| 讀《放射性秘史》：從第三朵烏雲到蘑菇雲 |
| ——放射性的秘密歷史 |
《放射性秘史——從新發現到新科學》，【美】瑪喬麗·C·馬利著，喬從豐等譯，上海科技教育出版社2016年12月出版
■趙地
19世紀末，以經典力學、經典電磁理論和經典統計力學為三大支柱的經典物理學大廈已經建成。很多物理學家都以為，物理學很難再有所作為了。但是，還是有幾位目光敏銳的科學家注意到了一些不同尋常的跡象。1900年4月27日，大名鼎鼎的開爾文勳爵在展望20世紀物理學前景時講道：「動力學理論認為熱和光都是運動的方式，現在這一理論的優美和明晰，正被兩朵烏雲籠罩著。」這「兩朵烏雲」就是邁克耳孫—莫雷實驗的零結果和黑體輻射理論問題。這兩朵烏雲給物理學帶來了一場突如其來的風暴，顛覆了舊理論體系的框架，分別導致了20世紀物理學的兩大理論體系——相對論和量子力學——的誕生。
上面這個故事，估計學過高中物理的人都耳熟能詳了。但是很多人並不清楚，當時籠罩在物理學上空的除了這兩朵烏雲，還有一團迷霧——也許算得上是「第三朵」烏雲。1895年底，德國物理學家倫琴發現，真空管能夠發出一種穿透性極強的不可見射線，因為人們對其一無所知，就把它命名為「X射線」。
前面那兩朵烏雲尚且有跡可循，開爾文勳爵針對它們分別提出了自己的解決方案，但X射線來無影去無蹤，簡直是天外來物，他對其是否存在表示非常懷疑，甚至認為這是一個徹頭徹尾的騙局。可惜，這次他又錯了。後來，倫琴把實驗記錄和為夫人所攝的手骨照片（這可是世界上第一張X光片）寄給開爾文，他才相信了。
然而，X射線只是這團迷霧的引子。有科學家從X射線聯想到了螢光現象（某種物質受光照射後自身發光的現象稱為螢光），這兩者之間是不是有什麼關係呢？法國科學家亨利·貝克勒耳及其父親都是螢光研究專家，他聽了龐加萊有關X射線的演講之後，回家好好研究了父親收藏的螢光鈾礦石，結果發現，鈾礦石不受光照仍然能夠發出不可見的射線。這一回，放射性科學才算真正誕生了。
放射性從這個一開始毫不起眼的發現，發展為一門新科學，進而分化為其他學科的歷程，遠不是一帆風順，而是從一開始就籠罩在迷霧之中。從頭到尾，一個接一個的謎題紛至沓來：鈾礦石發出的射線似乎是混合物，那麼究竟一共有幾種？這些射線本身是什麼？發射射線後原子本身發生了什麼變化？後來發現放射性物質能不斷蛻變成新的放射性物質，直至生成一個長長的衰變鏈，每種新物質似乎都是一種新元素，可是當時元素周期表只剩4個空缺了，怎麼把這些新元素填進去？這麼多放射性物質之間又有什麼關係呢？放射性過程會釋放巨大的熱量，這些熱量從哪裡來？
與此同時，這個歷程又是極其短暫的。在解答這些謎題的過程中，放射性科學快速地發展起來，但也快速地分化為其他學科了。就像莊子所說的「混沌」一樣，日鑿一竅，七日而死——僅僅30餘年後，所有問題就得到了解決或轉化，迷霧漸漸消散，放射性本身作為一門學科的歷史也走到了盡頭，與量子力學結合後轉化成了核化學、核物理學和粒子物理學。
這段短短30年，卻充滿著迷霧、困惑和發現之喜悅的歷史，構成了圖書《放射性秘史——從新發現到新科學》的主題。該書首先把我們帶回到那個蒙昧的時代，體會先賢們面對放射性時的迷惑。那時候人們對物質的結構還知之甚少，原子是什麼結構，甚至存不存在原子還未可知。科學研究中家庭實驗室佔了相當大的比例，研究結果良莠不齊。比如《烏合之眾》的作者勒邦也來添亂，聲稱自己發現了「黑光」——其實全是造假。法國物理學家布隆代爾號稱自己發現了「N射線」，轟動一時，後來也被證明一點也不可信。真真假假的研究摻雜在一起，複雜的社會和文化因素也牽動著科學研究，先賢們必須破除種種障礙，才能艱難前進一步。
在當時，歐洲大陸科學界中盛行著實證主義思潮。實證主義倡導無明確意義的數學方法，迴避對某種現象採用直觀模型。
出於實證主義思想，歐洲大陸物理學家試圖將放射性也納入到熱學理論中。熱學的特點是，根本不需要知道物質內部的結構，用幾個方程倒來倒去，就能得到許多正確的結果——這正是標準形式的實證主義理論。而且，當時經典熱力學和統計力學已經取得了巨大的成功，被認為是物理學萬世不易之基。面對放射性這一團迷霧，歐洲物理學家採用「鴕鳥」策略，根本不管放射性究竟是什麼，就套上熱力學公式算上一通。在他們看來，只要算得符合實驗結果，問題不就解決了嗎？他們對機制、模型沒興趣，只認數學公式！
正是因為這個原因，居裡夫婦在「放射性過程中原子會不會蛻變」這個關鍵問題上栽了一個大跟頭。作為歐洲大陸物理學家，他們從頭到尾都在建立不涉及實質的熱力學理論，試圖以此解釋放射性現象，根本不去考慮「原子會發生變化」這種可能性，結果被紐西蘭人盧瑟福和英國人索迪搶了先。後者首先提出，放射性是原子核內部發生變化引起的，元素會自發變成另一種元素！有趣的是，後來，居裡夫婦的熱學研究也證明了自己觀點的錯誤——1摩爾鐳每小時能產生令人驚異的22500卡路裡熱量，而且非常持久，任何化學反應都做不到這一點。
除了講述放射性科學發展的歷程外，《放射性秘史》還講述了放射性與社會、政治的互動。放射性一經發現，就立即被用於治療疾病——癌症、肺結核等，隨後又因為良好的療效被人們吹捧成包治百病的靈丹妙藥。人們將其添加進牙膏、化妝品中，還去含有放射性物質的溫泉沐浴，甚至暢飲號稱讓人長生不老的「鐳水」。詛咒馬上就降臨了，攝入含鐳塗料的刷漆女工不幸患病致死，一位吃含鐳補藥的美國名流不幸身亡，居裡夫人等科學家得上了癌症。這給放射性的正面形象蒙上了陰影。
然而，真正讓其形象徹底坍塌的是，1945年第一顆原子彈的爆炸。盧瑟福曾經認為，人們想開發原子能是「痴心妄想」。他說：「我們不可能控制原子能使其具有商業價值，我認為人類永遠不可能做到這一點。」可就在僅僅12年後，美國在日本廣島投下了原子彈「小男孩」，震驚了全球，徹底改變了世界的政治形勢。放射性這一朵烏雲在爆炸聲中進化成了蘑菇雲，科學不再被人類視作解決一切問題的救世主，再也回不到擺脫政治和社會獨立發展的純真年代了。
《放射性秘史》為我們理解經典物理被現代物理所替代的科學革命提供了一個新視角。比起那兩朵烏雲，這條科學發展之路與社會和政治的關聯更緊密，其影響至今不息，對當代讀者極有借鑑意義。
《中國科學報》 (2017-07-28 第6版 讀書)