元素周期表中的那些方格包含了不少驚人的事實。這些元素講述的故事,給化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)甚至歷史賦予了隱藏的秩序。
本·麥克法蘭在《源自塵埃的世界》中追溯了數(shù)十億年的進化史,以元素的數(shù)學(xué)作為開頭,以人類的發(fā)展作為結(jié)尾。在這個故事中,元素周期表可以幫助我們看到新事物。世界就像是建立在地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)上的舞臺。流水不斷浸蝕山脈中的巖石,將礦物質(zhì)轉(zhuǎn)移進化學(xué),并為遠(yuǎn)古生命提供化學(xué)護盾。在這種環(huán)境下,一系列化學(xué)規(guī)則不斷提升生物的復(fù)雜性。隨著細(xì)胞構(gòu)成生物和生態(tài)系統(tǒng),五顏六色的分子捕獲了太陽的能量,并釋放氧氣。氧氣是一個關(guān)鍵因素,它改變了世界,并使元素周期表中的一些元素按照可預(yù)測的順序不斷被生命利用。這些事件在版畫家加拉?本特和醫(yī)學(xué)插畫家瑪麗?安德森創(chuàng)作的40幅原創(chuàng)插圖中得以生動體現(xiàn)。
本書適合那些對科學(xué)故事感興趣的讀者。巖石、元素和生命是這個故事的主角,將地質(zhì)變遷、化學(xué)變化和生物演化交織在一起。麥克法蘭將科學(xué)和藝術(shù)有機地結(jié)合起來,展示了歷史、繪畫、音樂、文學(xué)和化學(xué)的靈感共性。無論您的科學(xué)背景是什么,您都能在本書中找到一個新的視角,以此來思考這個古老的世界是如何形成的。
作者的話
這是一本有關(guān)歷史的本質(zhì)和自然的歷史的書。因為我根據(jù)化學(xué)來理解這個世界,所以這本書講述了元素、分子以及它們所構(gòu)成的動物、植物和礦物。這是化學(xué)家講述的自然史。
前三章介紹了幾個化學(xué)概念,你讀完之后或多或少會更熟悉些,這取決于你自己的化學(xué)基礎(chǔ)。如果你需要加深對這些概念或詞匯的理解,可以嘗試在互聯(lián)網(wǎng)快速搜索。我會不時地給出一些幫助搜索的信息。同時,元素周期表(表0.1)是幫助你閱讀此書的指南。在這張表中,性質(zhì)類似的元素在同一列中,從上往下看,原子量越來越大,就好像是重力把質(zhì)量大的原子往下拉一樣。
因為歷史的本質(zhì)是一個哲學(xué)話題,你如何看待它取決于你的經(jīng)驗。古爾德(Stephen Jay Gould)所著的《奇妙的生命》(Wonderful Life),也是一本關(guān)于歷史的本質(zhì)的書。在我的書中的第一章和最后一章,我會討論古爾德的結(jié)論如何受到自身經(jīng)驗的影響。然而,我不打算攻擊他,因為本書也毫無疑問源于我的經(jīng)驗。
我的經(jīng)驗有5個來源:我在研究生期間花了5年時間學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)化學(xué);我最喜歡的顏色是綠色;我給文學(xué)藝術(shù)學(xué)院的本科生授課,這對我連接科學(xué)和藝術(shù)至關(guān)重要(至少我交到了其他系的朋友);我每年都出席7—12年級科技展覽會的科學(xué)項目評比;我和我的家人參與了西雅圖貝薩尼聯(lián)合教會,在那里我給形形色色的沒有上過大學(xué)的人講課,他們可以隨時離開——有時的確如此。
在上述幾類經(jīng)驗中,最后一類是具有神學(xué)性質(zhì)的,這在科普書的開頭中是不常見的一類。我樂于在科學(xué)和信仰的鴻溝之間架起一座橋梁,或者在更多沒有傾向性的領(lǐng)域中,嘗試對命運和自由意志、無序和有序進行溝通;蛟S,一些讀者會把我對歷史本質(zhì)的結(jié)論歸因于我個人經(jīng)歷的最后一部分。事實上,我的信仰在歷史本質(zhì)方面也是不明確的。在本書中,我強調(diào),造成變異和流動混亂的化學(xué)秩序為歷史的發(fā)展確定了方向。但是,其他和我有相同信仰的人強調(diào)了創(chuàng)造的偶然性和隨意性,強調(diào)了歷史的路徑可能有很多,也強調(diào)了人們每天都會面臨數(shù)不清的選擇。信仰不會決定我對歷史本質(zhì)的結(jié)論,但是,它支持我在不同的觀點中尋找一種平衡,最終得到一個合理的結(jié)論。更多的相關(guān)討論請閱讀第十二章。
對于本書的主要部分,任何人都可以很方便地進行閱讀,你可以在表象之下發(fā)現(xiàn)許多細(xì)節(jié)和討論。因為這本書是為非科學(xué)界人士撰寫的,我向讀者保留了基于個人興趣和經(jīng)驗去探索個人研究的方法和局限性的機會。本書對于那些學(xué)習(xí)普通化學(xué)、生物化學(xué)或物理化學(xué)課程的學(xué)生來說,也有很好的參考價值。正如達(dá)爾文(Charles Darwin)談到自然選擇時所說:“我相信這個理論的真實性,因為它是從一個角度收集了許多表面上獨立的事實,并對其做出了合理的解釋!弊匀贿x擇對于達(dá)爾文的意義,就如同化學(xué)對于我的意義。在我看來,化學(xué)序列和化學(xué)順序以一種令人驚訝而理性的方式塑造了生物學(xué)和歷史的混沌,并解釋了許多事實發(fā)生的原因。這是一段很長的故事,但是十分契合化學(xué)邏輯,它顯示了歷史的本質(zhì)是由化學(xué)決定的。這重塑了我觀察事物的方式,比如如何觀察草地上的每一片葉子和海灘上的每一塊巖石。我也希望你樂于用這種新的方式來思考那些古老的話題。
本·麥克法蘭(Ben McFarland),在位于美國華盛頓州的西雅圖太平洋大學(xué)教授化學(xué)和生物化學(xué),已獲佛羅里達(dá)大學(xué)化學(xué)專業(yè)和科技寫作專業(yè)雙學(xué)士學(xué)位、華盛頓大學(xué)生物分子結(jié)構(gòu)與設(shè)計專業(yè)博士學(xué)位,研究方向為利用化學(xué)規(guī)則重新設(shè)計免疫系統(tǒng)蛋白質(zhì)。
001 — 第一章 砷基生命
028 — 第二章 預(yù)測細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)機制
062 — 第三章 展開的元素周期表
091 — 第四章 三相點上的行星
129 — 第五章 生命起源的7條化學(xué)線索
165 — 第六章 錯綜復(fù)雜的反應(yīng)輪
201 — 第七章 陽光的風(fēng)險與回報
240 — 第八章 后退一步,前進兩步
277 — 第九章 氧導(dǎo)致的分解與結(jié)合
314 — 第十章 放逐元素的回歸
358 — 第十一章 化學(xué)如何形成歷史
384 — 第十二章 熟悉的副歌
406 — 詞匯表