養(yǎng)活了20億人的“化學(xué)戰(zhàn)之父”

楊朔

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他是第一位找到從空氣中獲取氮肥方法的化學(xué)家，因?yàn)樗陌l(fā)現(xiàn)，數(shù)十億人不再飽受饑餓之苦，諾獎(jiǎng)委員會(huì)也將科學(xué)界的最高榮譽(yù)授予了他。然而，提議并推動(dòng)氯氣在“一戰(zhàn)”戰(zhàn)場(chǎng)上使用，也讓他成了雙手沾滿鮮血的“化學(xué)戰(zhàn)之父”。他就是弗里茨·哈伯。

氮?dú)鉄o價(jià)

1898年9月，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)院士威廉·克魯克斯發(fā)表了一個(gè)演講，提出了一個(gè)緊急且致命的問題——人類即將面臨糧食危機(jī)，舊的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式不可持續(xù)，地球上已經(jīng)沒有更多可耕種的土地。然而“人類饑餓的嘴巴在繼續(xù)繁殖”，解決辦法只有一個(gè)字：氮。

氮是組成生物體的重要元素，也是生產(chǎn)肥料、農(nóng)藥、炸藥的原材料。它來源廣泛，約占大氣含量的78%，不過因其性質(zhì)穩(wěn)定，很難被生物體直接利用。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)通過集約回收人畜糞便、種植豆類植物或?qū)嵭休喿鞲N的方式提高土地含氮量，改善土地肥力。

19世紀(jì)初，人們?cè)诰嚯x秘魯海岸不遠(yuǎn)的一個(gè)小島上，發(fā)現(xiàn)了積累了幾個(gè)世紀(jì)數(shù)以百萬噸計(jì)的鳥糞，鳥糞中因含有豐富的有機(jī)質(zhì)和氮磷化合物，屬于上好的作物肥料，引發(fā)各國(guó)爭(zhēng)搶熱潮——僅1869年，就有55萬余噸的海鳥糞被開采。1856年，美國(guó)甚至出臺(tái)了《鳥糞島法案》，其中規(guī)定：凡是含有鳥糞沉積物且無人認(rèn)領(lǐng)的島嶼，美國(guó)公民可以占為己有，必要時(shí)國(guó)家可以出兵保護(hù)。然而由于過度開采，這些優(yōu)質(zhì)肥料被很快耗盡。

19世紀(jì)70年代，人們又在位于秘魯南邊的智利發(fā)現(xiàn)了一種富含氮的硝酸鹽礦石，氮肥緊缺的危機(jī)得以暫時(shí)緩解。到了1900年，智利生產(chǎn)的肥料已經(jīng)占全球總量的三分之二。不過好景不長(zhǎng)，經(jīng)過數(shù)十年的開采，智利硝酸鹽礦石也出現(xiàn)了即將耗盡的跡象。

這引起了大西洋彼岸的德國(guó)的擔(dān)心。19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，德國(guó)發(fā)展迅速，歐洲的工業(yè)重心從英國(guó)轉(zhuǎn)移至德國(guó)，與此同時(shí)，德國(guó)的人口也開始快速膨脹。從1870—1910年，德國(guó)人口在短短40年時(shí)間里，從3950萬激增至6350萬。因此，對(duì)于氮肥的需求也與日俱增，當(dāng)時(shí)的德國(guó)已經(jīng)成為智利硝酸鹽的最大進(jìn)口國(guó)。

智利硝酸鹽礦石的日益枯竭以及對(duì)于爆發(fā)戰(zhàn)爭(zhēng)的擔(dān)憂——一旦發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)，德國(guó)人海上硝石運(yùn)輸線被英國(guó)切斷，他們將面臨缺少糧食和彈藥的困境——令德國(guó)人意識(shí)到必須找到能夠工業(yè)化固氮的方法，將空氣中豐富的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為含氮化合物。

然而研究卻一直徘徊不前。科學(xué)家試圖通過氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)生成氨，實(shí)現(xiàn)氮的固定，但是氮?dú)庑再|(zhì)穩(wěn)定，每一對(duì)原子之間存在3個(gè)共價(jià)鍵，想要破壞這些共價(jià)鍵需要大量能量，無法在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

這些問題始終難以解決，直到猶太人弗里茨·哈伯（Fritz Haber，1868—1934）的出現(xiàn)。

要強(qiáng)的哈伯

1868年，弗里茨·哈伯出生于東普魯士布雷斯勞（現(xiàn)屬波蘭）一個(gè)猶太人家庭。哈伯的父親是一名制造染料和油漆的富商，希望哈伯能夠子承父業(yè)，不過，對(duì)化學(xué)工業(yè)充滿熱情的哈伯對(duì)經(jīng)商完全不感興趣。

自1886年開始，哈伯輾轉(zhuǎn)于柏林大學(xué)、海德堡大學(xué)、柏林技術(shù)大學(xué)等校求學(xué)。1891年，23歲的哈伯在柏林技術(shù)大學(xué)化學(xué)教授卡爾·利伯曼的指導(dǎo)下，以優(yōu)異成績(jī)獲得了博士學(xué)位。

哈伯起初關(guān)心氮問題并不是出于解決人類糧食問題的責(zé)任心，而是因?yàn)橐粋€(gè)意外。1903年，哈伯收到了奧地利一家化學(xué)工廠經(jīng)理的來信，他們?cè)诨瘜W(xué)品中檢測(cè)到了令人興奮的氨，求助于哈伯，希望獲得商業(yè)化量產(chǎn)制氨的技術(shù)。哈伯研究之后發(fā)現(xiàn)，在1000℃的高溫下氮?dú)鈺?huì)和氫氣發(fā)生反應(yīng)生成氨，但熱量又會(huì)導(dǎo)致氨快速分解，因此最終混合物中氨的含量微乎其微，不具備生產(chǎn)價(jià)值。“這是人與自然徒勞的斗爭(zhēng)”，他告訴經(jīng)理這項(xiàng)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)，并將研究結(jié)果發(fā)表在了科學(xué)期刊上。

哈伯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果引來了大名鼎鼎的瓦爾特·能斯特的質(zhì)疑，能斯特認(rèn)為哈伯的實(shí)驗(yàn)夸大了氨的合成數(shù)量，樂觀估計(jì)了氨的合成難度，他嘲諷道：“我想建議哈伯教授采用正確的方法計(jì)算（氨）含量?！蹦芩固乇裙?歲，此前因發(fā)現(xiàn)了熱力學(xué)第三定律，被視為科學(xué)界新興的學(xué)術(shù)明星。能斯特的質(zhì)疑讓哈伯倍感惱怒和羞愧，強(qiáng)烈的自尊心讓他一頭扎進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室，決心證明能斯特的錯(cuò)誤。

哈伯通過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高壓有助于降低反應(yīng)所需的溫度。在助手羅塞格爾的幫助下，哈伯建成了耐高壓的實(shí)驗(yàn)設(shè)備；又在朋友恩格勒（恩格勒為德國(guó)最大的化學(xué)公司——巴斯夫公司的監(jiān)事會(huì)成員）的努力下，哈伯與巴斯夫公司達(dá)成合作，獲得了研究資金。為了促進(jìn)反應(yīng)的高效進(jìn)行，哈伯還需要催化劑，在嘗試過鎳、錳、鉑以及多種稀有元素后，他找到了合適的催化劑——鋨。

1909年3月，哈伯合成氨的實(shí)驗(yàn)終于成功了，他興奮地向同伴喊道：“下來吧！有氨氣！”實(shí)驗(yàn)結(jié)果立即報(bào)告給了巴斯夫公司，然而當(dāng)獲悉實(shí)驗(yàn)至少需要100個(gè)大氣壓時(shí)，公司董事長(zhǎng)布倫克的態(tài)度頓時(shí)冷漠下來，緩緩地說道：“昨天7個(gè)大氣壓就炸毀了我們的一個(gè)高壓釜?！毖韵轮?，如此高壓根本無法進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，布倫克對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不滿意。與此同時(shí)，還有一個(gè)顯而易見的難題——反應(yīng)所需的催化劑鋨不僅稀缺而且昂貴。

盡管面臨兩大難題，巴斯夫公司的研究員卡爾·博施卻認(rèn)為公司值得冒險(xiǎn)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。在博施的不懈努力下，哈伯的發(fā)明被推向工業(yè)化生產(chǎn)，該方法也被后世稱為“哈伯—博施法”。

第一次世界大戰(zhàn)后，世界各國(guó)開始普遍采用“哈伯—博施法”固氮，哈伯也因此榮獲了1918年度的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，以表彰他找到了將氮元素合成氨的方法。據(jù)學(xué)者們計(jì)算，“哈伯—博施法”制造的肥料可能養(yǎng)活了戰(zhàn)后三分之一的人口，如果沒有這項(xiàng)技術(shù)，當(dāng)今世界大約有20億人將無法生存。同時(shí)，化肥的使用保持了耕地的肥力，令開墾新耕地的需求大幅減少，大面積的森林、草原、山澤、湖泊因此得以保全。

“化學(xué)戰(zhàn)之父”

如果沒有第一次世界大戰(zhàn)，哈伯必將以卓越貢獻(xiàn)名留青史。

然而，就在哈伯發(fā)現(xiàn)將氮?dú)夂铣砂钡姆椒▋赡曛螅?911年，哈伯被德意志帝國(guó)皇帝威廉二世任命為新成立的凱撒·威廉物理化學(xué)及電化學(xué)研究所所長(zhǎng)，這既是皇帝對(duì)哈伯成就的表彰，同時(shí)皇帝也希望哈伯能發(fā)明一些克敵制勝的武器，這極大鼓舞了哈伯狂熱極端的“愛國(guó)主義”情緒，哈伯的人生也由此迎來了轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

1914年第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)。戰(zhàn)爭(zhēng)開始不久，德國(guó)軍隊(duì)就陷入了僵局。此時(shí)，哈伯向帝國(guó)最高指揮部提出了一個(gè)前所未有的建議：使用氯氣。于是，這位即將在4年之后獲得諾獎(jiǎng)的化學(xué)家成了 “化學(xué)戰(zhàn)之父”。

1915年，哈伯開始訓(xùn)練士兵如何利用天氣將氯氣吹入敵人的戰(zhàn)壕，迫使敵方放棄陣地，甚至直接死亡。當(dāng)有人質(zhì)疑這種行為會(huì)違反1907年取締毒氣武器的《海牙公約》時(shí)，哈伯回應(yīng)道：“如果戰(zhàn)爭(zhēng)能以這種方式更快結(jié)束，將挽救無數(shù)人的生命。”

哈伯滿懷熱情地進(jìn)行著自己的研究工作，他親臨一線，以大無畏的勇氣穿過測(cè)試區(qū)，而他的妻子則緊張絕望地看著自己的丈夫。有士兵回憶：“哈伯的妻子是一位緊張的女士，強(qiáng)烈反對(duì)他陪同新的毒氣部隊(duì)去前線。”

哈伯是在21歲時(shí)于布雷斯勞服兵役期間遇到克拉拉·伊梅瓦爾的，伊梅瓦爾是一位獲得了博士學(xué)位的猶太女孩兒，兩人于1901年結(jié)婚。

然而，婚后生活并不順利如意，伊梅瓦爾給導(dǎo)師、朋友的信中都流露出對(duì)婚姻的不滿。而毒氣戰(zhàn)則是壓垮脆弱婚姻的最后一根稻草，克拉拉指責(zé)丈夫的野蠻行徑，哈伯則指責(zé)妻子背叛了祖國(guó)。

“在和平時(shí)期，一個(gè)科學(xué)家是屬于全世界的；但在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，他是屬于他的國(guó)家的?！惫粝碌倪@句名言為他的狂熱行為和家庭悲劇寫下了注腳。1915年5月的一個(gè)晚上，哈伯13歲的兒子赫爾曼發(fā)現(xiàn)了倒在血泊中的母親——伊梅瓦爾用丈夫的軍用左輪手槍結(jié)束了自己的生命。然而，妻子的自殺并未動(dòng)搖哈伯推廣化學(xué)武器的信念，次日早晨，哈伯留下兒子一個(gè)人，又離開家前往一線視察毒氣施放情況。

哈伯極端的“愛國(guó)主義”并未換得德意志帝國(guó)的勝利。1918年11月11日，德意志帝國(guó)宣布投降，這場(chǎng)歷時(shí)4年的戰(zhàn)爭(zhēng)以英、法為首的協(xié)約國(guó)獲勝而告終，而此時(shí)，已有26000多人因哈伯的化學(xué)武器喪生。

曲折多難的后半生

“一戰(zhàn)”結(jié)束后，德國(guó)面臨巨額賠款，“愛國(guó)”的哈伯又一次找到了研究目標(biāo)。1920年，哈伯回憶起自己曾經(jīng)在瑞典物理化學(xué)家阿倫尼烏斯的論文中看到，海水中存在微量黃金，并推算每噸海水中大約有6毫克金屬。哈伯隨即召集同事開會(huì)，宣布了自己雄心勃勃的計(jì)劃：提煉海水，獲取黃金，為國(guó)家償還賠款。

此后哈伯花了3年時(shí)間潛心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)平均每噸海水中只有約0.01毫克的黃金，這樣的研究沒有任何經(jīng)濟(jì)意義，阿倫尼烏斯的論文結(jié)論只是試驗(yàn)操作失誤導(dǎo)致的。1926年，58歲的哈伯被迫結(jié)束了自己的黃金研究。

1933年，希特勒上臺(tái)后對(duì)猶太科學(xué)家開始了驅(qū)逐行動(dòng)，對(duì)德意志帝國(guó)忠心耿耿的哈伯被迫逃往海外，輾轉(zhuǎn)流亡到瑞士。

一年之后，65歲的哈伯因心臟病離開了人世。他在去世前留下遺囑，希望能和自己的第一任妻子伊梅瓦爾葬在一起，并在自己的墓碑上寫一句話：“只要被需要，無論戰(zhàn)爭(zhēng)還是和平，他都為自己的國(guó)家服務(wù)。”

哈伯此時(shí)離開人世或許是某種幸運(yùn)，因?yàn)樗邪l(fā)的用來制造殺蟲劑的齊克隆B成了納粹大規(guī)模屠殺包括哈伯的同事和親戚在內(nèi)的猶太人的利器。1946年，哈伯的大兒子赫爾曼自殺，有說法認(rèn)為他是羞愧于父親的戰(zhàn)時(shí)研究而自殺的。

哈伯與第二任妻子伊娃·夏洛特的兒子路德維?！じダ锎摹す髞碓诮o《弗里茨·哈伯：化學(xué)家、諾獎(jiǎng)得主、德國(guó)人、猶太人》一書的序言中寫道，父親哈伯作為德國(guó)毒氣戰(zhàn)計(jì)劃的領(lǐng)導(dǎo)者，一直面臨著兩難局面，毒氣戰(zhàn)帶來的惡果一直壓在父親肩頭，哪怕時(shí)隔多年也無法釋然。

弗里茨·哈伯或許是歷史上最受爭(zhēng)議的科學(xué)家了。他是科學(xué)天才，也是戰(zhàn)爭(zhēng)魔鬼；他是能用空氣制作肥料的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，也是雙手沾滿鮮血的“化學(xué)戰(zhàn)之父”；他一生致力于研究為國(guó)效勞的成果，妻子、兒子卻因他的成果而羞愧自殺。

當(dāng)技術(shù)帶領(lǐng)人類飛速前進(jìn)時(shí)，更需要人文精神審視我們的位置與方向。學(xué)者們專心致志的研究和驚人的發(fā)現(xiàn)既有可能給人類帶來光明和希望，也有可能給人類帶來災(zāi)難和悲劇。技術(shù)終究只是工具，如何使用工具，考驗(yàn)著使用者心中的道德律。

（選自公眾號(hào)《知識(shí)分子》）