歡迎來到：自說自話的總裁
這是一個難以接受的故事…… 當今地球上，約有一半人口，是靠一位——來自地獄的化學家養活的。 他在100多年前發明瞭贍養人類的黑科技。 但當他為此獲得諾貝爾獎的時候，卻沒有科學家願意與他同台，拒絕和他握手。 還說，他是來自地獄的毒師。 所以，這位化學家究竟做了什麼？ 今天，我們就來聊聊這個故事。
時間回到1798年，一篇長達150多頁匿名論文在劍橋大學耶穌學院發表。 論文中精確的預言，世界人口呈指數級增長，但糧食供應呈線性增長，這必將導致糧食產量趕不上人口增長。 所以，如果不控制全球人口，那麼末日必將始於飢荒。 這篇論文邏輯嚴密，數學充分，當時很多科學家看完論文都倒吸一口涼氣，紛紛再猜這究竟是哪位教授的高論，還是真的是來自神明的啓迪？ 3年後，專家們才知道，這篇論文的作者，原來正是大數學家——馬爾薩斯（Malthus），他的這篇論文後來被叫做《人口論》，至今這都是經濟學的必讀經典。 而論文中的那個預言，則被叫做——馬爾薩斯陷阱（Malthusian catastrophe）。 但我們知道，馬爾薩斯的預言都快過去300年了，好像並沒有發生什麼末日飢荒啊，難道這不是一個歪理邪說嗎？ 其實並不是預言不准，而是有化學家出來救場了。
1804年，一個頭髮花白的德國博物學家來到了印加帝國的天空之城。 他叫做馮·洪堡（Alexander von Humboldt）。 他被眼前的巨石奇跡驚呆了，印加人是如何搬運這些巨石的？ 馮·洪堡認為，這些巨石的背後其實反映著另外一個印加帝國的人口奇跡。 只要人口足夠多，理論上，分工合作是有可能建造這座天空之城的。 但這需要多少人呢？ 初步計算下來，他估計，印加帝國當初可能有800萬人口。 這個數字太誇張了，因為，這裡根本就沒有足夠養活800萬人口的耕地。 馮·洪堡一直在思考，遠古印加人就是如何用眼前這些有限的梯田足足養活800萬人口的？ 玉米、土豆，這些神奇的南美植物已經被歐洲人利用了啊，但是，無論怎麼計算下來，這些梯田都無法產出足夠的糧食啊。 從高原到叢林再到海岸，馮·洪堡在這裡整整考察了兩年，終於有一天，他在一座海島上找到了印加帝國的秘密。 島上的原住民說，在你們西方人到來之前，印加帝國的官員們每年都要從這裡運走很多很多的土壤，島上的土壤是被諸神祝福過的神物，把它們撒在天空之城的梯田上，莊稼就成倍豐收。 馮·洪堡把這些土壤帶回了德國，但20多年過去了，一直沒人能破解這些土壤的秘密。 終於在1830年的某一天，馮·洪堡的一個學生讓他眼前一亮，這個叫做馮·李比希（Justus von Liebig）小伙兒很擅長化學分析啊，何不讓他試試呢？ 於是，小伙兒開始分析實驗，2年以後，他說，讓莊稼成倍豐收的密碼就是這些土壤中的氮元素。 這些土壤與其說是它們泥土，不如說它們是鳥糞，它們其實是億萬年來，鳥糞沈積所形成的的物質，含氮量高達20%。 小伙兒的論文石破天驚，英、法、西班牙這些列強們紛紛立刻就反應過來了，全都一股腦的跑到南美去圈地。 然後，南美的鳥糞就成了當時全世界最搶手的戰略物資。 比如，後來居上的美國，它竟然還在1856年通過了一部《鳥糞島法》，說，如果你是美國公民，那麼無論你在地球的任何一個地方，發現了一座無人認領，或者不屬於任何其他政府管轄範圍的鳥糞島，你都可以代表美國宣誓主權，美國軍隊將會立刻開拔，給你提供全方位的保護。 這條法令至今依舊有效。 今天，美國通過這條法令佔領的著名島嶼就有如下22個，其中不僅有像中途島、關島這樣的戰略要地，還有像美屬薩摩亞，這種風景優美、盛產壯漢的島嶼，至於這些島嶼上更多的都市傳說，可以參考我們會員頻道的太平洋系列故事。 總之，鳥糞算是救了人類一把，讓我們暫時跳出了馬爾薩斯陷阱。 但是，世界上的鳥糞終究是，挖一勺少一勺的事情啊。 到時候挖完了可怎麼辦？ 果然，在1898年的時候，又有一個叫做威廉·克魯克斯（Sir William Crookes）化學家再次做出預言，全球鳥糞將在10年後枯竭，計算結果顯示，末日飢荒將在1930年準時到來。 但同時，這位化學家還預言，未來必將有一位救世主降臨，他將給人類帶來一種，從空氣中製造麵包的魔法。
3年後（1892年），一個23歲的化學博士從大學畢業，回到了老爸的染料工廠。 他叫做弗里茨·哈伯（Fritz Haber），超級學霸、頂級富二代。 他像個預言家一樣，斬釘截鐵的跟老爸說，未來是屬於合成化學的時代，老爹你竟然還在用天然染料？ 聽我的，趕緊把工廠改成合成染料生產線，絕對沒錯。 很顯然，老爹直接拒絕了哈伯的建議。 結果沒幾天，哈伯又跑來說，老爹，你一定要囤貨，囤大量的次氯酸鈣，這是目前唯一有效的霍亂藥物，眼看著霍亂疫情就要來了，你難道不想靠這個機會在大賺一筆嗎？ 老爹就這麼一個兒子，再怎麼說，工廠以後也是要交給他的啊，雖然不靠譜，但也只好硬著頭皮讓他去試試。 結果哪兒知道，幾天之後，老爹直接傻眼了，倉庫里堆滿了半個德國的次氯酸鈣，你小子是真的對錢沒有概念嗎？ 老爹一頓痛批，果然，幾周以後，德國靠隔離措施撲滅了霍亂疫情，而那些倉庫里的次氯酸鈣呢，本來就不穩定，保質期短，只能眼睜睜的看著它們全部爛掉。 從此以後，老爹把哈伯趕回大學，徹底斷了培養他來接班的念頭…… 而這個被老爹趕走的哈伯呢？ 誰也不知道，他正是預言中的那個救世主……
一轉眼10年過去了，23歲的小哈珀變成了30來歲的學術之星，在化學界混得風生水起。 這天，奧地利的一個化工廠經理寫信說，哈博士，我們在工廠的化工產品中，竟然簡單到了令人興奮的氨，這些氨是在1000℃的高溫下產生的，我們懷疑，它們會不會來源於空氣中的氮氣？請哈博士一定看看。 哈伯一看就來了興趣，這是化工廠陰差陽錯完成了人工固氮啊。 而人工固氮，這部正是當年克魯克斯預言的救世主魔法嗎？ 其實，化學家們早就發現了，鳥糞的中的氮元素並不神秘，它幾乎可以說是地球上最容易獲得元素之一，因為，空氣中就有78%都是氮氣。 但同時，它也是地球上最難獲得的元素之一，因為，兩個氮氣被三個化學鍵死死的綁定，植物根本就無法拆解這三根化學鍵，所以，它們並不能直接利用氮氣。 自然接種，能被植物利用的氮元素只有兩個來源，第一是閃電，只有像閃電那種級別的超級能量，才能擊碎氮氣中間的那三個化學鍵，讓遊歷的氮元素與空氣中的氧元素和氫元素反應，變成氨基和硝基物質，這樣才能被植物利用。 第二個來源是細菌，某些細菌可以分解氮氣，讓它變成可以被植物利用的有機氮，它們一般共生在植物的根部，為植物提供氮肥，植物也給它們提供營養。 當然，鳥糞是後來人類發現的第三個來源，但其實它也是細菌分解的產物。 所以，在化學家看來，理論上，是一定在一種人工固氮的化學方法，可以把空氣中的氮氣直接變成可以被植物利用的氨基和硝基，難點就是如何拆解氮氣。 哈伯知道，這是當時最前沿的研究方向，美國人正在嘗試用人造閃電來轟擊，英法化學家則打算用高溫高壓來暴力破解。 而哈伯在研究這些樣品以後卻說，我們何不用催化劑來以柔克剛？ 接著，哈伯按照信中的描述還原實驗，他懷疑是化工鍋爐里的鐵元素充當了催化劑，於是，一頓實驗操作下來，確實也得到了氨，但產量太低，只有不到十萬分之五（＜0.005%）的氨含量，看來根本就具有生產價值啊，又是白忙活了一場。 但終歸是合成出了氨，於是，哈伯把自己的反應式、實驗方法、計算方法全部寫成論文，發表了出來。 Thermodynamik technischer Gasreaktionen，N2+3H2↔2NH3，ΔH=-92.4 kJ/mol 結果這一髮表就闖禍了，當時有個叫做能斯特（Walther Nernst）德國化學家，他只比哈伯大四歲，剛剛發現了熱力學第三定律，正在和哈伯競爭化學之星的地位，他一心想打壓哈伯，於是發文嘲笑，說，我們的哈博士一定是忽略了設備本身的氮含量，我建議哈博士多看看熱力學定律，然後再採用正確方法重新計算。 這下哈伯怒了，他本來不想趕時髦，但現在能斯特都堵到門口來了，必須多合成點氨出來給他看看啊。
哪兒知道一轉眼過去了6年，哈伯還真的沒能多合成點氨出來給能斯特看看。 但哈伯清楚，這都是催化劑的鍋，催化劑是一種參與反應的中介物質，它能降低反應所需的能量。 如果自己能找到一種催化劑，把反應溫度降到四五百度，把反應壓強降到一兩百個標準大氣壓，那麼自己就能成功。 但這6年來，哈伯試過無數催化劑，根本就找不到。 當時，哈伯正在給一家燈泡廠做顧問，燈泡廠也在尋找比鎢絲更好的燈芯材料。 於是，在燈泡實驗的過程中，哈伯關注到了一種叫做鋨的元素，直覺告訴哈伯，鋨也許就是自己要找的催化劑。 然後，哈伯從燈泡廠裡順走了一些鋨。 接著，時間來到了1909年7月2日這一天，哈伯把100g鋨粉末加入到反應爐中，開始慢慢的升溫加壓，然後，當壓強和溫度分別達到175個標準大氣壓和550℃的時候，有幾滴氨水從導管理滴了出來，哈伯興奮的衝出實驗室，他在喊，都下來，都下來，我搞出氨來了。 這次哈伯沒有著急發論文，而是直接通知了巴斯夫公司（BASF），這是德國至今存在的超級化工集團。 巴斯夫公司立刻就派來了當時最頂尖的工業化團隊，由今天博世電氣創始人的叔父——卡爾·博斯（Carl Bosch）率領，他們又很快幫哈伯把這個制備氨的方法工業化，然後移植到到一座叫做奧帕（Oppau）的化工廠裡，奧帕每天能產出5噸氨。 即使到了今天，這個工業制氨的方法也沒有太大變化，依舊被叫做哈伯法（Haber Process），或者哈伯-博斯法（aber-Bosch process）。 而在當時呢，這簡直就是天頂星級的黑科技。 看著奧帕工廠每天成噸成噸的往外運氨，化學家們都在說，哈伯就是那個救世主，是從空氣中合成麵包的人。 果然，從哈伯以後，全球農作物的畝產平均增長了4倍，而人口也恰好從18億增長到了77億，正好是4倍多一點點。 這就是為什麼說哈伯養活了當今一半人口的真正原因，是他的發明，讓人類掌握了使用氮氣製造氨肥的能力，從某種意義上來說，你我今天都是被哈伯養活的，因為，哪怕除了糧食，你我體內也還有至少一半的氮元素，是都來源於哈伯法，而這些氮元素又是組成你我DNA、RNA等等重要分子的基礎元素。 所以，從那以後，哈伯成了當之無愧的化學之星，不僅通過合成氨的專利賺了數也數不清的錢，還被德皇提拔，成為了威廉皇帝學會的化學研究所主任，與此同時，愛因斯坦、波恩、普朗克，這些同時期的德國科學家也都成了哈伯的好朋友。 尤其是愛因斯坦，他和哈伯的私人關係非常好，在1914年，愛因斯坦被第一任老婆淨身出戶的時候，有很長一段時間都是借住在哈伯家裡。 但是，就是這樣一位化學之星，怎麼就在1918年，頒發諾貝爾獎的時候，變成了科學家眼中的地獄毒師呢？ 這背後的故事，我們大概可以從2年前的一則舊聞說起……