六个大男人在火星探测器里待上520天都会发生些什么故事呢？这些故事又有一些什么样的心理学原理呢？请看由幽灵的哀伤带给我们的翻译大作：《浩浩征途：往返火星的520天》

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Power paradox: Clean might not be green forever

As energy demand grows, even alternative energy sources such as wind, solar and nuclear fusion could begin to affect the climate

Editorial: "Taking the long view on the world's energy supplies"

"A better, richer and happier life for all our citizens." That's the American dream. In practice, it means living in a spacious, air-conditioned house, owning a car or three and maybe a boat or a holiday home, not to mention flying off to exotic destinations.

The trouble with this lifestyle is that it consumes a lot of power. If everyone in the world started living like wealthy Americans, we'd need to generate more than 10 times as much energy each year. And if, in a century or three, we all expect to be looked after by an army of robots and zoom up into space on holidays, we are going to need a vast amount more. Where are we going to get so much power from?

It is clear that continuing to rely on fossil fuels will have catastrophic results, because of the dramatic warming effect of carbon dioxide. But alternative power sources will affect the climate too. For now, the climatic effects of "clean energy" sources are trivial compared with those that spew out greenhouse gases, but if we keep on using ever more power over the coming centuries, they will become ever more significant.

While this kind of work is still at an early stage, some startling conclusions are already beginning to emerge. Nuclear power - including fusion - is not the long-term answer to our energy problems. Even renewable energies such as wind power will have to be used with caution, because large-scale extraction could have both local and global effects. These effects are not necessarily a bad thing, though. We might be able to exploit them to geoengineer the climate and combat global warming.

There is a fundamental problem facing any planet-bound civilisation, as Eric Chaisson of the Harvard Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts, points out. Whatever you use energy for, it almost all ends up as waste heat.

Much of the electrical energy that powers your mobile phone or computer ends up heating the circuitry, for instance. The rest gets turned into radio waves or light, which turn into heat when they are absorbed by other surfaces. The same is true when you use a mixer in the kitchen, or a drill, or turn on a fan - unless you're trying to beam radio signals to aliens, pretty much all of the energy you use will end up heating the Earth.

We humans use a little over 16 terawatts (TW) of power at any one moment, which is nothing compared with the 120,000 TW of solar power absorbed by the Earth at the same time. What matters, though, is the balance between how much heat arrives and how much leaves (see "Earth's energy budget"). If as much heat leaves the top of the atmosphere as enters, a planet's temperature remains the same. If more heat arrives, or less is lost, the planet will warm. As it does so, it will begin to emit more and more heat until equilibrium is re-established at a higher temperature.

See diagram: "Earth's energy budget"

Over the past few thousand years, Earth was roughly in equilibrium and the climate changed little. Now levels of greenhouse gases are rising, and roughly 380 TW less heat is escaping. Result: the planet is warming.

The warming due to the 16 TW or so of waste heat produced by humans is tiny in comparison. However, if humanity manages to thrive despite the immense challenges we face, and keeps on using more and more power, waste heat will become a huge problem in the future. If the demand for power grew to 5000 TW, Chaisson has calculated, it would warm the planet by 3 °C.

This waste-heat warming would be in addition to the warming due to rising CO₂ levels. What's more, since this calculation does not take into account any of the feedbacks likely to amplify the effect, well under 5000 TW may produce this degree of warming.

Such colossal power use might seem implausible. Yet if our consumption continues to grow exponentially - it has been increasing by around 2 per cent per year this century despite rising prices - we could reach this point around 2300.

Chaisson describes his work as a "back of the envelope" calculation done in the hope someone would prove him wrong. So far no one has. On the contrary, preliminary modelling by Mark Flanner of the National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado, suggests that waste heat would cause large industrialised regions to warm by between 0.4 °C and 0.9 °C by 2100, in agreement with Chaisson's estimates (Geophysical Research Letters, vol 36, p L02801). Normal climate models do not include the waste-heat effect.

Does this mean human civilisation has to restrict itself to using no more than a few hundred terawatts of energy? Not necessarily. It depends on where the energy comes from. If you turn the sun's energy into electricity and use it to boil your kettle, it won't make the planet any warmer than if that same energy had instead gone into heating up the tiles on your roof. But if you boil your kettle using energy from fossil fuels or a nuclear power plant, you are adding extra heat. "The only energy that is not going to additionally heat the Earth is solar and its derivatives," says Chaisson, referring to sources driven by the sun's heat - wind, hydro and waves.

So although nuclear fusion could in theory provide an effectively unlimited source of energy, if our energy demand keeps growing we will not be able to use it freely without significantly warming the planet.

It seems Chaisson's mentor, Carl Sagan, was right. "Sagan used to preach to me, and I now preach to my students," says Chaisson, "that any intelligent civilisation on any planet will eventually have to use the energy of its parent star, exclusively." More specifically, they will be limited to the solar energy that is normally absorbed by their planet - anything extra, including space-based solar, is out.

Waste-heat warming

In theory an advanced alien civilisation could produce a lot of waste heat and still maintain a stable climate by using geoengineering to counteract waste-heat warming. On Earth, though, there is probably little scope for reducing greenhouse gas levels much below preindustrial levels, because plants need CO₂. Shading the planet or increasing its reflectivity would be problematic, too.

Chaisson accepts that warming from waste heat is not important now. Nevertheless, he argues that we might as well switch to solar-based energies as soon as possible. "Everyone agrees that something must be done to stop the rise of CO₂ in the near term, and then we need to worry about excess heating of our atmosphere by energy usage in the long term," he says. "My point is that if we can do both at the same time, then why not take the steps now to do just that?"

That's music to the ears of Mark Jacobson of Stanford University in California. He has been pushing an ambitious plan for a wholesale switch to renewable energy by 2030. He envisages wind and solar providing 90 per cent of this (Energy Policy, vol 39, p 1154). Yet on these kinds of scales, even renewable power sources could begin to affect the climate.

Take wind power. In 2010, Somnath Baidya Roy at the University of Illinois in Urbana-Champaign reported that wind farms affect their local climate. Long-term data from a wind farm at San Gorgonio, California, confirmed his earlier model predictions: surface temperatures behind the wind turbines were higher than in front during the night, but as much as 4 °C lower by day.

Roy thinks the turbulence created by the turbines sucks air down from above. During the day, when the hottest air is usually near the surface, this has a cooling effect. At night, when the air near the ground may be colder than that above, it can have a warming effect.

These effects could be minimised by placing wind farms in areas where there's already a lot of turbulence. But we might not want to minimise them. "Some of these effects are actually welcome for agricultural reasons," says Cristina Archer at the University of Delaware in Newark, who studies wind power. Strategically placed wind farms might keep crops cool in summer and reduce the risk of frost in other seasons. Farmers in California and Florida already use wind machines to fight frost by pulling down warmer air.

Do offshore wind farms affect sea surface temperatures and evaporation rates? Could these local effects add up to produce significant regional or even global effects? Perhaps. Winds obviously play a major role in climate. Slowing or altering wind patterns will alter the movement of heat and water around the planet, and thus temperature and rainfall.

It might seem inconceivable that humans could have a significant effect on the wind, but we may already be doing so. While wind speeds over the oceans are increasing, surface winds over Europe, Asia and North America have slowed by up to 15 per cent on average since 1979. At least half of the slowdown is thought to be due to changes in land use, with more vegetation and possibly more buildings making the terrain rougher (Nature Geoscience, vol 3, p 756).

A 2004 study by David Keith of the University of Calgary in Alberta, Canada, suggested that the climatic effects of wind power might start to become apparent at a level of 2 TW. According to Axel Kleidon and Lee Miller of the Max Planck Institute for Biogeochemistry in Jena, Germany, the impact of wind power depends on what proportion of the available power we extract. They recently calculated how much wind energy there is from the top down, starting with the incoming solar radiation that drives the winds by creating temperature differences in the atmosphere. They concluded that at most 68 TW could be extracted. Further modelling suggested there could be as little as 18 TW available - far lower than other estimates.

Even more controversially, the team claimed that extracting all the available wind power would produce big changes in temperature and precipitation. While they are not suggesting the world will warm overall, according to their model the local changes are comparable in magnitude to those associated with a doubling of CO₂.

Even if this conclusion is correct, we are nowhere near to extracting this level of wind power. At the end of 2011, worldwide wind power generation capacity was just 0.2 TW. And many others in the field are extremely sceptical about the team's conclusions. "I don't believe their results," says Archer.

"The idea that [the impact] is on par with doubling of CO₂, that's just nonsense," agrees climate scientist Gavin Schmidt of the NASA Goddard Institute for Space Studies in New York. There will be some impact of large-scale wind-power generation, but Miller's team is overstating it, he says.

According to Archer and Jacobson's bottom-up estimates, which unlike Kleidon's are based on actual measurements of wind speeds, there is 1700 TW of wind power at an altitude of 100 metres over land and sea. Of this, between 72 and 170 TW could be extracted in a practical and cost-competitive manner.

Modelling by Jacobson's team suggests that extracting 11.5 TW of this wind power would reduce the kinetic energy of wind at 100 metres by less than 1 per cent. The effects on temperature and precipitation are so small they cannot be distinguished from natural variability, he says.

Solar cooling

The science is far from settled. Yet even if wind farms do turn out to have significant climatic effects, we might be able to turn this to our advantage. Perhaps carefully placed wind farms could boost rainfall in arid regions, for instance. It might even be possible to use wind power as a form of geoengineering (see "Generate energy, cool the planet"). "Could some of the climatic impacts of near-surface wind power be desirable? Absolutely," says Miller. But this type of research is only beginning, he points out. What is clear, of course, is that every wind farm that goes up means less CO₂ pumped into atmosphere.

Compared with solar power, though, wind resources are relatively small. "I think that there is simply not enough wind energy capturable on Earth to do much good in the long term," says Chaisson. "Nor with water and waves. The only way to endure is to learn how to utilise the sun's energy." Thousands of terawatts of solar power could be generated just using existing technology.

Even solar power can affect climate, though, because solar panels can alter the reflectivity, or albedo, of the surface. One recent study modelled the effects of building a 1-TW solar power plant in the Mojave desert in California. It concluded that placing so many dark solar panels over light-coloured sand will warm the air above by 0.4 °C, affecting temperature and wind patterns within a 300-kilometre radius.

If we develop much more efficient solar panels in the future, though, a similar solar plant would cool the local area. The heat would end up wherever the energy is eventually used. Indeed, even existing solar panels can have a local cooling effect if they are placed over dark surfaces, such as black roofs. "Solar panels will basically take 20 per cent of sunlight and convert it to electricity," says Jacobson. "That cools down your house."

What's more, many other human activities, from building cities to planting crops, alter albedo, and these activities have a much greater impact because they affect a far greater proportion of Earth's surface. Air temperatures in south-eastern Spain have fallen more than 0.6 °C since 1983 because there are so many reflective greenhouses in the area, for instance.

So while the large-scale use of solar power could potentially affect the climate, the effects will be relatively minor so long as we don't capture hundreds of terawatts that would otherwise have been reflected straight back into space. Careful design and placement of solar plants should minimise any negative consequences.

Some regard any discussion of the climatic effects of renewable energy, and waste heat, as a distraction from the far more urgent task of cutting greenhouse gas emissions. But if we do not start thinking about it now, we may one day discover that in trying to solve one climate problem, we have created another.

Generate energy, cool the planet

When we talk of extracting wind energy, it's mainly from wind at an altitude of about 100 metres. But wind speeds increase the higher you go. In the four jet streams that circle Earth more than 10 kilometres up, wind speeds of well over 100 kilometres per hour are typical.

Exploiting this energy will not be easy, not least because of the way the jet streams meander and change location, but several groups are developing ways to do it. Most involve tethered turbines or kites that turn generators on the ground.

According to some estimates, the available energy in the jet streams is about 100 times the current global energy demand. Simulations by Cristina Archer at the University of Delaware in Newark and Ken Caldeira of Stanford University in California suggest that extracting enough energy from high-level winds to meet all our current energy demands would have no significant impact on global climate. But their model suggests that extracting larger amounts would have a big impact. In the extreme case of extracting 1000 TW, mean surface temperatures fell nearly 10 °C, total rainfall decreased by about 35 per cent and sea ice cover doubled (Energies, vol 2, p 307).

The reason, says Caldeira, is that slowing down the high-altitude winds would slow the heat transfer between the equator and the poles. This would cause the equator to warm and the poles to cool, increasing sea ice cover. More sea ice means more heat is reflected from the poles. The end result is that the equator warms slightly, but the poles cool significantly.

This effect might actually be desirable to counteract global warming, given that the Arctic is warming faster than any other area on Earth and losing sea ice fast. So could we deliberately induce it? "This is one of the things we plan to look at in the future," says Caldeira.

However, Axel Kleidon and Lee Miller of the Max Planck Institute for Biogeochemistry in Jena, Germany, claim Archer and Caldeira have massively overestimated the amount of energy that could be extracted. They think the high wind speeds in the jet streams are a result of a near lack of friction, rather than a constant input of energy. As a result, they estimate that only about 7.5 TW of power could be extracted from the jet stream, and that even this would have a major effect on climate (Earth System Dynamics, vol 2, p 201).

From an energy perspective this would be bad news, but it makes cooling the planet this way seem more feasible. According to their model, though, the planet would cool just 0.5 °C, with the Arctic getting 2 °C cooler but the Antarctic warming by 2 °C, among other effects. We will obviously need to have a far better understanding of the changes before we even begin to entertain the notion of geoengineering, Miller says.

- H. Montgomery

四. Riemann 的论文——基本思路

终于到了 Riemann 的论文登场的时候！ 如果让数学家们来评选几篇数学史上意义深远而又最为难啃的论文的话， 那么我想 Riemann 1859 年的那篇 “论小于给定数值的素数个数” 就算不名列榜首， 起码也要挤身三甲^[注一]。 现在就让我们一起来领略一下那篇数学史上出名难啃的论文的主要内容。 我们的叙述将采用较为现代的术语及表述方式， 所用的记号将与前文保持一致——因此与 Riemann 的原始论文不尽相同 (但主要思路是一致的)， 这一点要提醒有兴趣阅读 Riemann 原文的读者注意。

如我们在 上节 中所述， Euler 乘积公式：

ζ(s) ≡ Σ_n n^-s = Π_p(1-p^-s)^-1

是研究素数分布规律的基础。 Riemann 的研究也是以这一公式作为起点的。 为了消除这一公式右边的连乘积， Euler 曾经对公式的两边取对数， Riemann 也如法泡制 (看来连乘积真是一个人人欲除之而后快的东西)， 从而得到：

lnζ(s) = -Σ_p ln(1 - p^-s) = Σ_pΣ_n [(1/n) p^-ns]

但过了这一步， 两人就分道扬镳了： Euler——如我们上节 中所见——在小试身手， 证明了素数有无穷多个后就鸣金收兵了； 而 Riemann 则沿着一条布满荆棘的道路继续走了下去， 走出了素数研究的一片崭新的天地。

可以证明， 上面给出的 lnζ(s) 的表达式右边的双重求和在复平面上 Re(s)>1 的区域内是绝对收敛的， 并且可以改写成 Stieltjes 积分 (有兴趣的读者可自行证明)：

其中 J(x) 是一个特殊的阶梯函数， 它在 x=0 处取值为零， 以后每越过一个素数就增加 1， 每越过一个素数的平方就增加 1/2， ... ， 每越过一个素数的 n 次方就增加 1/n，...。 而在 J(x) 不连续的点 (即 x 等于素数、 素数的平方、... 、素数的 n 次方 ... 的点) 上， 其函数值则用 J(x)=(1/2)[J(x^-)+J(x⁺)] 来定义。 显然， 这样的一个阶梯函数可以用素数分布函数 π(x) 表示为：

J(x) = Σ_n [(1/n)π(x^1/n)]

对上述 Stieltjes 积分进行一次分部积分便可得到：

这个公式的左边是 Riemann ζ 函数的自然对数， 右边则是对 J(x)——一个与素数分布函数 π(x) 有直接关系的函数——的积分， 它可以被视为 Euler 乘积公式的积分形式。 我们得到这一结果的方法与 Riemann 有所不同， Riemann 发表论文时还没有 Stieltjes 积分——那时候荷兰数学家 Thomas Stieltjes (1856-1894) 才三岁。

如果说传统形式下的 Euler 乘积公式只是 Riemann ζ 函数与素数分布之间存在关联的朦胧征兆， 那么在上述积分形式的 Euler 乘积公式下， 这两者间的关联就已是确凿无疑并且完全定量的了。 接下来首先要做的显然是从上述积分中解出 J(x) 来， 这在当时的数学背景下并不容易， 但却难不倒象 Riemann 这样的复变函数论大师。 他解出的 J(x) 是 (学过复变函数论的读者不妨试着证明一下)：

其中 a 为大于 1 的实数。 上面这个积分是一个条件收敛的积分， 它的确切定义是从 a-ib 积分到 a+ib (b 为正实数)， 然后取 b→∞ 的极限。 当 Riemann 写下这个公式时， 只是轻描淡写地提了一句： 这是完全普遍的。 听上去象是在叙述一个尽人皆知的简单事实。 而事实上， 与 Riemann 所说的普遍性相匹配的完整结果直到四十年后才由芬兰数学家 Robert Mellin (1854-1933) 所发表， 现在被称为 Mellin 变换 (Mellin Transform)。 象这样一种被 Riemann 随手写下、 却让数学界花费几十甚至上百年的时间才能证明的命题在 Riemann 那篇论文中还有好几处。 这是 Riemann 那篇论文的一个极为突出的特点： 它有一种高屋建瓴的宏伟视野， 远远超越了同时代的其它数学文献。 它那高度浓缩的文句背后包含着的极为丰富的数学结果， 让后世的数学家们陷入漫长的深思之中。 直到今天， 我们的数学在整体上虽已远非 Riemann 时代可比， 但数学家们仍未能完全理解 Riemann 在那篇短短八页的简短论文中省略掉的证明及显露出的智慧。 J(x) 的表达式是我们碰到的 Riemann 那篇论文中的结果超前于时代的第一个例子^[注二]， 在 下一节 中我们将遇到其它例子。

在一代代的后世数学家们为那些被 Riemann 省略掉的证明而失眠的时候， 他们中的一些也许会联想到 Pierre de Fermat (1601-1665)。 这位法国数学家在古希腊数学家 Diophantus (200?-284?) 的《算术》(Arithmetica) 一书的页边上写下著名的 Fermat 猜想 (Fermat's conjecture) 的时候， 随手加了一句话： “我发现了一个真正出色的证明， 可惜页边太窄写不下来”^[注三]。 令人尴尬的是， Fermat 猜想自 1670 年被他儿子公诸于世 (那时他本人已经去世) 以来， 竟然难倒了整个数学界长达三百二十四年之久， 直到 1994 年才被英国数学家 Andrew Wiles 所证明。 但 Wiles 的证明篇幅浩繁， 莫说在《算术》一书的页边上写不下来， 即便把整套《大英百科全书》(Encyclopædia Britannica) 的页边加起来， 也未必写得下来。 现在人们普遍认为， Fermat 并没有找到 Fermat 猜想的证明， 他自以为找到的那个 “真正出色的证明” 只是三百多年间无数个错误证明中的一个。 那么 Riemann 的情形会不会也象 Fermat 一样呢？ 他那些省略掉的证明会不会也象 Fermat 的那个 “真正出色的证明” 一样呢？ 从目前人们对 Riemann 的研究来看， 答案基本上是否定的。 Riemann 作为堪与 Gauss 齐名的有史以来最伟大的数学家之一， 他的水平远非以律师为主业的 “票友” 型数学家 Fermat 可比。 而且人们在对 Riemann 的部分手稿进行研究时发现， Riemann 对自己论文中的许多语焉不详的命题是做过扎实的演算和证明的， 只不过他和 Gauss 一样追求完美， 发表的东西远远少于自己研究过的。 更令人钦佩的是， Riemann 手稿中一些演算和证明哪怕是时隔了几十年之后才被整理出来， 却往往还是大大超越当时数学界的水平 (其中一个典型的例子可参阅 第十节)。 因此我们有较强的理由相信， Riemann 在论文中以陈述而不是猜测的语气所表述的内容——无论有没有给出证明——都是有着深入的演算和证明背景的。

好了， 现在回到 J(x) 的表达式来， 这个表达式给出了 J(x) 与 Riemann ζ 函数之间的确切关联。 换句话说， 只要知道了 ζ(s)， 通过这个表达式原则上就可以计算出 J(x)。 知道了 J(x)， 下一步显然就是计算 π(x)。 这并不困难， 因为上面提到的 J(x) 与 π(x) 之间的关系式可以通过所谓的 Möbius 反演 (Möbius Inversion) 来反解出 π(x) 与 J(x) 的关系式， 其结果为：

π(x) = Σ_n [μ(n)/n] J(x^1/n)

这里的 μ(n) 被称为 Möbius 函数， 它的取值如下：

• μ(1) = 1
• μ(n) = 0 (如果 n 可以被任一素数的平方整除)
• μ(n) = -1 (如果 n 是奇数个不同素数的乘积)
• μ(n) = 1 (如果 n 是偶数个不同素数的乘积)

因此知道了 J(x) 就可以计算出 π(x)， 即素数的分布函数。 把这些步骤连接在一起， 我们看到， 从 ζ(x) 到 J(x)， 再从 J(x) 到 π(x)， 素数分布的秘密完全定量地蕴涵在了 Riemann ζ 函数之中。 这就是 Riemann 研究素数分布的基本思路。 在 下一节 中， 我们将进一步深入 Riemann 的论文， 让那些千呼万唤犹未露面的 Riemann ζ 函数的非平凡零点显露在我们的镁光灯下。

注释

1. 当然， 所谓 “难啃” 是一个相对的概念， 是相对于论文发表时数学界的水平而言的。
2. 需要提醒读者注意的是， 为了先把 Riemann 论文的思路表述清楚， 我们对叙述的顺序作了调整， 这里所说的 “第一个例子” 是相对于我们调整后的叙述而言的。 在 Riemann 的原始论文中其它的一些例子出现得更早。
3. Fermat 猜想 (现在被称为 Fermat 大定理) 的内容是： 方程 xⁿ + yⁿ = zⁿ 在 n>2 时没有非零整数解 (这里 “非零” 指的是 x、 y、 z 全部非零)。

二零零三年十二月六日写于纽约
二零零三年十二月六日发表于本站
二零一二年一月二十日最新修订

http://www.changhai.org/

Riemann 猜想漫谈连载

（本文授权转载自卢昌海老师的个人博客，欲再转载者请联系原作者）

就算要截去我的腿， 我也绝不使用氯仿。我永远不想放弃我自己。——— 巴尔扎克

约翰·亨特明确指出，手术是没办法的办法。这也正是病人一贯的想法。过去的手术可谓有计划的暴力行为。躺在手术桌上是痛苦的煎熬，好像一脚踏进了鬼门关。病人嗷嗷惨叫的恶习分散着医生的注意力，痛得打滚的惨状则让刀功精准变成几乎不可能的任务。那么，让病人不省人事怎么样？

13世纪有个内科医生给病人开一种猛剂，以鸦片、莨菪、毒芹、曼陀罗花（一种有毒的茄属植物）等混合制成，他声称这药能让病人陷入“死一般的沉沉昏睡，被刀切割也毫无知觉”。病人可不是在装死，是真有可能死了。实践经验更丰富的医生则用放血的方法让病人昏迷，或者把他们掐到失去知觉，再或者干脆放个木碗在病人头上然后抡上一棍把他们敲晕。

到了18世纪晚期，医学专家已经掌握了应对手术剧痛的方法。规则简单易行：

1 把手术室设在其他病人听不到的地方；

2 充分理解可怜的外科医生的悲惨遭遇；

3 把病人捆牢放倒；

4 让病人咬住医生的拐杖；

5 下刀要迅速。

外科医生非得是经验丰富的壮汉不可。约翰 ·亨特就在伐木场练就了一身执刀握锯的技艺。他哥哥威廉管外科医生叫作“用刀武装起来的野蛮人”。但至少有一点，他们动作麻利。切泽尔登（William Cheselden），约翰的门生之一，摘除膀胱结石不消一分钟；李斯顿（Robert Liston），伟大的英国外科医生，截一条腿只用28秒。手术室不愧是他的舞台，每场表演前他都要冲着观众大喊：“给我计时，先生们，计时！”在奋力打破自己纪录的过程中，李斯顿不仅截掉了病人的腿，还顺带切下了病人的一个睾丸，以及助手的两根手指。

英国女作家范尼·伯尼（Fanny Burney）这样描述乳房切除术的可怕经历：“当恐怖的钢刀刺入乳房——沿着静脉、动脉、肉、神经切下……我大声尖叫起来，整个手术过程一直不停歇地尖叫……那种剧烈的极度痛苦……任何语言都无法描绘……我感觉到刀在胸骨上——刮擦着它。”

日本的外科手术原本也贯穿着不相上下的剧痛，直到后来一位名叫华冈青洲（Seishu Hanaoka）的外科医生有了番作为。他从欧洲的书本上习得外科技术，为控制疼痛又转求中医。他做了二十年动物实验，然后觉得掌握了植物提取物的正确配比，既可以钝化疼痛又没有危险的副作用。他信心十足地在自己妻子身上试验。她变瞎了。

不屈不挠的他继续研究，最后终于调制成功，其中的成分我们今天知道有镇静、止痛和肌肉松弛的效果。1804年，他为一名乳腺癌妇女无痛切除了肿瘤，此后又完成了150例无痛手术。可惜的是，当时的日本闭关锁国，华冈青洲的麻醉术一直是个秘密。

与此同时，欧洲的一些医生正热切地吸入各种新发现的气体，想看看它们是否会有什么疗效。有一个人对此深信不疑，那就是英国医生托马斯·贝多斯（Thomas Beddoes）。这人有点儿不同寻常，他把母牛送进病人房间让病人吸取动物呼出的“恢复性气体”，但他只成功地毁掉了病人卧室的地毯。他在温泉小镇布里斯托建了一所气体疗养所（Medical Pneumatic Institution），打出广告说气疗包“治”百病，从性病到瘫痪，有多种气体可供吸取，包括氧气、二氧化碳甚至后来成为自杀者最爱的一氧化碳，因为一氧化碳会给脸颊增色。

汉弗莱·戴维（Humphry Davy）/图片出处：维基百科

疗养所的研究主管是汉弗莱·戴维（Humphry Davy）。时至今日，人们记得的他的最大成绩就是发明了矿工安全灯，但他在有生之年那可是赫赫有名。他有天才的表达能力，把科学作为致富的工具卖给实业家。借此，他永远地改变了我们的世界。

戴维到气疗所时才二十一岁，可他很快确定那些气体的好处只是夸大其词。他亲自尝试了许多蒸气。呼入一氧化碳后他“坠入虚无，剩下的最后一点力气刚够从隙开的嘴唇中拔出接口管……说真的，要是我吸了四口或五口而不是三口，它们会让我登时毙命”。他赶紧呼吸纯氧才捡回一命。但他的热情没有被惊恐打倒。一星期后，他又去闻一种挥发性的溶剂，造成会厌灼伤，人也窒息了。在这些严酷的考验中，哪怕觉得已经快不行了，他还在冷静地测量着自己的脉搏数。

戴维的同事们每次在第二天一早看到他都会松一口气。有人评价他拿自己的性命冒险，“就好像他还有两三条备用命以供不时之需”。

看到有人说一氧化二氮是 “接触传染之源”，动物接触后会立即死掉，戴维打算试试是不是这样。“我知道这个实验有危险。”他承认。一氧化二氮会醉人，此外，当时即便是最无害的气体也因为混杂有其他气体而有致命的可能。他一点点加大剂量，最后达到一周内每天吸三四次的程度。

幸好没有不良作用。实际上，这种气体给人以一种“十分愉悦的悸动……我脱开了与外界的一切连接：我置身于一个全新的世界，脑子里是各种新奇的念头。理论，想象，发现，围绕着我”。戴维沉醉在理论的世界里，每天的吸入量很快达到令人难以置信的25升。他觉得这种气体还有助于他诗兴大发（事实上没有）。他将气体馈赠给朋友，包括以编写同义词词典闻名的罗杰（Peter Mark Roget）、诗人骚塞和柯勒律治[①]。骚塞写道：“它让我哈哈大笑，从头到脚兴奋不已。戴维确乎创造了一种新的欢愉……我肯定这种创造奇迹的快乐气体就是天堂的空气。”而快乐，正是富裕的布里斯托人寻觅的东西，光顾疗养所的人与日俱增。

机缘巧合向来是研究人员的好朋友，这一次同样发挥了作用。因为长智齿的缘故，戴维牙龈发炎正痛得不行，可是吸入一氧化二氮后，疼痛竟消失了。总能一眼发现应用价值的戴维写道，由于一氧化二氮“看来能够铲除肉体的疼痛，它也许可以有效地用于外科手术”。这正是每个病人梦寐以求的奇迹：无痛手术。叫人费解的是，戴维再也没有继续下去，尽管有许多医学生将一氧化二氮奉为欣快感的使者，把它看作实用的止痛剂却是四十年后的事。

一氧化二氮，戴维所称的笑气，成了派对必备。博物学家舍拜恩（Christian Schönbein）参加了一次花园派对，看到笑气助兴下，宾客滑稽荒唐地将花坛蹂躏得一片狼藉，他沉思道：“也许，将来晚宴的最后，我们的社会风俗不再是饮香槟而是吸笑气，而假使那样的话，气体工厂肯定少不了。”今天的派对也还是老样子。2007年7月， BBC新闻报道说俱乐部会员的最新风潮乃是从气球中吸取一氧化二氮。

笑气还成了游乐场的最爱。就像时下有催眠师哄骗志愿者上台，让他们在催眠的作用下出丑一样，过去的表演者从一阵阵气体中制造出逗人乐的滑稽动作。志愿者要捏住自己的鼻子，从一个袋子里吸气。袋子拿走后，看到他呆坐在那儿“仍然捏着鼻子，你可以想象得到，这么好笑的姿势会让观众笑得前仰后合，而那个醉了的家伙会猛地从椅子上跃起，然后满舞台地东蹿西跳，笑声更是一浪高过一浪”。

1844年，自称“教授”的考尔顿（Colton）把这种乐趣带给了美国康涅狄格州娱乐匮乏的哈特福德人。当地一名牙医霍勒斯·韦尔斯（Horace Wells）也在观众当中。韦尔斯曾对假牙做了些改进，可是没能如愿发财，因为要安假牙就得先把残存的烂牙根拔掉。那时候拔牙是桩剧痛难忍又鲜血淋漓的事，往往见上一眼牙医，牙痛就显得微不足道了。

在考尔顿的表演中，有个东蹿西跳的志愿者撞到了小腿。他回到座位后，韦尔斯问起他的腿怎么样。伤虽然严重，那人却什么感觉也没有。韦尔斯立刻悟出是这种气体钝化了疼痛。他说服考尔顿第二天把装置带到他那儿。考尔顿给韦尔斯来了点一氧化二氮，另一个牙医则拔掉了他的一颗牙。韦尔斯欣喜若狂地喊道：“这是迄今最伟大的发现。我觉得还没有被钉子戳一下来得痛。”他觉得自己能够驱逐疼痛，最终为牙医带来福音。

接下来的几天内，韦尔斯毫不费力地给15位病人拔了牙。他意识到自己必须在医学界面前证明无痛拔牙。于是，没过一个月，他就被安排在波士顿很有威望的麻省总医院（Massachusetts General Hospital）演示。不过为时太早啦。他还不知道没有知觉不必然等于对疼痛不敏感，也没意识到不同的人也许对同样剂量的气体有不同的反应。围观演示的医学系学生焦躁不安，做介绍的外科医生沃伦教授（J. C. Warren）则明显表露出怀疑。“这位先生，”他宣布，“自称（pretend）他有能消除外科手术疼痛的东西，想要告诉诸位。”“自称”一词让韦尔斯紧张起来。可以理解，参与演示的病人也紧张起来，一失手把器械打翻在地，观众哄堂大笑。韦尔斯匆匆麻醉了病人，拔去了牙。尽管没有往常的尖叫挣扎，病人一声响亮的呻吟却回荡在大厅。观众报以嘲笑与“骗术”的大声斥责。

由于韦尔斯施加的气体太少，病人没有被完全麻倒。这是一场灾难，公众的羞辱让韦尔斯从此一蹶不振。他的余生在后悔与责难中度过，并且一直靠闻一氧化二氮寻求慰藉。原本能让他赚钱的气体却毁了他的人生。

讽刺的是，一氧化二氮后来成了牙科麻醉的特选。到1883 年时，埃德加·爱伦·坡（Edgar Allan Poe）的表兄乔治开的坡氏化工厂（Poe Chemical Works）向全美的5000位牙医提供一氧化二氮，其中一位克里夫兰的热心人士订了4000加仑（相当于1.5万升）。

除了愤慨，让韦尔斯更感到侮辱的是，让公众注意到麻醉的人是他以前的同事，威廉·莫顿（William Morton）。莫顿是一名牙医，也是一个机会主义者。他从前的化学老师杰克逊医生（Charles Jackson）建议说硫化乙醚（硫酸与乙醇混合后得到）也许比一氧化二氮更有可能成功。

随着禁酒运动高涨，酒类销售受到打击，抿一点乙醚成为流行。社会上有一种常见的“乙醚乐”（乙醚狂欢会）活动。一位伦敦名医治疗过的慢性乙醚中毒者包括“受过教育的有修养人士……大多是妇女；男子则均为医生”。莫顿把乙醚称作“教授与学生的玩物”，乙醚在社会上的广泛使用也让莫顿相信它是安全的。或许他忽视了小到呕吐大到死亡的无数并发症。又有人说乙醚蒸气会引起爆炸——这在靠明火照亮的世界里可不理想。于是莫顿吸入乙醚然后对着火焰呼出来。幸好没有爆炸，只是点燃了细蜡烛。

在活人身上检验效果之前，莫顿决定先在可以任他摆布的东西上试试——他太太的宠物狗，还有她养的金鱼。结果是，它们以及他的婚姻都经受住了考验。接着，他出去寻找乐意被麻倒并被拔掉一颗牙的志愿者，他想看看会不会有什么坏处。一点不奇怪，一个都找不到，哪怕有五块钱的报酬。于是，莫顿把自己关在办公室，用一块浸泡了乙醚的布塞住自己的嘴。乙醚这东西很容易过量，吸一次就可能有危险。转眼间莫顿倒地不支，眼见性命难保。幸运的是，布从他脸上掉了下来。大约过了8分钟，他苏醒过来。太太听到他的冒险尝试后几近崩溃。莫顿的下一个实验是让他的助手在乙醚的辅助下给他拔牙。刚巧这时有个做薄饼生意的人因为害牙痛前来看病，愿意替他当实验对象。莫顿把他烂掉的前磨牙扳了下来，病人没有感到疼痛。

自信满满的莫顿安排了一场演示，地点还是在韦尔斯曾遭受羞辱的那家医院。过了预定的手术开始时间，莫顿才姗姗来迟。沃伦医生，就是那位为韦尔斯主持悲惨演示的医生很不耐烦，但莫顿很快麻醉好了病人，然后用演员一样夸张的动作宣布：“您的病人准备好了，先生。”沃伦医生切开病人的脖子，摘除了一个差不多有台球那么大的肿瘤。让所有人惊愕的是，病人一声不吭。等到手术结束，沃伦医生大声地喝彩道：“先生们，这不是骗术。”病人也说自己没感觉到痛，仅仅觉得好像有 “锄头在刮着”自己的脖子。

三周之后，一个叫爱丽丝的年轻姑娘成为头一个在麻醉情况下接受腿部截肢手术的人。外科医生干完活后把姑娘唤醒，问：“你准备好了吗？”她说：“是的，先生。”医生回应道：“很好，手术完成了！”边说边挥舞着截下来的腿。爱丽丝惊得昏厥过去。

消息很快传开。莫顿演示之后两个月不到，李斯顿，英国的那个闪电截腿者，用乙醚做了一次手术。他惊呼：“这美国佬的伎俩完全让催眠术一败涂地。”美国作家奥利费·温德尔·霍姆斯（Oliver Wendell Holmes）在给莫顿的信上首创了“麻醉”（anaesthesia）这个词，其在希腊语中的意思是“没有感觉”。他在一篇文章中写道：“吸入一点乙醚，我们便带着回程票跨进了死亡的未知世界。”

莫顿这么做是为了钱，或者如他自己所言，是为了“个人权利与利益”。然而麻烦接踵而至。乙醚和 “上帝的阳光一样免费”，他不能拿一种1540年就为人所知的化学物质去申请专利，于是他试图换个新名字“忘川”（忘川水乃是流经冥府的一条河）来兜售他的产品。但医生们很快发觉那不过是以前的乙醚罢了。莫顿不干牙医了，一心想要世人承认是他发明了麻醉术，可其他申请者从四面八方站了出来。佐治亚州的医生克劳福德·朗（Crawford Long）在四年前成功地利用乙醚切除了肿瘤，并且还有此事的正式证明书，而他既没有将其发表也没有让医学界的专家注意到他的发现。

曾建议莫顿使用乙醚的杰克逊也宣称自己才是麻醉术的发现者。不过，杰克逊同时还在申请火药棉的发明权，并且正与摩尔斯（Samuel Morse）打官司，声称电报的主意是他告诉摩尔斯的。亢奋的掘金者也不及他为各类声明下的赌注大。

优先权的争夺严重损害了莫顿的健康，他在读到一篇支持杰克逊的申辩文章后几乎精神崩溃。莫顿在四十八岁时死于中风，彼时一贫如洗，至死也没有获得承认。杰克逊也没有胜利。他变成了酒鬼，在莫顿的墓碑前向死对头咆哮。最后死在了精神病院。

莫顿过去的同事韦尔斯，境况也很糟糕。周围尽是些为乙醚你争我夺的人，韦尔斯因为自己早先关于一氧化二氮的工作被人遗忘而愤愤不平。现在他成了推销员，成日价吸着原是为卖钱的氯仿。他因为向两个女人投掷酸液而被捕，尽管显然是出于摆脱街上烟花女子的目的。狱中的韦尔斯在氯仿的作用下砍伤了自己腿上的主动脉，失血而死，年仅三十三岁。与他疏离的妻子控告莫顿偷了韦尔斯的发现逼得他发疯自杀。而就在听闻韦尔斯死讯的那天，她收到一封信，信上说巴黎医学学会（Medical Society of Paris）承认他是麻醉术的发现者。今天，韦尔斯仅有的认可刻在他的墓碑上，以及他家乡哈特福德的汉堡王（Burger King）壁挂上。

如今，单单在美国，每年就有500万到1000万病人在手术中接受混有一氧化二氮的麻醉剂。但是，至少就大手术来说，它的时代也许就快终结了。最新的研究显示，用氧气取代混合物中的一氧化二氮可降低致命并发症的发病率。

詹姆士·辛普森/图片出处：维基百科

乙醚尽管也在外科手术中广泛使用，但它又难闻又刺激肺部，病人在被完全麻倒前会剧烈颤动。爱丁堡大学的年轻产科学教授詹姆士·辛普森（James Simpson），闪电侠李斯顿的门生，曾尝试用乙醚减轻产妇分娩的痛苦。但他觉得一定还有什么更好的、只是目前尚未发现的麻醉剂。于是他开始东闻西嗅一切可以找得到的蒸气。他邀请医生朋友和亲戚参加他的溶剂晚会（solvent soirées）。晚会并非在觥筹交错中迎来高潮，而是大家一起来闻上一次晚会之后他弄来的各种溶剂。由于大家经常对所闻的东西有什么性质以及是否有毒统统一无所知，这种活动十分危险。备选的液体中有现在我们熟悉的洗甲水成分丙酮、火箭燃料的组分硝酸乙酯，以及有毒的强效致癌物苯。这些可怕的东西基本上因为气味难闻、让人头疼或者刺激肺而遭到淘汰。要不然，它们大概就会因为害死了聚会的众人而被载入史册了吧。在1847年的一次闻味聚会中，他们试了试气味甜津津的氯仿。辛普森的第一印象是：“这比乙醚更好，作用更强。”然后，他发现自己躺在了地上。的确，“我们都在一瞬间倒地”。他们又试了一次，结果又倒了一次。他太太的侄女吸入的气体最少，但也激动地大叫：“哦，我是天使！”

氯仿是粗心大意的美国人格斯里（Samuel Guthrie）在自己身上做实验时发现的。他是个痴迷爆炸物的发明家，决心要改进火药。按他自己承认的，他的实验造成了成百次意外爆炸，有一次极其剧烈，搞得工作间的屋顶都被掀掉，墙也塌了。格斯里常常不得不逃命，身上无论何时都是东糊一块西焦一块。

1831年，格斯里开始挖掘如今用作杀虫剂的氯化醚的商业潜力，当时人们认为这是种兴奋剂。等到化合物炮制出来，没有得到氯化醚，却得到了氯仿的醇溶液——尽管他还不认识。用水一兑它就变成了“极甜极香”的烈酒，于是他在当地卖起了格斯里甜威士忌。此酒大受欢迎，连令人尊敬的老妇人也喝得醉倒路边。格斯里没料到的是，这玩意儿导致遗忘的能力成了它最大的商业卖点。

十六年之后，也就是辛普森头一次闻到氯仿后的第四天，他给一位先前一次怀孕时待产三天还是没保住孩子的孕妇用了氯仿。这位孕妇醒来时无法相信自己已经生产完毕。她为新生的女儿起名叫“麻醉”。几周之内，爱丁堡皇家医院的所有手术都用上了氯仿。

尽管大多数外科医生热爱麻醉，也有少数医生嚷嚷着坚持说疼痛是有好处的。有人给医学杂志写信说麻醉是“诱饵，引诱轻信者像放弃自己的金钱一样放弃自己的感觉”。还有人写道：“外科手术中的刀和痛在病人头脑中是密不可分的两个字，必须承认这一必然关联。”最强烈的反对则针对给待产的孕妇施加麻醉。

“疼痛，让母亲安全，”另一位男医生宣称，“少了疼痛就是毁了她。”费城杰佛逊医学院的产科教授美格斯（Charles D. Meigs）则让妇女相信分娩的阵痛是“生命力最可取、有益和含蓄的显现”，并且“疼痛与分娩的力量之间有十分必要和有用的关联，此中的麻烦实在没有想起来那么多”。但另一方面，我想他自己可没生过孩子。他似乎对妇女持有不好的看法，曾扬言她们的头脑“对理智来说基本太小，对爱情来说大小刚好”。

怀疑者怎么说无关紧要，孕妇们开始强烈要求使用氯仿。她们受到了名人显要的鼓舞。例如作家狄更斯在太太凯瑟琳接受无痛分娩后写道，氯仿“使用之安全正如其效果之神奇”。而维多利亚女王在氯仿的帮助下产下最后两胎，并称其“无可估量地令人愉快”，此类评价确保了氯仿的流行。

没有比辛普森教授在爱丁堡的住所更受人欢迎的地方了，那儿“每位嘉宾受到的招待并非音乐舞蹈……而是无知觉王国的一趟旅程”。据当地一个内科医生的遗孀后来回忆，在她年轻时，“教授常常拿我们家女孩试他的氯仿实验，母亲毫不害怕，但凡有必要，她十分乐意为科学奉献一两个女儿”。

辛普森成了氯仿的使徒，甚至将上帝归结成第一个麻醉师。因为上帝在抽取一根肋骨创造女人时，“使亚当沉睡，他就睡了：取下他的一条肋骨，又把肉合起来”。

辛普森一有机会就大力赞美氯仿的效果，对它的缺陷则视而不见。一个年轻姑娘因为脚趾甲内生需要做手术，用了氯仿后不到两分钟她便死了。可辛普森对归咎于麻醉剂的提法置之不理。他“确信”那是安全的——毕竟，他拿自己试过了嘛。

但死亡率有增无减。最终，一篇综述在调查了80多万例施加麻醉剂的手术后揭示，氯仿造成的死亡率比乙醚高4.5倍。许多死者几乎是瞬间毙命，就像被一枪打中了心脏，甚至有些强健的年轻人也难幸免。过了好多年，医学界才确定了氯仿的麻醉剂量和造成心脏衰竭的致死剂量之间的细小差别。

虽说乙醚和一氧化二氮又渐渐回温，辛普森仍一如既往不遗余力推举氯仿作为首选，哪怕它有可能杀死他十分之一的病人。他还进一步拿自己做实验，继续危害自己的健康。他后来写道： “为了获得其他有益于治疗的制剂，我昨晚呼吸了一些实验的蒸气，现在病了，快撑不住了。”仆人发现他不省人事地倒在地上，很为他的生命担心。他搞不懂，辛普森“再也不会发现比‘三氯’更棒的东西了”，为什么还要冒那么多险。他不知道，强迫症是许多自体实验者的特点。

据估计，有超过10万人死于医疗用的氯仿。辛普森在生命中的最后两年为了控制自己的心绞痛而使用氯仿。1870年，辛普森去世，工作过度和献身实验耗尽了他的生命。能活到五十九岁已实属幸运。

麻醉革新了外科手术。它让病人不用再承受可怕的煎熬，不用再坠入李斯特（Joseph Lister）所说的“致命的休克”。当时有些人认为，病人还是会和以前一样承受那么多疼痛，只是在醒来后忘记了。麻省总医院的沃伦医生，第一个执行麻醉手术的外科医生，对病人会有何感觉有着不寻常的见解：“本该想象刀在娇美的脸上哧啦划开的人，有可能产生一种纯粹的愉悦感么？当器械在最为敏感的膀胱上转来转去，你有可能同时做着充满欢乐的美梦么？”

有了麻醉术，就可以尝试花费时间更久、创伤面更大的手术了。但是，还要再等四十年才有首例局部麻醉的出现。可卡因，最早是为了治疗吗啡成瘾而受到推广。它也是早期可口可乐中的一种成分，而那时可口可乐是作为治疗抑郁和癔病的药物来销售的。无疑它也吸引了许多新顾客。说来不可思议，人们居然曾经对强大的毒品也有生腻的时候。第一次世界大战期间，伦敦著名的哈罗兹精品百货公司提供“为我们在国外的朋友准备的礼品盒”，里面包含小瓶的吗啡和带着注射筒的海洛因。

年轻的弗洛伊德（Sigmund Freud）带着他自己所谓的“探索者气质”开始测试可卡因作为兴奋剂和催情药的效力。试验之后他大赞可卡因的功效，很不明智地向读者打包票“就算重复用药也不会产生继续使用这种兴奋剂的强迫性需求”。这一点成了他事业中的一项大谬。后来他让自己还有他的好几个病人都上了瘾。

不过，他的确注意到可卡因会让舌头麻木，并向一位眼科医师提到了这一点。要是弗洛伊德肯花时间继续研究这一现象，这世界将会节省多少精神分析的时间，减少多少俄狄浦斯情结的发作啊。说奇怪是奇怪，有那么多医师都留意到了可卡因的麻痹效果，可没人充分意识到它可能的重要性。弗洛伊德的眼科医师卡尔·科勒（Carl Koller）想试试可卡因是不是也有可能麻痹眼睛，方便手术。于是他和同事都往眼睛里滴了一点可卡因溶液，用钉子戳了戳角膜，除了有压力外其余感觉一概没有。科勒把可卡因确立为了眼科手术的理想麻醉剂，人称他为 “可卡科勒”。

也许正是受此鼓舞，纽约的两个外科医生理查德·霍尔（Richard Hall）和威廉·霍尔斯特德（William Halsted）相互给对方的四肢与牙龈注射可卡因，想要让身体局部对疼痛不敏感。

不幸两人都染上了可卡因瘾。霍尔斯特德为“治疗”对可卡因的依赖转而吸上吗啡，在吗啡瘾中度过了余生。1886年，医生们头一次用腰椎穿刺的方法来抽取活人的脑脊液。德国外科医生奥古斯特·比尔（August Bier）想到，也许可以把可卡因注射到脊髓，这样一来，支配注射点以下部位肌肉的神经就会被阻滞。于是他的助手奥古斯特·希尔德布兰德（August Hildebrandt）用空心针扎穿比尔脊髓的保护膜，刺入下面充满液体的空腔。由于他笨手笨脚地给针头接上了一个尺寸不配套的注射器，比尔的脑脊液滴到了地上。吓坏了的助手在堵住漏洞后成了下一个小白鼠。这次注射很成功。接下来的半个小时内，比尔兴致勃勃地用羽毛挠希尔德布兰德的脚底板，用带钩的镊子掐他的皮肤，用柳叶刀扎他的大腿一直扎到腿骨，拔他的阴毛，把点燃的雪茄摁熄在他皮肤上，用沉重的锤头砸他小腿，最后还使劲拽他的睾丸。比尔还真是考虑周到，一个部位都没落下。幸运的是，希尔德布兰德的整个下半身对疼痛没有了知觉——直到可卡因的效力消退。这个实验改变了在下半身上实施的手术。比尔名垂医学史，希尔德布兰德则作为被他拽过睾丸的家伙而留名。

如今，不大会令人成瘾的合成物取代了可卡因用于医学和牙科目的。可离开牙医诊所，我们就对成瘾版更为中意了。英国大约有八成的流通纸币被可卡因或海洛因沾染过，伦敦则高达百分之九十九。每年，为了保护不嗅吸毒品的民众，要毁掉价值1500多万镑的钞票。

鉴于没有十足安全的麻醉剂，外科医生仍然需要迅速地完成手术，而不能让病人长时间处于麻醉状态。当务之急是找到一些方法，可以减少麻醉剂量但又能满足放松肌肉的需要。或许，一种非麻醉剂堪当此任。解决之道来自南美的土著部落，他们打猎用的箭和镖的尖端都有箭毒。它几乎能在瞬间将猎物杀死——又称“见血封喉”，说明其不大能在手术中派上用场。但当地人也知道，尽管这玩意儿刺破皮肤后会致命，吞下一丁点却通常没有大碍。欧洲有动物实验显示，箭毒会麻痹呼吸肌但不会让心脏停止跳动；利用人工呼吸，动物能够恢复。

1944年，宝威药物公司[②]分离出箭毒的活性成分——筒箭毒碱。临床研究主管弗雷德里克·普雷斯科特（Frederick Prescott）不反对以身试新药。他曾服用吗啡和甲基安非他明（又叫“速度”）的混合物来测试它们是否如理论所说，有助于控制血压。事实上，试验之后普雷斯科特的血压飙升到了正常值的两倍，他不得不去住院，才让重躁症平稳下来。

不屈不挠的他自告奋勇了解箭毒是否有可能有益于手术。他也同样甘当人类小白鼠。兴许，他只是没料到将会有多大的危险。

从最初的试验中完全看不出后面将会发生的劫难。普雷斯科特先是为了检验箭毒是否可以缓解疼痛，而从身上剥下一大块一大块胶布，他说这个试验“相当痛”，箭毒显然没有麻醉作用。

接着，该来真的了。为了确保营造出一种又舒适又真实的气氛，普雷斯科特躺在手术室的桌子上接受了筒箭毒碱的注射，就跟中了医用毒箭一般。在两周多的时间内，由医生和一位麻醉师负责对他间歇注射，剂量逐步增加。最后一次试验刚开始两分钟，普雷斯科特的脸、脖子以及四肢就统统瘫痪，无法动弹了。

一分钟后，他的呼吸肌还处于麻痹状态——可是竟没有一个人注意到。 “我觉得我要淹死在自己的唾液中了，因为我既咽不下去又咳不出来……我感到窒息。”他能听到同事们聊天，可是指头乃至眼皮都无法动弹一下。他又无助又害怕，陷入了昏迷。

尽管团队中的其他人一直在监测普雷斯科特的血压和他超快的心跳，却没有人察觉他的惊恐。由于他们不断在挤橡皮囊给他推气，他也没有脸色发青。最后他们觉得已经收集了足够多的数据，便给他打了一针解毒剂消减箭毒的作用。可是剂量太小。又再做了漫长而心焦的七分钟人工呼吸之后，普雷斯科特才能够自己呼吸。半个多小时之后他才能说话，过了四个小时他才能正常看东西。其余副作用持续了好些天。

虽然试验之前做了仔细的计划，但是他们没有建立一个系统，让人类小白鼠能够在陷入痛苦后发出信号。在新近的试验中，研究人员会在志愿者的胳膊上绑一条止血带来隔离系统中的箭毒，好让志愿者通过预先设定好的手指信号与团队交流。

经历了此番考验后，普雷斯科特又志愿参加了另一项长达45分钟的试验。他犹豫了六个星期，给自己打气，做心理准备，但最终还是决定参加试验。其结果是，经他试验的那种类似箭毒的化合物，今天被普遍用来配合麻醉剂使手术中的病人失去行动能力。

麻醉先锋中有四位对他们测试的药物上了瘾，更多的人则是过早郁郁而终，未能等来他们自认为理应得到的承认。相反，弗雷德里克·普雷斯科特是个没指望从同事圈之外获得赞誉的谦让之士。他的大部分家人只是在多年之后读到他讣告的细节时，才了解到他的冒险经历。

自木棍敲脑袋起，麻醉走过了长长的路，而今仍是棘手问题。在美国，据说每天不止一百个病人会在手术刀下恢复知觉。

不久前，卡罗尔·怀赫勒（Carol Weihrer）在一次眼球摘除手术中“醒来”。为此她建议手术室要配一个清醒监测器。“我一点都不疼，”她说，“但我感觉得到可怕的牵拉。医生要费很大的力气使劲拧眼球才能把它弄出来。”

【飞行中的风神翼龙，呈现了类似鹤或鹳的外表，这种生物的脖子非常之长。成年的风神翼龙翼展约有11至15米宽，是地球生命史上最大型的飞翔动物。 图/wiki commons】

北非风味的酷司酷司——风神翼龙胸肉

风神翼龙（Quetzalcoatlus）作为最大型的翼龙，长时间受到翼龙学者的关注。在分类上，风神翼龙属于翼龙中的神龙翼龙类。神龙翼龙中最完美的脖子，发现于北非的摩洛哥。在这个被茫茫大西洋、蔚蓝地中海和金黄撒哈拉沙漠包围着的北非国家，摩洛哥美食继承了当地土著柏柏人的饮食传统，比如著名的传统料理——酷司酷司（Couscous）。

酷司酷司的历史可以追溯到公元9世纪，原意为粗粒小麦粉，类似于我国北方的小米，是摩洛哥盛行的主食。我们这次翼龙烹饪之旅也与摩洛哥风味结缘。首先要拆解一只小一些的风神翼龙，这并不是太高难度的挑战，因为风神翼龙基本没什么肉，身上最大片、最结实的肌肉就是胸骨上附着的飞行肌，这一大块肌肉控制着翅膀的运动，不断地做功让其口感筋道鲜嫩。

接下来把拆开的翼龙与鸡一起熬成一锅浓汤，然后舀取一些浓汤混合小麦粉，敷上陈年奶油，利用浓汤将其蒸熟，冷却，再蒸，反复三次，直到浓汤汁的甜味和奶油的香气都被小麦粉吸收了，透出黄澄澄的诱人色泽。然后，在酷司酷司上放两片翼龙胸肉，胸肉上方，用切成长条的胡萝卜等蔬菜堆成金字塔形，最后盖上圆锥形的陶罐盖子，小火慢烩数小时，蒸到蔬菜和肉都松软入味就可以了。

【配上清甜青豆的酷司酷司，除了继承当地土著的饮食传统，摩洛哥美食还喜欢混合多种香料，将水果入菜与肉类一同炖煮，并广泛地使用各种坚果。图/shellysblog】

这道酷司酷司风神翼龙胸肉的精华部分，其实不在胸肉，而是在底层吸尽精华的小麦粉，松软而馥郁，香甜而不腻，非常适合我们中国人的口味，不知不觉间便能吃下小半碗呢。风神翼龙胸肉也可以用西餐的方式来香煎。首先将胸肉洗净抹干，切出粗大的网纹，加入调味料腌匀待用；起锅热油，炒香洋葱、龙骨，然后加入红酒、柠檬汁、橙汁和上汤，用小火煮约1小时后，用密筛隔去渣滓，成浓汤汁待用；重新起锅，油热后放入风神翼龙胸肉，记得龙皮朝下，煎到皮金黄，少许脂肪流出为止，然后入烤箱烤5至7分钟，取出，在网纹处插入丁香，浇上少许蜂蜜，再入烤箱烤2分钟；最后上碟拌以熟时菜，淋浓汤汁，就可以开席了。

这其中的丁香是摩洛哥常用的香料，由丁香花苞干燥而成，带着淡淡的梅子清香，会让风神翼龙胸肉的口感更加鲜美。由于先煎后烤，胸肉的外皮煎到金黄酥脆，吃下去肥嫩多汁，又香又嫩一级棒！味蕾也仿佛跟着翼龙飞翔起来了呢！

连风神也嫉妒的物种

单单从外形来看，风神翼龙绝对是连风神也嫉妒的物种。仅在未成年阶段，风神翼龙的头骨就有1米长，翼展竟有5.5米宽，根据翅骨碎片来看，成年的风神翼龙翼展约有11至15米宽，这绝对是地球生命史上最大型的飞翔动物！其翅膀面积与小型飞机差不多大，但由于中空的骨骼和瘦小的躯干，它可能还没一个人重。

风神翼龙的嘴巴又长又细，口中没有牙齿；喙前端不是尖锐的，而是钝的；它的眶前孔（位于眼眶前方的孔洞）巨大，差不多占了头骨全长的1/2，这无疑为其大头减轻了相当多的重量；风神翼龙头上有脊冠，位于眼眶前上方；其脖子非常长，达2米多——这与长颈鹿的脖长不相上下；它的腿很长，有平衡大头的作用。远观之，风神翼龙呈现了类似鹤或鹳的外表。

【风神翼龙的脖长与长颈鹿不相上下，可以达到2米多长。在外形上，风神翼龙可以说是像鹿像鹤又像鹳了。图/ scienceblogs.com】

如果打断风神翼龙的长骨，你会发现它的骨骼都非常薄。这些几乎与纸一样薄的管状骨既轻巧又能承受住极大的压力，有些骨骼甚至充满了空气。另外一些翼龙，如妖精翼龙（Tupuxuara），这种翼展达6米的大型翼龙，在中空的翼指内还有纤细的支架撑持，能强化翅膀的力量，却只增加少许重量。因此妖精翼龙展开的翅膀虽然有一座小房子那么宽，但实际重量却很轻！

以风神翼龙为代表的翼龙，其飞行的奥秘在于延长第Ⅳ指成为一个翅膀架子，就如同风筝的竹子骨一样，翅膀架子连接翼膜，构成了翼龙用于飞行的翅膀。这种单指成翅膀的现象，在其他爬行动物中绝无仅有，古生物学者称第Ⅳ指为翼指或飞行指。翼指比其余3指长了将近20倍，它由4节翼指骨构成，粗壮而坚固，并一直向它的肩带方向伸展。翼指连接着最大片的翼膜——翼手膜，此外还有横跨肩部和腕部的前膜，以及连接两个后腿的尾膜。

【展开翅膀的风神翼龙骨架，之所以能成为飞行动物中的极限，翼龙奇特的骨骼是为关键。 图/wiki commons】

不过，这些翼膜要保存成化石非常难，至今只发现了为数甚少的几块标本。在保存状态良好的翼龙翼膜化石中，古生物学者发现有一些纤维状物质从翼膜内侧剥落。这说明翼龙的翼膜中充满了微小的肌肉纤维，纤维呈放射状，它们僵硬、坚固、薄而平整，并由皮肤连接在一起，它们可能像雨伞的伞骨般具有补强作用。

此时，装备优雅且完备的风神翼龙就可以开始通往天际了。风神翼龙的滑翔能力依赖于一种叫做“风力载荷”的特征，即动物的翅膀面积与体重的比率。现代最好的滑翔机设计为每下降1米前进4米，巨大的翼龙可能比它出色得多。而且风神翼龙还具有缓慢减速下降的能力，同时它们也能够获得上升气流并快速地冲上云霄。

伴随着风神翼龙巨大的翅膀所给予的上升力，一阵轻风便足以让它起飞。当遇到合适的上升气流，风神翼龙只要稍稍调整一下翅膀，或许就可以飞越500千米。那么，海岸线外400千米的距离对风神翼龙而言确实是小菜一碟。近海的低空气流会受到海岸线的阻隔，通常比高空气流来得缓慢，风神翼龙可以在两层气流间做螺旋形的飘举和滑翔，几个小时不用扇动翅膀。

【风神翼龙一名来源于中美洲文明普遍信奉的最高神祇——羽蛇神。传说中，羽蛇神是主宰晨星的风神。风神翼龙，地球上最大的飞行生物，也是有史以来最完美的滑翔者。图/ people.com】

尽情放飞我们的想象力吧，在一个好天气里，一只风神翼龙只要扇一下翅膀，或许就可以飞越数百千米！在那之前，从那以后，地球上再也没出现过如此完美的滑翔者，清风于翼下，遨游苍宇，巡视全球。

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原文发表于 果壳网 自然控主题站 让味蕾与翼龙一起飞翔！