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战争中的化学合成品
（公元前423—公元1920年）

我觉得自己有责任公开而大胆地声明，如果科技能得到充分发展，如果社会确实允许“公平作战”，那么战争可以立即从地球上消失，无论臣民还是国王都不敢染指。能够发射燃烧弹的球状物也可以传播致命的毒剂，在这种气体中，无论多么强大的人，都无法站立和生存。

——B. W.理查森博士，1864年

战争中使用化学药品并非始于一战。早在两千多年前的古希腊，雅典和斯巴达在公元前423年爆发了伯罗奔尼撒战争，雅典人无法抵御斯巴达盟军的有毒烟火，丢失了第力安堡垒。幸运的是，修昔底德记录了这些历史事件。他在雅典瘟疫期间幸免于难，后来参战，成为一名将军，负责管理所在地区的海军。他记述了当时袭击德利姆堡垒的情形。斯巴达人使用一个装有巨大风箱的大锅，用一根铁管和一根木管把燃烧后产生的有毒气体抽出来，“将大锅内的煤、硫黄和沥青点着，熊熊燃烧后发生爆炸，城墙失火，很快守城士兵就溃不成军，狼狈逃走。堡垒就这样被占领了”。由于修昔底德在斯巴达人进攻安菲波利斯（雅典在爱琴海北岸的重要据点）的过程中驰援不力，被政府放逐了20年。公元前400年，他遇刺身亡。

千年之后，“希腊之火”首次出现在海战中。成分很可能包括植物树脂、硫黄、石脑油（液态烃混合物）、石灰和硝石（硝酸钾）。在1788年出版的书中，有人对此进行了权威描述：大火“通常从长长的铜管中喷出，这些铜管安装在船艏，形状酷似怪兽的大嘴，源源不断地喷出液体，同时也吐出熊熊烈火”。中世纪时，一位在十字军东征中见识过“希腊之火”的骑士说：“它像一条生着双翼的巨龙，摆动着长尾从空中飞过，伴随着电闪雷鸣，恐怖的白光划过黑暗的夜空。”

1680年，对这一现象的研究出现了令人生厌的进展。一位化学家用人类粪便的萃取物固定水银时意外产生了一种叫做“自燃物”的混合物，暴露在空气中就会燃烧起来，宛如“希腊之火”。直到1713年，另一位化学家才发现人类粪便并不是现代“希腊之火”的主要成分。化学家们提炼了这种自燃物的成分，发现这其实是化学反应中产生的亚硫酸，遇到空气时便会燃烧形成大火。

随着化学领域的蓬勃发展，化学战争在19世纪逐渐兴起，它以科学原理为基础，而不是简单地基于反复试验。在拿破仑战争期间，英国海军军官托马斯·考克瑞恩建议船只装载硫黄和木炭，以陶土层将二者交替间隔，这些船只将停泊在法军的防御墙附近，在风向适宜时点燃。他认为，爆炸产生的二氧化硫气体会削弱法军的战斗力，英军便可趁虚而入。1812年，由于风向、潮汐和海流的不确定性，英国海军部拒绝了考克瑞恩的提议。

考克瑞恩成为海军上将后依然坚持这一主张，在1846年的一份提案中还加入了烟幕，从而改进了他的计划。他在秘密计划中写道：“在对方城墙的上风口燃烧硫黄，产生浓烟，在浓烟的掩护下所有的防御工事，尤其是海上防御工事，一定会变得模糊不清。”由于这样的攻击“不符合文明战争的感情和原则”，而且会引起对方使用同样的方法进行反击，这一计划再次泡汤。

1854年的克里米亚战争期间，考克瑞恩重新提交了这一建议。当时他已79岁，这是他发起现代化学战争的最后机会——他主动提出亲自监督战场部署。但是，包括科学家迈克尔·法拉第在内的军械委员会，在审查该计划时又一次拒绝了这一提议，因为烟雾可能无法遮蔽船只，而且敌人可以使用呼吸器。在考量考克瑞恩提议的科学性方面，法拉第是不二人选；毕竟，他发现了带电荷的原子——他称之为离子，并由此开创了电化学的新领域。军械委员会得出结论，考克瑞恩的计划是“危险的，没有成功的希望。如若失败，不仅会使军队名誉扫地，还给敌人提供了自夸的机会，利用我们的挫折振奋他们日渐衰弱的力量”。

因英国在克里米亚战争中表现不力，阿伯丁联合政府倒台，考克瑞恩趁机向新政府提交了这一计划，并得到新政府的首肯。首相帕麦斯顿勋爵同意战争国务大臣潘穆尔勋爵的意见，将该计划交由考克瑞恩负责实施。“如果计划成功，”帕麦斯顿在给潘穆尔的信中写道，“英军和法军的人员损失将大幅降低；如果失败，考克瑞恩将承担大部分责任，而我们将免于责难，顶多被小小嘲笑一番，完全可以接受。”然而，还没等考克瑞恩的硫黄船冲锋，俄国的军事堡垒塞巴斯托波尔（后称塞瓦斯托波尔）就被攻陷，战争结束了。

考克瑞恩的计划没有外泄，在其去世后赠给了一位世交好友，后又传至考克瑞恩后代的手中，但只许在“国家出现紧急情况时”方可披露于世。1914年时局紧张之时，考克瑞恩的孙子将此计划呈送英国陆军及海军。尽管军方未采纳该计划，但海军部的温斯顿·丘吉尔意识到它的潜在威力，虽然他也无意违背战争规则。丘吉尔批准部署烟幕以掩护化学攻击，并让考克瑞恩的孙子负责这一计划。但德国先发制人，发动了毒气袭击。英军随后在海岸附近的船只上部署了考克瑞恩的烟幕，以便发动化学攻击。考克瑞恩的孙子认为化学武器是“未来杜绝战争的最有力的手段”，因为“没有国家再敢冒险发动战争”。

克里米亚战争期间产生了有关化学武器与人道主义的争论。像考克瑞恩一样，一位英国化学家提倡在炮弹中使用氰化物对付俄国人。战争部门的官员禁止使用这种武器，因为这无异于给敌人的水源投毒。“这种反对是没有道理的，”化学家写道，“炮弹中填充着熔化的金属散落在敌军中，死伤惨重——这被认定为合法的战争模式。为什么导致无痛苦死亡的毒气却被认为是不正当的手段呢？这简直不可理喻。战争本是毁灭性的，用最少的痛苦带来最大的破坏性，就能以最快的速度结束这种野蛮的保护国家利益的方式。”

从此，有关化学武器的争论便不绝于耳。在美国内战期间，对于化学武器，南北双方都有拥护者及反对者。这场辩论的导火索是联邦军队的吉尔摩尔少将向查尔斯顿发射液体炮弹。联邦军队另一位将军博雷德将其称为“有史以来在战争中使用过的最邪恶的化合物”。化学武器的倡导者却对此持有不同看法。“我不认为人道主义者应该有异议，”一位在内战期间支持发展化学武器的人写道，“要在摄政公园里除掉一帮人，我们可以让他们在神秘的睡眠中不再醒来，也可以让另一群人来打断他们的骨头，扯掉他们的四肢，再用三叉戟挖出他们的内脏——两相权衡，前一种方式不是更好吗？让绝大多数人活下来，只让该死的人经历几小时折磨后死亡，不是更好吗？目前，战争已经达到了恐怖和残酷的极致，惨烈程度无与伦比。只有采用更加高效的方式，才能使战争显得仁慈一点。”1899年在海牙举行了禁止使用化学武器的国际会议，与会的美国代表表示：“今天，针对所谓‘炮弹’，我们对其使用者的血腥残忍和背信弃义进行谴责，一如我们此前谴责火器和鱼雷的使用。然而，它们仍被毫无顾忌地使用着。设想，午夜时分，船底被炸开，四五百人掉进海里淹死，几乎没有任何逃生的希望。如果我们打算默许这种事情发生，那么对于被毒气杀死的人表示怜悯，这是不合逻辑不人道的。”

美国内战期间曾有人建议使用氯气武器，但并未被采纳。纽约的一位教师在给战争部长的信中详述了如何对南部邦联军队使用带有氯气的炮弹。一位同样有创意的北方人提议使用氯化氢气体。“我在畅想，”他写道，“有朝一日，伯恩赛德将军能够率领着被解放的黑人组成的军队，在一个漆黑的夜晚，趁着宜人的微风，攻占彼得斯堡或达林堡要塞，出其不意，兵不血刃。”

战争手段能突然间实现突破，得益于有机化学的迅速发展。1828年，年仅28岁的德国化学家弗里德里希·维勒意外地从氰酸和氨中合成尿素。而在这一重大的化学反应发生之前，科学家们认为，物质只分为有机与无机两种，有机物只形成于有生命力的有机体。尿素是肝脏的产物，然而沃勒在实验室里用无机物合成了尿素。如果能做到这一点，化学家或许能合成所有的有机物。在接下来的几十年里，化学家们不仅合成了一系列令人目眩的已知有机物，还制造出许多自然界中不存在的化学物质。这些惊人的成就为化学武器的发明带来了新机遇。一战中，这些武器一一亮相。

1914年，德国在化学领域占据了主导地位，尤其在学术培训、科学成果、化学产品和工业产出等方面优势明显。以燃料为例，八家德国化学公司的产量占据了世界市场的80%。德国在化学领域的霸权地位，其智力驱动力主要来自于两位化学家的竞争，他们是弗里茨·哈伯和瓦尔特·能斯特。

这两位伟大的德国化学家，尽管非常相像——也或许正是因为太过相像，开始了彼此之间的较量。两个人身材都不高，喜欢参加同样的文化活动，也都担任过德国赴美国考察团的特使——哈伯1902年赴美，能斯特1904年赴美。

那时的能斯特已经非常富裕，因为他发明了一种高效发光体，比爱迪生发明的新型碳纤维灯的性能更好。爱迪生的灯丝需要在真空条件下才能发光，而且亮度不高；能斯特灯则使用含有氧化铈的固体电解质，亮度更高。这给德意志皇帝留下了深刻印象，能斯特还向他演示了用火柴将灯点燃并吹气使其熄灭的过程，与蜡烛非常类似。这是因为在冷空气条件下氧化铈不导电，只有热量才使其导电。

能斯特以100万马克的惊人高价出售专利后，指导了一位名叫欧文·朗缪尔的美国研究生研究充气玻璃灯泡中白炽灯金属丝的变化。结果，能斯特目睹了自己发明的失败：朗缪尔完成了与能斯特合作的研究后，就职于通用电气公司，在那里他改良了白炽灯泡，取代了爱迪生和能斯特的灯泡。朗缪尔还发现了原子氢（孤立的氢原子），并获得了1932年的诺贝尔化学奖。

能斯特除了购买奢侈品之外，还把出售灯泡专利的所得投资到实验室中。1898年，他在哥廷根买了第一辆车，随后又陆续购得十七辆，其中一辆车的气缸安置在驾驶座下，开动时，团团废气中冒出一道道火焰。能斯特不禁去调查汽油在内燃机中的氧化情况并加以改进。经过计算，他发现通过向气缸内注入氧化亚氮，可以增加热量输出，因此他在车上加了一个氧化亚氮气罐，然后，开着车爬上了一座陡峭的小山，一路按着喇叭开路。

不久后，能斯特在柏林大学获得了一个教职。这位尖端技术的革新者决定和家人一起开私家汽车前往柏林，结果在路上抛了锚。尽管能斯特发展了热力学理论，将热力学原理应用到了电池上，但在给汽车的电池充电时，他居然弄错了电极。

能斯特的同事们描述了上帝如何创造出这样一个超人：“上帝研究了大脑，捕捉到了最完美、最微妙的思想，但是很不凑巧，他有事离开了。天使长加百列看到了这个独一无二的大脑，忍不住想为它塑造一个身体。不幸的是，由于经验不足，他只创造出一个其貌不扬的小个子男人。他对自己的作品很不满意，转身离开了。最后，魔鬼走了过来，看见了这个没有生命的东西，吹了一口气，把它激活了。”

真正激发了能斯特活力的不是魔鬼，而是他的妻子艾玛。艾玛掌管一切家务琐事，带着五个孩子，将家庭生活打理得其乐融融。她悉心招待围绕在丈夫身边的科学家和各界名人；她打字记录能斯特口述的内容；她甚至要在洗衬衫之前检查他的袖口，因为他经常在衬衫上草草记下笔记，在用肥皂和水擦洗干净之前，这些笔记必须誊写下来。

能斯特是德国最著名的物理化学家。当哈伯在莱比锡大学寻求教授职位时，能斯特成功地出手阻拦。即使能斯特没有干预，哈伯也会因为当时反犹太主义政策的影响，在职务晋升上屡屡受挫。为了有助于事业发展，哈伯皈依了基督教新教。他的一位同事后来评论说：“他不适合当教授——35岁前太年轻，45岁后年纪太大，35至45岁之间也不合适，因为他是犹太人。”

哈伯遇到的部分挫折其实无可避免，因为他身处的研究领域正高速发展，竞争对手急于互相拆台。根据哈伯在《热力学》一书中的记述，绝对零度是不可能实现的理论下限值，但能斯特在一次演讲的中途突然有了灵感，将这一理论发展成热力学第三定律。因此，他才成为发展了科学定律的极少数精英之一。能斯特说：“热力学第一定律由众人发现，第二定律由少数人发现，而第三定律由我自己独立发现。”科学家们抱怨说，要想在能斯特的书中找到有关新定律的文字，必须在书的索引中搜索“我的热力学定律”。

哈伯的创造力也不可限量，但似乎仅限于幽默感。他在单身时，有一次和密友（其中有几位艺术家）聚集在常坐的桌旁，桌子上贴着一个号角和盾牌，上面写着“此桌可容撒谎”。哈伯向朋友们讲述了这样一个故事：在瑞士阿尔瓦努的一个村庄，有一口水井。有一天，天气炎热，他长途跋涉来到这里，感觉口干舌燥。同时到达的还有一头巨大的牛，他和牛都把头扎进井里的冷水中，于是头被调换了。

哈伯年富力强，精力旺盛，对无法解决的问题充满了好奇心，这也吸引了世界各地的合作者，他的实验室中一度聚集了40多位科学家。哈伯写信给他的朋友，诺贝尔奖获得者、德国有机化学家理查德·威尔斯泰特：“有些事情，虽然力所不及，但能够欣赏仰慕，也是乐事一件。”

哈伯和能斯特都在尝试完成一个看似不可实现的目标：将大气中的氮固定到氨中，用于制造肥料。这一成就将大大缓解世界性的饥荒问题。19世纪末20世纪初，世界上用于制造化肥的氮源有三分之二来源于智利开采的硝石，因此农业生产受制于智利的硝石开采量。实验初期，尽管哈伯使用了1000℃的反应温度，却只产生了微量的氨。能斯特认为哈伯在实验中误算了氨的产量。他修正了方程式，并首次提出将大气中的氮合成氨，这样更加经济节约。哈伯和能斯特之间的竞争由此更加激烈，他们都渴望成为德国乃至世界上最伟大的物理化学家。

能斯脱和哈伯都认识到，在化学反应过程中增加压力可以提高氨的产率。这一逻辑是基于亨利·勒·夏特列的化学平衡原理。1901年，勒·夏特列利用高压合成氨，引起了大爆炸，助手几乎丧命。但是，这次实验也使人更加深入地认识到压力在化学反应中的作用。能斯特和哈伯都采用高压进行实验，尤其是能斯特，在研究中几乎使用了75个标准大气压。能斯特最先在高压下成功合成氨，但合成量很小。不过，在计算同一反应过程中氨的产率时，哈伯的结果比能斯特的结果高出大约50%。1907年，德国“本生物理化学学会”在汉堡召开会议。在此次会议上，哈伯与能斯特的学术竞争进入白热化。因为对能斯特及其科学地位发起了挑战，哈伯的声誉也岌岌可危。二人在计算中究竟谁对谁错仍然是个未知数。

两年后，哈伯与学生们在实验中使用200个大气压和600℃的高温，获得了8%的氨产率。为此，他们不得不建造一个能够承受这种极端压力和温度的反应室，而且必须找到催化剂加速反应。哈伯发现，铀元素和锇元素可成功进行催化，金属屋可满足实验所需的必要条件。而后，他与一位工业合作伙伴进行谈判，达成了一项不同寻常的协议，即每售出一公斤氨水，他便得到一芬尼（德国曾用辅币，一芬尼约为人民币5分）。如此一来，无论是价格波动还是生产效率提高都不会影响他的收入。哈伯解决了世界范围内紧缺的肥料问题，由此引发了绿色革命。而能斯特仍然坚持认为哈伯在合成氨方面的创新得益于自己的研究。双方争执不下，势同水火，都拒绝出席任何有对方参加的会议。

哈伯的合成氨技术处于德国化学界的最前沿。科学史专家大多认为，哈伯是历史上最具影响力的化学家。如果没有这一成果，20世纪快速增长的人口中，大约有三分之一会遭受饥饿折磨。世界各地化学界的青年才俊秀纷纷寻求机会去哈伯实验室深造，能斯特实验室却门可罗雀。于是，一大批著名的科学家从哈伯实验室中脱颖而出。哈伯也拥有了自己的研究所——威廉皇帝物理化学和电化学研究所。

在工作中，哈伯充满了创造性。针对煤矿中常见的甲烷气体问题，威廉二世要求研制出一个有效的指示器，哈伯便发明了一个哨子。当矿坑空气中的甲烷含量过高甚至可能引发爆炸时，哨子的声音便会发生改变。

犹太人身份似乎不再成为哈伯职业生涯的妨碍。事实上，尽管德国社会中存在着突出的反犹倾向，但威廉二世并没有此类偏见。一战爆发时，威廉皇帝创建的科学研究所中，有三所是由犹太人（后来都获得了诺贝尔奖）执掌的：弗里茨·哈伯（1918年诺贝尔化学奖）、里查德·威尔斯泰特（1915年诺贝尔化学奖）和阿尔伯特·爱因斯坦（1921年诺贝尔物理奖）。

战争开始后，威廉二世越来越受到民众拥护。在狂热的民众前，他宣布：“我将带领诸位进入一个荣耀的时代。”对于能斯特而言，他所迎来的第一份荣耀便是两个儿子中的一个在战斗中殒命。他强忍悲痛，加入志愿驾驶队，将柏林总参谋部的文件交给身在法国战场的冯·克鲁克（von Kluck）军队。两周之内，能斯特跟随冯·克鲁克的部队长驱直入进入巴黎郊区。但部队突然奉命撤退，法军穷追不舍，能斯特连人带车差点被法国人俘虏。随后，双方陷入壕沟战，反复拉锯。

圣诞节时，战争进行了刚刚五个月，能斯特就告知家人及朋友，德国败局已定。这一分析和判断来自于一位研究反应动力学的科学家。德军将领原打算速战速决，未做长期战的准备，但敌军实力不断增强，而德国四面受敌，军用物资消耗殆尽。德军将领最终不情不愿地向科学家求助，以免失败。

德国政府指派能斯特设计具有威力的化学制剂来装备武器。根据战争结束三年后出版的一份有关美国毒气战的史料，使用毒气武器的想法来自于能斯特。能斯特提出将刺激物（二安锡定氯磺酸盐）和催泪剂（二甲苯基溴化物）进行混合，但得出的化学混合物并没有产生足够的威力。对于这个伟大的科学家而言，到底是无法提出还是不愿提出更具杀伤力的化学武器配方，历史上没有相关记录。

与此同时，哈伯却出色地完成了任务，生产出一种特效汽油防冻剂，确保了德军在俄罗斯的寒冬中能够继续战斗。有鉴于此，政府命哈伯取代能斯特，领导毒气研究。威廉二世指定哈伯为战争部“毒气战和毒气防护研究及测试所”的负责人。

能斯特被重新安排了工作，负责开发新型炸弹。在一次测试中，为了图方便，他没有开车去试验场，而是把炸药就近放置在大学实验室旁一口废井的井底。他推断，爆炸会向上推进，因此不会造成危险。不幸的是，这口井的底部连着通风井，为附近的教室提供换气。爆炸发生后，教室里一片黑暗，尘土飞扬。在场的物理系主任与三百名学生顿时瞠目结舌。

哈伯的新任务是领导他的研究所进行毒气研究。他的团队选择了氯气，因为当地存在大量可用的液态氯，可加压储存在钢瓶中。释放出来时，气体比空气重，可悬浮在地面上方。1914年12月的一次爆炸实验导致一名主要研究人员（哈伯妻子克拉拉的密友）死亡，另有一人受伤。次月，哈伯完成了关键性研究，确定了毒气部署的最佳湿度和风力条件。他发现，如果风吹草动，那就证明风力过大，无法形成攻击力，因此，微风即可。

哈伯确信氯气是一种有效武器。事实上，他本人就在一次试射中因意外接触氯气而严重受伤。1899年，德国签署了海牙宣言《禁止使用专用于散布窒息性或有毒气体的投射物的宣言》，但在后来的军事对垒中，德国人决定无视此前这一“天真”的约定。事实上，俄国人也曾尝试使用氯气，但因当时天气寒冷，氯渗入雪中；等到第二年春天氯气再次挥发时，德军早已撤离。

1915年4月22日，在哈伯的督导下，德军在比利时伊珀尔附近释放了5730筒（约150吨）氯气，这是人类历史上第一次大规模使用杀伤性武器。微风将氯气输送到敌方战壕。法属阿尔及利亚士兵撤退，但法国本土军队和加拿大军队冲进了毒气。一位观察家写道：“试想象一下士兵们当时的感受和遭遇——一大片黄绿色的气体从地上冒出来，随风向他们缓缓移动，气体紧贴着地面蔓延，侵染着每一个坑洞，渐渐地弥漫了整个战壕，填满了所有炮眼。士兵们先是好奇，再是恐惧，刚一触碰气体，他们便感到窒息，痛苦地挣扎着，无法呼吸。尚能奔跑的士兵丢盔弃甲，仓皇奔逃，然而，一切都是徒劳的——一大片云团紧随其后。”

一名协助释放毒气的德国士兵如此记述：

我们真应该去野餐，而不是去干这样的事。从下午开始，炮兵就发动了猛烈的攻击，法国人不得不躲在战壕里。炮兵攻击结束后，我们派步兵用绳子拉开毒气筒的阀门。晚饭时间，气体开始飘往法军阵地，一切都悄无声息。我们很想知道会发生什么事。就在一个巨大的灰绿色云团在我们眼前形成时，我们突然听到了法国人的叫喊。刹那间，所有的步枪和机枪都开始射击。法国人的每一门野战炮，每一把机关枪，每一支来福枪，一定都在开火。我从来没有听到过这样巨大的声音。子弹从我们头顶呼啸而过，密集如冰雹，但它们根本无法阻止毒气的蔓延。风继续吹，将毒气带到法军阵营。牛在吼叫，马在嘶鸣。法国人不停地开枪，可他们根本不知道在射击什么。大约十五分钟后，枪声渐弱；半小时后，只听到偶尔一两声枪响；终于，一切恢复了平静。过了一会儿，烟消云散，我们踏过散落在地上的空空的氯气筒，眼前是彻底的死亡，无人生还。从地洞里熏出来的所有动物都死了，满地都是兔子、鼹鼠、大鼠和小鼠的尸体。空气中弥漫着氯气的味道，浓烈的气息还附着在仅剩的几株灌木上。当我们到达法军防线时，壕沟里空荡荡的。但半英里开外，法国人横七竖八躺了一地，其中还有些英国人。真是难以置信！士兵们死前抓破了脸和喉咙，只想喘口气，有的甚至开枪自杀。马厩里的马呀、牛呀、鸡呀，什么都死了。一切活物，包括昆虫也都死了。回到营地和宿舍后，我们想搞明白自己都做了什么。接下来会发生什么？我们很清楚，那天发生的一切改变了世界。

一位神职人员通过望远镜看到了这恐怖的情景，他描述了发生在协约国军队士兵身上的事情：“一片灰绿色的云彩席卷而来，掠过地面，逐渐变黄，摧毁了它所接触到的一切，连植被都瞬间枯萎。此情此景，令人不寒而栗。接着，法国士兵踉踉跄跄地冲进我们当中，双目失明，咳嗽不止，胸脯剧烈地起伏，脸色青紫，嘴唇哆嗦着，痛苦地说不出话来。他们身后就是毒气侵袭过的壕沟，据说那里还有好几百人，要么已经死去，要么还在垂死挣扎。”这次战斗，多达一万人受伤，约有五千至一万人死亡。

德军并未利用法军防线被撕裂的机会发动大规模攻击。他们根本无此打算，因为前线指挥官并不信任身为平民的科学家的指挥，他们也不信任对天气状况有特殊要求的武器。这让哈伯感到沮丧，他说：“早在1915年，德军和法军都使用了少量有毒气体，但都不见效果。然后，我们尝试使用一种通常被称为气体的液体，因为它在气化时才能发挥威力。我主张大规模使用毒气来加快战争的进程。然而我只是个大学教授，意见不受重视。后来他们承认，如果听从了我的建议，发动大规模攻击，而不只是在伊珀尔小试牛刀，德国早就大获全胜了。”美国化学战勤务局主任对这一说法表示赞同。

对参战人员使用毒气与使用杀虫剂有相似之处。在伊珀尔，一位德国将军说：“我必须承认，像毒死老鼠那样毒死敌人。这个任务对于我以及所有真正的军人而言，都出乎意料，简直令人作呕。”在伊珀尔遭到袭击的当天，英军司令官约翰·弗伦奇爵士给伦敦发去电报：“恳请立即为我军提供最有效的类似手段。”由此，一战战场上开始了针锋相对的毒气攻击。

哈伯的妻子克拉拉曾经也是一位极有天分的化学家，婚后，她放弃了自己的事业。她认为使用毒气是一种野蛮行为。她与丈夫争辩，恳请甚至要求丈夫不使用毒气。哈伯在伊珀尔督导了第一次毒气战，尽管也受到了精神创伤，但他依然坚信毒气可以确保德国迅速取得胜利。他向克拉拉解释说，科学家在和平时期为全世界工作，但在战争时期必须为国家工作。1915年5月1日，哈伯和同事们在他的研究所所长官邸中庆祝了伊珀尔战役的胜利。当晚，克拉拉走进花园，用哈伯的左轮手枪饮弹自尽，奄奄一息时，他们13岁的儿子赫尔曼找到了她。克拉拉的自杀显然是由多种因素导致的，除了丈夫发展化学武器之外，还有自己未能继续化学家生涯的遗憾、密友的意外去世以及哈伯与其他女人（后来成为哈伯妻子）的调情。没过多久，就在5月2日，哈伯返回东线继续自己的工作。

詹姆斯·弗兰克——未来的诺贝尔奖得主被分配到柏林的哈伯研究所，他曾在东西两条战线作战，并在战场上受伤。弗兰克和古斯塔夫·赫兹合作，为玻尔的原子结构理论提供了首个实验支持；在他就这一发现发表演讲时，爱因斯坦赞叹：“太棒了，好到让人想哭！”在哈伯研究所，弗兰克测试了防毒面具和过滤器的功效；上前线时，他担任哈伯的机要助理。测试小组中的其他科学家是奥托·哈恩（因发现核裂变而获得1944年诺贝尔化学奖）、古斯塔夫·赫兹（证明电磁波存在的海因里希·赫兹的侄子，与弗兰克一起获得1925年诺贝尔物理学奖）以及和汉斯·盖革（盖革计数器的发明者，在欧内斯特·卢瑟福的指导下，以实验证明原子有一个原子核）。过滤器的设计者是诺贝尔奖获得者、威廉皇帝化学研究所所长理查德·威尔斯泰特。科学家们在密封的毒气屋内戴上面具，以测试面罩和过滤器的有效时长。这个测试非常危险，因为不知道人在毒气中暴露多久会丧命。

在测试新型防毒面具的有效性时，哈伯的下属会遵循传统，充当实验的小白鼠。早在1854年，人们就发明了防毒面具。“木炭是这种设备中的重要成分，”有人曾这样描述19世纪中叶出现的防毒面具，“对于刺激性的、不可吸入的有毒气体或蒸气，木炭具有非常显著的吸收和破坏能力。人们戴上防毒面具，吸入已经在空气中略微稀释后的氨气、硫化氢和氯气，便不会出现中毒反应。这一结果首先由斯登豪斯博士发现，后经研究人员反复实验，其中包括威尔逊博士。他曾使用上述各种气体在自己与四个学生身上进行测试，在防毒面具的帮助下，无人中毒”。一战期间，前线的马、狗和信鸽都戴着防毒面具。

由于英军广泛使用改良版防毒面具，其中的化学物质能中和氯气，氯气战不再奏效。1917年7月12日，德军向驻守伊珀尔的英军发射了二氯甲烷（芥子气）炮弹。哈伯研究所研制的芥子气效力持久，被侵染的空气和物体都有毒性。接触后，皮肤会起水泡，4到12小时内，再出现灼伤。德国用芥子气轰炸的最初六周内，英军伤亡近两万人。毋庸置疑，协约国也必须将芥子气的开发提上日程。

德军首次发动芥子气攻击的一年后，协约国终于完成了芥子气的合成。这一成功应归功于英国化学家威廉·J.波普以及英法两国的染料商。芥子气成了战争中使用频率最高的毒气。在比利时的尼厄波特的一次夜战中，双方发射了5万多发炮弹，每枚炮弹都含有3加仑芥子气。随后，科学家又开发出多种新型化学制剂及有毒化合物，并将其制成武器，其中包括同样由哈伯研究所研制的光气。战争结束时，四分之一的炮弹含有化学物质，化学武器工厂加足马力提高产量。哈伯写信给一位同事说，用火炮进行的常规战争类似于下跳棋，而毒气战则是下国际象棋。

军用毒气与杀虫剂

（1914—1920年）

正如骑士抵制持枪的对手，使用钢铁兵器的士兵也同样抵制使用化学武器的对手。人们对新武器的不满源于对它的无知，尤其是新武器显得异常冷酷，人们认为它可能违反国际法的规定——即使为了文明而战，国际法也必须保持神圣不可侵犯，这更加剧了人们对新武器的仇恨。在战争期间，外国媒体无法保持公正，只能带着民族偏见去评判这一事件。经过种种喧哗后，真实的评判才能慢慢浮出水面。

——弗里茨·哈伯，1920年

一战接近尾声时，能斯特获得了德意志帝国的至高奖章——铁十字勋章，以表彰他在战壕迫击炮研制方面的成就以及他在西线和东线进行的试验。勋章获得者的名额是固定的，当时齐柏林伯爵刚刚去世，能斯特正好填补了这一空缺。但几乎同时，他的另一个儿子也在战斗中阵亡。于是，能斯特潜心于科研，从中寻求慰藉。在他著名的热力学著作的扉页上，他写下这样一句话：“对我而言，转移注意力的最佳方法便是从事物理学研究。尽管我们取得了巨大的成就，却依然有谴责之声不绝于耳。”

早些时候，能斯特曾试图阻止德国的疯狂行动。和哈伯一样，能斯特也与威廉二世私交颇好。他以此为契机，与威廉二世以及两位战争领导者保罗·冯·兴登堡和埃里希·鲁登道夫多次会面。能斯特认为，无限制进行潜艇战将把美国拖入战争，这将使德国陷入资源失衡的困境。卢登多夫打断了能斯特的话，斥责他的分析是无能平民的胡言乱语。

1914年，美国的化工企业只能依靠从德国购买的化学反应物生产出简单的有机化学产品。德国的化工品产量是美国的21倍。然而，战争将颠覆这一切：德国变得满目疮痍，一贫如洗，而美国的化学工业则是一派欣欣向荣。

1917年，经济封锁导致德国工业面临崩溃，为了填补由此而来的市场缺口，17家美国公司开始生产染料。其中的两家公司——杜邦公司和全国苯胺化学公司（后改名美国联合化学股份有限公司）跃居化工品市场的前列。另一家美国公司——胡克公司，1914年时只生产漂白剂和苛性钠，而战争结束时，它能制造出17种化学制品，并成为一氯苯的世界主导生产商，一氯苯是生产染料、爆炸品和毒气的重要原料。1914—1919年，美国化学制品的年产值从2亿美元增加到7亿美元。若以每日向战场投放200吨毒气计算，美国生产的毒气可以足足用到战后几个月。

这样的情形，与1915年时大相径庭。当时有美国人严肃地提出了一个大胆的想法，大家却只当是一个笑话。“这个聪明人”向美国军械防御委员会建议制造“一枚装满鼻烟的炸弹，爆炸时能均匀而彻底地散布，敌人一打喷嚏就会抽搐。在其痛不欲生时，我方士兵趁机扑到他身上，逮住他”。

在美国，17000名化学家中有三分之一的人在战争中为联邦政府工作。这种由专业人士组成的研究部门包括1700名科学家，是美国有史以来规模最大的研究小组。美国战争部长曾说：“对于美国的胜利，化学家这一职业至关重要。自始至终，化学家的大脑都处于紧绷的状态，绽放出耀眼的光芒。”战争期间，这场对决被恰如其分地描述为“同盟国天才与世界其他国家天才在化工领域的竞争。无论战争的起源、目的、理想或政治环境如何，战争双方的力量都源自这群天才”。

战争促进了美国民间科学组织的发展。1916年，一艘德国U型潜艇对一艘载有美国乘客的法国船只发动鱼雷袭击，促使美国国家科学院投入研究资源，以应对美国可能参战的局面。美国国家科学院随后成立了国家科学研究委员会，支持优先进行联邦政府所需的科学研究。

战争中，化学家不仅开发了毒气，还开发了杀虫剂。战争所需的棉花供不应求。军服、帐篷、绷带以及炸药推进剂都需要棉花。火药和炸药是由硝化棉（由棉花和硝酸组成）、硝化甘油（由动植物脂肪和硝酸组成）和硝基甲苯（从煤焦油和硝酸中提取）制成的。哈伯将大气中的氮固定为氨，解决了德国对硝酸的需求，成功阻止了德国在战争初期因智利硝石储备耗尽而崩溃。哈伯与工业企业博施合作生产合成氨，年产量从1913年的6500吨/年增长到战争期间的20万吨/年。但是合成氨的供应并没有解决脂肪和棉花的稀缺问题，于是，大量民用资源被挪作军用。“即使食用脂肪没有用于化学生产，原本的供应量也不充足，因此人们的营养状况受到损害，”哈伯写道，“而一旦食用脂肪被用于制造甘油，我们的饥饿程度更是原来的两倍。”

对战争双方而言，棉花都是紧缺物资。对棉花的需求量与日俱增，而棉铃象的侵扰更使得美国棉农不堪重负。尤其在佐治亚州和南卡罗来纳州，棉铃象对棉花的损害，导致大量美国黑人从南方农业州迁徙到工业化程度较高的北方。研究人员经过实验，决定使用砷酸钙来杀灭棉铃象。1917年，人们开始广泛使用这种化学物质。到1920年，美国已有20家公司生产砷酸钙，年产量为1000万磅。

众所周知，砷酸钙的基础原料是砷，有毒性。其他的砷基杀虫剂，如砷酸铅和巴黎绿，已经广泛应用于水果、木材和马铃薯等作物的种植。除虫菊酯（从菊花中提取）也广泛用于除虫。但是，合成的有机杀虫剂尚未开发出来。

科学家在研制炸药和军用毒气的过程中首次合成了有机杀虫剂。化工企业生产了大量用于制造炸药的苦味酸，该过程的副产品是对二氯苯，也称PDB。昆虫学家测试了PDB和各种军用毒气的杀虫效果，结果很乐观。在用于战争的合成化学品中，PDB作为杀虫剂第一个进入市场。到20世纪40年代初，农药PDB的产量增长到每年数百万磅。

化学家和昆虫学家也测试了军用毒气对体虱的效果。由于体虱传播斑疹伤寒，所以体虱是灭虫行动的首要目标。为了找到一种“可以置于室内的毒气，在短时间内，人戴着防毒面具可以安全呼吸，而体虱和虱卵则会被全数消灭”。美国化学战勤务局、昆虫局以及其他相关政府机构对一系列军用毒气进行了测试，观察其对虱子和其他害虫的杀虫效果。战争中最常用的毒气——氯化苦（即三氯硝基甲烷，也称“呕吐气体”）很受军事家欢迎，因为它能渗透到防毒面具中，导致士兵呕吐和抓挠。士兵们不得不扯下防毒面具，最终直接吸入混有氯化苦的致命气体。而氯化苦也被证明是一种有效的杀虫剂。

科学家也进行反向研究和开发，即从杀虫剂中研制军用毒气。协约国的化学家特别是法国人，深入研究了氢氰酸（也称为氰化氢或普鲁士酸）的军事用途。这一想法源于昆虫控制技术，因为自19世纪以来，氢氰酸就被用于熏蒸果园中的树木，通常用帐篷或其他建筑物作为遮蔽。这种气体的密度很低，因此研究人员将其与其他化学物质混合，使其在地面附近盘旋。这种混合物被称为文生毒气，其中包括氯仿、三氯化砷和氯化锡。法国人曾大量使用这种毒气进行轰炸，但最终放弃，取而代之的是其他类型的毒气武器。

基于砷化合物的杀虫能力，人们越来越多地使用含砷的混合毒气。这一用途耗费了美国可用砷资源的三分之一以上，农药工业大受影响。在这些砷化合物中，最强大的是路易斯毒气，以其发现者——美国人W.李·路易斯的名字命名。它的出现为时过晚，未能在战场上发挥决定性作用。但它身兼起泡剂、呼吸刺激物和喷嚏诱导剂等综合功能，而且还具备杀伤力。美国化学战勤务局给它贴上了“死亡之露”的标签，只需三滴就足以杀死一只老鼠。

虽然官方对路易斯毒气的合成方法和功效秘而不宣，但各种猜测甚嚣尘上。据《纽约时报》1919年披露的消息，克利夫兰附近的路易斯毒气制造厂被称为“捕鼠器”，在战争胜利之前，工人们不能离开这座占地11英亩的大院。该报纸还报道说，“据说原本安排了十架载有路易斯毒气的飞机攻击柏林，实施毁灭性打击。签署停战协议时，路易斯毒气还在以每天10吨的速度进行生产，由此不难想象德国可能遭受的攻击。根据原计划，3月1日，驻守法国战场的美军前线应完成三千吨路易斯毒气的部署，这可能是史上最残酷的杀人工具”。

战争期间，人们故意将对抗德国人与抗击虫害混为一谈。美国著名昆虫学家斯蒂芬·A.福布斯在1917年写道，美国已经被“500亿德国盟军”入侵；“在目前的战争中，金龟子是德军的小跟班，黑森瘿蚊本就来自德国黑森地区，而粘虫是德军的盟友”。

一战造成的死亡人数超过了19世纪所有战争的总和，其中约有一半是军事人员（约1000万士兵）。约有9万士兵死于化学武器，130万士兵在毒气战中受伤。总体而言，化学武器的致死率远低于常规武器。与人们熟悉的刺刀、大炮和机枪等武器不同，化学武器引发了人类本能的恐惧反应。而事实上，与传统武器相比，毒气攻击造成的死亡率反而较低。以美军为例，毒气战中，死亡率不到2%，而常规战中，子弹和炸弹导致的死亡率超过25%。

美国化学武器的一位主要支持者写道，毒气“是有史以来最强大、最人道的战争手段”。负责美国芥子气研究并开发出新型“路易斯毒气”的化学家说：“对我而言，与制造炸药和枪支相比，开发新的更有效的毒气并不会显得更不道德……我不明白……为什么人们更喜欢用高爆炮弹炸碎一个人的内脏，而不是攻击他的肺部或皮肤使他致残。”对此，哈伯深表赞同。

研制化学武器的化学家的说法，显然与公众的观点大相径庭。报纸上曾有一篇文章很有代表性：“化学家建议的战争手段有何‘人道’可言？毒气扩散后，侵蚀人们的肺部和皮肤，折磨英勇可敬的男人，而且还将扩散到战线之后，残害无辜的妇女儿童，甚至摧毁所有作物，使人民在战后数年内依旧忍饥挨饿。如果这就是化学家口中的人道战争，愿上帝将世界从化学家手中拯救出来！”

在战争的最后一年中，依靠哈伯的固氮技术，德国制造出超过20万吨的氮化合物。德国在战时建立的一个固氮工厂，沿着铁路线绵延将近2英里。即使美国中途参战，德国得益于这种工业产能，仍旧成功地拖延了战局。氮是所有爆炸物中的关键成分，因此，如果没有哈伯的技术革新，德国很可能早已垮台。事实上，哈伯计算过，没有固氮技术，德国只能支撑到1915年的春天。

战争结束后不久，哈伯和能斯特都因成就杰出而获得诺贝尔化学奖——1919年，哈伯因将大气中的氮固定成氨而获得该奖项，能斯特则因发现热力学第三定律而于1920年获此殊荣。但是，哈伯因推行毒气战而受到国际社会谴责。他被科学界唾弃，法国科学家甚至拒绝接受诺贝尔奖，因为他们将与哈伯同台领奖。《纽约时报》支持法国科学家的做法，理解他们因哈伯获奖而产生的忧虑。“事实上，人们可能会发问，一战中有人专门为德军悍将鲁登道夫将军撰写每日公报，但以理想主义和想象力著称的诺贝尔文学奖为什么没有颁给这位作者？”一位法国学者抗议说，哈伯“在某种程度上不配获得诺贝尔奖的荣誉和奖金”。

哈伯在极具争议的科学领域获得了诺贝尔奖，这是绝无仅有的，因此，与其他获奖者相比，他显得格格不入。战前，哈伯努力推动的全球科学合作事业，如今却因他的恶名而止步不前。战前，为获得哈伯研究所的一个岗位而激烈竞争的精英们，如今在科学大会上甚至拒绝与哈伯握手。哈伯认为，要想重获国际声誉，他必须再次攻克科学上不可能实现的目标。