空氣不止決定人類形態,更主導了文明發展進程?

我們每一次呼吸,都可能嚥入 2,000 年前凱撒大帝的最後一口氣 —— 美國科學記者 Sam Kean 新作 Caesar’s Last Breath: Decoding the Secrets of the Air Around Us 開宗明義如此聲言。空氣透明而不可或缺,無色卻飽含故事,根據書中主張,氣體不只影響了生物的形態,更奠定了文明的走向。呼吸以外,究竟空氣對人類有何啟示?

凱撒最後一息尚存? 圖片來源:Wikimedia Commons

凱撒最後一口氣

於國家地理頻道訪問中,Sam Kean 簡介了數項關於空氣的議題,首項便是凱撒最後一息「尚存」之謎。空氣與地球自有同在,今人呼吸前人的口氣,本是科學常理,問題在於,要吸到某一個人某一口氣的機率多大?Sam Kean 指出,在正常室溫及氣壓下,人類每吸一口氣便會吸入 25 垓(sextillion:1 垓等於 1021)粒子,即使以現時 70 億人口計,每人在歷史長河中又有 70 億位後裔,兩數相乘,數量仍然少於吸一口氣所含粒子 500 倍之多。而空氣中的粒子僅需兩年即可散佈全球,因此,你我大有可能不意親炙凱撒的「口澤」。

文明指南針

Sam Kean 又宣稱氣體不單決定生物形態,更主導了文明的進程。以工業革命為例,其中最重要的發明在於提煉及駕馭力量,蒸氣便是當時最主要的動力來源,以此採礦、發動車船等等。另一例子是炸藥:掌握氣體原理即可掌握爆炸的規模,如此即可用於開山闢地、搭建隧道之類的大型工程。同樣,鋼鐵的煉成亦須倚賴氣體原理:從鐵器中抽走二氧化碳,使其更加堅韌,便為鋼鐵。氣體知識對人類文明的發展功不可沒。

愛因斯坦與西拉德聯合設計的「無毒雪櫃」。 圖片來源:Albert Korodi

愛因斯坦的雪櫃

雪櫃是現代生活不可或缺的重要發明,冷藏功用背後同樣利用氣體原理,不過草創時期由於知識所限,雪櫃採用有毒氣體,時有意外發生。一次,愛因斯坦得悉有一家人因雪櫃漏氣而中毒死亡,有感而發之下,決定與物理學家朋友西拉德(Leo Szilard)聯手設計一款安全雪櫃,兩人將兩種無毒液體混合,成功研發出無害的製品。然而,當時通用汽車集團同樣研究改善雪櫃安全,並開發出製冷劑「氟利昂」(Freon),愛因斯坦方案最終不了了之。後來發現,氟利昂原來會嚴重污染環境、破壞臭氧層,加劇氣候變化,假如當初採納愛因斯坦的設計,今日的環境相信會有所改善。

化學武器的演變

有毒氣體之於普通人是意外,之於殺人犯則是兇器。Sam Kean 提及 100 年前一位毀譽參半的德國化學家哈伯(Fritz Haber),一方面研發出從空氣中提取氮氣並轉化為阿摩尼亞的「哈伯法」(Haber process),大為提高施肥效率,造福今日數以億計人類;另一方面,哈伯有份參與第一次世界大戰的化武戰爭,首創使用氯氣,改變了一直以來化武的面貌,乃至今日敍利亞戰事仍有哈伯的影子。

德國化學家哈伯(左二)在第一次世界大戰中引入氯氣化武,並在現場指導用法。 圖片來源:Archiv der Max-Planck-Gesellschaft

操縱氣候的狂想

環境污染惡化,氣候變化日益嚴峻,激發歷年來不少科學家研究修復大氣層,甚至人手改變天候,例如有科學家曾將碘化銀(silver iodide)散佈於雲層,企圖促使化學物粒子與水分混和,過重之下繼而降雨;又有試圖在風暴靠岸前分散風力,以此防範風災。雖然今日氣象學家對操控氣候普遍不抱信心,但經年仍有類似想法,例如在高空噴灑二氧化硫(sulfur dioxide),試圖將太陽光反射至太空,從而降低地球溫度,紓緩全球暖化。

探索外星的捷徑

宇宙無垠,連最近的宜居星球亦嫌太遠,假如要探索外星生命,派太空船出埠偵測,絕非一兩個世代能夠完成的任務。Sam Kean 指出,觀察星體大氣層,則是現行一種判斷有否生命跡象的便捷做法。假如發現大氣層含有氧氣及其他氣體 —— 例如甲烷(methane)—— 則表示星球存在循環氣體的條件,並且極有可能起源於生命體。另外,星體如出現非自然氣體(例如氟利昂和氯氟烴)或空氣污染物,亦極大機會代表存在文明。