为帮祖国还债，这位诺奖得主用七年时间“海中淘金”

1914年，第一次世界大战爆发。哈伯主导开发的合成氨技术，在战争中体现出了非凡的意义，使德国在协约国严密的海上封锁下，依然可以生产出足够的弹药和化肥。同时，哈伯还积极研制化学武器，这让人类的战场变得更为恐怖，他的后半生也因此而饱受非议。

尽管哈伯为他的祖国殚精竭虑，德国在一战中还是战败了。

1919年6月28日，各国代表签订《凡尔赛条约》。根据协约国赔偿委员会决定，德国共需赔偿2260亿马克且以黄金支付，虽然1921年后减至1320亿马克，但这依然相当于47000吨的黄金。天价的赔偿给德国经济戴上了一副沉重的枷锁，并导致德国发生了严重的通货膨胀，德国马克纸币一度贬值到被直接当作玩具，甚至被整叠的扔进炉子里当柴火烧。危难之际，无比爱国的哈伯再次挺身而出、献计献策，要用化学方法让德国获得更多的黄金，帮助德国偿还在一战后的巨额欠款。

长冈半太郎 （1939—1948）丨图源：参考文献2

长冈半太郎在当时是日本的著名物理学家，在世界上也颇有声望。20世纪20年代，他开始对水银的原子核结构着迷，于1923年发表了论文《水银的光谱结构和同位素》。长冈半太郎想到，汞原子有80个质子，而金原子有79个，如果施加某种能量可以带走汞的一个质子，那么水银不就变成黄金了吗？虽然这只是一种理论上的假说，但因为黄金的诱惑力，他的见解一经提出，便引起轰动。正在寻求黄金的哈伯更是对这一假说感到兴奋，作为化学家，他可不满足于理论分析，而是希望将其付诸实践。

为此，哈伯搭建了一个宏大的反应体系，一个可以产生几十厘米人工闪电的巨型装置。哈伯用它来电击水银样品。近50个小时的爆裂声过后，水银看上去却没什么变化，也没有任何数据证明汞中哪怕是有微量的黄金生成。对于类似的实验，虽然其后还是出现了个别成功的报道，但那些论文对测量过程和结果的描述往往含糊不清，很难重复。20世纪20年代后，人们普遍认为依靠高压电进行的现代版“水银炼金术”是不可信的。

电击水银的疯狂之举只能算是哈伯求金之旅的序曲。之后，哈伯转换思路，将目光投向了浩瀚的海洋。早在19世纪中期，人们就意识到深层海水中溶解有微量的黄金。哈伯找到9篇前人对海中黄金含量的报道，综合这些论文的结果，平均每吨海水中大约含有5-10毫克黄金。特别是，这9篇之中还有一篇是瑞典著名科学家、诺贝尔化学奖得主阿伦尼乌斯（Svante August Arrhenius）的研究成果，所以哈伯对此深信不疑，虽然这些报道的数值大约只有陆地金矿含金量的千分之一，但哈伯依然对此表示乐观，认为这样的浓度是可能具有提取价值的。为了验证自己的想法，哈伯甚至还按照每吨海水5毫克的“保守估计“，在实验室中配制了一些含有相同浓度黄金的“人造海水“，并成功从中回收到少量黄金。

如此看来，大海淘金果然值得一试。

从 1920 年开始，哈伯陆续召集了十几位经验丰富的研究员进入他的实验团队。起初，这还是一项高度保密的工作。因为哈伯担心，如果人们意识到从浩瀚海洋中可以提取黄金，那么黄金价格将会很快下跌，等实验成功时，获得的黄金也就贬值了。

哈伯将提取黄金的实验装置秘密安装在德国“汉莎号”（Hansa）客轮上。 在其中一次前往纽约的航行中，哈伯和他的三位团队成员是以月薪10万马克（当时约合8美分）的“助理事务长”（assistant pursers） 身份登船的。而当汉莎号停靠在纽约时，哈伯的出现还是受到了当地报社记者的关注。面对采访，哈伯只是含糊其辞地表示他们的工作可能会带来“伟大的发现”。结果，1923年7月30日《纽约时报》的头条新闻竟然是：“海上实验：四位德国科学家在寻找防腐蚀剂”。这一新闻报道，又引发了美国人的更多猜测。有些人认为哈伯是在实验如何从海水中获得电力，而有些人甚至觉得哈伯正在研究一种神秘的强制停船技术。

1923年7月30日《纽约时报》的头条新闻。丨图源：https://www.nytimes.com/1923/07/30/archives

尽管哈伯实验团队获得了很多大洋中的海水，离心机和电解装置也在不停地运转着，但实验结果却十分让人失望，他们只得到了极少量的黄金。

哈伯并没有完全死心，他猜想温暖的热带海洋中，会不会藏有更多的黄金。于是，哈伯安排了新的航线，这次是乘坐德国的“符腾堡号” （Wurttemburg）客轮， 从德国汉堡出发到南美洲的布宜诺斯艾利斯。遗憾的是，这次跨越赤道的漫长海上旅行也没有能给他带来更多的收获。

接连的失败，让哈伯不得不反省，到底是什么地方出现了错误。他开始对前人报道的海水中的黄金浓度产生怀疑。1924年起，他开始研究微量分析技术，期望对海水中的黄金浓度进行系统而精确的测量。然而，即便是他自己团队的测量结果也经常有很大出入，比如他发现一旦某位研究员经手实验，就往往能获得很高的浓度数值。

哈伯对此十分疑惑，直到他亲自观察这位同事的实验，才搞清楚原因。这位研究员做海水分析实验时，会经常扶一下他的眼镜。这原本是一个下意识动作，然而他戴的可是一副金框眼镜。因为海水中的黄金含量如此微小，所以不经意间从他手指转移到了样品中的微量黄金，就可能给分析结果带来可观的影响。

排除各种干扰后，哈伯团队对来自世界多个地区海水进行了约4500次的测量。最终发现，海水中的黄金含量因所处区域不同而略有变化，但平均含量只有约4微克每吨，还不及阿伦尼乌斯之前所报道数值的千分之一。之前那些论文中的错误，如果不是作者的蓄意伪造，就很可能是由于类似金框眼镜这样的环境干扰所制。

海水中的真实黄金含量无疑给哈伯的梦想浇了一盆冷水。哈伯不得不痛苦的承认，海水提金如同“大海捞针”，从经济效益考虑一点都不划算。1927年，他无奈地终止了该项目。

1933年，因希特勒上台后对犹太科学家的驱逐行动，哈伯的职业生涯也走到了尽头。尽管他对德意志帝国忠心耿耿，却被迫辞职逃往了海外。1934年1月29日，在辗转前往巴勒斯坦的途中，65岁的哈伯因心脏病离开了人世，直到去世前他仍为自己误判海水中金的浓度而感到自责。

尽管哈伯的求金之旅以失败告终, 但人类并没有停止从海水中提取黄金和其他有价值金属的探索。

2018年JACS报道的水中提金研究。图源：参考文献7

值得注意的是，海水里有价值的东西不只是黄金，还有其他各种稀有金属矿物。在较重的元素中，除了金之外，铀元素（U）长期以来也引起人们的关注。海水中存在的铀浓度虽低，但其总量足以为地球上的核电站提供数千年的燃料。最新的提取方法包括将浸有铀吸收剂的塑料垫沉入海中，以及使用对铀具有特殊亲和力的金属有机框架材料。人们希望，即使这些技术目前不能像商业采矿那样获得利润，也可以对处理放射性核废水有重要的意义。

因为轻信前人的推算结果，哈伯的淘金之旅以悲剧落幕，但通过他团队成员的精确测量，人们至少获知了海水中黄金浓度的真实数据，让人们不再对海水提金的收益抱有盲目的幻想。

如今，随着陆地的矿产资源的日益枯竭，海洋矿产资源的勘查和开发正变得愈发重要。从这个角度看，百年前哈伯的大胆尝试虽然看似荒诞，但在探索方向上并不一定是错误的——或许只是太超前于时代了。

李研，化学博士。目前担任细胞出版社(Cell Press)旗下Matter和Cell Reports Physical Science期刊的科学编辑。

本文封面图来源：Bundesarchiv, Bild 183-S13651 / CC-BY-SA 3.0, CC BY-SA 3.0 DE, via Wikimedia Commons

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