书城科普读物走进科学丛书:造福人类的大科学家
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第19章 研究宇宙的化学家尤里

阿波罗登月计划

1969年的一天。美国加利福尼亚州拉霍亚小城。在一所普普通通的公寓里,一位70多岁的老人正激动地在屋里踱步。他满头银发,精神矍铄,脸色红润,深邃的眼睛透着精明和智慧,使人无法相信他已是古稀之人。这位老人就是美国著名的物理化学家尤里。

尤里早已从加利福尼亚大学教授的位置上退休了,但由于他对太阳系及宇宙问题有深刻的见解,被美国国家宇航局聘为顾问,参与阿波罗宇宙飞船登月计划的工作。

阿波罗登月飞行计划早在1961年就开始实施了,到1969年,已经发射了10艘飞船:1~3号为模拟飞船,4~6号为不载人飞船,7~10号为绕地球或月球轨道飞行的载人飞船。

现在,“阿波罗11号”宇宙飞船正载人飞向月球,开始实现了人类登上月球、飞往太空的梦想。

作为阿波罗登月计划的参与者,尤里的心情是无法言喻的,激动、不安,甚至有些焦躁。

忽然,无线电波传来播音员兴奋的声音:人类征服宇宙的第一步已经实现了,今天,美国宇航局的“阿波罗11号”载人飞船已经安全降落在月球表面。

成功了!

尤里松了一口气。虽然飞行前大家已经做了大量精细的检查和计算,但尤里还是不由自主替宇航员们捏了一把汗。

全世界都轰动了。

宇航员在月球上做了短暂的停留后,取回一些月球上岩石的样品,顺利地返回地球。

通过分析岩石样品的性质,就可以确定月球上是否有过生命存在。

分析工作是极其复杂和困难的,它需要工作人员掌握丰富的物理、化学、生理、地质、天文等多门知识。分析结果稍有误差,就会导致错误的结论。

谁能担负起这项艰苦而光荣的任务呢?

科学家们不约而同地想起了一个人——尤里。

尤里确非等闲之辈,早在1946年,他就利用同位素的原理研究地质和宇宙了。

1952~1963年,他依次写了《月球:它的起源和发展》、《陨石的成分和形成》、《陨石的起源和年代》、《金刚石、陨石和太阳系起源》、《一些宇宙化学问题》等书,在天文学家中引起了极大的反响。

尤里的目光不仅注视着浩瀚的宇宙,他还把研究目标转向了自己脚下的地球。

人类在不断发展的过程中,始终没有忘了追根溯源:在地球初期,生命究竟是怎样形成的?

通过研究生命在历史上发展的“档案”——化石,人们知道,最早在地球上出现的生物是单细胞菌类,这是最低级的生物,之后经过漫长的演化,慢慢出现了鱼类、植物、哺乳动物,最后出现了猿人,这就是人类的祖先。

但是,有一个问题困扰着人类:地球上最早的低级生物——单细胞菌类,又是从何而来的呢?

有些生物学家推测:地球在原始时期,大气中的成分主要是氨、甲烷、氮等气体,后来由于火山喷发、闪电等自然原因改变了气体中的成分,地球的自然条件发生了变化,水、空气和适宜的温度都适合生物的生存,因此,构成生命的最基本的单位——氨基酸就产生了,又经过漫长的过程,最简单的生物单细胞菌类就出现了。

尤里很赞成这种假设,他决定利用化学方法来模拟原始地球的条件,研究能否产生氨基酸。

他和自己的助手米勒将氨、甲烷和氢气装在一个5升的大烧瓶中,然后将另一个装有一些水的小烧瓶和它相通。

他们加热小烧瓶里的水,使灼的水蒸气进入大烧瓶中,模拟地球原始条件下的水及适宜的温度。

大烧瓶里装有电极,他们给电极通电使它不断产生火花,模仿原始条件下的闪电。

他们把这个实验进行了1周,大烧瓶中的气体经过水蒸气和火花的灼烤,产生物和冷凝的水一同回到小烧瓶,如此反复循环不止。

实验结束后,尤里对最后的产物进行分析,结果发现产物中果真含有多种氨基酸,如甘氨酸、丙氨酸等。实验证明假设是正确的。

而尤里所采用的这一实验方法也因此闻名于世,被称做“尤里—米勒实验”。

尤里可以说是研究宇宙的“化学家权威”,分析月球上岩石成分的任务,看来非他莫属了。

尤里取回样品,利用多种物理和化学方法,测得了月球岩石的年龄及含有的成分,证明月球从没有过生命。

他的智慧和才能甚至连地质学家也敬佩不已,要知道,尤里当时已是76岁高龄的老人了。

“曼哈顿工程”的核心成员

尤里是一位化学家,他“转行”从事地质和宇宙研究时,已经年过半百了。

究竟为什么改变自己的研究方向?我们无从知道,但从他参与“曼哈顿工程”之后写的《原子弹的社会影响》一文,我们或许能了解一些尤里伟大、仁慈的胸怀。

“曼哈顿工程”是美国研制原子弹的一项重要、机密的工程。“曼哈顿”不过是一个蒙蔽外人的代号。

第二次世界大战使世界各地狼烟四起,尤其是欧、亚大陆,更是生灵涂炭,一片狼藉。

尤里身在美国,但强烈的爱憎感情使他痛恨德意日的那些法西斯匪徒,他渴望拿起枪,走上反法西斯的战场。

这当然是不可能的,一方面他年龄偏大,另一方面,美国的“曼哈顿工程”需要他——他毕竟是一位知识渊博的科学家,在这里,更能发挥他的特长。

尤里和费米、泰勒等人一起被任命为这个工程的领导小组成员。

作为一个科学家,尤里当然明白原子弹巨大的破坏力。但想到它可以彻底地打击法西斯分子,尤里干劲倍增,他一丝不苟地坚持自己的工作:分离铀的同位素、生产重水等,还帮助别人解决了许多重大的问题。

原子弹终于制成了,像所有的科学家们一样,尤里为这一伟大的工程欢呼。

然而,出乎尤里意料之外,制成的两颗原子弹没有去消灭穷凶极恶的法西斯军队,却落在了日本的广岛和长崎。

两座繁华的城市刹时变成了两座废墟,十余万手无寸铁的平民百姓无辜地惨死了。

尤里甚至能想象到那幅可怕的画面:浓烟、废墟、尸体、残肢断臂、号哭的幸存者……尤里的心里掠过一丝不安,当死亡的平民人数经报纸映入他的眼帘时,他的心剧烈地震颤起来。

十多万个生命!他们中有老人,有孩子、有妇女,甚至可能还有未出生的胎儿……尤里不敢再想下去了。

他回忆起第一次世界大战时的哈伯,他因为研制毒气弹而受万人唾骂,自己的行为和他又有什么区别呢?

这件事极大地刺激了尤里,他发誓不再涉足原子核的研究,也许茫茫的宇宙才是人最终的归宿,是他心灵的解脱。尤里觉得:人应该善良,应该有起码的良心。正是基于这种朴素的认识,54岁的尤里才开始了对天和地的探索,在这个神秘的世界里,不会发生情感的纠葛。

尤里和氢的同位素

尤里对原子弹给日本人民造成的灾难深感痛悔,其重要的原因之一是他就是生活在平民阶层的农民的儿子。

1893年4月29日,尤里出生在美国印第安纳州的沃克顿。父亲不久就去世了,尤里只好跟再嫁的母亲移居到加拿大蒙大拿州。继父经营着一个农场,但效益很差,因此,尤里家的生活非常拮据。

家庭的环境影响不了尤里的求知欲望,在那个荒凉落后的山区,尤里以优异的成绩读完了高中,他梦想着跑入大学神圣的殿堂。惟一的障碍就是没有足够的学费。向家里求助是不可能的,只有自己去想办法。

碰巧,蒙大拿公立学校缺一名教师,尤里觉得这是一个难得的机会,既可以筹集一些进大学的费用,还可以巩固自己的所学的知识,一举两得。他决定去应聘。

由于他毕业成绩优异,没费什么周折,他就成了蒙大拿公立学校的一名物理教师。

尤里的教师工作做得非常出色,3年聘期满后,学校极力挽留尤里,请他继续任教,但尤里忘不了自己毕业时的理想,进大学深造才是他最终的目的。

1914年,尤里轻松地考入了蒙大拿州立大学,学习动物学和化学。到学校报到后,尤里才发现,自己教学积攒的钱根本无法供自己读完大学。这确实是一件让他挠头的事。一切都得靠自己。尤里聪明的大脑很快想出了解决的最佳方法。

首先,为了省钱,尤里没有去租住公寓,而是在学校的空地上搭起一座旅游用的帆布帐篷,从教学楼内扯出电灯线,这样,帐篷既能休息,也能学习。

其次,尤里决定利用学校的假期时间到外面打工,尽量以此补充不足的学费和生活费。

第三个方法,就是刻苦努力,把4年的课程争取3年内读完,无形中又少了一笔费用。

尤里的方法奏效了,3年后,他顺利地获得了大学学士学位。

以后的发展就顺利多了:1917~1919年他在费城巴雷特化学公司任化学师。1919年任蒙大拿大学化学讲师。1921年在伯克利的加利福尼亚大学从师刘易斯攻读化学,1923年获物理化学博士学位……

这里,应该介绍一下尤里在1930~1931年的发现。

这段时间是尤里最值得回味的日子,因为他发现了氢的同位素——氘,并因此获得1934年诺贝尔化学奖。

氘是一种非常重要的元素,它与氧化合生成的水,叫做重水。

重水是核反应堆中必不可少的中子减速剂。从这一点来看,它的被发现,意义是重大的。

但它从被发现到被科学界承认,却经过了重重的考验。

1930年,许多化学家都把研究同位素当做自己的研究课题,并相继发现了许多元素的同位素,如氖有两种同位素,表示为20Ne和22Ne,氧有三种同位素,表示为16O、17O、18O。氢原子是最简单的,它有没有同位素呢?对于这个问题,众说纷纭,莫衷一是。尤里坚定地认为:氢一定有同位素。他运用自己丰富的想像力,推断出氢不但有同位素,而且不止一个。尤里把氢的两个同位素称为氘和氚。仅靠推理是不能让人信服的,尤里要用实验加以证实。

他采用“分馏”的方法,将液态氢蒸发,从残液中找到了氘。他还计算出,氘约占氢的四千分之一。

1931年,尤里将自己的发现公布于世。

通往成功的路从来就不是平坦的,英国化学家索迪首先提出了反对意见,认为尤里发现的根本不是氢的同位素。索迪是化学界的核心人物,而且早在1921年,由于他创造的同位素理论而使他获得了当年的诺贝尔化学奖。

他的话是最富有权威性的,但尤里并没有盲目地崇拜他,他相信自己的判断。

要想让人们承认自己的发现,必须在各种学术会议上讲演,随时答复听众的问题。否则仅凭一纸枯燥的论文,是无法和索迪的反对意见相抗衡的。尤里筹措到路费,开始到各地的科学会议上做马拉松式的报告。时间可以证明一切。尤里的发现终于被世人了解并承认,尤里的名字也被世人所熟知。

氘的发现是尤里一生中最感自豪的事情,他能够预见到氘在能源方面的重大利用价值,这是他备感欣慰的。

20世纪70年代,正是航天技术飞速发展的时期,尤里已经80高龄了,但在“海盗号”火箭探索火星的计划中,他还是被聘为特别顾问。

1976年,“海盗1号”和“海盗2号”相继在火星表面软着陆,尤里在自己参与的最后一项工作中,幸运地又看到了成功。

1981年,天才的化学家尤里在拉霍亚自己的卧室里平静地去世了,终年89岁。

一颗天才的巨星陨落了。但尤里留下的丰硕的科研论文和他孜孜不倦的追求精神却流传后世,永不磨灭。