第四十二回：踏破鐵鞋得來卻在故紙裡，種瓜得豆辛苦終會有收成
——惰性氣體的發現上回說到天文學家讓遜和洛克爾在日蝕光中發現一種新譜線，給物理學家出了一個難題，有好幾年誰也無法解釋。人們只好猜測太陽裡可能有一種新元素，於是就把它定名為“氦”(希臘文太陽之意)。誰知一波未平，一波又起。1892年，洛克爾突然收到一封信，信中提出一個無法解釋的疑團，洛克爾就乾脆把它發表在自己主辦的《自然》雜誌九月號上：
“今有一事特向貴刊和貴刊的讀者求教。我最近多次用兩種方法制取氮氣，但它們的密度總不一樣。既是同一物為什麼會有兩種密度呢？”
瑞利1892年9月24日
各位讀者，你道這個瑞利(1842－1919)是誰？他是英國劍橋大學的教授。此人有極好的耐心，因此他也就選了一個極要耐心的研究題目，那就是測量各種氣體的密度(密度是指一升氣體在0度和一個大氣壓下的質量)。而他的實驗室裡也有當時極好的一架天秤，靈敏度可達到萬分之一克。他制了一個大玻璃球。用真空泵將球內空氣抽空，稱出球重，算出體積，再充進各種氣體，稱出淨重，求出密度。幹這種重複枯燥的事，他真能不厭其煩。每種氣體都要稱幾次，而且氣體每次都得以不同方法制得，如果測量結果都一致了，這才放心。他就這樣稱了氫又稱了氧，稱了氧又稱氯，稱了氯又稱碳酸氣，對著那個玻璃球，抽了又充，充了又稱，稱了再算。從1882年開始一直干了整整十年。這工作雖然枯燥，但那些氣體在他的手中都一一有了精確的密度，內心倒也十分愉快。不想到第十個年頭上，瑞利這個辦法再也不靈。他測氮氣密度，第一個辦法是讓空氣通過燒得紅熱的裝滿銅屑的管子，氧與銅生成氧化銅，剩下的就是氮氣，密度為每升1.2572克。第二個辦法是讓氧氣通過濃氨水，生成水和氮氣，這種氮氣的密度為每升重1.2560克，比空氣中的氮輕了0.0062克。瑞利百思不解，便向《自然》雜誌為了以上那封信。信發表後，瑞利一面盼著回音，一面不停地重複這個實驗。誰知道這個0.0062就像鬼影一般，揮之不去，閉眼又來。直氣得他真想把那個玻璃球一拳砸爛。小數點後面三位的小誤差，這在一般人也就算了，但是細心的瑞利卻決不肯放它過去。而他的信在雜誌上公佈了二年，竟沒有收到一封回信。瑞利實在等得不得了，便帶上他的儀器直闖皇家學會。1894年11月l9日，他向許多化學家、物理學家當面做了一個關於“兩種氮氣”的報告。這一招還真靈，報告剛完，便有一個化學家拉姆賽(1852－1916)自報奮勇出來幫忙，他說：“兩年前我看到你那封信還沒有弄懂其意，今天我明白了，你從空氣中得到的氮氣一定含有雜質，所以會密度稍大。”這真是響鼓不用重槌，明人不用多說，瑞利恍然大悟：雜質不就是未發現的新物質嗎？原來一塊新大陸正在招喚他呢！瞬間，心頭的愁雲早已化成了眉梢上的笑意。他想，或許我已經抓住新元素的尾巴了。這瑞利正喜不自禁，突然有一個叫杜瓦的物理學家又走上前來將他的肩膀拍了一把：“老兄，這個問題卡文迪許早在20年前就曾提出過，我建議您去查查他留下來的筆記，或許能幫您一把。”卡文迪許(1731－1810)，瑞利現在就正在卡文迪許實驗室工作，那些舊筆記就鎖在他手邊的櫃子裡。他一聽這話更是喜上加喜，連忙喊道：“我現在就收拾東西回劍橋去。”
各位讀者，你道這卡文迪許何許人也？他可算得上科學史上的一個怪人。他出身貴族，很有錢，但是一不做官，二不經商，三不交際。他把錢都用來買科學儀器和圖書，他還蓋了一個很像樣子的私人圖書館，任何人都可以來借書，但是一定要按時歸還，就是他自己看書也要先打個借條，辦個手續。他的穿戴全是上個世紀的打扮，所以一出門就有許多小孩子跟在後面，又叫又笑。他一輩子沒有結婚，不知缺根什麼神經，從心裡厭惡女人，家裡用看女僕，但又規定不許與他見面。每天早晨，他將吩咐女僕辦的事寫在紙上，放在固定地方。吃飯時女僕先擺好飯菜退出餐廳，他再進來落坐。他離開後，才許女僕進來收拾碗筷。一天，他在樓梯上與女僕偶然相遇，一時竟氣得發抖，返身找到管家，命令再造一個樓梯，男女各行其便。他思維怪異，一生發現甚多，比如：第一個從水中電解出氫、氧，並測出比例；第一個測出地球的密度等等。但是他又極少公開發表，寧肯讓這許多成果掩藏在塵封土埋的筆記本裡。直到他死後五十年，麥克斯韋受命籌建卡文迪許實驗室，才十分吃力地將這些“天書”一本本地整理發表。這件事，著實使那個極聰明的麥克斯韋晚年耗費了許多的精力。
再說瑞利連忙趕回劍橋，一進實驗室就開箱啟櫃，抱出那一疊疊紙色變黃的筆記，終於在皇家學會1784年和1785年的年報中找見卡文迪許的一篇《關於空氣的實驗》，而在他的筆記中又讀到了更詳細的實驗記錄。原來這個怪人想出了這樣一個怪辦法，他將一個U形管的兩頭浸在兩個裝有水銀的酒杯裡，架起一個天橋，再用當時還原始的摩擦起電機從兩頭通電，U形管中的氧氣和氮氣在電火花一閃時便化合成紅色的二氧化氮，接著滴進一種特殊溶液將其吸收，再通氧，再化合，如此反覆多次。卡文迪許和他的助手輪流搖起電機，整整搖了三個星期，最後彎管中還剩下一個很小的氣泡，任你怎樣通電，它也再無絲毫的表示。卡文迪許當時就斷定，看來空中的氮氣(當時叫濁氣)不是單一物質，一定還有一種不與氧化合的氣體，而且他還算出了這種氣體不會超過全部空氣的1/120。
啊，原來如此。這真是：
踏破鐵鞋無尋處，得來卻在故紙中。
卻說瑞利找見卡文迪許的筆記，喜得手直發癢，立即架起儀器，重做這個109年前的氣泡試驗。不過，他現在已有了最新設備，這氣泡立時就得。他又將此事通知拉姆賽，拉姆賽用其他方法也獲得了同樣的氣泡。看來，這東西肯定是一種未發現的元素了，而且十有八九就是洛克爾和讓遜在太陽上發現的那個氦。現在又用得上基爾霍夫發明的那個雪茄煙盒子照妖鏡了。他們興沖沖地取來分光鏡，誰知不照猶可，一照忽如一盆涼水貼著半個身子從頭到腳淋了下來。讀者或許要問，怎麼會是半邊涼呢？原來瑞利滿以為這回他一定捕到了那個已有26年沒有歸案的逃犯——氦，不想分光鏡裡的譜線卻又是另外一種，所以渾身就涼了半邊。可是他再仔細一看，這譜線是橙、綠兩條，和其他已有元素也對不上號，不禁又激動起來。種瓜不收反得豆，他沒有逮住“氦”，卻發現了另一種新元素。瑞利給他起了個新名字叫“氬”，這在希臘文裡是不活動的意思。同時拉姆賽在倫敦也找到了氬。這是1894年8月的事。
卻說瑞利和拉姆賽種瓜得豆，找氦得氬後，拉姆賽總不死心。這時，他們找見氬的消息傳出，一位化學家給拉姆賽寫信說，釔鈾礦和硫酸反應會生成一種氣泡，不能助燃，也不能自燃，說不定就是你的氬。拉姆賽連忙一試，這種氣體的光譜竟和氬又是不同。他實在想不出這又是一種什麼新玩藝兒，便連同裝著新氣體的玻璃管和分光鏡一起送給當時最權威的光譜專家克魯克斯，請他鑒定。1895年3月23日，拉姆賽正在實驗室裡工作，突然收到一份電報：
“你送來的氣體，原來就是氦。——克魯克斯。”
真是有心裁花花不活，無心插柳柳成蔭，想不到追查了27年的氦，倒這樣輕易地被逮捕歸案了。
但是拉姆賽脾氣很強，他總覺得氦這樣躲躲藏藏地和他作對，雖然找見了也不痛快。而且，氦既然很不易和其他元素結合，那麼它一定會獨立存在於空氣中，所以他決心要在空氣中直接找到氦。他知道氦、氬都有惰性，已不易通過化學反應將他們分離，這回他換了一個物理的辦法，就是將空氣冷凝到零下192℃，變為液體，根據它們蒸發的先後次序不同，再將他們一一分開。
這天上課了，拉姆賽教授走進課堂，他在桌上放了一個特製杯狀大器皿。裡而是冷凝的液態空氣。學生們從沒有見過空氣會像水一樣盛在杯子裡，都瞪大眼睛看教授要做些什麼。只見拉姆賽拿起一個小橡皮球在器皿裡浸了浸，往地上一扔，球沒有像往常那樣蹦起來，卻嚓啦一聲跌了個粉碎。只聽教室裡齊刷刷地“呀”了一聲，學生們驚得一個個眼睛溜圓。教授不慌不忙，又往一隻裝滿水銀的試管裡插進一根鐵絲，連試管往器皿裡一泡，再抓住鐵絲往出一拉，竟拉出一根水銀“冰棍”，拉姆賽拿起一個釘子，用這根冰棍，噹噹噹，幾下就將釘子釘到牆裡，這時教室裡又叫起一片笑聲。但是還不等笑聲散去，教授又從口袋裡掏出一塊麵包，大家還沒有看清怎麼一回事，麵包早在器皿裡打了一個滾，又撈了上來。拉姆賽說：“快將窗簾拉上！”只見室內一暗，這麵包竟發出天藍色的光。但是這時學生們卻有點急了，那寶貴的液態空氣越蒸發越少，難道花那麼多錢就為今天變一陣魔術嗎？不想，拉姆賽乾脆宣佈實驗結束，大家回家吃午飯。他將那杯液態空氣大敞著口，鎖上門，揚長而去。
原來拉姆賽心中有一個既定主意。他想氦一定比氧、氮蒸發的慢，最後留在器皿底下，慢慢來收拾也不會跑掉。下午，拉姆賽將器皿底那點已經不多的空氣經過除氧、除氮處理，收得一個小小的氣泡，再用那個分光鏡一照，氦沒有找見，可是又出現了一種新譜線－這一定又是一種新元素了。這又是種瓜得豆，種豆收麥，跌跤拾寶，陰差陽錯。拉姆賽把這種新元素定名為“氪”(希臘文隱藏之意)。這天是1898年5月24日。
沒有找見氦，拉姆賽並不氣餒。他想，你沒有留在最後就說明你先蒸發走了。這回他學聰明了，將液化空氣一點點蒸發分餾，然後逐次抽樣，用分光鏡檢查。他先查出一種新元素把它定名為“氖”(希臘文“新”之意)，然後終於找見了那個最狡滑的氦，接著在1898年7月12日又找見了“氙”(希臘文“陌生”之意)。這樣拉姆賽用分餾法加光譜法，在不到半月內就連克三城，發現了三種最不易為人看到的惰性元素。到此為止，那個氦已讓人發現過三次了。第一次在太陽上，第二次在釔鈾礦裡，第三次在空氣裡。因為找它，又牽出了一串惰性元素。後來拉姆賽說：“尋找氦使我想到了老教授找眼鏡的笑話。他拚命在地下找，桌子上找，報紙下找，找來找去，眼鏡就在自己的額頭上。氦被我們找了一大圈，原來它就在空氣裡。”
正是：
種瓜不成反得豆，陰差陽錯終能收。
只要張網細打撈，魚蝦蟹蚌都不丟。