一滴臟水，如何把美蘇兩國耍得團團轉

1963年，馮內古特出版了科幻小說《貓的搖籃》（Cat's Cradle）。在小說中，原子彈之父霍尼克博士研發了一種名為“冰九”的特殊物質。這種虛構的冰晶型在室溫也能保持冰凍，而且在接觸液態水的瞬間能讓水也結冰并不斷蔓延。在霍尼克死后，三個子女各自拿“冰九”換了點好處：大兒子換了個官位，二女兒換了一樁婚姻，最小的那個，在談戀愛時把它送給了蘇聯間諜。后來一次飛行表演事故中，一小塊九號水“冰九”掉進了海里，地球上的生物因此盡數消失。在小說的結尾，虛構宗教博科農的創始人寫下一句話：“如果我年輕一些，我會寫一部人類愚蠢史。”

小說本身具有很濃的諷刺意味。但是誰也沒想到，幾乎就在這部小說出版的同一時間，現實中出現了一種和“冰九”性質類似的物質。

新的水

1961年，蘇聯科斯特羅馬。這是一個距離莫斯科東北300公里的小城，曾經的亞麻工業中心已然衰落。不過對于科學工作而言，衰落有衰落的好處，這是一個適合做研究的好地方。年輕的尼古拉·費佳金（Федякин, Н.H.）就在這里工作，當整個國家都在熱火朝天地把宇航員送入太空的時候，他在研究大自然最神秘的物質——水。

費佳金的工作主要是對水的蒸發速度進行定量。早在19世紀，開爾文勛爵就發現單個水滴蒸發速度比碗中的水還快，而玻璃管中的水蒸發速度更慢。開爾文推測可能是水面的曲率影響了蒸發的速度。費佳金的工作就是驗證開爾文的理論，他將純凈水滴放入不同形狀的容器中，爭取能將這個理論量化出來。

▲50年代蘇聯宣傳畫中的化學實驗室（dailymail）

在一次實驗中，他在直徑如發絲的玻璃管中凝結水蒸氣，然后將其封口儲存。幾周后，當費佳金檢查玻璃管中的水的時候，發現了一些奇怪的現象：玻璃管中的水竟然分層了！水是純凈水，管子密封前也洗了又洗，根本沒有什么干擾條件，哪來分層的可能？費佳金還是覺得可能是自己的實驗條件有問題，他把實驗條件從頭清了一遍，再次進行實驗，還是兩節！換了溶出物更少影響更小的石英管，還是兩節！難不成真在這么簡陋的實驗條件下發現新成果了？

費佳金于1962年發表了他的研究成果，希望其他人也會覺得他的水很有趣。好在是這篇論文并非和大多數論文一樣無人在意，有一個人對他的論文產生了好奇。鮑里斯·杰里亞金（Бори?с Влади?мирович Деря?гин）是現代界面和膠體化學的奠基人之一，與朗道等人共同創立了DLVO理論（杰里亞金-朗道-弗韋-奧弗比克理論）。對于學術地位在蘇聯已經較高的杰里亞金來說，當務之急是找一個能讓自己拿諾獎的成果，費佳金的水研究就這樣闖入了他的心窩。杰里亞金把費佳金連人帶課題收進了自己的實驗室，當年晚些時候，兩人聯名在《蘇聯科學院報告》上發表了更詳細的實驗數據。

▲杰里亞金正在實驗室觀察（science history）

從1962年到1966年，杰里亞金的團隊發表了十余篇論文，他們逐步改進制備方法，把毛細管做得更細、冷凝條件控制得更精確。最終聲稱測出了反常水的物理參數：冰點在零下40度，沸點在200度往上，密度大約是普通水的1.1到1.2倍，黏度是普通水的15倍。這些性質顯然不像是純水，杰里亞金稱此為“改造水”。

雖然物理事實清楚，但是“改造水”的產量仍然是一個很大的問題，每次實驗都只能拿到幾微克的樣本，這意味著任何一點污染都有可能影響測量結果。到了這里應該對此產生懷疑了，杰里亞金的判斷是：如果污染物的量是穩定的，那不同批次樣品的性質應該亂跑才對。但他手上的樣品，測出來的密度和黏度批次之間差得不多，他就這樣說服了自己。杰里亞金因此推導出一個更為大膽的結論：改造水是水在熱力學上真正穩定的形態。按他們的設想，普通水在毛細管壁的誘導下被改造成了熱力學上的“真水”，而這個“真水”一旦形成，會把接觸到的普通水也誘導成同樣的結構。

1966年，杰里亞金前往英國參加法拉第學會組織的一場膠體和表面科學討論會。參會的人不算多，主要是歐美的同行，這正是杰里亞金想要的，把自己的突破性成果給同行們看。不過他的演講題目比較晦澀，直到末尾才亮出了“改造水”是熱力學穩定形態的推論。臺下反應比較冷淡，在場記錄顯示只有大約十位聽眾留下了書面評論，大多數人聽完的反應是：蘇聯人發現了一個奇怪的實驗現象，可能哪里沒洗干凈。

但有那么一個聽眾對這個比較感興趣。布賴恩·佩西卡（Brian Pethica），當時在聯合利華研究實驗室工作。聯合利華雖然是一家日用消費品公司，但是洗衣液與肥皂這些其實也是一種界面問題，佩西卡做的就是這一塊。回到實驗室之后，佩西卡決定將這個實驗重新做起來。

雖然現代化學研究最大的問題就是難以復現，但是佩西卡的團隊竟然復現成功了，這就讓這種水從特殊的制品變成一種“普遍”的物質。他們把能做的分析全部做了一遍。質譜分析沒找到比普通水分子質量更大的分子，光譜分析中的吸收峰和水一樣（不過后來的光譜研究很快報告了不同結果）。但是物理性質的確不對勁。特別是熱膨脹曲線在零下八度之前一直在收縮，根本沒有普通水一樣在四度時密度最大。蒸發之后管子里殘留的是一層凝膠狀的東西，不像任何已知的水的形態。

▲布賴恩·佩西卡，圖源普林斯頓大學，2026年竟然還發了一篇論文？

1969年4月，佩西卡等人在《自然》上發表了結果，標題叫《反常水》。論文用詞極度克制，最后一句話是：“反常水是否是一種穩定、獨立的分子實體，只有在獲得足夠量的樣品進行明確表征后才能確定。”換句話說：實驗現象復現了，但誰要是說這東西一定是一種新物質，證據還不夠。佩西卡明顯更克制一些，至少從他的措辭來看，沒有像蘇聯人那樣對名利有那么大的追求。不過這篇文章也沒有引起什么轟動，畢竟《自然》每周都有一堆看不懂的論文發出來，大多數讀完摘要就翻過去了。但比之前論文更進一步的是讓這種“反常水”進入了英語世界，現在有更多的人關注這種特殊的物質了。

蘇聯人又遙遙領先了

界面化學是一個很小的圈子，雖然論文看得人少，但是佩西卡復現蘇聯人結果的消息傳得很快，畢竟這是兩個完全獨立的團隊做出了同一種物質。從一般的科學發現過程來說，其中必然有金礦可以挖掘。

馬里蘭大學的光譜學家埃利斯·利平科特（Ellis Lippincott）就這樣下場了。他并非界面化學的圈內人，但是他手里有一個當時最好的光譜儀，不管啥東西，先做個光譜再說。譜圖上出現了一組普通水里從來沒見過的吸收峰，普通水最為標志性的峰也消失了，而且這個峰和一般污染物的光譜也對不上。基于這些情況，利平科特做了一個比前人更激進的解釋：舊峰都沒了，說明原來的化學鍵結構被換掉了，水分子可能已經不像之前那樣一個又一個散著排列，而是通過氫鍵首尾相連，變成了聚合物狀的水。

▲利平科特是過去100年中最具影響力的光譜學家之一（Optica 出版集團）

利平科特把論文投給了《科學》。1969年6月發表的時候，他在標題里放了一個新詞“polywater”，即聚合水。“聚合”這個詞在當年的分量不是今天可以想象的。三十年代人類才第一次搞清楚了聚合物是什么，尼龍做襪子，聚乙烯做保鮮膜，聚氯乙烯做水管，聚合物輪番進入日常生活，人類對聚合物充滿了想象。如果水也能聚合，那么水就不是水了。所以哪怕利平科特的論文一個字都沒有討論后面會發生什么，光是“聚合水”這三個字就能讓大家浮想聯翩了。

▲利平科特猜測的聚合水的結構

當科學界還在討論這個水的性質導致是不是聚合的時候，媒體界已經下場了。六月底，《華爾街日報》說“美國開始努力在聚合水上超越蘇聯”。美國人的擔憂是正常的，聚合水是蘇聯人先發現的，蘇聯人系統研究的，蘇聯人先在國際會議上報告的，如果聚合水以后有什么大用，那么美國這一輪又落后了！更何況蘇聯人肯定還有保密級別更高的研究，說不定他們已經到應用層了。

“聚合水差距”這個詞就慢慢流行開來，五十年代美國接連經歷過“轟炸機差距”和“導彈差距”，兩場全民恐慌事后都證明是情報部門自己在嚇自己。當第三次看見“差距”的時候，大家不會覺得這是一個狼來了的故事，而是在想：萬一呢？況且是有蘇聯人的論文、英國人的獨立復現、美國人的光譜分析。如果這種東西都能出問題，那么人類要好好反思一下科學到底是什么了。

一位名叫弗蘭克·多納霍（Frank Donahoe）的化學家在《自然》讀者來信欄目發了一篇短文，向大家警告了聚合水的危險。如果杰里亞金的推論是對的，那么聚合水擴散速率雖然很慢，但也不是零。只要不是零，那終有一天會把所有的水污染。但是伯納爾（J.D. Bernal）等科學家不同意，先把性質搞明白再說吧，如果真像想象的那樣，地球上早都是聚合水了。不過媒體還是更喜歡多納霍的擔憂，就這樣，聚合水被宣傳成一滴水掉進海里能不能把全球的水攪動成糖漿的可怕物質。大家想起了馮內古特的小說，沒想到“冰九”的故事真的要上演了。

美國的軍方也順勢介入。五角大樓高級計劃研究局向Tyco實驗室撥款7.5萬美元，目的是批量制造聚合水。只有規模化生產才能談得上應用。CIA的跟進方式還是傳統藝能，每次杰里亞金去美國開會之后，CIA就會尋找負責接待的美方科學家，詢問杰里亞金的實驗進展，蘇聯人到底在這條路上走了多遠？

與此同時，聚合水已經從一個小范圍的熱點變成了世界范圍內的熱潮。到1970年，全球發表了上百篇和聚合水直接相關的論文，杰里亞金的知名度迅速在國際上打開。如果這一物質能夠規模化制造與應用，那就真的要把諾獎收入囊中了。

還好是個騙局

桃花扇曾言：眼見他起高樓，眼見他宴賓客，眼見他樓塌了。半場開香檳然后被翻盤這種事，總是一次又一次的在人類社會上演。

1970年6月，美國化學會在賓夕法尼亞利里海大學組織了一場研討會。在場的所有人只關心一件事：聚合水到底是真的還是假的。杰里亞金的報告結束后，提問像連珠炮一樣砸過來。有人直接問他怎么解釋其他實驗室在樣品里測出來的雜質，他的回答和之前的一模一樣：你們不夠干凈，如果條件夠好，結果應該和我一樣。

但是意外發生了，利平科特這次沒有和杰里亞金站在一起。越來越多實驗室發現樣品中存在顯著雜質，利平科特等人的解釋也開始動搖。他在會上承認自己的實驗室也遇到了雜質問題，而且已經很難重復一年前的實驗結果。他試過在水中添加有機酸的混合物，出來的譜圖和聚合水一模一樣；但把雜質嚴格排掉之后，譜圖就出不來。利平科特有“謹慎的實驗者”的名聲，他的光譜學數據是整個西方聚合水大廈的地基，地基都說自己有問題了，那就不是一般的問題了。但是由于之前各種證據與推斷的支撐，找出“純粹”的聚合水在當時看來仍存在一定可能。

▲1970年美國化學學會（ACS）研討會在理海大學舉行的新聞發布會. 從左到右: Albert Zettlemoyer, 理海大學教務長兼現任副會長（未來ACS主席）; Boris Deryagin（鮑里斯·杰里亞金）; 來自貝爾實驗室的Denis Rousseau ; Frederick Fowkes, 理海大學化學系主任（science history）

不過有的年輕人就不樂意了。他們能夠發現聚合水這種神奇的物質，也能死磕那些被大家有意或無意忽略的現象。丹尼斯·盧梭（Denis Rousseau）是貝爾實驗室的博后，對杰里亞金可沒什么敬畏感。他告訴身邊的人，在與擅長檢測微量化合物的化學家合作時，出來的結果慘不忍睹：鈉、鉀、氯、硫酸根、硅酸鹽等，雜質總量遠超合理范圍。

但是這個問題并不能推翻以往聚合水研究，因為杰里亞金說過，如果有雜質，每次出來的東西應該不一樣，但是都差不多的成品，那就不是雜質，而是我們沒有探索出來的物質構成。這個推理在形式上是成立的，但有一個隱藏前提：污染來源必須是不穩定的。如果來源本身是穩定的呢？這聽起來不太可能，因為全世界各地的研究條件天差地別，怎么可能有同一種污染源。盧梭堅定地認為那些東西是雜質，他必須找出這些雜質“相同”的緣由。

1970年秋天，盧梭開車去貝爾實驗室附近的球場打了一場手球。打完之后人從上到下全是汗。他脫下衣服擰了一把，然后把汗液收進樣品管，放進紅外光譜儀。閑著也是閑著，把我汗液分析一下吧。結果出來的圖譜和他之前測過的聚合水樣品幾乎完全重合。盧梭終于解開了自己的疑惑，一個被全世界最頂尖實驗室研究了八年、燒掉了數百萬美元經費、驚動了CIA和五角大樓的物質，真實身份是人身上的汗。雜質一般的確是來源不太穩定，但是人的身體恰好是穩定！

▲盧梭論文中的圖片，其中聚合水（a）與汗液（b）以及乳酸鈉在1600cm-1附近都有一個吸收帶。

1971年1月，他在《科學》上發表了自己的研究，題目《“Polywater” and Sweat》（聚合水和汗）。指出所謂聚合水的譜圖與汗液及其主要成分之一乳酸鈉高度相似。1973年8月，杰里亞金和丘拉耶夫在《自然》上發表了《“反常水”的性質》，其中說道：“我們已確定，不存在既無雜質原子又同時展現反常性質的冷凝水。因此，這些性質應歸因于雜質，而非聚合水分子的存在。”他收回了他全部的主張，結束了這場鬧劇。

尾聲

從1961年費佳金第一次注意到分層，到1973年杰里亞金認錯，前后十二年。期間全球科學家發表了上百篇論文，到頭來不過一場空。在這個過程中，現代科學認為堅實的邏輯幾乎被這種不存在的物質打了個對穿，直到一個年輕人的無心之舉。

回到1963年那部小說，題目《貓的搖籃》指的是小說當中的一種游戲，大人把一根繩子在手指間繞來繞去，繞出一個花樣，舉到孩子面前說：看，一只小貓睡在搖籃里。到了小說末尾，原子彈之父的兒子再看到這個游戲的時候說：“No damn cat, and no damn cradle”。我們為之追求的意義，有多少這條花繩編造出來的呢？然后為了這個花繩，讓所有的證據都屈服于對新發現的信任之下。馮內古特在小說結尾借博科農之口說：“如果我年輕一些，我會寫一部人類愚蠢史。”他確實寫了一部，只不過沒等他動筆，現實就替他寫好了。

參考文獻

[1] Дерягин, Б.В., Федякин, Н.Н. "Особые свойства и вязкость жидкостей, сконденсированных в капиллярах." Доклады Академии наук СССР, 1962, Том 147, № 2, с. 403–406.

[2] Derjaguin, B.V. "Effects of Lyophile Surfaces on the Properties of Boundary Liquid Films." Discussions of the Faraday Society, 1966, Vol. 42, pp. 109–119.

[3] Willis, E., Rennie, G.K., Smart, C., Pethica, B.A. "Anomalous Water." Nature, 1969, Vol. 222, pp. 159–161.

[4] Lippincott, E.R., Stromberg, R.R., Grant, W.H., Cessac, G.L. "Polywater." Science, 1969, Vol. 164, No. 3887, pp. 1482–1487.

[5] Donahoe, F.J. "Anomalous Water." Nature, 1969, Vol. 224, p. 198.

[6] Rousseau, D.L. "'Polywater' and Sweat: Similarities between the Infrared Spectra." Science, 1971, Vol. 171, No. 3967, pp. 170–172.

[7] Derjaguin, B.V., Churaev, N.V. "Nature of 'Anomalous Water'." Nature, 1973, Vol. 244, pp. 430–431.

[8] Fetherston, D. "U.S. Begins Efforts to Exceed the USSR in Polywater Science." The Wall Street Journal, June 30, 1969.

[9] "Scientists Tell of a 'New' Water." The New York Times, September 12, 1969.

[10] "Polywater" (Editorial). The New York Times, September 22, 1969.

[11] Vonnegut, K. Cat's Cradle. New York: Holt, Rinehart and Winston, 1963.