弗里茨·哈伯：生養十億，屠戮百萬，戲劇人生，亦神亦魔。

1918年化學諾貝爾獎可能是歷來頒發過最重要的諾貝爾獎。 這項榮譽授予了德國科學家弗里茨·哈伯，以表彰他解決了人類面臨的最大難題之一。 曾經面對過的。 他的發明直接關係到如今四十億人的生命。 但當他領獎時，許多同輩卻拒絕出席。 另有兩位諾貝爾獎得主因抗議而拒絕領獎，以及《紐約時報》 寫了一篇譴責他的文章。 他同時是史上影響力最大且最悲劇性的科學家之一。 或許比起任何其他人，他更塑造了我們今日所生活的世界。 如果你是一名美國公民，並且你發現一座島嶼上堆滿了鳥糞，那麼…… 那麼你就可以為美國聲索該島嶼，美國將會支持你。 總統有權派遣海軍和陸軍前往保護你們新發現的地區。 糞便覆蓋的島嶼。 目前有10個美國島嶼是以這種方式被聲索的，即使如此 使這成為可能的法律於1856年通過，至今仍有效。 那麼，人們為什麼如此渴望擁有沾滿糞便的島嶼呢？ 在秘魯海岸外有幾十座島嶼，數百萬隻海鳥聚集於此。 交配，島周圍的水域充滿了魚類，數百萬隻鳥類也聚集在這裡。 吃掉魚，然後它們就會排便。 很多。 由於該地區炎熱乾燥，這種糞便會硬化並累積數千萬年。 有高達三十公尺（一百英尺）的鳥糞峭壁。 從技術上來說，鳥糞稱為鴿糞，到了19世紀中期，購買和出售鳥糞已成常態。 鳥糞是門大生意。 價格一度高達每磅76美元，意味著你可以用四磅鳥糞交換一磅。 一磅黃金。 那麼，為什麼鳥糞會有這麼大的市場呢？ 要回答這個問題，我們必須深入人體內部進行觀察。 按重量計算，我們身體的大部分由氧、碳和氫組成。 但第四大常見元素是氮。 氮是構成蛋白質的氨基酸的一部分，也是血紅蛋白（一種化合物）的組成部分。 它負責在紅血球中運送氧氣，同時也是DNA和RNA的核心組成部分。 氮氣對地球上所有生命至關重要。 我們透過食用植物，或食用過植物的動物來獲取氮，而植物則透過…… 土壤中的氮。 問題在於，如果你年復一年地耕種同一片土壤，就會不斷消耗其中的氮元素。 缺乏氮元素，最終將無法支持健康植物的生長。 他們無法產生足夠的葉綠素進行光合作用，這會抑制其生長。 它們的葉子會變黃，並且更容易受到蟲害和疾病的侵襲。 對農民來說，氮缺乏意味著產量減少。 解決這個問題的方法是將氮元素重新補回土壤中。 這正是鳥糞發揮作用之處。 鳥糞的氮含量高達20%。 數百年前，印加農民發現，將鳥糞添加到土壤中能讓作物生長得更好。 長高。 這使得他們能夠在以往無法耕作的地方種植糧食，以及 擴張他們的帝國。 南美洲豐富的鳥糞礦藏並未逃過世界其他地區的注意。 1865年，西班牙對其前殖民地秘魯、智利、厄瓜多爾和玻利維亞宣戰。 為了控制那些被糞便覆蓋的島嶼。 但世界對氮的需求如此之大，到了1872年，鳥糞已將耗盡，秘魯也 禁止進一步出口。 世界將需要另一種方式來獲得氮的固定。 這是一場危機。 英國化學家威廉·克魯克斯於1898年作出了可怕的預言。 隨著全球人口不斷增長以及氮資源日益枯竭，他表示我們正處於 飢餓的致命危機。 不到三十年的時間內，他主張，全世界的人將因饑餓而死亡。 但他也提出了一個解決方案。 正是化學家必須挺身而出。 正是透過實驗室，饑荒最終才可能轉化為富足。 因為這裡有一點要說明。 氮氣並不稀有，反而很常見。 空氣中有78%是氮氣。 但它呈現的形式，植物和動物無法利用。 兩個氮原子以三重鍵結合。 這種鍵結是自然界中最強的之一。 衡量化學鍵強度的方法是通過所需能量的多少來判斷 打破它。 例如，要將兩個氯原子分開，需要兩點五個電子。 伏特。 要將兩個碳原子分開，需要 3.8 電子伏特的能量。 兩個氧原子，5.2 eV。 但要將兩個氮原子分開，需要 9.8 電子伏特的能量。 巨大的能量。 有兩個過程會自然地完成這件事。 閃電釋放的能量如此巨大，足以將氮氣（N₂）分解成單獨的氮原子。 隨後它們迅速反應，生成氮氧化物。 這些分子會留在大氣中，直到與雲中的水滴發生反應為止。 在雨中跌倒在地。 土壤中還有一些細菌能夠破壞氮氣分子中的氮氮鍵，利用 如此做需要巨大的能量。 它們讓氮元素可供植物利用。 但細菌只能緩慢地補充氮氣，而且雷電產生的氮氣也不足。 大量氮化合物 因此，化學家們試過了。 1811年，喬治·希爾德布蘭特將氮氣和氫氣混合於一個密封的燒瓶中，試圖 製造氨，一種在鳥糞中發現的含氮分子。 當那樣做無效後，他將燒瓶沉入水下300米，以增加壓力。 這也沒奏效，但他已經走上正確的道路了。 接下來的時期，這些實驗不斷發展出越來越複雜的版本。 一百年。 它們全都失敗了。 因此，當弗里茨·哈伯在1904年對這個問題產生興趣時，他正加入了一個悠久的傳統。 失敗的化學家們。 他36歲，於卡爾斯魯厄大學擔任基層學者。 他同時也是一位新晉父親，有一個兩歲大的兒子，名叫赫曼，還有一位妻子，克拉拉。 是最早獲得化學博士學位的女性之一。 由於自尊心及與另一位科學家的競爭，哈伯花了五年時間解決這個問題。(_) 他的想法是，不僅在高壓下，而且在高溫下將氮氣與氫氣結合。 溫度，以及在催化劑存在下，一種能降低能量需求的物質 需要將雙原子氮氣分解。 為此，必須發明新的實驗裝置。 哈伯不辭勞苦地投入此項計畫，製造出能夠承受日益高溫的設備。 溫度和壓力。 他也運氣不錯。 當時，他正在為一家燈泡製造商擔任技術顧問，兼職工作。 因此，他能夠接觸到許多極難尋獲的材料，例如鋨元素。 鋨很稀有。 在他那個時代，世上僅有約一百公斤的純金屬存在。 但他工作的公司正在試驗將其用於燈泡的燈絲。 因此，他們掌握了世界上大部分的供應。 哈伯懷疑它或許能成為完美的催化劑，因此他帶回了一小份樣本。 實驗室 於1909年3月的第三週，哈伯將他的鈀金薄片放入壓力裝置中。 氣室，然後他將氮氣和氫氣加壓並加熱至200個大氣壓。 以及500攝氏度。 在這些條件下，三重鍵斷裂，氮與氫發生反應。 在總體氣體混合物中，有6%轉化為氨。 當氣體被冷卻時，有一毫升的氨從一根細管的末端滴出。 倒入燒杯中。 哈伯興奮地從一間實驗室衝到另一間，大聲喊叫著， 下來吧！ 有氨！ 德國最大的化學公司巴斯夫（BASF）實現了哈伯法的商業化。 短短四年內，他們就在奧帕烏開設了一間工廠，每天生產五噸氨。 人們談論著用空氣製造麵包。 有了這種工業過程所產的肥料，農民在同一塊土地上，就能夠種植更多作物。 生產四倍多的食物。 因此，地球的人口增加了四倍。 你很可能因為哈伯的發明而得以存活於世。 地球今天能養活比沒有氮肥時多四十億的人口。 事實上，你體內約有50%的氮原子來自哈伯法。 這項發明使弗里茨·哈伯變得非常富有。 他獲得晉升，成為威廉皇帝研究所的創始所長。 柏林的物理化學 他也結識了當時一些最優秀的科學家，包括馬克斯·普朗克、馬克斯·玻恩等人， 以及阿尔伯特·爱因斯坦。 愛因斯坦於1914年與他的第一任妻子分離後，曾在哈伯家中過夜。 但如果哈伯如此受人尊敬，為何當他獲得諾貝爾獎時，同事們卻疏遠他呢？ 獎品？ 其實一切都歸結於第一次世界大戰期間所發生的事。 當戰爭爆發時，哈伯主動請纓服兵役。 與反戰的愛因斯坦不同，后者譴責戰爭，哈伯卻是一位愛國者。 他希望利用自己的專長來幫助自己的國家。 戰爭才進行幾個月，德軍的火藥已經開始短缺。 以及炸藥。 硝酸銨除了是一種優良的肥料外，也是一種炸藥。 只要看看2020年8月貝魯特發生的事就明白了。 一個倉庫內存放了近3,000噸硝酸銨，發生了火災。 在極端高溫下，肥料爆炸了。 爆炸聲遠在數百公里外都可聽到，至少造成217人死亡。 並造成數千人受傷。 地震儀記錄到一次人為地震，震級為里氏3.3級。 這只是一起多起與肥料有關的爆炸事件之一。 位於奧帕烏的工廠，正是哈伯法首次投入實用之地，後來也發生了爆炸。 1921年。 原因是氮氣。 我們已經看到，要將氮氣分子分解，需要消耗巨大的能量。 三重鍵 但這枚硬幣的另一面是，當兩個氮原子結合並形成 那種鍵結會釋放出大量的能量。 火藥、TNT、硝化甘油和硝酸銨的爆炸都會產生雙原子氮。 氣體作為一種產品。 而那種三鍵的形成，正是這些化學物質具有強大爆炸性的來源。 能源 哈伯遊說將使用他工藝的工廠轉產用於製造肥料的氨。 製造硝酸鹽以用於炸藥。 他的上司認為這種轉變是不可能的，但哈伯堅持不懈。 不久之後，他的化學工藝成為德國戰爭機器的核心。 從空中麵包到空中炸彈。 但哈伯認為化學能夠為戰爭做出更大的貢獻。 1914年12月，他親眼目睹了一次化學武器試驗。 他毫不動容。 赫伯相信自己能做得更好。 他致力於製造一種在低濃度下即具致命性且比空氣重的氣體。 因此它會陷入敵方戰壕。 載有化學武器的彈藥被海牙公約至少在理論上所禁止。 1899年。 但在實踐中，戰爭爆發後，德國、法國和英國都進行了試驗 化學武器。 哈伯將研究所的翼樓改建成化學武器實驗室，之後 僅僅幾個月的工作，他就鎖定了氯氣。 一名名叫奧托·哈恩的員工表達了他對這項新武器的不適感。 哈伯告訴他，如果戰爭能更快結束，將能拯救無數人類的生命。 以這種方式。 4月22日傍晚6時，隨著風向吹向同盟國陣地，德軍 部隊釋放了超過5,000個氣瓶中的168噸氯氣。 氣體牆壁緩緩地橫掃過戰場。 由於氯氣比空氣重兩倍半，因此沉入了戰壕中。 盟軍士兵們。 任何吸入一口這種氣體的士兵都遭受了可怕的死亡。 氯氣會極度刺激肺部黏膜，導致肺部充滿液體。 士兵們在乾地上無聲無息地溺斃了。 在第一次攻擊中，有超過5,000名盟軍士兵以這種方式陣亡。 哈伯被擢升為上尉，一周後他回到了柏林的家中。 5月1日，哈伯家舉辦了一場晚宴派對，派對結束後，弗里茨 服用了安眠藥後上床睡覺。 但那個晚上，他的妻子克拉拉拿走了他的槍，走到花園裡，然後在那裡 她朝自己的胸口開了一槍。 她12歲的兒子赫爾曼聽到了槍聲，跑出去尋找母親。 垂死挣扎。 第二天早上，弗里茨·哈伯便登上火車，前往東線督導一次毒氣攻擊。 俄羅斯軍隊 有人聲稱克拉拉是因為丈夫對化學武器的執迷而自殺的。 這可能也是其中一個因素，但誠實地說，我們並不知道，因為沒有第一手的證詞。 生存下來以支持這種解釋。 我們所知道的是，克拉拉在婚姻中極度不快樂。 1910年，結婚八年後，她寫信給一位朋友， 弗里茨在這八年間所贏得的一切，以及更多，我都失去了。 而前方所剩的一切，卻讓我感到最深的不滿。 克拉拉自殺後，哈伯在餘下的戰爭期間繼續經營他的研究所，從事研究工作。 化學武器、防毒面具和農藥。 到1917年，該研究所僱用了1,500名員工，其中包括150名科學家。 這就像是一場微型的曼哈頓計畫，不過專門用於化學武器。 第一次世界大戰期間，共有十萬名士兵死於化學武器。 當德國投降時，哈伯感到心碎。 他從氨的專利中賺到的所有錢，都因惡性通貨膨脹而化為烏有。 為了償還德國令人難以承受的戰爭債務，他試圖從海水中提取黃金。 但這項計畫是徒勞的。 1933年，納粹掌權後通過一項法律，規定所有猶太籍公務員，包括 科學家們將被解僱。 哈伯是猶太人，但他從未實踐過該宗教。 無論如何，他的軍事服務使他免於法律制裁，但他辭去了職務。 擔任主任一職，並與在該研究所工作的所有猶太科學家團結一致。 隔年，他在瑞士巴塞爾的一間酒店房間裡，因心力衰竭去世。 第一次世界大戰結束後，哈伯的研究所立即開發出一種以氰化物為基礎的殺蟲劑。 它有一種幾乎無法察覺的氣味，因此他們加入了一種臭味強烈的化學物質，以提醒人們。 危險。 產生的氣體被稱為齊克隆-B。 在哈伯去世十年後，納粹黨要求化學家們去除這種惡臭的成分， 這種形式的齊克隆-B，即哈伯研究所研發的化學物質，隨後被用來實施 納粹大屠殺 想到這個故事，很輕易地就可以把哈伯描繪成一個惡人，或是一個英雄。 為了發明了養活世界一半人口的生產流程。 但另一種做法是將他視為與整個故事無關緊要。 因為其他人會想出辦法從空氣中提取氮氣， 其他科學家也在研發化學武器。 過去幾個世紀以來，科學與技術極大地改善了我们的生活。 但它們也給予了我們日益增多的自我毀滅方式。 我想，相信我們可以只讓科學家專注於解決問題，這將是一件很棒的事。 對人類有益的事物。 但現實是，每一點資訊都可能是一把雙面利刃。 你不知道你研究的結果為何，也不知道它日後可能會被如何使用。 硝酸銨既是肥料，也是炸藥。 因此，真正的問題在於，我們該如何持續提升對自然世界的認識與掌控能力， 在不摧毀我們自己以及這顆星球上的一切的情況下？