在科学史上留下重要足迹的数学式分类

还记得化学课本中的“元素周期表”吗？元素周期表的分类是科学史上最伟大的成就之一，它长得就像下图这个样子。

元素周期表

若各位读者是学文科的，可能会想起一些不愉快的回忆，不过我们这里并不是要检测各位，所以还请放松心情继续阅读下去。

所谓的“元素”，指的是氧或氢等构成物质的基本成分。

人类自古以来一直在寻找形成万物根源的终极要素。例如，古希腊把“火、土、水、空气”视为构成万物的要素，并将这些要素称为“四大元素”；中国则把“木、火、土、金、水”五种基本物质视为“元素”，并据此形成阴阳五行思想。

中世纪的欧洲曾掀起一股炼金术热潮，元素发展史暂时走偏了方向（尽管实验技术等确实有所成长），直到17世纪，爱尔兰的罗伯特·波义耳（Robert Boyle）把元素定义为“无法再分解为更简单的物质的粒子”以后，才开启了18～19世纪的新元素发现潮。据说当时的科学家前赴后继地加入这场发现未知元素的竞争行列。

然而，随着越来越多的元素被发现，状况也越发混沌不明。一来，人们搞不清楚究竟共有多少元素，二来也不知道是否还有尚未被发现的元素。面对这样的情况，当时的一位科学家决定把元素进行分类。他就是俄罗斯的德米特里·门捷列夫（Dmitri Mendeleev）。门捷列夫在1869年的时候，将当时已被发现的63个元素，按照原子量（原子的质量）的顺序进行排列。

门捷列夫最初完成的周期表

结果他发现，周期表上每隔一段固定的间隔，就会出现性质类似的元素，例如氟和氯、钠和钾等等。这是一项划时代的惊人发现，因为当这些杂乱无章的元素被分为几组类型，并像这样加以整理后，尚未找到对应元素的部分（图表中标“? ”的部分）也清楚地浮现了出来。

而且故事到这里还没结束。门捷列夫虽然通过按照原子量排序元素的整理方式，发现了元素的周期性，却不知道其中的原因。解开这个谜题的人，是出生于1887年的年轻英国科学家亨利·莫斯莱（Henry Moseley）。他在研究X射线和原子序数（按照原子量排列的序号）关系的过程中，得出“原子序数就是原子核正电荷数（质子数）”的结论。莫斯莱不仅借此说明了元素的周期性，更准确预言了尚未被发现的元素。

接下来是一段小小的题外话。这位年轻的天才在27岁那年，不幸战死于第一次世界大战中。虽然莫斯莱的研究绝对有资格让他获得诺贝尔奖的殊荣，但由于自然科学领域的诺贝尔奖规定获奖者必须以在世的人为限，因此命丧沙场的莫斯莱就这样与诺贝尔奖擦身而过，他的名字从此被埋没在历史的洪流中。后来以元素的研究享誉国际的法国科学家乔治·于尔班（Georges Urbain）曾用下面这段话褒赞莫斯莱：

“莫斯莱定律是史上难得一见的重要发现，因为他把门捷列夫稍显空想的元素分类，用科学方式置换为正确的结果。”

总而言之，其中非常显而易见的事实就是，将元素按质量排序的整理方式，不仅帮助我们发现了元素的周期性和未知的元素，还让我们进一步发现了原子序数和原子核电荷之间的关系。“通过整理和分类推理出隐藏的性质”，就这一点来说，我认为元素周期表成功诠释了整理所带来的重大成果。