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第22章 路易斯·巴斯德:微生物学之父的科学革命

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一、降世

公元1822年12月27日,巴斯德诞生在法国东部裘拉(Jura)省的洛尔镇(Dole),镇中有一条清澈的溪流,巴斯德的家就在溪边的小路旁。父亲是拿破仑军骑兵队的一名退伍军人,退伍后当鞣革工人,母亲是农家女,他有一个姊姊和两个妹妹。四岁那年,全家迁往阿尔布瓦(Arbois)。法国的中学通常是7年制,最后一学年分为哲学科和数学科。巴斯德在阿尔布瓦中学读6年,第7年转入布山松中学理科。中学时,他在学校表现普通,但很爱问问题,凡事追根究底,甚至因此成为某些老师的眼中钉。就这样不断地发问、学习,对化学、物理和艺术都有深厚兴趣的巴斯德渐渐变成优秀的学生。

二、大学

1840年8月,路易斯·巴斯德中学毕业,同年10月,他被聘为布山松中学的助教。在这段时间里,他一边任教,一边准备大学入学考试。当时,法国有两所着名学府——巴黎高等师范学院(Ecole Normale Superieure,ENS)和高等理工科学校(école Polytechnique)。这两所学校在科学教育领域享有盛誉,吸引了众多优秀学子。

1843年8月,巴斯德成功考入巴黎高等师范学院,攻读化学和物理的教学法。在巴黎高等师范学院,巴斯德表现出色,不仅在课堂上认真学习,还经常在实验室里进行实验,验证课堂上学到的知识。他几乎每天都在实验室度过,因此被同学们戏称为“实验室的蛀虫”。这种勤奋和执着的态度为他日后的科学研究打下了坚实的基础。

1846年,23岁的巴斯德从巴黎高等师范学院毕业,并顺利通过了物理教授资格考试。考官对他的评价极高,认为他是这一届毕业生中唯一具备教育才华的学生。不久后,巴斯德收到了图尔农中学(le Lycée de Tournon)的物理教师聘书。然而,巴斯德内心深处渴望在巴黎继续从事科学研究,不愿意离开这座充满科学氛围的城市。因此,他决定尽可能拖延赴职时间,希望能够找到在巴黎继续深造的机会。

为了实现这一目标,巴斯德写信给巴黎中央理工学院(l’école centrale)的创办人之一杜玛(Jean-Baptiste Dumas),寻求在巴黎任教的机会。尽管杜玛未能直接帮助巴斯德,但这件事被另一位着名化学家巴莱(Antoine Jér?me Balard)得知。巴莱年轻时因发现溴元素而声名远播,他决定帮助巴斯德留在巴黎。在巴莱的帮助下,巴斯德得以进入巴莱的实验室,成为一名助手,同时也成为博士班研究生。

三、酒石酸

1848年,路易斯·巴斯德在巴莱的实验室中逐渐确认了自己的志向——成为一名化学家。当时,晶体研究正蓬勃发展,巴斯德对此产生了浓厚的兴趣,认为这是一个“有用的科学”领域。作为一个喜欢酒的人,巴斯德注意到在制酒过程中,酒石酸的晶体会在发酵桶中沉积。这一现象激发了他的好奇心,他决定选择酒石酸盐作为研究课题。

在发酵桶中沉积的不仅是酒石酸,还有一种被称为“类酒石酸”的物质。尽管这两种物质的分子式相同,但它们的光学特性却大相径庭。酒石酸溶液在偏振光下会产生右旋光,而类酒石酸溶液则没有任何光学活性。这一现象引起了巴斯德的极大兴趣,他相信其中一定有被其他化学家忽略的地方。

巴斯德决定运用自己在化学和物理方面的知识来解决这个问题。他首先假设这两种物质的晶体结构可能存在差异。于是,他用镊子仔细挑出酒石酸盐的结晶,仔细观察。他发现,酒石酸盐的结晶有一面较长,不是完全对称的,这可能是导致其产生右旋光的原因。

接下来,巴斯德假设类酒石酸盐的结晶应该是对称的,因此通过类酒石酸溶液的偏振光不会发生改变。然而,当他将类酒石酸盐的结晶挑出来观察时,却惊讶地发现这些结晶同样有一个较长的、不对称的晶面。这一发现让他再次陷入了困惑:为什么两种晶体都有不对称的晶面,但只有酒石酸盐具有光学活性?

巴斯德没有放弃,他大胆地假设:类酒石酸盐的结晶中,某些晶体较长的晶面在左边,而另一些晶体较长的晶面在右边。这一假设意味着类酒石酸盐的结晶实际上是两种不同形式的混合物,一种具有左旋特性,另一种具有右旋特性,这两种特性互相抵消,因此类酒石酸溶液没有光学活性。

为了验证这一假设,巴斯德重新检视类酒石酸盐的结晶。他发现确实存在两种类型的晶体,一种较长的晶面在左边,另一种较长的晶面在右边。他将所有较长的晶面在左边的晶体挑出,溶解后通过偏振光,结果产生了左旋现象;而将所有较长的晶面在右边的晶体挑出,溶解后通过偏振光,则产生了右旋现象。这一发现证明了他的假设是正确的:类酒石酸溶液不具有光学活性,是因为它是两种晶体的混合物,它们的光学特性互相抵消。

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