改變世界的七種元素

對於化學元素，我們該知道的是什麼？ 是元素結構嗎？是元素符號嗎？是元素顏色嗎？ 這些從來是在考完試，我們就丟到腦後的。 我們需要知道的， 是化學元素如何為人所用，如何改變了人類世界， 而我們又要如何更有智慧的駕馭它們， 《改變世界的七種元素》就是要告訴你七個這樣的故事。 　　改變世界的事物何其多，但如果沒有鈾、碳、鐵、鈦、金、銀、矽這七種元素，許多事物不僅不會存在，更遑論改變世界。作者從個人豐富的經歷為起點，一一點出這七個元素如何成就21世紀的現代風貌。 　　例如鐵是工業革命的骨幹、也是槍炮、坦克、艦艇的材料，鐵造就了許多文明，而高樓大廈的都市風貌，沒有鐵就無法成形。鐵工業也成就了一位舉世聞名的慈善家，但這位慈善家的慈善，卻是用流血政策得來的…… 　　比方因為碳，我們隨手一按，就能享有光，輕輕一扭，就能驅動汽車，因為碳，我們得以輕易擴展歷險版圖，碳化合物甚至造就了許多富人，卻也使許多國家陷入苦戰。我們因碳得利，但是也因為消耗太多碳資源，改變了氣候，影響了人類的未來。 　　而其餘的金、銀、鈦、鈾、矽，也各自在歷史上掀起風雲，造成改變，留下許多故事與警惕。 　　此書是結合歷史、科學與政治的巨作，作者帶領我們經歷現代人類熱情與創新的歷險，探觸在理念、正義與政商利益的微妙平衡，明白元素如何影響我們的生活，而且所有這一切仍持續在發生中。

序 為什麼是七種元素 前言 萬物的本質 第1種元素 鐵 第2種元素 碳 第3種元素 金 第4種元素 銀 第5種元素 鈾 第6種元素 鈦 第7種元素 矽 結語 權勢、進步與破壞 誌謝 地圖列表 注釋 參考書目

序 為什麼是七種元素？ 七這個數字在神話、音樂及文學中一直占有重要的地位。上帝在七天之內創造了世界；自然音階中有七個音；而且根據莎士比亞的說法，人生舞台上也有七個階段。在構思本書時，我也被七這個數字吸引了，所以我自問：哪七種化學元素最能幫助我們瞭解這個世界，以及為什麼？我也思考哪一種元素對我的生活影響最大，以及哪一種元素曾讓我有最直接的體驗。 顯然是碳，碳與氫形成的化合物是原油中最主要的成分。鐵也在名單內，自從十八世紀工業革命以來，鐵是所有工業的骨幹（而且如果沒有鐵，連石油也無法提煉）。接下來閃入我腦海裡的是銀，有了這種元素才有攝影術，而攝影是我一輩子的熱愛。為了尋找進一步的靈感，我在書房裡找到當年在學校用的週期表，這種表格依照元素性質把各種元素分門別類排列起來。我的目光由左至右橫掃過週期表，一個元素接著一個元素，每個元素的原子核都比前一個元素多一個質子。 第一個元素是氫，氫因為會與許多其他元素形成生物體的構造，最後還變成化石燃料，所以非常重要。但是氫只憑本身的條件，似乎沒有扭轉乾坤的本事。又掃瞄過幾個元素之後，我的目光來到矽，它的位置在碳的正下方，矽與碳這兩個元素最外面的殼層都含有四個電子。我回想起當年在英特爾董事會的日子，這家公司是製造矽晶片的先驅之一。矽晶片在我們日常生活中無所不在，它使我們得以進入數位世界，因此矽顯然也應該進入名單中。 而在 1940 年代與矽同時以震撼世界之姿登場的是鈦，它也是下一個令我目光停留的元素。鈦曾經是公認的神奇元素，不過這個美夢沒有完全實現。最吸引我的反而是它少為人知的用途：幾乎所有白色的東西都必須使用含鈦的增白劑。我是在與魁北克鋼鐵公司以及加拿大的鈦金公司做生意時，才知道這件事。當時我 就嚇了一跳，現在也仍十分震驚。 目光掃視這一列的其他元素，我看到許多熟悉的金屬：鐵、鈷、鎳、銅、鋅。它們全都很重要，但是我考慮的是有哪個元素重要到能改變世界。我仍然堅持要選鐵而放棄銅。我相信如果是電子工程師來選的話，應該會認為銅和矽有相同的地位。 我看到銀了，這是攝影術要用到的元素，它往下一列的元素就是金。人人都喜歡金，所以用它製作金幣，是幾百年來貨幣制度以及國際貿易的基礎。黃金成為全球擴張與帝國野心的強烈動機，但是同樣的動機也導致許多人犯下極度殘忍的罪行。一直到今天，我們仍然難以抵抗黃金的誘惑。 選好了六種元素，我的目光來到週期表的底部。在這裡我遇到了鈾，我們沿週期表一路往下走才找到鈾，所以鈾的原子核中累積了很多質子和中子，非常不穩。鈾的這個特性在 1945 年的某一天，於日本某座城市為戰爭劃下了句點，基於這個理由，我選擇它做為第七種元素。 在撰寫這本書時，我一再重新檢視週期表，質疑選擇這七種元素是否適當？質疑為什麼一定要選七種？每一次，鐵、碳、金、銀、鈾、鈦、矽，這七種元素都因為對人類歷史造成最巨大的改變而屹立不搖。這七種元素把我們的社會、經濟及文化，改造成目前極為複雜的風貌。這七種元素控制了我們的情緒及我們的歷史，是別種元素比不上的。 我想不出有第八種了。 前言 萬物的本質 元素是人類繁榮昌盛以及許多痛苦災難的根源，元素造成影響的方法很多元，而好壞我都看過。我在商界打拚四十五年，其中有十二年擔任英國石油公司的執行長，我親眼目睹元素對人類造成的最好及最壞的影響。 兒時，當我要求爸爸說故事時，他未必真的會由「從前從前⋯⋯」開始說起。但是元素的故事一定要這樣開頭。如果你把功能強大的電波望遠鏡伸向天空，會測到低能量的輻射由各方傳來。自從約 140 億年前第一個元素形成以後，這種輻射就不受干擾的在太空中傳送。這是宇宙誕生時的大霹靂殘留的回波。 一開始宇宙只不過是一團能量。當宇宙擴張並冷卻，構成物質基本成分的粒子（質子、中子和電子）開始由這團能量中生成。宇宙持續冷卻，使粒子融合成氦與氘（一種比較重的氫）。這種核融合的過程稍後會產生恆星內部的所有其他元素。 我曾要求爸爸說一些科學故事給我聽，但他不肯，因為他對科學沒興趣。為了讓我安靜，他給了我一本書，那是物理學家亨立．布拉格爵士在 1923 年耶誕節對英國皇家學院演講的內容。書名叫《關於萬物的本性》，亨立．布拉格在書中描述了不同元素的原子，如何聯手把我們周遭的世界變得極度複雜。到了某一階段，這些元素以驚人的能力自行結合，創造了生命，改造了我們這個混沌世界。我很驚訝，我們的生命甚至思想，竟只是這些原子交互作用的結果。 在二十世紀初，亨立．布拉格和他的兒子勞倫斯．布拉格是X 射線晶體學領域的先驅，他們用 X 射線觀察物體，達到空前未有的精細程度。有了這樣神奇的「新眼睛」，布拉格父子改變了我們對元素的看法，就像比他們更早一個世紀時，道耳吞提出原子說，以及門得列夫提出週期表時造成的影響。 我的青少年時期在伊朗南部度過，當時父親調派到那裡，我的四周全是石油以及令人敬畏的石油工廠。我目睹巨大的鑿井機器開採石油時十分興奮，因為我已經由亨立．布拉格的演講中知道，石油是由氫與碳構成的。「受到適當的刺激，又遇到氧氣，」亨立．布拉格寫道：「原子急急忙忙重新結合，在過程中產生大 量的熱。」我深為這個產生能量且改變社會的變化過程著迷。碳氫化合物中的碳帶給人溫暖、光明和行動力，因此也為新的生活型態創造了自由。 這種情況在中國最為明顯。我第一次訪問中國是在 1979 年，當時毛澤東剛過世三年，這個國家貧窮荒涼又枯燥無趣。街上沒有幾輛汽車，穿著灰綠色套裝的男男女女，或步行或騎腳踏車通行。但今天的中國彷彿是世界中心，到處是摩天大樓、汽車以及忙碌的人們。在這一場由碳做為能源所推動的劇變中，幾億人富 了起來，如今中國已經成為世界最大的碳能源消費國了。 在亞洲另一端的亞塞拜然，我見到碳氫化合物如何為一個國家帶來最大的利益。雖然看起來受益最多的是遭指控貪腐及濫用權力的統治精英，但對該國人民而言，也有實質的經濟利益。2005年舖設完成的輸油管，由亞塞拜然位於裡海的首都庫巴（Kuba）出發，終點在土耳其地中海沿岸的傑伊漢（Ceyhan），全長一千多公里，穿越三個國家及一千多個部族的領土。為了保障當地人的權益，簽署了超過 3 萬張契約。結果，油管與其中所流的石油，為亞塞拜然的人民帶來許多利益，過去十年來，人民平均收入增加為三倍。 中國與亞塞拜然只是其中的兩個實例，證明碳氫化合物（自工業革命以來最主要的燃料）可以改善我們的生活方式。但是在這兩個地方和其他各地，我也看到碳帶來的繁榮同時伴隨著汙染與痛苦。 1989 年我在前往美國阿拉斯加州安哥拉治市的途中由飛機窗戶向外望，看到稍早擱淺的艾克森瓦狄茲號（Exxon Valdez）。石油從船側流出，在海水及白色的冰上覆蓋絲緞般的黑色。畫面相當震撼，我至今難忘，深深感受到碳氫化合物對大自然可能造成的傷害與衝擊。 在世界上的其他地方，碳也點燃了貪婪之心，貪婪之心對人類和環境的傷害更甚於實質的破壞；貪婪改變了人的本性，喚醒人心中最黑暗的一面。在 1990 年代，我負責管理哥倫比亞一座大油田，地點在拉諾斯山脈的小山丘間，那個地區到處都是藥頭、游擊隊及土匪，那些人見到石油，就像蒼蠅見到腐肉一樣。為了保護自身安全，我們架起有刺的鐵絲網高牆，派出武裝保鑣在四周巡邏。鐵絲網外的人對我們積怨日深，綁架與攻擊等恐怖行為日益頻繁。他們認為天然資源是他們本自擁有的，而我們從中獲利，應該回饋部分營利給社區。我們的反應是加高鐵絲網，出入都搭直升機，並且引入哥倫比亞軍隊。所有的人都遭恐懼、憤怒和貪婪征服了，這些負面情緒催化了人類的分裂、怨恨，最後導致了戰爭。 但是碳不是我們唯一要談的元素。週期表裡的九十八種天然化學元素中，曾大幅度改變人類歷史的還有另外六種：鐵、金、銀、鈾、鈦及矽。本書將追蹤這些元素如何推動進步與產生破壞，它們賦予人類什麼行善及作惡的力量，以及它們對我們的未來有什麼影響。 元素帶來進步 在人類歷史中，我們大部分時間活得像低等動物，整天都耗費在基本活動上，例如尋找食物、水及遮蔽風雨的棲身之處。在那種狀態下，你別無選擇：一切作為都是為了求生存。大約在五萬年前，人類突然「大躍進」，有了一波創新的行為，包括開始使用複雜的語言、第一次在洞穴中繪畫與雕刻、舉行首次宗教儀 式，也開始以物易物。 這些改變的時間點及起源仍然有爭議，但毫無疑問，必定與我們懂得使用元素緊密相關；採用新方法雕刻石灰岩、發明了含鐵顏料，並且懂得控制燃燒的木柴。想出元素的新用途後，我們的生存變得較容易，人類也因此有各項工具，能為文明奠定基礎。除此之外，這些元素持續提供我們做出許多美好事物的新方法，賦予我們更多自由，讓我們在日常生活中有更多選擇。 如果我們能駕馭更多能量，把世界改造成光憑人力無法達到的境界，就可視為是人類的進步。目前為止，沒有一種能源比碳更強大，碳可能以木柴、煤炭、石油或天然氣的形式存在。煤炭曾經在歐洲及美國掀起工業革命，煤炭使我們擴大了生產力；與一個普通人體重相等的煤炭所做的功，那人要花一百年才能達到。不論是旅行、交易、藝術或通信，在我們努力的過程中，我們利用碳完成了許多了不起的功績。 碳也開發了其他元素的潛力：有了碳提供的能量，我們才能冶煉鐵、開採金、濃縮鈾。碳的創造性力量支撐起了所有其他元素。碳最強力的盟友是鐵。我們只需要放眼望去，瞧瞧鐵軌、工廠及摩天大樓，就會明白工業上的財富及社會上的建築，都是用鐵構築起來的。 在某些最專業的用途上，鐵不夠強硬又太重，明日之星鈦金屬就曾用在空中與深海探險。但是除了做為金屬打造超音速飛機及深海潛水艇，鈦更普及的用途是製成雪白的二氧化鈦。以這種形式存在的鈦，可以滿足我們對純淨、清潔及美觀的偏愛。雖然經由二氧化鈦增白後，牛奶沒有比較純淨、襯衫也沒有比較清 潔，但是其中的白色滿足了我們的視覺要求。 雖然鈦無所不在，但我們通常不會注意到它出現在我們的日常生活中。銀在攝影術中的角色也一樣。攝影術對人類的衝擊相當顯著，它讓我們以特殊的方式看世界，若沒有攝影術，我們絕對辦不到這點。攝影術讓我們看見真實且鮮活的第二次世界大戰、越戰及盧安達種族大屠殺。攝影術讓我們的領袖、鄰居及敵人更具人性，衝擊了我們對彼此的看法。也許衝擊力道最大的是，攝影術改變了我們對自己的看法。它記錄了我們的回憶、歷史及人際關係，不是用文字，不是記在腦海，而是以永久留存的影像。 大家熟知的銀和金是可以保值的貴重金屬，也是可以交易的貨幣。自從兩千多年前，在古代撒狄市（Sardis）鑄造出第一枚錢幣之後，商人就依賴這些稀有的貴重金屬建立標準，進行國際貿易。金和銀使人員及物質得以流動，使不同的思想相互激盪。這些金屬不只幫助地球上的元素流通世界各地、傳播經濟效益，也 激發人類的進步。 這段故事中最後登場的元素是矽，它可能也是最變化多端的元素。矽最早用來製造藝術品或裝飾品，如玻璃珠、花瓶及鏡子；之後變成普遍實用的建築材料，成為摩天大樓的玻璃幃幕，滿足人們對採光的需求。但是矽對我們造成的最大衝擊發生在過去五十年，當它做為電腦內部零件時。在這個「矽時代」中，我們可以輕輕鬆鬆進行計算與通信，瞬間存取人類所有的知識。矽對社會衝擊最大的時刻，是在它由一般民眾掌握時。矽是現代通信的核心，它在阿拉伯之春中支持政治革命，也打破千年以來限制社會互動的地理屏障。 元素也造成破壞 元素促成進步、創新與繁榮，但也對人類和自然造成了相當大的破壞。碳造成的破壞是間接來自開採與消費。英國在工業革命期間，空氣中充滿黑煙，數千人死於煤礦崩塌及爆炸。當工業革命傳到世界各地，結果也差不多。一直到最近二十年我們才體認到碳帶來的極端禍害。燃燒碳氫化合物釋出了數十億噸的二氧化碳到大氣層，使太陽的能量留在地表，大幅改變了世界的氣候。 但元素的破壞力通常是人類刻意造成的。鐵很堅硬，不但可以做為和平時期對工業有益的工具，也會成為戰時殘酷又高效率的血腥武器，打造出刀劍、槍砲、艦艇及坦克。鐵也曾經成為衝突的目標：歐洲列強為了爭奪魯爾區及阿爾薩斯－洛林區廣大的鐵礦及煤礦的控制權，進行了將近十年的戰爭。 在職場生涯中我曾見識過石油（也就是「黑金」）如何驅動人們的熱情、欲望與貪婪。這個世界變得非常依賴石油，因此焦躁的想取得穩定供應的石油。能控制石油的領導者就能取得權力，但有時對生產石油的國家而言，這其實是災難而不是利益。 不過在元素的歷史中，人類所曾犯下最殘忍的惡行是為了搶奪黃金而做出來的。五百多年來，這種貴重金屬激發極大的貪婪、瘋狂與暴力，驅使人們掠奪、殺戮與奴役。 但有一種元素的破壞力凌駕其他元素之上。鈾是為第二次大戰劃下句點的元素。它與人類歷史上最黑暗的一刻息息相關：原子彈在廣島上空爆炸。黑暗的時刻同時也帶來滿懷希望，我們也許可以利用鈾超強的能量進行創造，而不是破壞。但是對廉價而豐富的核電所抱持的期望，老是與擔心害怕糾纏不清。在我們努力想控制核武器擴散的同時，鈾也持續在世界舞台上展現威力。我們釋放了鈾的威力，也為毀滅埋下引線。 一切取決於人類的抉擇 元素的影響力如此之大，也相當有個性：鈾的威力強大令人恐懼；金具有誘惑及催眠的力量；鐵則堅硬又可靠。但是就某種意義來說，它們的故事也不過是質子、中子和電子不同組合的故事，這些組合模式決定了每種元素的特性。我們很想把這些特性當成不可避免，或甚至無法控制的。但是每個元素的特性其實是取決於我們所做的抉擇。我們的命運操控在自己手裡，元素只是我們想要進步或想要破壞的工具而已。我們不是元素的奴隸，而是它們的主人。 所以這本書談的不是元素本身，是談人們如何駕馭元素固有的力量，並改造今天的文化、經濟與社會現狀，而在這麼做的同時，也改變了我們的世界。其中有幾項改變我曾親眼目睹，因此這七個元素的故事也含有我個人的色彩。你可以參與我人生歷險中的一段旅程，可能會遇到俄羅斯的石油大亨、威尼斯的商人、哥倫比亞原住民，以及矽谷的電腦高手。而且一路上我們將會探索大時代以及傑出人物 —皮薩羅（征服印加帝國之探險家）、洛克斐勒、卡內基、居禮夫婦的故事，以及他們和元素之間的密切關係。他們改變了歷史的走向，也證明了元素有本事可以鼓舞及支持好人做好事，壞人做壞事。我們到底是要繼續利用元素為一般民眾謀取進步與繁榮，或是讓少數人進行貪婪與不法的勾當，完全取決於我們自己。 對此，美國物理學家費曼曾用佛教徒的話做過結論：「上天給每個人一把打開天堂之門的鑰匙。而這把鑰匙也可以用來打開地獄之門。」