第十章 世界之中的世界
夫幸好不知道这种元素,因为当时地球上还没有发现有这种元素——在与它同族的“姐妹”元素被人们发现以前,Au(金)就像一只笨拙的迷路的小牛一样,无所适从。
因此,在门捷列夫的元素表中,第一列是以元素锂开始的,它是一种碱金属。第一个是锂(他当时认为其原子量仅次于氢),然后是铍、硼、和大家熟悉的碳、氮、氧,然后是该一列的第七位元素,氟。按原子量顺序,下一个元素是钠,而且,因为它与锂同族,性质相似,门捷列夫决定从钠开始排第二列元素,并且与第一列平行。继钠之后,在第二列上排列的常见元素是:镁、铝、硅、磷、硫、氯。不言而喻,这一列共有7个元素,这样,最后一个元素,氯,就与氟排在同一横排线上了。显然,在这种原子量的序列中,有某种并不是偶然,而是带有系统性的东西存在着。当我们开始排第三列元素时,这一点又再次清楚地表现出来。按原子量顺序,氯的后面是钾,然后是钙。这样,第一横排包含锂、钠和钾,它们都是碱金属;第二横排上有铍、镁和钙,它们是具有另一组同族相似性的金属。事实上,在这种排列方法中,横排才具有意义:横排使同族元素排列在一起。门捷列夫在元素排列中找到了一种数学图解法,或者说,他至少为这种图解法找到了依据。如果我们按原子量顺序排列这些元素,七个元素排列成一个竖列,然后再排下一个竖列,这样,我们就在横排上排列出了同族的元素。
至此,我们可以毫无阻碍地按照门捷列夫在1871年,即他的最初概念形成后的第二年所制定的元素表排列元素。一直排到第三列都没有出任何问题——但是,接着就不可避免地遇到了第一个难题。为什么我说是不可避免的呢?因为,正如你从氦元素的情况中看到的那样,门捷列夫当时并不知道所有的元素。在所有92种元素中,当时已知的只有63种:因此,他或迟或早会遇到空位。他遇到的第一个空位,就是在我排第三列时无法继续排下去的第三个位置上。
我说门捷列夫遇到了一个空位,但这个简单的词却隐藏着他思想上最难对付的问题。在第三列的第三个位置上,门捷列夫遇倒了困难。他把这“解释”为空位,从而解决了这个难题。他之所以这样做,是因为后面的一个已知元素,即钛,并不具备在这个位置上的元素所应具备的性质,与处于同一横排的硼和铝不同族属。因此,他说:“这里有一个缺位元素,而在它被发现时,它的原子量将比钛要小,排在钛之前,绕过这个空位,这一列中后面的元素都将排在横排的适当位置上;钛与碳和硅归入同一排。——的确,在这张基本的元素表中,钛正是这样排列的。
空位或未知元素的概念的形成,是一种科学的启示。它用具体实用的术语表达了很久以前弗兰西斯?培根用(Froncis Bacon)一般性术语所提出的一种信念:有关自然法则的新鲜例证可以从旧的例证中预先猜测或归纳出来。门捷列夫的猜想表明,在科学家手中,归纳是一个比培根和其他哲学家当初设想的要微妙得多的方法。在科学领域中,我们并不是简单地、直线式地从已知情况进入到未知情况。而是像填字谜游戏一样,要找出两种不同的事物走向的交会点:即隐藏着未知情况的地方。门捷列夫观察研究了竖列上元素原子量的递增,以及横排上元素的同族相似性,在竖列和横排的交会点上精确地确定缺位元素的位置。由此,他提出了一系列切合实际的预言,而且,他同时也表明了(这一点至今仍不大被人们所理解)科学家究竟是怎样运用归纳法的。
可以说,最令人感兴趣的是第三和第四列中的那些空位。我不会超出这两个竖列。把元素表继续排下去——只不过可以说,当你数着这些空位,继续排下去时,这个竖列肯定会在应该结束的地方结束,——即最后一个元素为卤族中的溴。表