尿是黄的金子也是黄的！1669年，德国一男子煮5000升尿液想炼黄金

文|赵赵

编辑|赵赵

1669年,德国汉堡。一个叫亨尼格·布兰德的男人,在地下室里煮了整整5000升尿液。

邻居们闻着那股冲天的臭味,都以为这家伙疯了。布兰德确实疯了——疯狂地想炼出黄金。

结果呢?黄金没炼出来,却意外发现了一种能在黑暗中发光的神秘物质,直接改写了人类科学史。

布兰德这辈子换过好几种身份。年轻时当过玻璃匠学徒,三十年战争期间混成了陆军军官,退役后做起了生意,顺便给自己安了个"医生"的头衔。真正让布兰德有底气折腾的,是娶了两任富婆老婆。

第一任妻子去世后留下大笔嫁妆,第二任玛格丽塔更是家底殷实。有钱就任性,布兰德在家里挖了个地下室,建起了自己的炼金实验室,还雇了继子当助手。

17世纪的欧洲,炼金术已经火了上千年。从伊朗高原到伊比利亚半岛,到处都是想把铅变成金的狂热分子。当时流行两套理论:古希腊的"四元素说"认为万物由气、水、火、土组成;炼金术士们更信"三元素说",觉得硫、汞、盐才是关键。

布兰德试过各种组合。酸、碱、矿物质,该加热的加热,该混合的混合,该过滤的过滤。钱花了不少,黄金连影子都没见着。

1669年的某一天,布兰德翻到一本炼金手册,书名叫《400 Auserlensene Chemische Process》。手册里记载了一个配方:把明矾、硝酸钾和浓缩尿液混在一起。

尿液?

布兰德盯着这个配方,脑子里突然闪过一个念头:尿是黄色的,金子也是黄色的,这不是巧合吧?按照炼金术的说法,人是宇宙的缩影,那人体内肯定也有黄金。每天排出那么多尿,岂不是把黄金都浪费了?

这逻辑听着荒唐,可布兰德信了。第一个问题是:要多少尿?布兰德算了算,自己和继子两个人的尿液根本不够。想要看到效果,至少得几千升起步。德国军营成了布兰德的目标。那里聚集着大量士兵,尿液供应充足。布兰德找到军官谈生意,军官一听要买尿,脸上写满了"这人脑子有病"。转念一想,反正尿液本来就要倒掉,卖了还能赚钱,何乐不为?

交易达成。布兰德花光了积蓄,买下5000到5500升士兵尿液,用桶装好,运回了地下实验室。50多个大桶,堆满了整个地下室。玛格丽塔看着这些桶,脸色估计不会太好看。

实验开始了。布兰德先让尿液静置几周,等它们发酵到散发出腐臭味。整栋房子都弥漫着那股恶心的气味,从地下室的窗口飘到街上,钻进邻居家的每个角落。有学者后来开玩笑说:"布兰德的邻居们一定极富耐心,不知道这家人的婚姻关系如何,但这个男人肯定不受欢迎。"

接下来是蒸煮。布兰德架起大锅,把发酵好的尿液倒进去,生火加热。水分蒸发,尿液越煮越浓,最后变成黑色的糊状物。这个过程持续了好几天,臭味达到了顶峰。

布兰德没有停手。把糊状物取出来,放到特制的蒸馏器里,继续用极高的温度加热。几天几夜过去,各种气体冒出来,油状物质在混合物中凝结。

第十四天深夜,实验室里发生了奇怪的事。蒸馏器底部,沉积出一种白色的蜡状固体。布兰德凑近一看,这玩意竟然在发光!蓝绿色的光芒,在昏暗的地下室里格外显眼。

布兰德伸手去摸,发现这光是冷的,不发热。放到空气中,这东西居然能自己燃烧起来,火焰明亮得超过了当时所有的蜡烛。丢进水里,光芒消失了,但物质本身还在。

黄金没找到,却找到了一种从未见过的神秘物质。

布兰德给它起了个名字:Phosphorum,拉丁语"冷光"的意思。

5500升尿液,最后只提取出120克这种发光物质。布兰德拿着这些白蜡状的东西,心里打起了小算盘。这会不会就是传说中的"哲人石"?能点石成金的那种?

布兰德决定保密。继续用这些物质做实验,看能不能真的炼出黄金来。实验室里的灯都不用点了,这些发光物质提供的亮度足够用。

可惜,金子始终没出现。布兰德只搞出了一些夜光墨水。

钱花光了,玛格丽塔的嫁妆也被挥霍得差不多了。布兰德陷入了贫困,连实验室都维持不下去。

怎么办?把秘密卖掉。

1670年代,布兰德开始兜售自己的秘密。

第一个买家是德国化学家丹尼尔·卡夫。卡夫拿到配方后,带着磷样本在欧洲各国宫廷巡演,展示这种能在黑暗中发光的神奇物质。王公贵族们看得目瞪口呆,卡夫赚得盆满钵满。

第二个买家是炼金术士约翰·冯·劳芬斯登琴克尔。

第三个买家是大哲学家莱布尼兹。莱布尼兹认为,布兰德如果大量生产这种物质,说不定真能找到哲人石。

秘密在小圈子里流传,传着传着就传到了英国。

1676年,磷样本被送到英国国王查理二世面前。国王看完表演,觉得挺新鲜,就把样本转给了英国皇家学会的科学家们研究。

罗伯特·波义耳拿到了这份礼物。波义耳不是一般人。生于1627年,爱尔兰贵族出身,8岁母亲去世,从小体弱多病。1640年代英国内战爆发,父亲战死,家道中落。这段经历让波义耳转向了科学研究,尤其是医学和化学。

1646年,波义耳加入了一个叫"无形学院"的科学社团,成员经常在伦敦和牛津聚会交流。1660年,这个社团升级成了英国皇家学会,口号是"Nullius in verba"——"别信任何人的话",说白了就是"不要轻信权威"。

波义耳在牛津建起了自己的实验室,雇了几个助手,其中一个叫罗伯特·胡克,后来也成了大科学家。1661年,波义耳出版了《怀疑派化学家》,这本书狠狠批判了古希腊的四元素说和炼金术的三元素说。

波义耳在书里说:"化学到目前为止,还被认为只在制造医药和工业品方面有价值。可我们说的化学,绝不是医学或药学的婢女,也不是工艺和冶金的奴仆。化学本身作为自然科学的一个独立部分,是探索宇宙奥秘的。化学,必须是为真理而追求真理的化学。"

这段话等于是给化学正名——化学不再是炼金术的附庸,而是一门独立的科学。

波义耳还提出了接近现代的元素概念:只有那些不能用化学方法再分解的简单物质才是元素。比如黄金,可以和其它金属制成合金,也能溶解在王水里,但总能恢复原形,重新得到黄金,那黄金就是元素。

拿到磷样本后,波义耳开始研究这种物质到底是什么。布兰德用的是人尿,波义耳改用动物尿,提取工艺更加精细。经过反复实验,波义耳发现了磷的一系列性质:磷只在空气存在时才发光。密封容器里没有空气,磷就不发光。磷在空气中燃烧,产生白烟。白烟遇水,形成的溶液呈酸性——这就是磷酸。

把磷和强碱一起加热,会产生一种气体,这气体遇到空气立刻燃烧,冒出白烟——这就是磷化氢。

1680年,波义耳做了一个关键实验:把磷和硫酸混合。反应产生的物质能轻易引火。波义耳灵机一动,把磷涂在木条尖端,轻轻一擦就能点着火。

火柴的雏形诞生了。

更重要的是,波义耳把所有研究方法详细记录下来,写进了论文,公开发表。这在当时是革命性的。炼金术士们都藏着掖着,用谜语和暗号保护自己的秘密。波义耳反其道行之,主张知识应该公开,理念应该共享。

英国核物理学家吉姆·阿尔-哈利利后来评价说:"磷确实有股转变之力,虽不能把铅石变作黄金,却将炼金术士塑造成首位现代化学家。波义耳为后世的元素探索者趟出了路。"

1737年,一个身份不明的人把布兰德的完整制磷方法卖给了法国科学院。技术彻底公开,更多科学家开始研究磷。

1845年,奥地利化学家施勒特尔有了新发现。把白磷放在阳光下暴晒,磷会变成红色。这种红磷比白磷稳定得多,不会在空气中自燃,毒性也小很多。

红磷很快取代白磷,成为火柴制造的主要原料。从此,人类点火不再依赖火石和火镰,划根火柴就能生火。

布兰德的"尿液实验"转了一大圈,最终改变了人类的日常生活。

至于布兰德本人,史料记载很少。一种说法认为1692年去世,另一种说法认为可能活到了1710年以后。无论如何,布兰德死时默默无闻,连确切的死亡日期都没留下。

18世纪画家约瑟夫·怀特画过一幅名画,叫《寻找哲人石的炼金术士发现了磷》,画面中央是一个老人,周围环绕着神秘的光芒。那个老人,就是布兰德。

布兰德煮尿的时候,绝对想不到自己发现的这玩意,日后会成为人类文明的基石之一。

19世纪初,欧洲人口暴增,粮食供应紧张。科学家开始研究作物营养学,试图提高产量。1840年,德国化学家李比希出版了《化学在农业及生理学上的应用》,创立了植物矿物质营养学说。

李比希说:植物需要的不是腐殖质,而是矿物质。土壤中的矿物质被作物吸走后,必须用肥料补回去,否则土壤会越来越贫瘠。

氮、磷、钾,被确认为植物生长必需的三大营养元素。

磷在植物体内干什么?参与光合作用、呼吸作用、能量传递、细胞分裂。磷能促进根系生长,提高作物抗寒抗旱能力,让籽粒更饱满,水果蔬菜品质更好,甜菜和甘蔗含糖量更高,油菜籽含油量更高。

缺磷的土壤种不出好庄稼。作物生长迟缓,产量低,还容易生病。

中国的情况更严重。全国缺磷土壤面积约10.09亿亩,主要分布在北方石灰性土壤、东北白浆土、南方红壤、紫色土和低产水稻土。超过75%的耕地都缺磷。

1960年代,中国南方低产稻田出现了"坐秋"现象。水稻插秧后长期不返青,根系发黑腐烂,秧苗枯萎发黄,几乎不分蘖,生长停滞二三十天,减产三到五成。

科学家研究发现,问题出在缺磷。1963年,湖南省在400万亩冬干田上推广磷肥,每亩施用过磷酸钙900公斤做基肥,稻谷增产137.8公斤,增产幅度达115%。当年增产粮食约1.8亿公斤。

这个数字救了多少人的命,没法统计。

1989年,中国农业科学院对全国13000个土壤样品进行测试,发现42.7%的土壤速效磷含量低于临界值。磷肥的需求量巨大,中国磷肥工业快速发展,成为仅次于氮肥的第二大化肥产业。

全球来看,约70%的磷矿用于生产磷肥。磷酸一铵、磷酸二铵、过磷酸钙,这些磷肥养活了几十亿人口。

磷不仅对植物重要,对人类自身也是生命必需元素。

人体内所有细胞的DNA和RNA,遗传物质的主链结构就是磷酸根。没有磷,遗传信息无法传递,生命根本不可能存在。

ATP,全名三磷酸腺苷,是细胞的能量货币。ATP转化成ADP的过程,高能磷酸键断裂,释放能量,驱动肌肉收缩、神经传导、蛋白质合成等一切生命活动。

蛋白质磷酸化,是细胞调控的核心机制。有一大类酶叫激酶,专门给蛋白质加上磷酸基团,相当于贴上"我准备好反应"的标签。没有磷酸化,细胞不知道该干什么。

磷脂,构成细胞膜的主要成分。细胞膜把细胞内部和外部环境隔离开,维持生命的基本秩序。没有磷脂,就没有细胞膜,也就没有生命。

磷在工业领域的应用同样广泛。红磷是火柴的核心原料,稍微摩擦就能生火,改变了人类用火方式。黑磷,磷元素的另一种形态,具有半导体性质。单层黑磷,也叫磷烯,性能可能超越石墨烯,成为下一代电子材料的候选者。红磷还能做钠离子电池的负极材料,理论比容量高,资源储量丰富。

磷化合物用于制造阻燃剂、清洁剂、食品添加剂、农药。磷酸用于工业助焊剂、防腐剂。三聚磷酸钠用于洗衣粉增效。次磷酸钠用于化学镀镍。

医药领域,磷酸盐广泛用于药物制备。黑磷量子点作为光热制剂,应用于肿瘤治疗。

军事上,白磷用于制造烟幕弹、信号弹、燃烧弹。白磷燃烧温度极高,沾到皮肤会造成严重烧伤,毒性很强。20世纪白磷弹在战争中造成了巨大伤亡,联合国后来出台禁令,禁止使用这类武器。

磷的重要性无可替代,可问题来了:磷矿正在枯竭。

地壳中含磷矿物约有120种,真正有工业价值的只有磷灰石型磷酸盐和含铝磷酸盐。磷矿不像石油那样可以人工合成,用一点少一点。

美国化学学会公布的元素稀缺程度周期表显示,磷是唯一具有高度短缺风险的生命必需常量元素。

现存磷矿储量,按照目前的开采速度,只够用23年。这个数字比石油枯竭的预警时间还短。

没有石油,人类可以开发新能源。没有磷,农业大范围减产,生命活动都会终止。

过度施用磷肥还带来了环境问题。磷肥生产原料是磷矿石,磷矿石含有大量有害元素,加工过程会带进镉、铬、汞、砷、氟等重金属,特别是镉。长期施用磷肥,土壤中重金属富集,作物吸收镉等有害元素增加,最终通过食物链进入人体。

多余的磷随着雨水流入河流湖泊,导致水体富营养化,藻类疯长,鱼虾大量死亡,水质恶化。

科学家正在寻找解决方案。培育低磷需求的作物品种,提高磷肥利用率,开发生物肥料替代化学磷肥,从城市污水和废弃物中回收磷元素。

1669年,布兰德在臭气熏天的地下室里,煮干了5000升尿液,找到了一种能在黑暗中发光的白蜡。

350多年后,这种物质已经深深嵌入了人类文明的每个角落。从农田到餐桌,从DNA到细胞膜,从火柴到半导体,从肥料到炸弹。布兰德想要黄金,磷给了人类比黄金更珍贵的东西——生存的基础。

可讽刺的是,磷矿枯竭的警钟已经敲响。23年后,人类可能要面对一个没有足够磷肥的世界。到那时,也许真的需要像布兰德那样,从尿液中回收磷元素。

历史兜了一个大圈子,又回到了原点。只不过这一次,不是为了炼金,而是为了活命。