問道于器

摘 要 阿諾德·奧維爾·貝克曼是20世紀最有影響力的化學家之一，在科學儀器的發明與制造上取得了卓越成就。在加州理工學院工作期間，他開設了“玻璃吹制法”課程，為許多商業公司提供咨詢與技術服務，有效地提高了科學實踐的效率。1934年，貝克曼發明了電子“pH計”，創辦了貝克曼科學儀器公司，依托電子“pH計”發明了系列衍生產品并與美國軍方開展合作。20世紀70年代末，通過與中國科學院建立合作，打開了中國的市場。貝克曼在商業上取得的巨大成就離不開職業科學家的專業素養。

關鍵詞 阿諾德·奧維爾·貝克曼 科學儀器 酸度計 分光光度計

中圖分類號 N09∶O6

文獻標識碼 A

收稿日期：2021-11-20

作者簡介：王曉萱，1996年生，江蘇南京人，中國科學院大學人文學院博士研究生，研究方向為中國近現代科技史、科技人物以及科研機構。Email： wangxiaoxuan18@mails.ucas.ac.cn。

擁有14項發明專利、創辦了美國儀器協會，并入選美國發明家名人堂的阿諾德·奧維爾·貝克曼（Arnold Orville Beckman，1900—2004，圖1）專注于探索“生命的化學反應”，被稱為20世紀最有影響的化學家之一。可以說，世界上幾乎所有的生物化學或臨床實驗室都可能曾出現過由貝克曼儀器公司生產的科學儀器[1]。一戰爆發后，美國的許多職業科學家被要求提供技術與咨詢服務，以滿足國家的戰時需求。然而，從事這部分工作的科學家往往被認為是“非主流的”或“次等級的”，很難獲得社會和學術圈的認可。盡管科學儀器作為科學實踐活動中具體的物質性操作，已經構成科學知識的條件[2]，但在很長一段時期里，盡管科學理論發生了變革，陳舊的科學儀器使產業技術難以與之實現良性的交互介入式互動[3]。

這一時期，貝克曼憑借“酸度計”（pH meter）的發明，建立了科學研究與產業進步的交互式介入，由此開始搭建貝克曼式商業版圖。此后幾十年間，他不僅創立了全美最大的儀器設備制作公司之一的“貝克曼儀器公司”，還通過投資、捐款等形式，催生了全美高新技術產業集群“硅谷”、多家研究機構或高等院校的研究中心或實驗室等，并致力于培養兒童的科學興趣。此外，他還參與處理了洛杉磯空氣污染事件，聯合一些科學家進行空氣污染的化學分析，并確定了污染物的主要成分是碳氫化合物，而非人們所以為的硫化物，貝克曼在化學的社會性服務方面也做出了杰出貢獻。他被授予國家科學獎章、總統公民獎章等多個榮譽稱號。

貝克曼在世界化學界乃至化學史界有很高的地位，然而國內對他的關注甚少，曾有學者簡單提及他的經歷，但暫無系統性的介紹。本文通過貝克曼邂逅科學、在加州理工學院求學經歷、發明電子“pH計”、創辦貝克曼儀器公司以及其與中國的交往幾部分，簡單勾勒了貝克曼行走在科學與商業之間的傳奇一生，呈現其作為科學儀器制造商的人物形象。

一 出身鄉野，邂逅科學

1900年4月10日，貝克曼出生于美國伊利諾伊州卡洛姆的一個村子里，其父喬治·貝克曼（George backman）經營一家鐵匠鋪。貝克曼自小便展示出強的好奇心和出色的動手能力，9歲的他在家中閣樓玩耍時，發現了一本姑姑使用過的化學教科書——斯蒂爾（Joel Dorman Steele）所著《化學十四講》（Fourteen Weeks in Chemistry），他如獲至寶，嘗試根據書中的介紹進行一些簡單的實驗。鐵匠喬治·貝克曼對兒子的動手能力十分欣賞，他為小貝克曼精心準備了十周歲禮物，在家中搭建了小型實驗室——一個大約8英尺長、10英尺寬的小棚子，并購置了一套工具。后來，小貝克曼還在棚中放了一條長凳，又從當地的藥店購買了一些化學藥品，開始嘗試做實驗。比如他曾用醋和小蘇打制成碳酸氫鈉堿液，進行硫酸銅電鍍實驗等。可以說，貝克曼投身化學事業，離不開他童年的有趣經歷。1998年，貝克曼發起了K-6科學教育計劃，為加利福利亞奧蘭治縣3萬名小學生提供科學教育服務，旨在通過實驗及探究性研究讓年幼的孩子對科學產生興趣。

1912年，貝克曼隨父親搬至伊利諾伊州布盧明頓北部的諾曼后，就讀于伊利諾伊州立師范大學附屬中學伊利諾伊州立師范大學附屬中學位于伊利諾伊州立師范大學校園內，為中學生授課的大多為師范學校的學生。。這所地理位置特殊的學校給予貝克曼求學之路以極大的便利，他提前學習大學化學課程，并結識了化學系教授霍華德·亞當斯（Howard W·Adams）。在亞當斯教授的引導下，貝克曼開始打磨金屬標本、蝕刻以及質譜分析，亞當斯教授還時常帶貝克曼去另一個學校做實驗。此時，化學不僅是貝克曼的興趣，還成為他謀生和貼補家用的手段，他利用業余時間為當地天然氣公司做一些分析工作以獲得一些酬勞。提前完成高中學業后，貝克曼進入“keystone”鋼鐵廠，繼續從事化學分析工作貝克曼的主要工作是對熔融金屬進行樣本分析，從而得到碳、硫、硅、錳和磷的百分比，以確定何時或是否適合澆鋼。。1918年8月，貝克曼加入了美國海軍陸戰隊，雖未能登上真正的戰場，但邂逅了一位美麗的女孩梅貝爾（Mabel Stone Meinzer），后來成為他攜手一生的妻子。

1919年秋天，貝克曼進入伊利諾伊州立大學香檳分校化學系。這里聚集了一批出色的化學家，尤其是化學工程家。得益于中學階段已打下的大學化學基礎，貝克曼被允許提前學習二年級開設的分析化學和有機化學課程。最初，貝克曼希望自己能成為一名有機化學家，未來從事工業化學方面的工作，比如制造染料和藥品等等。他成為卡爾·曼威（Cral Ship Marvel）的助手卡爾·曼威同樣來自布盧明頓，貝克曼高中時期兩人曾有過接觸。。在曼威的指導下，貝克曼開始進行有機汞化合物的合成實驗。不幸的是，貝克曼在實驗中遭遇了汞中毒由于化合物具有揮發性，這些結晶狀的汞化物在室溫條件下極易融化，貝克曼通過冰浴的形式降低反應溫度以減少汞化物的揮發。令他措手不及的是，在這一過程中，該化合物的蒸氣壓在溫度較低時仍處于較高水平，貝克曼吸入了很多的汞蒸氣，并出現的嚴重的汞中毒癥狀。，他不得不休息了一個月。然而當貝克曼重新開始合成實驗時，他再一次汞中毒，于是他決定放棄學習有機化學，轉向物理化學研究。隨后，貝克曼開始擔任迪特里克森（Gerhard Dietrich）教授的實驗室助理，一起工作的還有研究熱力學和原子結構的羅德布什（Worth Huff）、理查德·托爾曼（Richard Chace Tloman）等人。這一時期，貝克曼充分發揮了他出色的動手能力，表現出對化學的極高興趣。在導師托馬斯·威爾遜（Thomas A. Wilson）的指導下，1922年他憑借《一種測量氨水二元系統蒸氣分壓的儀器》（An Apparatus for the Measurement of the Partial Vapor Pressures of the Binary System Aommonia-Water）獲得化學工程學士學位，翌年，貝克曼又完成了氨水溶液的熱力學研究，并被授予物理化學碩士學位。值得一提的是，貝克曼在校期間發揮了自己出色的商業天賦，他與同學蓋倫·約瑟夫（Glen Joseph）合作出版了季刊《伊利諾伊的化學家》（Illinois Chemist），并獲得了十分可觀的報酬。

得益于伊利諾伊州立大學化學工程領域的出色實力、濃厚的學術氛圍以及豐富的化學活動，貝克曼在這里度過了愉快的本科與研究生時光，這段愜意的經歷，對貝克曼后來的人生抉擇產生了影響。

碩士畢業后，擺在貝克曼面前有兩條路，一條通向就業，和他的部分同學一樣前往某個電力公司上班;另一條通向博士學位。他選擇了后者，出于不應該在同一個學校完成所有學習的考慮，貝克曼決定離開伊利諾伊州立大學，并獲得了包括麻省理工學院、芝加哥大學在內的幾所學校的獎學金。然而，當他的好友兼老師托爾曼邀請他一同前往加州理工學院（Caletch）時，極富冒險精神與樂觀心態的貝克曼欣然同意。當回憶起這一決定時，貝克曼表示，他對加州理工學院一無所知，只是十分向往西海岸的生活。

二 在加州理工學院的十年

20世紀20年代，在阿瑟爾·諾伊斯（Arthur Amos Noyes）和羅伯特·密立根（Robert Andrew Milikan）等人的共同努力下，加州理工學院已經成為全美最優秀的研究型大學之一。由第一代物理化學家諾伊斯執掌的應用化學系更是憑借著在統計力學、熱力學等方面的雄厚實力聚攏了許多年輕的研究者。1924年，貝克曼和托爾曼一同進入加州理工學院。盡管貝克曼所心儀的化學工程方向加州理工學院當時沒有化學工程系，只設有化學系和應用化學系（chemistry and applied chemistry），化學工程專業屬于應用化學系。在這里并不受重視，僅有的幾位老師和相關的課程被劃在應用化學分支下。然而，干爽的空氣和和自由討論的氛圍，令他迅速地適應了在西海岸的生活。在研究方向的選擇上，托爾曼決定與迪金森教授（Roscoe Gilkey Dickinson）開展合作，從事X射線的衍射研究。而貝克曼對量子理論應用于化學反應的研究更感興趣。于是，他一邊為新生開設基礎化學課程，一邊學習相關的物理學知識。

可以推斷，貝克曼在加州理工學院過得并不那么如意。一方面，他需要想辦法支付每年180美元的學費;另一方面，他十分牽掛遠在紐約的女友。一年后，貝克曼離開了加州理工學院。在同學托蒂·尼斯（Todd Nies）的介紹下，他獲得了一份在紐約貝爾電話實驗室（其前身為“西部電力公司”）的工作機會。盡管貝克曼聲稱這是出于在經濟壓力與思念女友的雙重考慮下所作出的決定，然而是否與加州理工學院不注重化學工程領域的研究有關呢？

隨后，貝克曼開始擔任“統計質量控制之父”休哈特（Walter A. Shewhart）的技術助手此時貝爾實驗室正圍繞電話系統開展系列檢查工作，如焊接接頭、繼電器觸點和保險絲等。進入該實驗室后，貝克曼主要從事電路設計，負責開發質量控制程序，即通過理論和實驗將概率論引入系統檢查，與現在所說的抽樣調查有幾分相似。譬如人們擔心測試員在測試過程中破壞保險絲，該程序可以替代本該進行的百分百測試以降低破壞率。。閑暇之余，貝克曼還利用在貝爾實驗室學到的電子知識為朋友們制作了一些家用收音機。盡管經濟上不再困窘，但他面對卻是與之前完全不一樣的數學研究，貝克曼幾乎失去與化學家或化學實驗室的一切聯系。1926年春，貝克曼在紐約見到了老師諾伊斯，交談間諾伊斯詢問他是否想要重返加州理工學院繼續攻讀博士學位。貝克曼接受了諾伊斯的提議，他意識到自己無法離開深愛的化學研究。而貝爾電話實驗室的這份工作經歷，鍛煉了貝克曼的動手能力，增加了他的電子學知識。

1926年秋，貝克曼重新回到加州理工學院。此時加州理工學院及化學系仍舊十分注重基礎科學研究。20世紀20年代后期，一批將量子理論應用到化學研究的年輕學者如唐·約斯特（Don Yost）、理查德·貝格爾（Richard Badger）等人匯聚于此，壯大了該校的物理化學研究實力。在托爾曼的引薦下，貝克曼跟隨迪金森教授做一些實驗類工作，主要是研究光化學反應中的量子產率問題，并嘗試設計了一種可以尋找紫外線能量的儀器——石英纖維壓力計（quartz fiber manometer），工作原理是通過將紫外線照射到熱電偶上，將照射熱量轉換為電能，從而驅動檢流計。1928年，貝克曼被授予光化學博士學位，其博士論文為《疊氨化氫的光化學分解》（The Photochemical Decomposition of Hydrogen Azide）。

貝克曼留任加州理工學院后有兩個身份，其一是從事著光化學反應的研究，另一個是科學儀器設計者，即根據研究的需求，設計一些與眾不同的儀器設備，譬如振動簧片真空計，等等。此外，貝克曼還承擔一部分教學工作，如玻璃吹制以及工程化學等。系主任諾伊斯對貝克曼在化學工程領域的嘗試雖不鼓勵，但也不反對，反而是校長密立根十分賞識這個擁有出色動手能力的年輕人。

在高校或研究院所，職業科學家從事咨詢或服務類工作的行為往往被為是“非主流的”或“次等級的”，也很難獲得來自周圍的認可，對于加州理工學院這樣的學校而言更是如此，然而這部分工作總是需要有人承擔。在密立根的安排下，貝克曼代表加州理工學院化學系處理了許多來自社會的委托，這些委托或是私人請求，或是與政府或企業的合作，其訴求多為咨詢化學分析或制作科學儀器等[4]。20世紀30年代初期，貝克曼處理國家郵政計量公司（National Postal Meter Company）因墨水堵塞出現的機器故障，他因此結識了該公司的董事長里昂（I. H. Lyons）。幾年后，該公司又成立了國家墨水公司（National Inking Appliance Company），聘請貝克曼為他們生產墨水。諸如此類的工作不勝枚舉，貝克曼沉醉其中，一方面他在處理委托事務時極大程度地實踐了興趣與專長，另一方面他也獲得了可觀的收入并逐漸聲名在外。

三 電子“pH計”的發明與商業應用

1934年，貝克曼多年前的好友蓋倫·約瑟夫（Glen Joseph）在加州水果種植者交流中心（California Fruit Growers Exchange）從事檸檬汁副產品制造工作的蓋倫和他的團隊在制作果膠、檸檬酸的過程中，需要測量經二氧化硫處理過的檸檬汁的酸度。然而，因為總是會出現的電流計斷裂等意外情況，大大增加了他們的制作成本。蓋倫慕名來找貝克曼解決問題，而這次會面成為貝克曼發明電子“pH計”的契機。

了解到約瑟夫的困境后，貝克曼建議他使用更堅固的真空管制成放大器，連接玻璃電極和電壓表，以減小電極產生的電壓能，從而減少儀器的消耗。1935年初，貝克曼按照這個思路，為約瑟夫制作了一個7公斤重的小型儀器，也就是后來人們所熟知的“酸度計”（pH meter），將測量pH的玻璃電極放置在真空管中以放大信號，并通過電子儀表來讀取酸堿度數據。當然，這中間也經歷了數次調整。貝克曼最初設計的“pH計”模型的真空管放大器仍舊無法正常使用，約瑟夫建議用玻璃電極系統替換真空管[5]。幾個月后，約瑟夫再次找到貝克曼，向其表示感謝，并請求他多做幾個酸度計。這一結果使貝克曼頗為意外：“這么小的實驗室都需要兩個，或許還有更廣闊的市場呢？”[6]極富冒險精神與商業嗅力的貝克曼萌生了將“酸度計”量產的想法。盡管此時“pH計”多用于工業制造，客戶來源將成為其最大的阻礙。于是，貝克曼將目光瞄準了美國化學學會將于9月在舊金山召開的會議，希望得以獲得更加專業的評估。他帶著被精心地放在胡桃木盒子里的酸度計踏上了舊金山之旅。

貝克曼在舊金山見到了來自伊利諾伊州立大學化學工程領域的弗雷德里克·史密斯（Frederick Smith）教授等人，還有密歇根大學的霍巴特·威拉德（Hobart Willard）。貝克曼向他們展示了這款預計售價195美元的“酸度計”，期待從他們口中獲知投入市場的可能性。當時的美國正處于經濟蕭條時期，教授們也很難給出答案，他們建議貝克曼與設備經銷商們接觸，以獲得準確的市場評估。

貝克曼和梅貝爾的腳步踏遍了全美，先后與丹佛火粘土公司（Denver Fire Clay Company）、中央科學公司（Central Science Company）、芝加哥儀器公司（Chicago Apparatus Company）、“藥品和化學品進口公司”埃米爾&阿曼德（Eimer & Amend）、“儀器制造公司”阿瑟爾·托馬斯（Arthur H. Thomas Company）等28家儀器經銷商有過接觸。最終，托馬斯公司給出了積極回應，他們認為貝克曼的酸度計十年內最多可以賣出600個。盡管這個數字看上去并不太多，但已經遠超貝克曼的預料，畢竟它的競爭對手是僅有十美分的石蕊試紙。貝克曼回憶稱：“在經濟大蕭條時代，能有賺錢的機會，哪怕只是幾美元已非常難得。”（[6]，p.35）由于貝克曼還在加州理工學院任教，為了避免使該校陷入商業主義的輿論，他說服了一直保持合作的國家郵政計量公司，將業務擴大到制作酸度計，然后以“國家技術實驗室”（National Technical Laboratories）的名義進行售賣。

毫無疑問，貝克曼的商業天賦在該公司的運營中再次顯露，第一年便實現了87臺的銷售額[7]。隨著生物、化學領域的許多科學家意識到氫離子濃度是許多化學反應中的一個重要因素，也催生了其測定氫離子的興趣。這無疑擴大了電子“pH計”在科學領域的應用，貝克曼的產品在工業界暢銷。一位來自加州柑橘互惠組織的果膠生產者主動拜訪了貝克曼，向他表達了希望能獲得出售“pH計”資格的請求。該組織的果膠被賣給數百個果凍制造商，由他們制成果凍再進行售賣。然而，該組織總是被果凍制造商們指責“生產了劣質的果膠”。加州柑橘互惠組織調研后發現，在果凍的制作過程中，主要涉及糖濃度、果膠與正確的pH值，他們判斷問題出在了pH值的測定上。為了維護產品的聲譽與市場，該組織要求所有合作的果凍制造商必須購買準確的“pH計”。由此，貝克曼的電子“pH計”也打開了廣闊的市場。

“pH計”被稱為是貝克曼最重要的發明之一，不僅改變了其職業生涯的走向，也推動了“生化領域的技術變革”。無論是伊利諾伊州立大學的化學工程專業學習、貝爾電話實驗室的工程師經歷，還是在加州理工學院研究與發明并軌的實驗室工作，都為貝克曼成功制作出電子“pH計”打下堅實的基礎。貝克曼憑借投入商業應用的“pH計”獲得了可觀的利潤，并組建了志同道合的研發團隊，在此過程中他也發生了科學觀的轉變，即贊同“科學儀器作為科學實踐活動中具體的物質性操作，已經構成科學知識的條件”[1]。

科學與工業領域的多線結合，為貝克曼儀器制造的商業版圖進一步擴大奠定了基礎。此時，該公司面臨的問題已從缺少客戶來源過渡到如何制造出更多的科學儀器。

四 從科學家到科學儀器制造商

1939年，貝克曼團隊由原先由霍華德·卡里（Howard Cary）、肯尼·喬治（Kenyon George）、道格·馬龍（Doug Marlowe）、喬治·夏爾（George Shull）等幾人已擴大到60人規模，他們的辦公地點也從科羅拉多州東部3330號搬至南帕薩迪納教會街820號。貝克曼的“兼職”身份影響了公司的日常運行，他不得不在大學任教和全職創業之間做出取舍。

此時，加州理工學院普遍推崇純粹科學研究，盡管貝克曼并未因參與商業活動受到同事的歧視，但他仍能夠感受到“一些微微的輕視”（[6]，p.14）。經過反復權衡后，貝克曼意識到，即便是創業，他仍舊沒有離開學術界，畢竟他設計的這些科學儀器正被越來越多的實驗室使用。在他看來，“科學本身并不是一個完整的故事，直到你以某種方式為人類造福”（[6]，p.24）。而在設計的過程中，他仍在接觸許多化學實驗場景。于是，貝克曼做出了一個并不出乎眾人意料的決定，離開加州理工學院，成為一名科學儀器制造商。

擁有科學家與商人雙重身份的貝克曼，在公司運營上秉承誠信與誠實的理念，產品研發上則堅持“解決技術問題，制造對科學進步有用的設備”態度。電子“pH計”在商業上取得的成功，為貝克曼及其公司帶來了可觀的經濟收益，與之一并到來的還有廣闊的研發前景與不錯的市場認可。基于科學家扎實的專業素養與成熟商人的市場判斷，貝克曼敏銳地嗅到了化學分析領域的又一個商機，主導設計出一款易于使用的“DU分光光度計”（DU Spectrophotometer），并再次在商業上獲得成功。

19世紀60年代起，化學家開始利用可見光譜進行化合物的簡單鑒別，并逐漸由可見光譜拓展至紫外光譜進行復雜的化合物分析最初，可見光譜吸收被應用于鑒別茜草色素和其他羥基蒽醌。19世紀末，沃爾特·哈特利（Walter noel hartley）開創性地在冶金和化合物的分析中使用紫外光譜。隨后，以照相的形式記錄光譜的石英攝譜儀（quartz spectrographs）大大擴展了紫外光譜學的應用。。到了20世紀30年代，由科學儀器公司開發的商業分光光度計開始應用于化學分析領域美國商業分光光度計概況：1935年中央科學儀器公司率先研制出Cenco-sherad分光光度計;1938年，科爾曼電氣公司（Coleman Electric Company）推出科爾曼11A分光光度計（the Coleman Model 11A Spertrophotometer）。。受限于紫外光譜吸收的檢測水平，當時的分光光度計大多用于特定化合物及官能團的鑒定，鮮少涉及復雜體系中單體化合物的分析。貝克曼再次敏銳地嗅到了商機，而他的突破靈感源于“pH計的電流量與酸度之間存在線性關系”，也就是借助“pH計”的放大器和真空光電管記錄檢測到的特定波長，設計出一款易于使用的分光光度計。于是，他計劃將光電池當作觀察光譜的“眼睛”，來測定化合物在特定紫外波長下的吸收與其濃度存在線性關系進行化合物的分析。

1940年初，貝克曼決定啟動這項設計，并交由他的合伙人霍華德·卡里全權負責。考慮到美國的戰時境遇，他們戰略性地放棄與專業的光學科學家合作，轉而選擇羅杰·海沃德（Roger Hayward）和道格拉斯·馬洛（Douglas Marlow），前者是一位建筑師兼業余科學家，后者則是貝克曼團隊的設計核心，精通機械設計。耗時14個月，經歷多次設計與改良，該公司終于推出了一款極具里程碑意義的“DU分光光度計”，使用石英棱鏡將來自燈的光分離為其吸收光譜，并使用光電管以電方式測量光譜中的光能。這允許使用者繪制物質的光吸收光譜，以獲得化合物的標準化“指紋”特征[7]。

1941年7月，這款儀器在麻省理工學院舉行的第九屆夏季光譜學及其應用會議上進行演示與展覽[8]。9月25日，《美國化學學會·新聞版》刊登了一則DU分光光度計廣告，標志著它的正式問世。憑借比其他任何商用儀器都有更高的分辨率和更低的紫外線雜散光，定價723美元的“DU分光光度計”迅速搶占了市場，成為許多實驗室的“新寵”當時市面上的其他分光光度計售價上千美元。。1941年底，該公司已經接到18份訂單，此后半年間，又陸續售出54臺。1942年9月，第一篇有關DU分光光度計應用于維生素A等分析中的論文“溶劑對維生素A紫外線吸收最大值的影響”（Influence of Solvent on Ultraviolet Absorption Maximum of Vitamin A）發表在《工業與工程化學研究》（Industrial & Engineering Chemistry Analytical Edition），隨后幾年間，學界涌現了數千篇關于DU分光光度計應用的論文。直到1976年，DU分光光度計才停止生產，超過3萬臺機器進入化學、生物等實驗室，被諾貝爾化學獎得主布魯斯·梅里菲爾德（Robert Bruce Merrifield）贊稱：“可能是有史以來為推動生物科學發展而開發的最重要的儀器。”[9]二戰期間，DU分光光度計還被廣泛應用于維生素A的測量、青霉素的研究等領域。如果說，電子“pH計”的發明開啟了貝克曼商業版圖。那么，DU分光光度計的廣泛應用則見證了貝克曼商業帝國的擴張。

1950年，貝克曼將“國家技術實驗室”改名為“貝克曼儀器公司”，并于兩年后上市。1953年，該公司在德國慕尼黑成立了第一家海外子公司[10]。區區幾年間，該公司何以成為全美最大的儀器制作公司之一？這固然離不開專業的運營團隊、誠信的經營理念，也受益于領舵人貝克曼獨特的科學家眼光以及戰時美國的國家需求。

盡管在商業上獲得巨大成就，貝克曼并未從學術界完全抽離，他時常因各種學術會議與科學界保持著不錯的聯系。此外，他還扮演了科學顧問或慈善捐助等多種服務社會的角色。20世紀40年代，洛杉磯開始出現嚴重的空氣污染，人們對此苦不堪言，政府草率地將矛頭指向了二氧化硫，并推進多項治理措施，如排放的煙囪體積不得超過0.2%，卻收效甚微。1947年秋，洛杉磯設立了空氣污染控制區，由路易斯·麥凱布（Louis McCabe）博士出任主任一職。迫于民眾對解決空氣污染的巨大壓力，路易斯博士提出建立氨工廠進行“脫硫”，即利用氨與二氧化硫發生化學反應，生成的硫酸銨則可作為肥料出售。擔任洛杉磯商會科學委員會主席的貝克曼堅決反對這一提議，他認為洛杉磯的霧霾與二氧化硫無關。翌年，貝克曼和他的同事們接管洛杉磯空氣污染控制委員會，開始參與治理霧霾。首先，貝克曼向政府申請對污染空氣進行分析，以確定污染物的真正成分。其次，他找到加州理工學院阿里·楊·哈根-斯密特（Arie Jan Haagen-Smit）、戈登·阿勒斯（Gordon Alles）等多位化學家合作，利用液氮阱分析了500立方米的污染空氣，并得到了幾滴棕色的、有臭味的黏稠異物。哈根博士對該物質進行了初步分析，指出霧霾的罪魁禍首并非“二氧化硫”而是碳氫化合物，這在當時引發了巨大的爭議且不被承認。經過一年多的深入研究，哈根博士證實該物質為煙囪、煉油廠和汽車尾氣排放的臭氧和碳氫化合物。與此同時，貝克曼公司也設計了用于監測和處理霧空氣污染的儀器。與此同時，貝克曼也被州長要求擔任空氣污染控制委員會的主席，調查和報告空氣污染的現狀并起草控制建議。1967年，尼克松總統將貝克曼列入空氣咨詢質量委員會名單。不過，貝克曼自始至終都未接受政府的政治任命，他以科學顧問與個人名義參與了洛杉磯空氣污染治理的全過程。使他愿意參與這份工作的原因是，當情緒激動的人們不愿意花時間去找出事實時，你需要去做并得到答案。這種信念貫穿于貝克曼的一生，做一些其他人不愿意做的事情（[6]，p.63）。

1953年，闊別加州理工學院十余年的貝克曼出任該校董事會成員，隨后擔任董事會主席，由此展開了其在科學教育的慈善之路。1962年，他出資建造了禮堂，隨后又在該校設立了貝克曼研究所、貝克曼化學合成實驗室等。此外，當他的母校伊利諾伊州立大學香檳分校向其征求捐資4000萬美元以設立跨學科研究部門時，貝克曼毫不猶豫地答應了，占地29000平方米的貝克曼先進科學技術研究所拔地而起。有研究指出，正是貝克曼的這筆慷慨捐助使得跨學科研究模式逐漸被接受，并改變了二戰以來科學界所普遍倡導科學專業化的趨勢[11]。后來，貝克曼還將慈善的范圍擴大到科學教育領域，相繼在年輕科學家、大學生以及小學生群體中設立各類獎項，以鼓勵和支持他們的科學興趣。貝克曼接受采訪時說道：“我通過向科學家出售儀器來積累財富，所以我認為為科學家作出貢獻是合適的，這是我慈善事業的第一準則。”[17]由貝克曼和梅貝爾共同設立的基金會是他給美國科學界留下的一筆巨大“遺產”，數億美元投入各類有助于科學發展的項目中。

五 與中國的交往

20世紀70年代，中美民間科技交流重啟，許多美國科學家紛紛與中國人民對外友好協會等半官方機構聯絡，希望能受邀訪華[12]。1972年春，中國開始調整與資本主義國家科技交流與合作的方針，并出臺了向西方發達國家引進設備和技術的“四三方案”[13]。技術落后、設備短缺的中國成為美國諸多商業儀器公司眼中的“香餑餑”，這也包括貝克曼科學儀器公司。1975年春，該公司派遣高管埃德·切爾尼斯（Ed H. Cherniss）等人前往中國北京、上海兩地開展了為期兩周的“旅行”，主要目的是評估中國市場切爾尼斯在考察日記中寫道：“今天早上，我去參觀了一家儀器制造廠，這是上海及周邊地區唯一的儀器工廠。該工廠擁有五六百名員工，負責生產過時的分光光度計、直立面板、科爾曼著色計以及氣相色譜儀。在他們看來，生產是符合國家的需要。因此，這里真的沒有研究，或許大學有一些研究進展。這所儀器工廠所做多為組裝性質的。工廠面積約14000平方英尺，有兩棟5層樓高的古老且破敗的建筑，走廊過道里堆放了大量的設備存貨。工廠的工作臺形狀十分奇怪，照明很差，幾乎沒有兩把一樣的椅子或凳子。這所工廠還開設了一些培訓項目。當被問及儀器的交貨時間時，他們的回答是盡快。結果證明是‘一年’。我認為我們不需要擔心中國在工具方面的競爭。”。這是一次民間性質的科技交流，并未涉及到中方官方或半官方機構。切爾尼斯一行人在上海考察了儀器制造廠、醫院，展示了帶來的儀器設備，與中方的機械公司、化學公司討論了儀器售賣問題并達成合作[14]。

隨后，貝克曼又計劃與中國官方機構達成合作。中美兩國尚未建交時期，科技交流多是由科學家個人、組織開展[12]。于是，貝克曼將目光投向與之交好且具有官方背景的科學家身上。1975年9月，周培源周培源（1902—1993），著名的物理學家、教育家與社會活動家，1927年畢業于加州理工學院，曾任清華大學物理系教授、北京大學校長、中國科學技術協會主席以及中國科學院副院長等。應美中學術交流委員會的邀請，率中國科協代表團訪美，受到美國科技界的熱烈歡迎。同為加州理工學院校友的兩人在母校進行了一次熱烈會談，貝克曼向周培源表達了自己想要前往中國的意愿，并希望由其向中方相關組織轉達申請。交談間，兩人聊起共同好友兼校友吳學周吳學周（1902—1983），1931年畢業于加州理工學院，中國分子光譜研究的開拓者之一，時任中國科學院長春應用化學所所長，該所正在開展光譜相關方面的研究。。貝克曼請周培源轉告吳學周：“他要求來中國……如果來時，必會要求見吳，請吳做好思想準備。”（[15]，p.484）與其說貝克曼惦記這位闊別將近半個世紀未曾逢面的老友，不如說他再一次察覺到“商機”，即貝克曼儀器公司進軍中國市場，他希望通過一位較熟悉、專業且帶有一些官方背景的中方人士較快地了解中方的態度，以便迅速評估出如何有效達成合作。而這一商機的實現，得益于中國科技事業的恢復與改革。

1977年10月26日，中國科學院副秘書長郁文在《人民日報》發表《大力加強基礎科學的研究》一文，提出要抓緊實驗裝備的革新，要建立一批大型的、尖端的試驗設備，同時也要改善量大面廣的“常規儀器設備”（[16]，pp.672—675）。為了改善科學儀器短缺的困境，中國科學院計劃與貝克曼儀器公司進行合作。1979年1月，中國科學院以郁文的名義向貝克曼發出來華邀請。而時任該院長春應用化學研究所所長的吳學周也因與貝克曼的私人關系被要求致信歡迎其來華。3月末，貝克曼來華，并親赴長春與吳學周見面，二人談話包括“技術座談（離心機、氨基酸分離儀、分光光度計等），買賣問題（買點儀器）以及工廠與他們合作”（[15]，p.513）。隨后，貝克曼承諾“設個辦事處;合作培訓技術人員;出售儀器，同時可以購買中國的稀土光學材料，也可購買中國的電機等”（[15]，p.514）。此外，從郁文對貝克曼來華身份的解讀，“他本人還是一個學者，不單是資本家”，或可看出，科學技術一定程度上能夠緩解政治分歧，成為國際合作與交流的重要載體，而這一過程的實現依賴于科學家的參與。盡管有些科學家被視為“象征性”的存在，且難以直接評估個體所發揮的具體作用。不可否認的是，科學家被納入國家政治體制中，在國家建設與提升國際形象等方面發揮獨特作用。

可以說，貝克曼的中國行對其公司的發展意義非凡。1983年起，貝克曼儀器公司陸續在中國北京、上海、廣州等地設立了代表處與維修站，在生物醫療等領域成功打開了中國市場的大門。后來，該公司又在蘇州建立了試劑生產工廠，進一步擴大了東南亞市場。可以說，成功進軍中國市場是貝克曼商業帝國版圖最終形成的標志。

六 結語

20世紀30年代以來，隨著傳統的科學儀器無法滿足化學家的實驗需求，制作出高效且精準的科學儀器成為探索科學活動的具體實踐之一。然而，大多數科學家仍對這些活動不屑一顧，因為其多為重復曾完成的程序。科學家們對這些活動的拒斥，提供了一個常規科學問題之所以如此迷人的線索。解答常規研究問題，即以一種新的方式實現預期，這就需要解決所有復雜儀器方面、概念方面以及數學方面的疑難，成功的人，證明自己是一位解謎（puzzle-solver）專家，而謎所提出的挑戰正是驅使他前進的重要力量（[2]，p.30）。阿諾德·奧維爾·貝克曼便是這樣一位極富智慧與挑戰精神的“解謎人”，作為受到良好學術訓練的化學家，他并未在傳統的研究領域取得令人矚目的科學成就。然而，他在科學儀器與科學教育的發展史上作出的長久努力，他獲得了與其他科學家同等乃至更多的尊重與知名度。

出生鄉野、家境普通的貝克曼，他對科學的興趣源于孩童天然的好奇心，加上他有出色的動手能力，由此開啟了與化學密不可分的一生。回溯貝克曼不同階段的求學經歷，他十分擅長抓住化學的致用性，即利用所學創造直接的經濟收益，并探索出一條“非主流”道路，從而創辦科學儀器公司。貝克曼獨特的成長與求學經歷給予年輕的研究者一定的思考空間，即當研究興趣與主流研究或所處環境有所背離時，應如何面對兩者在難以平衡時產生的矛盾？他給出的答案是保持興趣與適當妥協，最大可能地尋找到匹配興趣的研究領域并持之以恒多線堅持，他終將興趣變成事業。

回顧貝克曼儀器公司的發展歷程，可以觀察到貝克曼在科學儀器制造上的活動與思想。該公司的業務呈現由點及線的發展趨勢，即堅持專注一個產品，在不斷改良的過程中發現問題，并設計與之相關的產品。值得一提的是，該公司每年都會將8%的收入用于研發設計，這一極具前瞻性與戰略視野的計劃為其長足發展提供了有力支持。貝克曼在商業帝國的開拓中仍保持著一個職業化學家的專業素養、職業道德與創新、挑戰精神，致力于通過設計高效且便于操作的科學儀器以推動科學的進步，而他利用化學的應用性解決了霧霾問題，對科學進行了有溫度的思考。

致謝 本文承蒙業師張藜教授的指點。同時感謝摯友沈佳淳博士、李弦同學以及陳鼎同學的幫助。

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Theory in Technology

Arnold Beckman’s “puzzle-solving” life

WANG Xiaoxuan

Abstract： Arnold Orville Beckman is one of the most influential chemists in the 20th century and has made outstanding achievements in the invention and manufacture of scientific instruments. During his work at California Institute of Technology， he offered the “Glass Blown Method” course， provided consulting and technical services for many commercial companies， and effectively improved the efficiency of scientific practice. In 1934， Beckman invented the electronic “pH meter” and founded the Beckman Scientific Instrument Company. Relying on the electronic “pH meter”， he invented a series of derivative products and cooperated with the US military. In the late 1970s， through the establishment of cooperation with the Chinese Academy of Sciences， the Chinese market was opened up. It can be said that Beckman’s great achievements in business are inseparable from the professionalism of professional scientists.

Keywords：Arnold Orville Beckman， scientific instruments， pH meter， spectrophotometer