穿的深藍色嘛，怎麼會是櫻桃紅呢？”在場的人見狀都哈哈大笑。後來道爾頓又拿各種顏色紙讓他的學生去認，終於他成了第一個發現和研究色盲的人。於是他專門就此寫了論文，並且留下遺囑，死後請將自己的眼球拿去解剖，好探清色盲的原因。
道爾頓除研究色盲外，最長期的大量的工作就是觀察天氣，他一生記了二十萬條觀察記錄，直到臨死的前十五分鐘還記了一條：今日微雨。他的生活極有規律，每天八點起床，先生好實驗室的火爐，然後吃早飯，整個上午做實驗，下午一點吃飯，然後再在實驗室工作到五點，喝茶，再干到晚上九點，吃飯，休息。他在觀察天氣時對空氣發生了興趣。空氣是那麼自由均勻地流動，而盛在容器裡，又給容器壁均勻的壓強。他工作累了，在爐邊喝茶時，那茶香又均勻地飄散到整個房間。看來氣體是些極小的微粒，要不它怎能這樣自由地、勻稱地溶融呢？他想起德謨克利特的關於原子的設想，看來有一點道理。不過那畢竟還是一種哲學的推測，要變成化學的原子論，自然還得經過化學實驗的驗證。但是在無數次實驗中，道爾頓早就發現這種元素的結合總是按一定的比例，比如把氫氣和氧氣放在一起化合，總是兩份氫氣和一份氧氣結合成水。要是氫氣用完了，氧氣還有剩餘，它永遠也只能是氧氣而不可能硬擠到水裡去。這樣，一個偉大的思想生成了。他在1808年終於寫成《化學哲學的新體系》一書。指出：“化學的分解和化合所能做到的，充其量只是使原子彼此分離和再結合起來。物質的新的創造和毀滅，卻不是化學作用所可能做到的。其所以不可能，正如我們不可在太陽系中放進一顆新的行星或消滅一顆現存的行星那樣，或者正如我們不可能創造出或消滅一個氫原子一樣。”就是說物質各由各自的原子組成，想把鐵原子變成金原子是辦不到的，千百年來那些夢想煉鐵成金的人，不知個中底細，就這樣一代一代地撈啊，撈啊，你想怎能不是一場空夢？
既然元素的原子各自不同，那麼它的重量一定不同。但你想那原子何等的小，後來人們才知道，它的直徑只有一億分之一到一億分之四厘米。拿五十萬個原子擺在一根細頭髮絲的直徑上也能放下，而一個原子的重量也只有1/100,000,000,000,000,000,000,000克(10^-23克)。道爾頓當時自然不能拿桿秤去稱它一下，但是聰明的道爾頓卻想出一個妙法，根據各種元素在化合反應時的比例，選擇最輕的氫，定它的原子量為一，以它為基準，其他原素是氫的幾倍就是它的原子量。各位讀者可能還記得，本書第二十二、二十三回寫到開普勒尋找行星間的運動規律，當然也不能用尺去量它們之間的距離。這真是任你小到再小，大到再大，秤不能稱，尺不能量，可是人的思維卻無孔不入，無遠不至，輕而易舉地解決了問題。這道爾頓在1803年9月6日就用他的這種辦法很快列出了化學史上第一張有六種簡單原子和十五種化合物原子的原子量表。為了區分這些各不相同的原子，道爾頓制定一套元素的符號表。道爾頓一下子成了名人。他並不注重名譽，但是戴維不和他商量就把他吸收為皇家學會會員。英國政府授予他金質獎章，柏林科學院授予他名譽院士，法國科學院授予他名譽理士。
正是：
無意逐利利上門，
不想求名名自來。
現在道爾頓開始走出那間擁擠的實驗室，到歐洲各國去遊歷。但他不能像當年戴維那樣，馬車裡有一個漂亮的婦人陪伴。他還是孤身一人，並且終身未娶。別人問他為什麼人結婚，他用手指指腦袋說：“這裡面讓化學反應裝滿了，也就再裝不下一個妻子。”
1822年，道爾頓出遊來到法國。這法國當時也有一位名氣極大的化學家叫蓋呂薩克(1778－1850)。他盛情接待道爾頓，請他參觀實驗室，出席講座，參加宴會。就在訪問結束的那天，蓋呂薩克又把道爾頓請到實驗室裡，說是請求指導一下實驗。這實驗說來極普通，就是氫氧化合成水。他取了兩公升的氫和一公升的氧混在燒升瓶內，密封燃燒，生成了水蒸氣，一量，得到的水蒸氣是兩公升。這時蓋呂薩克說：“道爾頓先生，我們都認為同體積氣體的原子數相同，那末你看剛才的反應是兩個氫原子加一個氧原子生成了兩個‘水原子’，這樣一來豈不是每個‘水原子’裡只能含有一份氫原子、半份氧原子了嗎？按照你的原子論，原子是化學反應中最小的不可分的單位，這‘半個’又怎樣解釋呢？”
道爾頓的原子論問世以來已成功地解釋了不少化學現象，比如反應物都成整數比，成整倍數等，今天蓋呂薩克突然提出‘半個原子’的問題，叫他一下摸不著頭腦。連日來只是聽著恭維、祝賀、誇獎之詞，現在突然被人將了一軍，一時無法下台。他拍拍腦門，又看看燒瓶，只覺汗從額頭出，話卻無處尋。畢竟道爾頓如何收場，且聽下回分解。