科壇軼聞凱庫勒銀蛇飛舞入夢記

前面我們講述了奧托·洛伊維之夢，今天再講一個在化學史中知名度極高的夢——凱庫勒銀蛇飛舞之夢，這也是一個導致科學發現的夢。

圖為凱庫勒

圖為中年凱庫勒

弗里德利希·凱庫勒其人

弗里德利希·凱庫勒（1829-1896）是著名的德國化學家。1829年出生於德國的達姆斯塔德市，中學時，就懂四門外語，從小熱愛建築，立志長大後要當一名優秀的建築大師。後來陰差陽錯地踏進了化學研究之門，追隨化學大師李比希，成了舉世聞名的有機化學家。1857年凱庫勒提出碳是4價的；1858年進一步提出，碳原子間可以相連成鏈狀的學說，這就開闢了理解脂肪族化合物的途徑。1865年凱庫勒提出了苯的環狀結構學說：苯的結構可想像為6個鏈形碳原子閉合而成，於是打開了芳香族化學的大門。由於凱庫勒的價鍵理論被應用到許多其它有機化合物的研究中，19世紀中葉，不僅有機化學在理論上取得了蓬勃的發展，並且還在德國建立起了龐大的有機化學工業，特別是染料及製藥工業。著有《苯衍生物化學》、《有機化學教科書》、《有機化合物結構研究》等。

圖為凱庫勒與苯環

本文簡述凱庫勒在1865年的重大發現。

苦苦思索 不得其解

當時有機化學家們遇上了一道難題：人們從煤焦油中提取出—種有芳香氣味的液體，叫做苯。苯的結構非常怪。一個苯分子含有6個碳原子和6個氫原子。碳的化合價是4價，一個碳原子應該和4個氫原子化合才對，而苯怎麼會是6個碳原子和6個氫原子的化合物呢?

凱庫勒也對此進行了不懈的研究。他從1854年開始探索苯分子的結構，早已經測定清楚苯分子的構成，並反覆思考氫原子和碳原子的組合方式，曾在紙上畫出了幾十種苯的分子式，但是又都一一否決了。他一直百思不得其解，弄得心力交瘁。

銀蛇飛舞入夢來

1865年的整個聖誕節，凱庫勒都在苦苦思索這一問題。節後的一個晚上，他終於在夢境中得到了答案。

「到底苯的分子結構應當是什麼樣的呢?」他想得頭都有些痛了。他把椅子拉近壁爐，半躺在安樂椅上，爐火的溫暖使他感到很愜意。慢慢地，這位化學家朦朧入睡了……

咦，那是什麼，凱庫勒忽然看見碳原子連在一起形成了一條彎彎曲曲的蛇，對，是一條蛇!這條蛇身上的每個碳原子上都還帶著一個氫原子，碳原子和氫原子互相長在一起，連成了一條怪模怪樣的長蛇。這條怪蛇忽然蠕動起來了，它在爬，它在搖頭晃腦，它在跳舞，而且越跳越快，漸漸地，這條蛇轉起圈來，蛇頭追著蛇尾，不停地轉動著；形成了一個圓環。突然，蛇頭追上了蛇尾，並一口咬住了，牢牢地銜住尾巴尖，就此不動了。

凱庫勒哆嗦了一下，醒過來了，多麼奇怪的夢啊!他回味著。那些奇怪的碳原子和氫原於的樣子還沒有消失，他想起了分子中各個原子的排列順序，也許這就是長期未能解決的問題的答案吧?凱庫勒匆匆地在一張紙上寫下了夢中看到的環狀結構。這就是苯分子的第一個環狀式。（參看下圖）。長期未能解決的問題，最後「一夢成功」了。這毫無疑問是凱庫勒長期研究的結果，也與他獨具的立體思維能力密不可分。

圖5 凱庫勒提出的幾種苯結構式

凱庫勒因為在有機化學方面的傑出貢獻而成為有機化學結構奠基人。

學會做夢 逮住頓悟

凱庫勒在敘述了他的做夢過程後說：「我們應該會做夢！……那麼我們就可以發現真理，……但不要在清醒的理智檢驗之前,就宣布我們的夢。」

圖為蛇形苯環和猴環苯分子

應該指出的是，凱庫勒能夠從夢中得到啟發，是科學創造的一種心智過程——頓悟。貝弗利奇在[1]中總結了形成頓悟的必要條件：

1）對問題的持續自覺思考（思想準備）；

2）對問題的細緻入微的了解（知識準備）；

3）排除一切干擾的思慮（排他性的冥思苦想）；

4）有張有弛的思維和必要的休息（導致無意識過程）；

5）與他人的思想接觸，碰擦「火化」（導致頓悟的交流）。

因此，凱庫勒在夢境中的重大發現並非偶然，是由於他善於獨立思考，平時總是冥思苦想有關原子、分子以及結構等問題，才會夢其所思；更重要的是，他懂得化合價的真正意義，善於捕捉直覺現象；加之以事實為依據，以嚴肅的科學態度進行多方面的分析和探討，這一切都為他取得成功奠定了基礎。

附記：對凱庫勒之夢學界有一些不同看法，可見所引的網上資料。

參考資料：

1、 貝弗里奇，W.I.B.，科學研究的藝術，陳捷譯，科學出版社，1979.

2、 戴世強，科研方略18講，上海大學出版社，2014.

3、 網上資料：

寫於2016年7月3日

科壇春秋（2015上海十大科普微信公眾號）

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