他发明了尼龙，却在小旅馆用氰化钾结束了自己｜化学有故事12
汪诘约 15 分钟“
被“网暴”了十年的孤独先知
1937 年 4 月 28 日，在美国费城的一家小旅馆中。
一位 41 岁、文质彬彬但面容无比憔悴的男子，独自坐在房间的沙发上。他从口袋里随意掏出一个小纸包，里面装着一点白色的粉末。他看着这些粉末，就像看着普通的感冒药。不过，这可不是感冒药，是剧毒的氰化钾。
作为一位顶尖的化学家，他非常清楚氰化钾的致死机制，也知道这玩意儿吃下去可能需要一点时间才能发作。为了加速死亡的到来，他向服务员要了一杯柠檬汁。他把白色的氰化钾粉末倒进柠檬汁里，看着它们溶解。柠檬汁里的柠檬酸，立刻将氰化钾转化成了我在之前的文章中提到过的、更为致命的氰化氢（HCN）毒药。
他毫不犹豫地端起杯子，一饮而尽。
几分钟后，这位被后世公认为“人类历史上最伟大的工业化学家之一”的绝顶天才，在无尽的抑郁和痛苦中，永远地停止了心跳。他甚至没能撑到看一眼自己妻子肚子里即将出生的女儿。
这个男人的名字，叫华莱士·卡罗瑟斯（Wallace Carothers）。
你可能从来没听过他的名字，但你绝对不可能没有用过他发明的物质。因为他亲手打开了人类历史上一个规模空前、彻底重塑了现代文明的新纪元——高分子合成材料时代。
他死后的第三年，由他亲手发明的一种全新材料制成的商品，在美国各大百货公司上架。第一天就卖出了惊人的 7.8 万件，第一年卖出了 6400 万件。为了抢夺这种商品，人们甚至在街头引发了骚乱，二战时的盟军降落伞和轮胎，也都必须仰仗这种材料。
这种改变了世界的材料，叫做“尼龙（Nylon）”。
为什么一个用化学改变了全人类生活的天才，要在自己最巅峰、即将功成名就的前夜，选择如此决绝的自杀呢？
被“网暴”了十年的孤独先知
上一节我们说到，当人类搞清楚了几个原子是怎么通过共价键“手拉手”结合在一起之后，化学家们就大胆地设想，能不能突破大自然的限制，把几千个、几万个原子像火车车厢一样，首尾相连，拼成一条长得惊人的“超级巨无霸分子”？我们能不能创造出大自然也创造不出来的新材料呢？
卡罗瑟斯，就是那个把这条“超级列车”造出来的人。但在他动手之前，还有一位孤独的先知，为了证明这列“超级列车”的存在，在欧洲的学术界被当成是疯子，用今天的话来说，他被“网暴”了十几年。
把时间倒回到 20 世纪 20 年代。当时的化学界，被一种深深的“洁癖”统治着。
从古代的炼金术士开始，所有的化学家都有一种执念：只有能结晶出绝对规则、纯粹无暇的晶体，或者能提纯出清澈透明的液体，那才是真正的化学。
在当时的认知里，不管是水分子（H₂O）、氨气分子（NH₃），还是蔗糖分子，它们都是一个个由几个、几十个或者最多几百个原子组成的“小微粒”。当时欧洲的学术权威们——比如著名的诺贝尔奖得主、有机化学之父埃米尔·费歇尔（Emil Fischer）——坚定地认为：分子的个头是有极限的。
他们觉得，原子通过化学键（共价键）手拉手，最多只能拉个几百人。如果强行拉几千人，这条链条就会因为异常脆弱而自动断裂。这就好比搭积木，你可以搭一个小房子，但你绝对不可能用简单的积木搭出一座直插云霄的太空电梯，重力早就把它扯碎了。
所以，当时的化学家非常讨厌一种东西。
比如从橡胶树上割下来的天然橡胶，或者是在提纯实验失败时，烧杯底部留下的那一坨黏糊糊、黑漆漆、洗也洗不掉的树脂焦油。
化学家们极度厌恶这些无法结晶的“烂泥”。他们给这些东西起了一个充满鄙夷的德语名字——“Schmierchemie”，翻译过来就是“油脂化学”或者“烂泥化学”。
既然权威们认为大自然中不可能存在几万个原子连在一起的超级大分子，那怎么解释橡胶那种惊人的弹性和黏性呢？
当时的学术界提出了一套相当自洽的“胶体理论”。他们解释说：橡胶的本质也是一个个很小的分子。只不过，这些小分子像是一群没有组织纪律的散沙，它们通过一种神秘且微乎其微的物理引力，强行聚集成了一团烂泥。这就好比你把一堆磁铁碎屑扔在一起，它们虽然吸成了一团，但本质上依然是无数个独立的碎屑，而不是一块浑然一体的钢铁。
整个化学界都对这套“小分子聚集”的理论深信不疑。直到 1920 年，一个刺耳的声音打破了这片高傲的宁静。
发声的人，是德国的一位有机化学教授，名叫赫尔曼·施陶丁格（Hermann Staudinger）。
施陶丁格是个异常固执的人。他在研究橡胶的结构时，越研究越觉得不对劲。如果橡胶真的是由无数个小分子靠着微弱的物理引力聚在一起的，那为什么我用那么猛烈的化学溶剂去溶解它，甚至把它加热汽化，它依然表现出那种牢不可破的黏性和长链特性？如果是散沙，早就该散了啊！
于是，1920 年，施陶丁格在著名的《化学通报》上发表了一篇简直是“大逆不道”的论文。在这篇论文里，他第一次提出了一个石破天惊的概念——“高分子”（Macromolecule）。
施陶丁格在论文中向所有同行喊话：
“各位同行，你们全错了！橡胶根本不是什么小分子的物理聚集体！橡胶的本质，就是一条由成千上万个碳原子，通过实打实的、无比坚固的共价键，一个接一个手拉手连起来的超级巨无霸分子！”
“如果水分子是一辆只有三个轮子的儿童三轮车，那么橡胶分子，就是一列挂了整整一万节车厢、长达几十公里的重型钢铁货运列车！”
此言一出，整个欧洲化学界一片哗然。紧接着，就是狂风暴雨般、甚至带有侮辱性的嘲笑和攻击。施陶丁格几乎被口水给淹了。
同行们都觉得施陶丁格简直是疯了。在 1925 年苏黎世的一场举足轻重的学术会议上，施陶丁格站在讲台上，试图用实验数据证明“超级长链”的存在。
台下的学术泰斗、后来的诺贝尔奖得主海因里希·威兰（Heinrich Wieland）站了起来，用一种近乎居高临下的怜悯口吻对他说：“亲爱的同事，请你放弃这些关于庞大分子的荒谬幻想吧！纯化你的物质，一遍又一遍地纯化它们，你会发现，它们最终都会变成结晶的小分子。大自然里绝对不可能存在这种像面条一样巨大的分子！”
海因里希·威兰（Heinrich Wieland）
另一位权威甚至公开嘲讽：“这就好比有个探险家跑回来说他在非洲发现了一只斑马，如果这只斑马跟大象一样大，我们还能信；但施陶丁格先生现在告诉我们，他发现的这只斑马，有一座山那么大！这简直是侮辱我们的智商！”
面对整个学术界的围剿，施陶丁格没有退缩。他就像一个孤独的角斗士，在随后的整整十年里，带领着几个可怜的学生，在实验室里疯狂地寻找证据。他把天然橡胶分解、合成、再分解，斩钉截铁地证明了：不管你怎么折腾它，只要你不打断碳原子之间的共价键，这条高分子长链就永远存在！
就在施陶丁格在欧洲的学术圈里舌战群儒、被骂得狗血淋头的时候，在大洋彼岸的美国，一家野心勃勃、富可敌国的公司，正在悄悄地注视着这一切。这家公司的一个决定将改变世界！
这家公司，就是大名鼎鼎的杜邦（DuPont）公司。
杜邦的豪赌：当资本遇见疯狂的头脑
到了 1920 年代末，原本靠生产火药和炸药发大财的杜邦公司，敏锐地嗅到了时代的危机。一战结束了，炸药卖不出去了，公司必须转型。
20 世纪 20 年代杜邦公司的广告
当时的杜邦高层做出了一个在今天看来都极具魄力的决定。他们砸下重金，建立了一个完全不以短期盈利为目的的基础科学实验室，史称“纯科学大厅”（Purity Hall）。他们要在全世界寻找最顶尖的大脑，给他们几乎无限的资金、最好的设备，让他们在里面随心所欲地搞研究。
因为杜邦相信，只有最前沿的纯科学突破，才能给公司带来下一代革命性的产品。
为了物色这个实验室的掌门人，杜邦在全美国的顶尖高校里疯狂“扫货”。最终，他们把目光锁定在了哈佛大学一位年仅 31 岁的年轻讲师身上。
这个人，就是我们开篇提到的华莱士·卡罗瑟斯。
杜邦实验室位于德尔摩威尔明顿
卡罗瑟斯在哈佛被公认为是一个绝顶天才。他的大脑就像一台精密无双的分子结构运算机，能在脑海中完美地推演出各种复杂的化学反应。但他有一个致命的弱点：他是一个十分严重的抑郁症患者。
卡罗瑟斯性格内向、孤僻，极度缺乏自信。他经常在上课前突然感到恐慌症发作，甚至无法走上讲台。他整天沉浸在一种无法名状的痛苦和对失败的恐惧中，甚至早早地在口袋里备好了毒药。
当杜邦公司拿着丰厚的年薪和“绝对的学术自由”邀请他时，卡罗瑟斯犹豫了很久。他觉得自己不是当领导的料。但在杜邦的软磨硬泡下，他最终还是离开了象牙塔，走进了杜邦的实验室。
华莱士·卡罗瑟斯的实验室
卡罗瑟斯上任后，面对公司给他的几乎是不封顶的预算，他做出了一个大胆至极的决定。
他没有去研究怎么改良杜邦的炸药，也没有去研究怎么生产廉价的染料。他敏锐地察觉到了欧洲正在发生的那场关于“高分子”的学术骂战。
卡罗瑟斯看着施陶丁格的理论，作为一个天才，他一眼就看出了其中的伟大。
他对手下的研究员说：
“如果施陶丁格是对的，如果大自然真的能造出橡胶这种几万个原子长的‘列车’。那么，我们作为化学家，为什么不能用人工的方法，在烧杯里，亲手把这列‘超级列车’一节一节地拼装出来？！”
这简直是一个狂妄到了极点的上帝视角！
卡罗瑟斯的思路异常清晰、堪称优美。他把目光投向了有机化学中经过特殊挑选的两种分子：一种是两头都带有胺基的“二胺”，一种是两头都带有羧基的“二酸”。
大家可以这么理解：卡罗瑟斯找来了两种“小车厢”。一种车厢的头和尾，都带着一个“挂钩”（胺基）；另一种车厢的头和尾，都带着一个“圆环”（羧基）。
当把这两种车厢放在超高温、甚至抽成真空的反应容器里时，奇妙无比的“缩聚反应”发生了。
带挂钩的车厢，迅速和带圆环的车厢‘咔嗒’一声死死扣在一起，同时‘挤’出了一滴水分子。但这还没完！因为连起来之后，这节新车厢的一头还是挂钩，另一头还是圆环！于是，它立刻又去抓下一个车厢、再抓下一个车厢……
咔嗒，咔嗒，咔嗒……
就这样，在烧杯底部，成千上万个原本只有几个原子的微小分子，像疯狂生长的藤蔓一样，首尾相连，硬生生地结成了一条长达几万个原子的超级碳链大分子！
1930 年 4 月，卡罗瑟斯的助手朱利安·希尔（Julian Hill）在烧杯里用一根玻璃棒，从一团恶心的褐色黏液中，漫不经心地向上一挑。
奇迹发生了。
那团黏液并没有像水一样滴落，也没有像蜡一样断裂。它竟然像拉面一样，被拉出了一条长长的、晶莹剔透的细丝！而且，这根细丝冷却之后，竟然表现出了令人咋舌的弹性和韧性。不管你怎么拉扯它，它都能像橡胶一样缩回去。
这就是人类历史上第一种至关重要的高分子合成材料——氯丁橡胶（Neoprene）。这也是二战中美国高度依赖的关键战略物资。
实验室中的卡罗瑟斯
氯丁橡胶的诞生，直接给了欧洲那些嘲笑施陶丁格的学术权威们一记响亮的耳光。卡罗瑟斯用无可辩驳的实物证明了：大分子不仅存在，而且人类可以像上帝一样，随心所欲地创造它！
但卡罗瑟斯没有停下。几年后，他把这种“拼接车厢”的游戏推向了极致。
卡罗瑟斯团队继续更换不同的“车厢”进行测试。他们的目标，是寻找一种能够替代高昂的天然丝绸的人造纤维。
1935 年 2 月 28 日，在经历了无数次失败、尝试了上百种配方之后。卡罗瑟斯把一种叫己二胺的液体，和另一种叫己二酸的液体混在一起。
当研究员再次用玻璃棒从烧杯里挑起一根细丝时，整个实验室都被彻底震撼了。
这根丝在冷却之后，简直像是一种不属于地球的外星材料。它比蛛丝还要细，强度甚至接近某些金属丝的量级！它表面异常光滑，闪烁着不输顶级蚕丝的珍珠光泽；它不怕虫蛀，不怕发霉，就算你赤手空拳去拉扯，也会把手勒出血痕却无法将它扯断！
卡罗瑟斯看着这根晶莹剔透的丝线，他知道，他摸到了现代材料学的圣杯。
四百万双丝袜引发的“街头战争”
杜邦公司敏锐地嗅到了这根丝线背后惊人的商业价值。他们立刻投入了巨额资金进行量产研发，并给这种神秘的合成纤维起了一个响当当、极具现代感的名字——尼龙（Nylon）。
尼龙最先被用来做什么？牙刷的刷毛、钓鱼线。但这都只是小打小闹。
杜邦公司很快就找到了一个足以让全世界女人陷入疯狂的切入点：女人的丝袜。
在 20 世纪 30 年代，丝袜是昂贵的奢侈品，只有贵妇才穿得起天然真丝的丝袜，而且动辄勾丝破裂；普通女人只能穿厚重、毫无美感的棉袜。
1940 年 5 月 15 日，被称为“尼龙日”。杜邦公司正式在美国各大百货公司发售尼龙丝袜。当时的广告语是这么写的：“像蛛丝一样细，像钢铁一样强，像合成的奇迹一样美！”
发售当天的场景，堪称一场疯狂的掠夺战，百货公司甚至不得不请出防暴警察来维持秩序。无数的美国妇女在百货公司门前排起了长达几个街区的长队。门一开，人们疯狂地向柜台冲刺，四百万双尼龙丝袜在短短几个小时内被抢购一空！为了争夺货品，肢体冲突不断。买不到的女人甚至在街头当场大哭。
尼龙的诞生，彻底改变了人类的穿着方式，它标志着人类彻底摆脱了只能依靠大自然提供材料（棉花、羊毛、蚕丝）的宿命。
到了 1941 年底，珍珠港事件爆发，美国卷入二战。美国政府立刻下令，所有的尼龙全部转为军用。因为军方发现，这种材料简直是完美的战争物资！
尼龙被迅速做成了降落伞的伞盖，它比真丝更轻、更结实、不怕受潮发霉；尼龙被做成了飞机和吉普车的轮胎帘子布，让轮胎的寿命翻了几倍；尼龙被做成了结实的军用拖车绳和帐篷。
可以说，卡罗瑟斯在烧杯里拉出的那一根细丝，间接地帮助盟军打赢了第二次世界大战。
按照世俗的眼光，卡罗瑟斯此时已经是站在了科学界和工业界的绝对巅峰。他发明的尼龙为杜邦公司带来了令人咋舌、数十亿美元的利润；他不仅证明了高分子理论，甚至直接开创了现代的高分子化学。他本应该享受无上的荣耀。
然而，在这个天才的心里，却是一个不断坍塌、不断坠入深渊的黑洞。
卡罗瑟斯的抑郁症不仅没有因为事业的成功而好转，反而因为巨大的名声变得愈发严重。没有人能真正洞悉另一个人的内心，我们现在也只能揣测，他当时可能极度地自我怀疑，觉得自己在杜邦的工作虽然很赚钱，但在他心中，那些枯燥乏味的商业化生产、工厂设备的调试，是在亵渎“纯科学”的灵魂。他觉得自己已经江郎才尽，再也无法做出理论上的突破了。他经常在办公室里呆坐一整天，一句话也不说。
命运在这个极度脆弱的天才身上，又狠狠地踩了一脚。1937 年初，他最心爱、最懂他的妹妹突然因病去世。
这个消息成了压垮骆驼的最后一根稻草。
1937 年 4 月，就在尼龙即将正式推向世界、即将改变全人类生活的前夜，卡罗瑟斯以出差为名，独自来到了费城的那家旅馆。
他拿出了随身携带多年的氰化钾，倒进了那杯酸涩的柠檬汁里，平静地结束了自己 41 岁短暂、却又无比璀璨的生命。
杜邦公司万分悲痛地封锁了消息，并在随后的几十年里，将以他名字命名的研究所作为最高纪念。卡罗瑟斯死了，但他亲手推开的那扇“塑料时代”的大门，再也无法关上了。
从尼龙到无处不在的塑料
就在卡罗瑟斯死后不久，高分子合成技术在全球迎来了史无前例的大爆炸。人类仿佛突然学会了上帝的魔法。
化学家们像玩乐高积木一样，疯狂地拼装着各种小分子，造出了规模庞大的合成材料家族。他们把乙烯分子连起来，造出了全世界用量最大的塑料袋——聚乙烯（PE）； 把丙烯连起来，造出了异常坚韧的矿泉水瓶盖——聚丙烯（PP）； 把氯乙烯连起来，造出了用来做下水管道的 PVC 塑料； 甚至把含有生性狂暴的氟原子的分子连在一起，造出了连王水都腐蚀不了、煎鸡蛋绝对不粘锅的“塑料王”——特氟龙（PTFE）。
人类，终于在材料领域，肆无忌惮地坐上了造物主的宝座。我们创造出了大自然几十亿年演化中，从未存在过的全新物质。
而那个当年在欧洲讲台上被一群学术权威指着鼻子骂、被嘲笑是“发现了一座山一样大的斑马”的孤独先知——赫尔曼·施陶丁格，也终于迎来了他应得的荣耀。
1953 年，在施陶丁格提出“高分子”概念的整整 33 年之后，由于高分子化学已经彻底改变了地球的面貌，诺贝尔奖委员会终于将当年的化学奖，颁发给了这位已经 72 岁满头白发的倔强老人。
当施陶丁格走上诺贝尔奖的领奖台时，台下当年那些高高在上的反对者，早已变成了无比虔诚的信徒。
科学就是这样，他有时候显得很傲慢，在没有看到证据之前，绝对不会轻易接受一个理论。而一旦证据确凿，没有任何权威能阻挡它的脚步。科学，从来不靠权威个人的背书，它靠的是证据赢得科学共同体的认可。
施陶丁格和卡罗瑟斯，一文一武，一理论一实践，联手为人类打造了一个空前繁华的“塑料帝国”。我们今天的生活，可以说是一分一秒都离不开他们发明的高分子材料。
但是，历史的吊诡之处就在于，技术总是在扮演双刃剑的角色。当人类狂妄地以为自己可以用无坚不摧的共价键，创造出绝对完美、不怕腐蚀、极致轻便的合成高分子时，我们却忽略了一个尤为致命的问题。
我们在实验室的高温高压下，硬生生拼接出来的这些超级大分子，它们实在是太完美、太坚固了。
坚固到什么程度？坚固到大自然中进化了几十亿年的微生物和真菌，它们那可怜的消化酶，根本咬不断这些人造的、无比坚固的化学键组成的超级长链！
我们制造了它，但大自然却无法降解它。
于是，这些被人类大量制造、用完即弃的塑料袋、矿泉水瓶、尼龙渔网，开始在地球的每一个角落肆无忌惮地堆积。它们被风化成微塑料，随着洋流飘到了世界上最深的马里亚纳海沟，飘到了人迹罕至的南极冰川，甚至随着食物链，悄无声息地进入了我们每一个人的血液和大脑里。
卡罗瑟斯在烧杯里拉出的那根绝美的尼龙细丝，最终变成了一条沉重的绞索，死死地勒在了地球生态系统的脖子上。
化学家们再一次发现：我们能够操控原子的组合，却往往无法预见这种组合对宏观世界造成的深远蝴蝶效应。
那么，既然在宏观的物质世界里，化学合成已经走到了高度成熟、甚至开始反噬自身的阶段。当时的科学家们，又该向哪里去寻找化学最深层的秘密呢？
就在化学家们还在为分子结构沾沾自喜的时候，隔壁物理学大楼里的那帮疯子，已经带着令人毛骨悚然的薛定谔的猫和海森堡的测不准原理，强势踹开了化学界的大门。
当玻尔和薛定谔告诉化学家：“你们画的那些精美的化学键和模型其实根本不存在，一切都只是一团飘忽不定的概率云”的时候，化学，这门古老的学科，将面临一场前所未有的认知大崩塌。
下一节，我们来讲讲——量子力学是如何强横地入侵化学的。
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