一滴臟水，如何把美蘇兩國耍得團團轉(zhuǎn)

1963年，馮內(nèi)古特出版了科幻小說《貓的搖籃》（Cat's Cradle）。在小說中，原子彈之父霍尼克博士研發(fā)了一種名為“冰九”的特殊物質(zhì)。這種虛構(gòu)的冰晶型在室溫也能保持冰凍，而且在接觸液態(tài)水的瞬間能讓水也結(jié)冰并不斷蔓延。在霍尼克死后，三個子女各自拿“冰九”換了點好處：大兒子換了個官位，二女兒換了一樁婚姻，最小的那個，在談戀愛時把它送給了蘇聯(lián)間諜。后來一次飛行表演事故中，一小塊九號水“冰九”掉進了海里，地球上的生物因此盡數(shù)消失。在小說的結(jié)尾，虛構(gòu)宗教博科農(nóng)的創(chuàng)始人寫下一句話：“如果我年輕一些，我會寫一部人類愚蠢史。”

小說本身具有很濃的諷刺意味。但是誰也沒想到，幾乎就在這部小說出版的同一時間，現(xiàn)實中出現(xiàn)了一種和“冰九”性質(zhì)類似的物質(zhì)。

新的水

1961年，蘇聯(lián)科斯特羅馬。這是一個距離莫斯科東北300公里的小城，曾經(jīng)的亞麻工業(yè)中心已然衰落。不過對于科學(xué)工作而言，衰落有衰落的好處，這是一個適合做研究的好地方。年輕的尼古拉·費佳金（Федякин, Н.H.）就在這里工作，當(dāng)整個國家都在熱火朝天地把宇航員送入太空的時候，他在研究大自然最神秘的物質(zhì)——水。

費佳金的工作主要是對水的蒸發(fā)速度進行定量。早在19世紀，開爾文勛爵就發(fā)現(xiàn)單個水滴蒸發(fā)速度比碗中的水還快，而玻璃管中的水蒸發(fā)速度更慢。開爾文推測可能是水面的曲率影響了蒸發(fā)的速度。費佳金的工作就是驗證開爾文的理論，他將純凈水滴放入不同形狀的容器中，爭取能將這個理論量化出來。

▲50年代蘇聯(lián)宣傳畫中的化學(xué)實驗室（dailymail）

在一次實驗中，他在直徑如發(fā)絲的玻璃管中凝結(jié)水蒸氣，然后將其封口儲存。幾周后，當(dāng)費佳金檢查玻璃管中的水的時候，發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的現(xiàn)象：玻璃管中的水竟然分層了！水是純凈水，管子密封前也洗了又洗，根本沒有什么干擾條件，哪來分層的可能？費佳金還是覺得可能是自己的實驗條件有問題，他把實驗條件從頭清了一遍，再次進行實驗，還是兩節(jié)！換了溶出物更少影響更小的石英管，還是兩節(jié)！難不成真在這么簡陋的實驗條件下發(fā)現(xiàn)新成果了？

費佳金于1962年發(fā)表了他的研究成果，希望其他人也會覺得他的水很有趣。好在是這篇論文并非和大多數(shù)論文一樣無人在意，有一個人對他的論文產(chǎn)生了好奇。鮑里斯·杰里亞金（Бори?с Влади?мирович Деря?гин）是現(xiàn)代界面和膠體化學(xué)的奠基人之一，與朗道等人共同創(chuàng)立了DLVO理論（杰里亞金-朗道-弗韋-奧弗比克理論）。對于學(xué)術(shù)地位在蘇聯(lián)已經(jīng)較高的杰里亞金來說，當(dāng)務(wù)之急是找一個能讓自己拿諾獎的成果，費佳金的水研究就這樣闖入了他的心窩。杰里亞金把費佳金連人帶課題收進了自己的實驗室，當(dāng)年晚些時候，兩人聯(lián)名在《蘇聯(lián)科學(xué)院報告》上發(fā)表了更詳細的實驗數(shù)據(jù)。

▲杰里亞金正在實驗室觀察（science history）

從1962年到1966年，杰里亞金的團隊發(fā)表了十余篇論文，他們逐步改進制備方法，把毛細管做得更細、冷凝條件控制得更精確。最終聲稱測出了反常水的物理參數(shù)：冰點在零下40度，沸點在200度往上，密度大約是普通水的1.1到1.2倍，黏度是普通水的15倍。這些性質(zhì)顯然不像是純水，杰里亞金稱此為“改造水”。

雖然物理事實清楚，但是“改造水”的產(chǎn)量仍然是一個很大的問題，每次實驗都只能拿到幾微克的樣本，這意味著任何一點污染都有可能影響測量結(jié)果。到了這里應(yīng)該對此產(chǎn)生懷疑了，杰里亞金的判斷是：如果污染物的量是穩(wěn)定的，那不同批次樣品的性質(zhì)應(yīng)該亂跑才對。但他手上的樣品，測出來的密度和黏度批次之間差得不多，他就這樣說服了自己。杰里亞金因此推導(dǎo)出一個更為大膽的結(jié)論：改造水是水在熱力學(xué)上真正穩(wěn)定的形態(tài)。按他們的設(shè)想，普通水在毛細管壁的誘導(dǎo)下被改造成了熱力學(xué)上的“真水”，而這個“真水”一旦形成，會把接觸到的普通水也誘導(dǎo)成同樣的結(jié)構(gòu)。

1966年，杰里亞金前往英國參加法拉第學(xué)會組織的一場膠體和表面科學(xué)討論會。參會的人不算多，主要是歐美的同行，這正是杰里亞金想要的，把自己的突破性成果給同行們看。不過他的演講題目比較晦澀，直到末尾才亮出了“改造水”是熱力學(xué)穩(wěn)定形態(tài)的推論。臺下反應(yīng)比較冷淡，在場記錄顯示只有大約十位聽眾留下了書面評論，大多數(shù)人聽完的反應(yīng)是：蘇聯(lián)人發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的實驗現(xiàn)象，可能哪里沒洗干凈。

但有那么一個聽眾對這個比較感興趣。布賴恩·佩西卡（Brian Pethica），當(dāng)時在聯(lián)合利華研究實驗室工作。聯(lián)合利華雖然是一家日用消費品公司，但是洗衣液與肥皂這些其實也是一種界面問題，佩西卡做的就是這一塊。回到實驗室之后，佩西卡決定將這個實驗重新做起來。

雖然現(xiàn)代化學(xué)研究最大的問題就是難以復(fù)現(xiàn)，但是佩西卡的團隊竟然復(fù)現(xiàn)成功了，這就讓這種水從特殊的制品變成一種“普遍”的物質(zhì)。他們把能做的分析全部做了一遍。質(zhì)譜分析沒找到比普通水分子質(zhì)量更大的分子，光譜分析中的吸收峰和水一樣（不過后來的光譜研究很快報告了不同結(jié)果）。但是物理性質(zhì)的確不對勁。特別是熱膨脹曲線在零下八度之前一直在收縮，根本沒有普通水一樣在四度時密度最大。蒸發(fā)之后管子里殘留的是一層凝膠狀的東西，不像任何已知的水的形態(tài)。

▲布賴恩·佩西卡，圖源普林斯頓大學(xué)，2026年竟然還發(fā)了一篇論文？

1969年4月，佩西卡等人在《自然》上發(fā)表了結(jié)果，標(biāo)題叫《反常水》。論文用詞極度克制，最后一句話是：“反常水是否是一種穩(wěn)定、獨立的分子實體，只有在獲得足夠量的樣品進行明確表征后才能確定。”換句話說：實驗現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)了，但誰要是說這東西一定是一種新物質(zhì)，證據(jù)還不夠。佩西卡明顯更克制一些，至少從他的措辭來看，沒有像蘇聯(lián)人那樣對名利有那么大的追求。不過這篇文章也沒有引起什么轟動，畢竟《自然》每周都有一堆看不懂的論文發(fā)出來，大多數(shù)讀完摘要就翻過去了。但比之前論文更進一步的是讓這種“反常水”進入了英語世界，現(xiàn)在有更多的人關(guān)注這種特殊的物質(zhì)了。

蘇聯(lián)人又遙遙領(lǐng)先了

界面化學(xué)是一個很小的圈子，雖然論文看得人少，但是佩西卡復(fù)現(xiàn)蘇聯(lián)人結(jié)果的消息傳得很快，畢竟這是兩個完全獨立的團隊做出了同一種物質(zhì)。從一般的科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程來說，其中必然有金礦可以挖掘。

馬里蘭大學(xué)的光譜學(xué)家埃利斯·利平科特（Ellis Lippincott）就這樣下場了。他并非界面化學(xué)的圈內(nèi)人，但是他手里有一個當(dāng)時最好的光譜儀，不管啥東西，先做個光譜再說。譜圖上出現(xiàn)了一組普通水里從來沒見過的吸收峰，普通水最為標(biāo)志性的峰也消失了，而且這個峰和一般污染物的光譜也對不上。基于這些情況，利平科特做了一個比前人更激進的解釋：舊峰都沒了，說明原來的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)被換掉了，水分子可能已經(jīng)不像之前那樣一個又一個散著排列，而是通過氫鍵首尾相連，變成了聚合物狀的水。

▲利平科特是過去100年中最具影響力的光譜學(xué)家之一（Optica 出版集團）

利平科特把論文投給了《科學(xué)》。1969年6月發(fā)表的時候，他在標(biāo)題里放了一個新詞“polywater”，即聚合水。“聚合”這個詞在當(dāng)年的分量不是今天可以想象的。三十年代人類才第一次搞清楚了聚合物是什么，尼龍做襪子，聚乙烯做保鮮膜，聚氯乙烯做水管，聚合物輪番進入日常生活，人類對聚合物充滿了想象。如果水也能聚合，那么水就不是水了。所以哪怕利平科特的論文一個字都沒有討論后面會發(fā)生什么，光是“聚合水”這三個字就能讓大家浮想聯(lián)翩了。

▲利平科特猜測的聚合水的結(jié)構(gòu)

當(dāng)科學(xué)界還在討論這個水的性質(zhì)導(dǎo)致是不是聚合的時候，媒體界已經(jīng)下場了。六月底，《華爾街日報》說“美國開始努力在聚合水上超越蘇聯(lián)”。美國人的擔(dān)憂是正常的，聚合水是蘇聯(lián)人先發(fā)現(xiàn)的，蘇聯(lián)人系統(tǒng)研究的，蘇聯(lián)人先在國際會議上報告的，如果聚合水以后有什么大用，那么美國這一輪又落后了！更何況蘇聯(lián)人肯定還有保密級別更高的研究，說不定他們已經(jīng)到應(yīng)用層了。

“聚合水差距”這個詞就慢慢流行開來，五十年代美國接連經(jīng)歷過“轟炸機差距”和“導(dǎo)彈差距”，兩場全民恐慌事后都證明是情報部門自己在嚇自己。當(dāng)?shù)谌慰匆姟安罹唷钡臅r候，大家不會覺得這是一個狼來了的故事，而是在想：萬一呢？況且是有蘇聯(lián)人的論文、英國人的獨立復(fù)現(xiàn)、美國人的光譜分析。如果這種東西都能出問題，那么人類要好好反思一下科學(xué)到底是什么了。

一位名叫弗蘭克·多納霍（Frank Donahoe）的化學(xué)家在《自然》讀者來信欄目發(fā)了一篇短文，向大家警告了聚合水的危險。如果杰里亞金的推論是對的，那么聚合水?dāng)U散速率雖然很慢，但也不是零。只要不是零，那終有一天會把所有的水污染。但是伯納爾（J.D. Bernal）等科學(xué)家不同意，先把性質(zhì)搞明白再說吧，如果真像想象的那樣，地球上早都是聚合水了。不過媒體還是更喜歡多納霍的擔(dān)憂，就這樣，聚合水被宣傳成一滴水掉進海里能不能把全球的水?dāng)噭映商菨{的可怕物質(zhì)。大家想起了馮內(nèi)古特的小說，沒想到“冰九”的故事真的要上演了。

美國的軍方也順勢介入。五角大樓高級計劃研究局向Tyco實驗室撥款7.5萬美元，目的是批量制造聚合水。只有規(guī)模化生產(chǎn)才能談得上應(yīng)用。CIA的跟進方式還是傳統(tǒng)藝能，每次杰里亞金去美國開會之后，CIA就會尋找負責(zé)接待的美方科學(xué)家，詢問杰里亞金的實驗進展，蘇聯(lián)人到底在這條路上走了多遠？

與此同時，聚合水已經(jīng)從一個小范圍的熱點變成了世界范圍內(nèi)的熱潮。到1970年，全球發(fā)表了上百篇和聚合水直接相關(guān)的論文，杰里亞金的知名度迅速在國際上打開。如果這一物質(zhì)能夠規(guī)模化制造與應(yīng)用，那就真的要把諾獎收入囊中了。

還好是個騙局

桃花扇曾言：眼見他起高樓，眼見他宴賓客，眼見他樓塌了。半場開香檳然后被翻盤這種事，總是一次又一次的在人類社會上演。

1970年6月，美國化學(xué)會在賓夕法尼亞利里海大學(xué)組織了一場研討會。在場的所有人只關(guān)心一件事：聚合水到底是真的還是假的。杰里亞金的報告結(jié)束后，提問像連珠炮一樣砸過來。有人直接問他怎么解釋其他實驗室在樣品里測出來的雜質(zhì)，他的回答和之前的一模一樣：你們不夠干凈，如果條件夠好，結(jié)果應(yīng)該和我一樣。

但是意外發(fā)生了，利平科特這次沒有和杰里亞金站在一起。越來越多實驗室發(fā)現(xiàn)樣品中存在顯著雜質(zhì)，利平科特等人的解釋也開始動搖。他在會上承認自己的實驗室也遇到了雜質(zhì)問題，而且已經(jīng)很難重復(fù)一年前的實驗結(jié)果。他試過在水中添加有機酸的混合物，出來的譜圖和聚合水一模一樣；但把雜質(zhì)嚴格排掉之后，譜圖就出不來。利平科特有“謹慎的實驗者”的名聲，他的光譜學(xué)數(shù)據(jù)是整個西方聚合水大廈的地基，地基都說自己有問題了，那就不是一般的問題了。但是由于之前各種證據(jù)與推斷的支撐，找出“純粹”的聚合水在當(dāng)時看來仍存在一定可能。

▲1970年美國化學(xué)學(xué)會（ACS）研討會在理海大學(xué)舉行的新聞發(fā)布會. 從左到右: Albert Zettlemoyer, 理海大學(xué)教務(wù)長兼現(xiàn)任副會長（未來ACS主席）; Boris Deryagin（鮑里斯·杰里亞金）; 來自貝爾實驗室的Denis Rousseau ; Frederick Fowkes, 理海大學(xué)化學(xué)系主任（science history）

不過有的年輕人就不樂意了。他們能夠發(fā)現(xiàn)聚合水這種神奇的物質(zhì)，也能死磕那些被大家有意或無意忽略的現(xiàn)象。丹尼斯·盧梭（Denis Rousseau）是貝爾實驗室的博后，對杰里亞金可沒什么敬畏感。他告訴身邊的人，在與擅長檢測微量化合物的化學(xué)家合作時，出來的結(jié)果慘不忍睹：鈉、鉀、氯、硫酸根、硅酸鹽等，雜質(zhì)總量遠超合理范圍。

但是這個問題并不能推翻以往聚合水研究，因為杰里亞金說過，如果有雜質(zhì)，每次出來的東西應(yīng)該不一樣，但是都差不多的成品，那就不是雜質(zhì)，而是我們沒有探索出來的物質(zhì)構(gòu)成。這個推理在形式上是成立的，但有一個隱藏前提：污染來源必須是不穩(wěn)定的。如果來源本身是穩(wěn)定的呢？這聽起來不太可能，因為全世界各地的研究條件天差地別，怎么可能有同一種污染源。盧梭堅定地認為那些東西是雜質(zhì)，他必須找出這些雜質(zhì)“相同”的緣由。

1970年秋天，盧梭開車去貝爾實驗室附近的球場打了一場手球。打完之后人從上到下全是汗。他脫下衣服擰了一把，然后把汗液收進樣品管，放進紅外光譜儀。閑著也是閑著，把我汗液分析一下吧。結(jié)果出來的圖譜和他之前測過的聚合水樣品幾乎完全重合。盧梭終于解開了自己的疑惑，一個被全世界最頂尖實驗室研究了八年、燒掉了數(shù)百萬美元經(jīng)費、驚動了CIA和五角大樓的物質(zhì)，真實身份是人身上的汗。雜質(zhì)一般的確是來源不太穩(wěn)定，但是人的身體恰好是穩(wěn)定！

▲盧梭論文中的圖片，其中聚合水（a）與汗液（b）以及乳酸鈉在1600cm-1附近都有一個吸收帶。

1971年1月，他在《科學(xué)》上發(fā)表了自己的研究，題目《“Polywater” and Sweat》（聚合水和汗）。指出所謂聚合水的譜圖與汗液及其主要成分之一乳酸鈉高度相似。1973年8月，杰里亞金和丘拉耶夫在《自然》上發(fā)表了《“反常水”的性質(zhì)》，其中說道：“我們已確定，不存在既無雜質(zhì)原子又同時展現(xiàn)反常性質(zhì)的冷凝水。因此，這些性質(zhì)應(yīng)歸因于雜質(zhì)，而非聚合水分子的存在。”他收回了他全部的主張，結(jié)束了這場鬧劇。

尾聲

從1961年費佳金第一次注意到分層，到1973年杰里亞金認錯，前后十二年。期間全球科學(xué)家發(fā)表了上百篇論文，到頭來不過一場空。在這個過程中，現(xiàn)代科學(xué)認為堅實的邏輯幾乎被這種不存在的物質(zhì)打了個對穿，直到一個年輕人的無心之舉。

回到1963年那部小說，題目《貓的搖籃》指的是小說當(dāng)中的一種游戲，大人把一根繩子在手指間繞來繞去，繞出一個花樣，舉到孩子面前說：看，一只小貓睡在搖籃里。到了小說末尾，原子彈之父的兒子再看到這個游戲的時候說：“No damn cat, and no damn cradle”。我們?yōu)橹非蟮囊饬x，有多少這條花繩編造出來的呢？然后為了這個花繩，讓所有的證據(jù)都屈服于對新發(fā)現(xiàn)的信任之下。馮內(nèi)古特在小說結(jié)尾借博科農(nóng)之口說：“如果我年輕一些，我會寫一部人類愚蠢史。”他確實寫了一部，只不過沒等他動筆，現(xiàn)實就替他寫好了。

參考文獻

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[9] "Scientists Tell of a 'New' Water." The New York Times, September 12, 1969.

[10] "Polywater" (Editorial). The New York Times, September 22, 1969.

[11] Vonnegut, K. Cat's Cradle. New York: Holt, Rinehart and Winston, 1963.

文章轉(zhuǎn)載自“墨子沙龍”公眾號