前言 現實與傳說：崇高的自然科學如何被妖魔化
幾年前，意大利某知名醃肉品牌發布了一條摩泰台拉香腸（mortadella，一種粗大的香腸）的廣告片[1]：一個蜘蛛俠打扮的男人在高樓之間來回跳躍，趁著飯點潛入廚房。一進去他就一件一件地脫掉蜘蛛俠服裝，此時還配著畫外音：“不要防腐劑，不要著色劑，不要化學添加劑。”當脫得幾乎隻剩下**的他準備偷吃摩泰台拉香腸三明治時，他被自己的妻子（或女友）嚇了一跳。妻子（我們假定她是妻子）問道：“親愛的，你幹什麽呢？”這個蜘蛛俠則傻乎乎地答非所問：“好吃！”然後，廣告繼續讚美了摩泰台拉香腸的優點，並以這句不容辯駁的口號結束：“零化學成分，100%純天然。”
從營銷的角度來看，這句口號可能是有效的，但從科學的角度，尤其是從化學的角度來看，就顯得十分愚蠢。因此，這則廣告引發一些對食品問題特別關注的化學家的評論也不是沒有道理的[2]。
“100%純天然”的表述就很奇怪：也許在大自然中就能找到已經生產並包裝好了的摩泰台拉香腸？但事實上摩泰台拉香腸是在羅馬帝國時期發明的，其曆史可以追溯到公元1世紀。因此，人類食用這種香腸顯得自然而然，但那些被運往香腸工廠的可憐的豬就不會同意了。
但除了摩泰台拉香腸是否純天然的問題，更無厘頭的是“零化學成分”的說法。它想說明什麽呢？說明香腸中沒有物質、沒有分子嗎？難道香腸中的“天然”成分不是化學物質？這不禁讓人想到化學家盧西亞諾·卡利亞蒂（Luciano Caglioti，生於1933年）在其1979年出版的一部著作的導言中寫的話：“科學在社會中扮演著文化和技術的雙重角色。化學也不例外：它是最大的科學分支之一，我們認真想想的話，似乎萬物皆包含化學。每一個生命行為，每一個生產過程，每一種材料都涉及化學物質的變化。”[3]
如果說“萬物皆包含化學”，“每一個生產過程”都涉及化學物質的變化，那麽很明顯，即使是意大利知名企業的摩泰台拉香腸也不可能例外。因此，這個廣告中的口號是真的毫無意義。
在後麵的內容中，我會向大家說明“萬物皆包含化學”的說法是正確的，但現在我想請大家注意另一個方麵，也就是打著“零化學成分”的口號吸引消費者購買產品，其實是向大家暗示了化學是一個完全具有負麵影響的東西。如果化學被認為是有益的，那麽所謂的“不含化學成分”就不會被宣揚為產品的優點。
近年來，化學被人們賦予了負麵含義。“化學的”已經成為“有危害的”“有毒的”“大自然的敵人”“反生態學的”等一係列形容詞的代名詞。而這種認知已經變得非常普遍，人們甚至還創造出了一個新詞，即化學恐懼症（chemofobia或chemiofobia），也就是“當人們聽到‘化學物質’和‘化工業’這些詞時，可以觀察到他們會不由自主地表現出厭惡”[4]。
化學恐懼症在全世界都很普遍，但在意大利卻是根深蒂固。根據歐盟委員會（European Commission）2010年進行的一項調查[5]，隻有22%的受訪歐洲公民將“化學產品”與“有用”一詞聯係起來。而在意大利，這一比例下降到9%。有68%的歐洲人和67%的意大利人想到“化學產品”時，腦海中就會出現“危險”一詞，隻有4%的歐洲人和意大利人會想到“天然”這一詞。但情況並不總是這樣。
第一次世界大戰後，意大利人民的生活條件極為艱苦。在當時還是以農業為主的意大利社會中，人們的平均壽命不超過60歲，嬰兒的死亡率也非常高。1951年11月4日，意大利進行了第十次人口普查（也是意大利建立共和國之後的第一次），同時還進行了住房普查。從收集的數據來看，每1000戶人家中隻有7戶有帶自來水的浴室，有100萬人仍然住在棚屋、山洞或小木屋裏。當然，能擁有汽車更是極少數人的特權。後來，工業化使意大利人民的生活條件得到了巨大的改善，而化學的應用在其中起了關鍵的作用。從馬格拉（Marghera）到普裏奧洛（Priolo）的石油化工廠，再到許多其他化工公司，化工業的誕生極大地促進了意大利的經濟發展。
意大利很快就在石油化工領域取得了領先地位，人們從石油中不僅可以得到燃料，還可以獲得油漆、化肥、抗寄生蟲藥、洗滌劑、橡膠和其他數百種產品。意大利人民很快就適應了快速的工業化進程，他們的收入迅速增加，失業率下降，生活條件提高到了以前不可想象的水平。在那時，工業和化學被視為進步的象征，很少有人抱怨工業化帶來的汙染、環境破壞和過度的建造。其他國家也是同樣的情況。也就是說，那些今天對人類健康和環境產生危害的東西，曾經被我們視為發展和繁榮的象征。例如，在一張舊的蘇聯宣傳海報上寫著：“煙囪裏冒出的煙是蘇維埃俄國的呼吸。”
20世紀60年代，意大利迎來了化學真正的輝煌時刻。米蘭理工學院（Politecnico di Milano）的居裏奧·納塔（Giulio Natta，1903—1979）研究出了一種新的聚丙烯[polypropylene，莫普綸（Moplen）是聚丙烯的產品商品名]合成方法。納塔也因此獲得了諾貝爾化學獎。該方法的發現也給每個市民帶來了一場日常生活的革命。在那之前，工廠用於生產物品的材料都十分昂貴，因此隻有少數人能使用得起此類商品，而發現了聚丙烯的合成方法之後，這類產品就變得人手可得。繼聚丙烯塑料之後，又出現了影響人們社會生活的合成紡織纖維，以及可能根除廣泛傳播的疾病的新藥。所有這些都有助於進一步提高意大利人的生活水平，他們終於可以考慮如何花錢、如何在空閑時間裏放鬆自己。要是在幾年前，這些想法根本就不存在，因為那時候他們既沒有錢也沒有空閑時間。
然而，這種化工熱潮注定會衰退。1962年，由生物學家蕾切爾·卡遜（Rachel Carson， 1907—1964）撰寫的《寂靜的春天》（Silent Spring）一書在美國出版，該書也於次年在意大利翻譯出版[6]。書中斥責了DDT（滴滴涕，化學名為雙對氯苯基三氯乙烷，Dichlorodiphenyltrichloroethane）以及其他殺蟲劑的使用帶來的危害。在此之前，這些殺蟲劑還被視為人類強大的盟友（DDT消滅了瘧疾的傳播媒介，即瘧蚊[7]，使數百萬人免於瘧疾[8]的感染）。盡管這本書的內容在科學上未必嚴謹[9]，但還是引起了很大的反響。最早的環保主義運動也開始在意大利蔓延。1972年，羅馬俱樂部（譯者注：羅馬俱樂部是一個討論政治問題的全球智囊組織）起草了一份名為《增長的極限》（il Rapporto sui limiti dello sviluppo）的報告，該報告對世界人口的增長和隨之而來的資源開采的增加可能帶來的後果發出了警告。但直到大約20世紀70年代中期，化學恐懼症才真正開始在社會中紮根。
1976年7月10日，在塞維索（Seveso，距米蘭22千米）邊界的梅達（Meda），瑞士ICMESA化工廠內，由於控製係統故障，用於生產三氯苯酚（Trichlorophenol）的反應釜溫度和壓力過高，這導致了大量2,3,7,8-四氯代二苯-並-對二英（2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin，簡稱TCDD，俗稱二英）的產生和釋放。有毒的雲團隨風飄散，汙染了多個市鎮，包括梅達、塞維索、切薩諾馬代爾諾（Cesano Maderno）和代西奧（Desio），約有240人出現呼吸道問題，並得了氯痤瘡（chloracne）——一種因接觸氯及其某些衍生物而引起的皮疹。
除了實際損失（往往估計過高），塞維索事件對民眾情緒上的影響也是巨大的。化工業開始被視為一種威脅，而不再是美好生活和財富的載體。就連業內人士也非常驚訝。化學的超常和飛速發展使人們忽略了可能的風險，以及最重要的對這些風險的管理。
塞維索事件也凸顯了嚴重的立法缺陷。自1982年以來，歐洲指令一直敦促成員國采取共同預防工業風險的政策，因此人們將歐洲指令命名為“塞維索指令”也並不是偶然。化工業不得不更加關注其生產過程對環境的影響。化學專家也開始反思這門學科。1979年，前麵所提到的盧西亞諾·卡利亞蒂出版了《化學的兩麵性：益處與風險》（I due volti della chimica. Benefici e rischi）一書。該書探討了化學帶來的巨大優勢，以及與化學技術應用和工業應用相關的不可避免的風險。
1987年，美國化學家喬治·哈蒙德（George S. Hammond，1921—2005）在一篇文章中談到了化學的三個方麵[10]。第一個方麵是作為純粹科學的化學，旨在理解和認識物質轉化的規律。第二個方麵是應用化學，它為人類提供了特別的工具，以滿足人類對食物、衣服、製成品、藥品和其他改善生存所必需的數千種資源的需求。第三個方麵是有害化學，它不僅產生毒物，還汙染環境，引發疾病，甚至可用來生產可怕的大規模殺傷性武器。
普遍存在的化學恐懼症使大多數人一聽到化學就隻想到化學的第三個方麵，而完全忘記了化學的另外兩個方麵。
1984年12月3日，又發生了一起可怕的事件，使這一觀念更加深入人心。在印度博帕爾市（Bhopal），美國跨國企業聯合碳化物公司下屬的印度有限公司（UCIL）的農藥廠在淩晨發生了一起事故，造成40噸異氰酸甲酯（Methyl isocyanate， MIC）泄漏。這是有史以來最嚴重的工業事故。沒人知道到底有多少受害者。據估計，短短幾天內就有7000～10 000人死亡，在隨後的幾年裏，可能還會有數千人失去生命。異氰酸甲酯是一種揮發性很強的**，有一種特有的熟白菜的味道。它本身沒有毒性，但與水反應後會產生異氰酸（Isocyanic acid），是一種有劇毒的化合物。剛好事故發生的那個不幸的夜晚下起了雨，反應產生的異氰酸導致數千人死於肺氣腫，對民眾和環境都造成了非常嚴重的影響。
但是，麵對博帕爾這類事故，怪罪化學，希望它從我們的生活中消失有意義嗎？我們直接的情緒反應可能會覺得是有意義的。但問題的答案是用頭腦去尋找而不是用腳趾頭。如果分析博帕爾事故（以及包括塞維索在內的其他類似事件）的起因，我們就會發現並不是化學造成了此類事故，而是那些管理工廠的人的疏忽和不謹慎造成的。這家工廠早在一段時間前就快要被廢棄了，而且這家早該被關閉的工廠還缺乏最基本的安全裝置。因此，要求從我們的生活中消除化學，就像是因為一些心不在焉、粗心大意的父母沒能阻止孩子玩火柴燒掉房子，就決定要消滅火柴一樣。
工業社會不可避免地會產生一些問題，有時甚至是極其複雜的問題。但正如化學家普裏莫·萊維（Primo Levi， 1919—1987）在卡利亞蒂的書的序言中所寫的那樣：
最好、最重要的是把我們麵前的眾多嚴重的技術性問題從情感和利益中抽離出來，帶著誠意用自己的能力去揭露它們。
……有一些難題，不是靠喊萬歲或者抗議，也不是靠遊行或示威來解決的，而是靠人類理性和對人類理性的信任，因為沒有其他適合此問題的方法[11]。
在這本書中除了剛剛的敘述，我不會再討論哈蒙德概述的化學的第三個方麵。這並不是我認為與化學應用有關的風險可以忽略不計。就像其他任何人類活動一樣，風險是存在的（“零風險”僅僅是一個理想化詞語）。問題是關於化學這方麵的討論已經很多了，盡管那些談論的人往往不具備必要的化學知識。這看似微不足道，但一定要記住，必須具備化學知識才能合理處理化學應用中出現的問題（汙染問題、對環境和人的健康的影響等問題）。許多化學家都很重視這些問題，並尋找有效的解決辦法。然而，他們的聲音卻很少能傳到公眾耳朵裏。主導公眾輿論的反而是那些沒有絲毫準備就高喊萬歲或高喊反對和組織遊行示威的人的聲音，他們還同時營造出恐懼化學的氛圍。盡管這些人通常是出於善意（但並不總是如此），但他們也是受到完全沒有根據的意識形態的煽動。例如，最明顯的一種觀念就是：一切自然的東西都是好的，而一切化學的東西都是有害的。對於這一點要記住，人類已知的毒性最強的毒藥是在自然界中發現的，而不是由化學家合成的。即使是作為可怕疾病的來源的病毒和細菌，也完全是天然的。
在本書中，我會論述化學的前兩個方麵：一是化學是一門崇高的自然科學，能夠揭示自然界最深層的秘密；二是化學是人類不可替代的盟友，它為提高生活質量做出了巨大貢獻。
我會以一種特別的方式，也就是按照一個生活在我們這個時代社會中的普通人的一天來論述。從早晨醒來到晚上入睡，講述一個普通人一天24小時生活中的化學（選擇主人公的性別為男性隻是因為我是男性，並非性別歧視）。
通過這種敘述方法，我會向大家說明化學是如何滲透到我們生活的方方麵麵。這既是因為人們自願將化學引進生活，也是因為化學是事物本質上固有的屬性，從我們自己作為生命體開始就是了。當然，書中的話題完全是隨意選擇的，難免會有自己的主觀意見。其實，書中所談到的那些隻是我們生活中由化學主導的許多方麵的一部分。我本來也可以選擇許多其他讀者很容易能想到的話題。
在後麵的內容中，我盡量避免出現教學的態度。因為這本書的目的並不是要教給讀者化學知識，而僅僅是想讓讀者更好地了解什麽是化學。我還希望這本書能喚起讀者的好奇心，希望他們能擺脫愚昧，用一種超越表象的目光來觀察我們周圍的事物。如果我成功地達成了這一目標，哪怕是達到了一部分，我也會很滿意。那些想要深入探討書中某些話題的讀者，會看到書中有許多小篇幅的拓展內容，但也隻是一些十分簡單的論述。因此那些有求知欲的讀者們（我衷心希望有那麽些人），可以按照參考書目學習。書後麵的詞匯表也會使閱讀更加容易。關於教學，我們還應該注意到的是：通常，學校的化學課教得並不好，許多學生對這門課沒什麽印象。化學教學的問題是多方麵的，這裏我們不談這個。我隻想強調一個事實，那就是在意大利的學校裏，化學課很少是由專門的化學老師教授的。常常是很荒謬地由畢業於其他專業（生物學等自然科學）的老師來教授，因此不可避免地出現很多問題（這也不是他們的錯）。他們對這門學科的認識很有限，因為他們往往也是糟糕教學的受害者，因而這種糟糕的教學形式就這樣反複下去。
在寫作的過程中，我對一小段題外話很感興趣，那就是化學的曆史。我認為了解某些思想是如何產生的是非常有用的。科學成就從來都不是憑空而來的，它們的背後是一條漫長的道路，由個人和（或）集體的努力、天才般的直覺、嚐試、錯誤、成功和失敗組成。
化學的整個曆史很迷人。嚴謹準確的現代物質科學的根源，也在那個融入了魔法、神秘哲學和玄學的煉金術（Alchemy）理論中。但是“化學作為一個明智懂事的女兒，因為有一個古怪、失常的母親，它不得不表明自己的不開心”[12]，法國化學家皮埃爾·約瑟夫·馬克勒（Pierre-Joseph Macquer， 1718—1784）寫道。而且，正如我們在狄德羅（Diderot）和達朗貝爾（D’Alembert）的《百科全書》（Enciclopedia）中“化學”（第三卷）條目下讀到的那樣：“許多古代化學家都是真正的化學家，但要在卓越的藝術（第一代科學先驅的神聖藝術）中掌握真正的化學是非常困難的。”
盡管如此，化學還是成功擺脫了它奇妙的起源，並為我們提供了一個合理又連貫的物質現象框架。為了做到這一點，它不得不放棄最初的原則，以謙遜的態度和探索的精神，將注意力轉向簡單的日常事物。這本書中所使用的敘述策略是為了再次提出這種方法，引起讀者對我們每天看到的事物的關注。我承認我是受到了一個前人的事例的啟發。1859年年底至1860年年初，英國偉大的化學家和物理學家邁克爾·法拉第（Michael Faraday， 1791—1867）在倫敦皇家研究院（Royal Institution）舉辦了一係列主要針對少年兒童的科普講座，即所謂的聖誕科學講座。講座的內容隨後被出版成書，書名為《蠟燭的化學史》（The Chemical History of a Candle）[13]。法拉第以蠟燭這種看似平淡無奇的東西為出發點，用一種人人都能接受的簡單語言，成功地傳播了他那個時代已知的許多化學知識。正如他本人在講座開場時所說：
其實世界各部分的規律沒有一個不是在這種現象中體現出來的。而要進入自然科學領域，沒有比研究蠟燭燃燒的化學現象更好、更有效的方法了。我希望我沒有讓你們失望，我選擇了這個話題，而沒有選擇一個更新穎的話題。當然，新的話題不可能會比蠟燭更好，也很難會有那麽好。
就我自己而言，我也希望讀者不會對我在書中選擇的話題感到失望。
祝您閱讀愉快！
我衷心感謝馬可·恰爾迪（Marco Ciardi）、喬治·多布裏利亞（Giorgio Dobrilla）、斯特凡諾·奧斯（Stefano Oss）和我的妻子伊蓮妮（Irene），感謝他們閱讀我的手稿，並為我的作品提供了寶貴的意見與建議，為我提供信息和分享他們的看法。當然，文章內容上的任何疏忽和不準確都是我的責任。最後特別感謝盧西亞諾·卡利亞蒂教授為這本書寫序言。謹以此書獻給達尼洛（Danilo），希望他不要討厭化學。