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用科學打臉的先驅:波以耳與《懷疑的化學家》(上)

LIS_96
・2017/03/04 ・2548字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 510 ・六年級

文/姚荏富

「這個校長…長…長,他…我…我不行…..」有點口吃的波以耳和老爸哭訴道。

羅伯特‧波以耳
勞勃.波以耳,出生於愛爾蘭,知名著作《懷疑的科學家》被認為是化學史上的重要著作。圖 / CC BY 4.0, wikimedia commons

身為一個八歲就會拉丁希臘雙語的天才型田僑仔,進入英國伊頓公學就讀後,熱愛學習而且成績優異是一件合情合理的事。不過在換新校長後,他卻成了一個被體罰的天才。天生體弱多病、還有點口吃的他,受不了各種體罰(因為大家通常都一起受到體罰,應該是連坐法吧我猜),波以耳在 11 歲離開了學校,在哥哥以及一名家教老師的陪伴下,開始了他歐洲大腳行的旅程,直到 1644 年才回到祖國英國。

17 世紀,科學快速發展的時代,提出「知識就是力量」的培根,主張「日心說」的哥白尼,提出「慣性概念」的伽利略,以及「天體觀察家」克普勒一同揭開科學革命的序幕。現代科學思維逐漸開始萌芽,繼承著文藝復興後的思想啟發,其後的許多著作都有不同於過去的觀點。在這些大科學家的影響下,波以耳在歐洲遊學的六年裡面,除了學習各國語言以及宗教,也開始學習數學與科學。四處旅行不受學院限制的波以耳,其知識取得的管道就是廣泛閱讀,他在旅行途中閱讀大量當時科學前端的著作,正因為缺乏正規教育的薰陶,他更能吸收笛卡爾的機械論、以及伽利略的實驗基礎理論

機械論
四處旅行不受學院限制的波以耳,其知識取得的管道就是廣泛閱讀,正因為缺乏正規教育的薰陶,更能吸收笛卡爾的機械論、以及伽利略的實驗基礎理論。圖 / Transferred from lb.wikipedia, 公有領域, wikimedia commons

在這裡簡單說明一下機械論是什麼意思,機械論認為運動是因為某個原因才會被驅動,而不是因為要做什麼而自己發生。簡單來說就是自然現象就像是一部機器,我給你通電你才會動(但過去思維認為物體運動是為了某些目的才會發生,這也是過去哲學常常探討存在的意義的時候總是會說物質存在是為了什麼原因)。而這些突破性的思維正是波以耳將來撼動科學界的兩張王牌。

1644 年,波以耳回到祖國,他收到一個好消息和一個壞消息。因為大家都習慣先聽壞消息(咦)所以我先說壞消息。壞消息就是此時正值英國內戰,人民為了取得更多民主力量而和貴族產生許多衝突,而身為貴族的波以耳他爸就在這場戰爭中喪命了;好消息是身為田僑仔第 14 順位的波以耳,自然也繼承了不少遺產。不過基於壞消息跟他貴族身分有關,所以波以耳也沒時間慶祝遺產入手就趕快行李包一包到鄉下避難去,在這些避鋒頭的日子裡波以耳還是博覽科學、哲學以及神學的書籍。

較特別的是波以耳在這開始了他人生中第一次正式的化學實驗,此時他加入了貴族所成立的「無形大學」,這些貴族多半是自然哲學家或是實驗主義者等科學人,會不定期聚會討論科學的發展。不過 1652 年憤怒的農民殺到波以耳所住的城市,而那些怕死的科學家也是跑很快。

以下是波以耳的好朋友寫給他的信:「親愛的波以耳,我們的無形大學已經轉移到牛津大學囉,此處聚集了大量英國科學家,就缺你了唷~^.<」

熱衷科學研究的波以耳被好朋友這樣一揪自然也心動了,所以在 1654 年波以耳搬到牛津當作他的新據點,並在牛津建立了一間設備齊全的化學實驗室。此時他還聘請了一位牛津大學的學生,他就是將來牛頓的仇家—虎克(牛頓的仇家很多他只是其中一個)。在這個智慧與波以耳相當的少年協助下,波以耳在牛津的這段時間裡從事了相當多元的實驗。除了我們所知道的波以耳氣體實驗外、還有真空性質的實驗、聲音實驗、動物呼吸實驗以及大量的化學實驗。

由於成果相當豐碩,在 1660 — 1666 年間我們波哥寫了 10 本書發了 20 篇 PAPER,夠厲害了吧!隨著波以耳逐漸成為無形大學的核心人物,其實驗室一度成為無形大學的集會場所。此外後來成立的英國皇家學會也是他的主張,雖然他並非第一批成立的成員,但原因就只是他在成立當天人沒辦法到倫敦而已……事後他還是被任命為幹事之一,可見他在科學界已經到達 A 咖的地位。在他眾多著作中,《懷疑的化學家》是他最暢銷的著作,原因就是這本書有相當新穎的見解與十分具有可信度的實驗內容,總之就是波以耳拿出許多證據打了鍊金術以及過去諸多先賢重重的一巴掌。

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日後成為牛頓死敵(之一)的羅伯特.虎克。圖 / By Rita Greer, FAL, wikimedia commons

在談《懷疑的化學家》這本書之前,我們簡單來談談波以耳為什麼會研究化學好了。除了他是個興趣使然的化學家之外,還有一個說法是波以耳本身體弱多病,年輕時曾因為大夫開錯藥,差點就見到他年幼時就去世的母親。自此之後波以耳自修醫學,從此與化學結下不解之緣。這時的醫學包括醫藥化學(製藥),為了研製藥物他必須作相當多實驗,而波以耳就是此時開始對實驗產生濃厚的興趣。在研究醫學的過程中,他大量的閱讀醫藥化學家(鍊金術)的著作,而醫藥煉金大家霍恩海姆及火術哲學家海爾蒙特的著作就是他這時的老師。不過這些老師的理論最後也都被他的《懷疑的化學家》打臉就是了。

波以耳的著作《懷疑的科學家》。圖/Chemical Heritage Foundation,Wikimedia Commons

《懷疑的化學家》的出現就像是在科學界裡投下了一顆照明彈,將原本充滿神秘色彩的部分抽離科學,並且將科學實驗赤裸裸的攤在眾人面前。這本書參考了伽利略的《兩大世界體系的對話》以對話的手法來進行寫作,不過這回波以耳使用四個角色來進行對談。

to be continued…

參考資料


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LIS_96
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調香師的秘密:「糞臭素」挑起你骯髒的慾望

胡中行_96
・2022/05/16 ・2039字 ・閱讀時間約 4 分鐘

倫敦高級區梅費爾(Mayfair)的聯排透天洋房裡,他與屋主近身互動。六呎高,湛藍的雙眸,古銅的肌膚,寬闊的下顎,銀髮一絲不苟地貼齊,以及一縷迷人的香氣:肉桂、皮革和不可言喻的香味,他確定迎面襲來的深刻,源自另一個時空。

梅菲爾位在倫敦西區,它是世界上最昂貴的地區之一。圖/Wikipedia

「當你嗅聞,你是用腦在聞。最原始的,處理記憶和情緒的部位。」
屋主解釋:「若芸芸眾生試圖尋覓自我的氣味,那我正在打造專屬你的身份。」

關於香水的秘密

一場訪談,讓男性時尚雜誌《GQ》的作家 Michael Paterniti 化身高級訂製香水的顧客,而江湖人稱「香水界情色男優」(the Pornographer of Perfume)的屋主 Roja Dove,正優雅地介紹混香的秘密。「我使用『糞臭素』,一種帶有糞便氣息的醜陋分子。男女性器皆與肛門比鄰,底蘊裡一丁點的『糞臭素』,便能喚起骯髒的慾望。」[1]

Roja Dove 是一位英國調香師。圖/Wikipedia

糞臭素是怎麼來的?

來到住處之前,兩人在麗池飯店(Ritz Hotel)旁的沃爾斯利餐廳(the Wolseley)用過午餐。此時他們的消化系統正將蛋白質,分解成胺基酸(amino acid)。接著,腸道內的菌落會先進行「去胺作用」(deamination),用氫去代換胺基。於是,有一種叫做「色胺酸」(tryptophan)的胺基酸,就變成「吲哚-3-乙酸」(indole-3-acetic acid,簡稱「IAA」)。

再來,乳酸桿菌(Lactobacillus)、梭菌(Clostridium)和類桿菌(Bacteroides),透過「去羧作用」(decarboxylation;羧,注音ㄗㄨㄟ)把 IAA 中的羧基(carboxylic acid group)換成氫,人體內的「糞臭素」(skatole;即3-methylindole)就誕生了[2][3][4]

Roja Dove 的調香手法

在正式調香之前,Roja Dove 會提供約莫 200 張的試香紙,讓訂製高級香水的顧客挑選最能觸發當下感覺,並連結過往回憶的幾種氣味。Roja Dove 將以它們為發想的根據,把原料輕拍到試香紙上,再把試香紙與一只金屬小風車連結。當小風車運轉,微風迎面吹來,他便能感受這些原料的效果。

當然,調香運用的糞臭素不是靠「人體製造」,而是在實驗室或工廠裡「人工合成」。1883 年德國化學家費雪(Hermann Emil Fischer, 1852-1919)發明了「費雪吲哚合成」(Fischer Indole Synthesis):一種苯肼(phenylhydrazine)和醛(aldehyde)或酮(ketone),透過酸觸媒(acid catalyst)催化產生的作用。一般罐裝糞臭素,便是這麼來的[2][5]

從溝通、聞香、構想、嘗試、製作到完成需要耗時一到二年。圖/Pixabay

從溝通、聞香、構想、嘗試、製作到完成,長達一、二年後,每 3.4 盎司(100.55 毫升)要價 4 萬美元的訂製香水,才會被呈現在顧客面前。所幸,對花不起重金與不特別愛好香水的人來說,還是有其他巧遇糞臭素的機緣。因為某個程度上來說,糞臭素就像愛。它撲朔迷離地存在生活中出乎意料之處:香水、茉莉、橙花、甜菜、香菸、糞便、煤焦油與草莓冰淇淋。糞臭素時臭時香,載舟亦能覆舟,令人欲拒還迎。

氣味的關鍵在於濃度

氣味由香變臭的關鍵,在於濃度。像是過多的愛,使人無法擔待。以體積比來說,一旦超過 60 pptV(0.327 ng/L)[註1],就會開始臭得一去不返[7]。如果以重量比計算,健康人體製造的糞便中,糞臭素濃度約為 5 μg/g,但消化道疾病患者,則可高達 80 到 100 μg/g[註2]。換句話說,腸道保健雖然不會讓人芬芳馥郁,但至少能避免如廁之後臭名遠揚[8]

回顧過去的調香職涯,Roja Dove 感嘆上等的原料不再是小農收成,產地直銷,人工合成的產物也逐漸取代天然素材。

「的確,我們必須在香水裡添加合成物。」他向時尚作家 Michael Paterniti 坦承,那是為了襯托自然的味道,但是如果大比例的使用人造成份,「合成的香水聞起來,就永遠僅是人工的氣息。」然而大時代的趨勢,就連知名調香師也無力回天。諷刺的是,在這場產業變遷的遺憾裡,得知糞臭素並非天然,卻多少能帶給香水顧客卑微的慰藉。

註解

  1. pptV(parts per trillion by volume),則是兆分之一體積比。ng/L,指每公升幾奈克。
  2. μg/g,又作 mcg/g,指每公克中有幾微克,也就是 ppmW(parts per million by weight)百分之一重量比。

參考資料

  1. How to Smell Like a God (GQ, 2014)
  2. Skatole – A Natural Monstrosity In Perfume, Parliaments, Produce And Poop (American Council on Science and Health, 2020)
  3. Impact of the Gut Microbiota on Intestinal Immunity Mediated by Tryptophan Metabolism (Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2018)
  4. 羧酸(教育部重編國語辭典修訂本,臺灣學術網路第六版)
  5. Emil Fischer Biographical (the Nobel Prize)
  6. Skatole (American Chemical Society, 2021)
  7. Identification, quantification and treatment of fecal odors released into the air at two wastewater treatment plants (Journal of Environmental Economics and Management, 2016)
  8. New Insights Into Gut-Bacteria-Derived Indole and Its Derivatives in Intestinal and Liver Diseases (Frontiers in Pharmacology, 2021)

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胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。臉書:荒誕遊牧。