斯蒂芬·霍金因身患某种疾病而瘫痪，尽管人们以为这种疾病将在几年之内杀死他，但他还是继续活了几十年。他有一次告诉我，他认为顽固是他最优秀的品质，我认为他或许是对的。尽管这让他有时候很难共事，但他知道正是他的顽固让他不但活了下来，也给了他继续开展研究的力量。
已经完成的科学理论在经过详细论述后看起来似乎都是显而易见的，但创造它们通常只能依靠巨大的毅力。心理学家常提起一种被称为“胆量”的品质，这种品质与毅力、顽固以及热情有关，这些特质我们在这些篇章中已经看到了太多。他们发现这种被定义为“随着时间的推移带着持续的兴趣和努力追逐长期目标的性格”与所有事情的成功息息相关，无论婚姻还是军队的特种部队皆是如此，这并不让人惊讶。或许这也是为什么到目前为止我们在这个故事中见到的人物都非常顽固，甚至傲慢。大多数伟大的发明家也是如此。他们必须如此。
我们的下一位开拓者是俄国化学家德米特里·门捷列夫（1834—1907），他以使性子和一阵阵地发脾气闻名（以及他每年只修剪一次头发和胡子），非常适合被供奉在倔强的骡子的万神殿里。实际上，他的个性强硬到他的妻子最终学会住在他们乡下的房子里来避开他——除了他出现在那里时，这时她就会拉起孩子搬到她们在城市里的住所。
德米特里·门捷列夫
和霍金一样，门捷列夫也是一个死里逃生的人。快20岁的时候，他因为患上肺结核而住进了医院，但他不但活了下来，还在附近发现了一个实验室，在康复期间他就在那里进行化学实验。后来，在取得他的执教资格证书后，他激怒了一名教育部官员，结果被安排去遥远的克里米亚的一个高中任教。那年是1855年，当门捷列夫到那里时，他发现那所高中不仅处于战区，而且已经被关闭很长时间了。他毫不气馁地回到了家里，放弃了他有着远大发展前景的高中教师职业，在圣彼得堡大学找到了一份无薪大学教师的工作——通过讲课赚取小费。他最后成为那里的一名教授。
门捷列夫之所以能成为一名化学家，而不是一个根本没有接受过教育的人，完全感谢他的母亲。他出生在西西伯利亚一个穷苦的家庭，是家里14或17个（数字有争议）孩子中最小的那个。他的学习成绩并不优异，但却很喜欢进行临时科学实验。他母亲相信他的智力，在他15岁时父亲去世，她和他一起动身上路，去找一所愿意接收他的大学。
这被证明是一段1 400英里（2253千米）的旅程，包括搭了很多马拉货车的便车，但最终他还是得到了圣彼得堡中央师范学院的一小笔奖学金，这里的主任是他已故父亲的老朋友。他母亲在不久之后就去世了。37年后，他把一篇科学论文献给她以示纪念，这篇论文引用了他称之为她的“神圣的”临终遗言：“戒除空想，专注工作，放弃空谈。耐心寻找上帝和科学的真理。”和他之前的许多伟大科学家一样，门捷列夫把这些话作为自己一生的信条。
从某种意义上说，门捷列夫非常幸运地出生在正确的时间。实际上，每一个伟大发现和创新都源自人类洞察力和幸福环境的结合。爱因斯坦很幸运，因为他在电磁学现代理论成型后不久就开始了他的职业生涯，这种表明光速恒定的观点将成为他相对论的精华。史蒂夫·乔布斯也同样幸运，他职业生涯开始的时间正好是技术条件发展到能够开发出有用的个人电脑的阶段。从另一方面讲，美籍亚美尼亚发明家和商人卢瑟·希姆吉安拥有许多专利，但他最好的点子却早出现了大约10年：他在1960年设想出一种他称之为“银行票据机”的自动取款机（ATM）。 他劝说纽约市银行安装少量这种机器，但人们并不相信他们会接受存款，所以只有妓女和赌徒才会使用它们，因为他们不想和出纳员面对面打交道。10年后，时代变了，ATM机大受欢迎，只不过用的是其他人的设计。
和希姆吉安不同的是，时代精神站在门捷列夫这一边。门捷列夫成年的时候正好也是化学收获成果的时候——元素可按族划分的观点在19世纪60年代传遍了欧洲。比如，人们已经注意到氟、氯、溴——瑞典化学家永斯·雅各布·贝采利乌斯在1842年将它们归类为“卤素”——似乎属于一类：它们都具有高度腐蚀性，但当与钠结合时又会变得温和，形成无害的盐状结晶。（比如，食盐就是氯化钠。）人们也不难察觉像钠、锂、钾这样的碱性金属之间的相似之处。它们都是有光泽、柔软和性质非常活泼的金属。实际上，碱性金属族中的成员都十分相像，如果用钾来替换食盐中的钠，得到的东西和氯化钠十分接近，甚至可以被用来做食盐的替代品。
受到卡尔·林奈将生物进行分类的方案的启发，化学家也试图发明出一种他们自己的可以用来解释元素之间关系的全面的族系。但所有这些组群的特征并不明显，人们也不清楚它们之间的相互关系，或者原子的哪些特性决定了族群的相似性。这些问题吸引了整个欧洲的思想家，甚至一个炼糖人，或者至少是炼糖厂里的家庭化学家都开始行动起来了。尽管有少部分思想家敲响了答案的大门，但只有一个人——门捷列夫——打开这扇大门冲了进去。
你也许会想到如果将元素进行分类的观点“非常流行”，那么成功做到这一点的人将获得热烈的喝彩，但你不一定会就此推断那个人将会被认为是他这个领域有史以来最伟大的天才之一——门捷列夫就是这样一个人。是什么让他能够和玻意耳、道尔顿以及拉瓦锡这样的巨人站在一起呢？
门捷列夫发明的“周期表”并不是化学家版的鸟类野外手册；相反，它是化学家版的牛顿定律，或者至少它的成就像化学希望的那样接近于那个神奇的成就。因为它并不只是一个罗列元素族群的表格；它就像一个真实的灵应牌，可以允许化学家去了解和推测任何元素，甚至那些尚未发现的元素的性质。
回望过去，人们很容易把门捷列夫的突破归功于他在正确的时间提出了正确的问题，他的职业道德、热情、顽固以及极端的自信。但就和在发现以及创新过程中经常会出现的情况一样——以及我们自己生命中的许多事情——和他的智力因素同样重要的是偶然事件发挥的作用，或者至少一个为这些品质取得胜利提供了舞台的无关事件。在这种情况下，它就是门捷列夫想写一本化学教科书的偶然决定。
1866年，32岁的门捷列夫收到了圣彼得堡大学化学系教授的任命， 写教科书的决定就是在这之后做出的。圣彼得堡由彼得大帝在150年前建立，最终变成了欧洲的学术中心。它的大学是俄国最好的大学，但俄国还远远落后于欧洲其他国家，并且，在浏览了俄国的化学著作之后，门捷列夫并没有找到适用于教学的最新教材。因此，他决定写一本自己的教科书。这本书要耗费许多年的时间才能完成，并注定会在未来几十年被翻译成所有主要语言并在大学里广泛使用。这本书有些离经叛道，充满了逸闻、推测和怪诞的内容。这是一本用爱写就的作品，他想让这本书成为最好的书，正是这种动力逼迫他关注那些引导着他完成伟大发现的问题。
门捷列夫在写书时面临的第一个挑战是如何组织这本书。他决定根据元素的性质把元素及其化合物划分成组，或者族。在相对容易地描述完卤素和碱性金属后，他面临着接下来该写哪个组的问题。它们的顺序是不是太随意了？或者是否存在某种支配它的组织原则呢？ 门捷列夫艰难地思索着这个问题，在他深厚的化学知识中寻找不同的组是如何相互作用的线索。一个周六，他是如此专注，以至于他从晚上一直工作到了第二天上午。但他依然一筹莫展，这时他仿佛着了魔似的抓起笔在一个信封的背面按照它们的原子重量以上升的顺序写下氧、氢和卤族元素的名字——总共12种元素。
这时他突然注意到一个醒目的模式：这个名单以氮、氧、氟开始——每组中最轻的成员——紧随其后是每组中第二轻的成员，并依次排列下去。换句话说，这个名单形成了一个重复的，或者“周期性的”模式。这些元素中只有两种不适用于这个模式。
门捷列夫将每组元素排列成行，以叠加的方式写成一张表，这时他的发现变得越发明显。（今天我们以纵行来写这些组群。）就是这么一回事吗？如果这12种元素真的构成了一种有意义的模式，那其他51种当时已知的元素会不会也符合这种模式呢？ 门捷列夫和他的朋友常常玩一种叫作“耐心”的纸牌游戏，在这种游戏中他们摊开一副扑克牌，然后以某种方式来摆放它们。他后来描述说这些牌形成了一张表，看起来很像他那天用12种元素做的表。他决定将所有已知元素的名字和原子重量写在扑克牌上，试着用它们做一张表来玩一种他现在称为“化学耐心”的游戏。他开始把这些牌挪来挪去，试图以某种有意义的方式摆放它们。
门捷列夫的方法有严重的问题。首先，他并不清楚某些元素应该属于哪个组，对于其他元素的性质也没有充分了解。并且人们对于某些元素的原子重量尚存有争议，并且，就像我们现在知道的那样，某些元素的重量完全就是错误的。或许最严重的是，还有元素尚未被发现，这让他的排序工作看上去很难有什么效果。
所有这些问题让门捷列夫的任务变得异常艰巨，但还有一样东西，一样更微妙的东西：人们没有理由相信一个基于原子重量的方案可以解决问题，因为在当时没有人理解原子的重量会反映出它哪方面的化学性质。（今天我们知道它是在原子核里的质子和中子的数量，中子的重量和原子的化学性质无关。）在这种困难局面下，正是门捷列夫的顽固支持着他追寻观点的热情：他只依靠着直觉和信念坚持了下去。
门捷列夫的工作以最直观的方式揭示了科学进程是怎样一个解决难题的活动。但它也展示了重要的不同之处，因为和你在商店里购买的拼图游戏不同，门捷列夫拼图的图块并不能安放到位。部分科学研究以及所有创新有时候就是忽略那些显示你的方法似乎不可能有用的问题，因为你坚信你最终会找到一种变通方法，或者这些问题终究将被证明无关紧要。在这种情况下，依靠着出色的天资和非凡的毅力，门捷列夫通过重新制作拼图的部分图块以及完全制造其余的图块最终完成了自己的拼图。
事后再看，人们很容易赋予门捷列夫的成就一种英雄主义的光环。
即使你的观点听起来不着边际，但如果它们起作用，我们也会把你当作英雄。但从另外一个方面讲，从古至今有太多疯狂的方案被证明是错误的。实际上，那些成功的方案远远没有那些不成功的方案数量多。错误的方案很快就会被人们遗忘，它们的信仰者所投入的经年累月的光阴最终被浪费了。我们经常把支持那些方案的人称为失败者和疯子。但英雄主义就是勇于冒险，因此，在调查研究方面真正的英雄主义就是，无论它的结果令人满意还是让人失望，我们科学家和其他革新家所承担的风险——经年累月的付出，激烈的智力奋争，而这些或许可以，也或许不会得出一个富有成果的结论或者产品。
门捷列夫当然投入了时间。当一种元素没有像他希望的那样依序落位时，他拒绝接受他的方案是错误的。相反，他坚持己见，并断定那些测量原子重量的人才是错误的——他勇敢地划掉了测量过的重量，并填写上使元素符合要求的数值。
当他的周期表在某处留下一个空缺时——这个位置要求的性质没有哪种已知元素具备——他发表了最大胆的声明。门捷列夫并没有放弃他的观点，或者试图修改他的组织原则，他继续坚称那些空缺代表尚未被发现的元素。他甚至还预测了新元素的性质——它们的重量、物理特征、会与哪种其他元素发生化合反应以及它们会产生哪种化合物——完全基于这个空缺出现的位置。
比如，铝的旁边有一个空缺。门捷列夫用一种他称之为“类铝元素”的元素来填补，并接着预测说当某些化学家最终发现“类铝元素”时，它将会是一种带有光泽的金属，有良好的导热性，熔点很低，每立方厘米的重量正好是5.9克。几年之后，一位名叫保罗–埃米尔·勒科克·德·布瓦博德兰的法国化学家在矿石样品中发现了一种符合这些条件的元素——只不过他发现它每立方厘米的重量是4.7克。门捷列夫立即给勒科克写了一封信，告诉他说他的样品一定不纯净。勒科克又用一份他确保完全纯净的新样品重复了他的分析。这一次，它的重量完全就是门捷列夫曾经预测的那样：每立方厘米5.9克。勒科克将它命名为镓，在拉丁语中它是法国的意思。
门捷列夫发表于1869年的原版元素周期表，以及今天的元素周期表门捷列夫在1869年发表了他的元素周期表，最初刊登在一家鲜为人知的俄国期刊上，后来又以《论元素性质与原子重量之间的关系》为名发表在一家权威的德国刊物上。除了镓以外，他的周期表还为其他未知元素——今天被称为钪、锗、锝——预留了位置。锝具有放射性，也非常稀有，因此它直到1937年才被发现。在门捷列夫去世大概30年后，它在一个粒子回旋加速器（一种微粒加速器）中被合成。
1901年首次颁发诺贝尔化学奖，此时离门捷列夫去世还有6年。他未能获得这个奖项是诺贝尔奖历史上的重大误判之一，因为他的元素表是现代化学的核心组织原理，这个发现让我们有可能掌握物质的科学，它也是从防腐师和炼金术士的实验里开始的长达2000年的工作的顶点。
但门捷列夫最后的确成为精英俱乐部中的一员。在1955年，伯克利的科学家再次利用粒子回旋加速器，制造了一种新元素的十来个原子，为了向他的伟大成就致敬，他们在1963年将其命名为钔。已经有超过800个人获得了诺贝尔奖，但仅有16位科学家的名字被用来命名新元素。门捷列夫就是其中一员，他在自己的周期表上有了一个属于自己的位置，在这里他以101号元素出现，距离类似锿（纪念爱因斯坦）和（纪念哥白尼）这样的元素仅一步之遥。
[1] 我第一次得知父亲曾经是犹太人地下组织成员时并不是他告诉我的，当时我在大学图书馆里找到了一本那个主题的书，在上面发现了他的名字。在读了关于他的故事之后，我开始询问他过去的经历。
[2] 该公司的广告语原文是“Better living through chemistry”（化学创造更好的生活）。——编者注 [3] “氧气”的意思是“酸味生产剂”，拉瓦锡之所以会选择这个名字是因为所有他熟悉的酸的成分中都出现了氧气。
[4] 有趣的是，在1913年，据报道称一个真人大小的孔多塞的大理石半身像被作为礼物送给了位于费城的美国哲学学会，这座石像最后被证明不是孔多塞，而是拉瓦锡！(“Error in Famous Bust Undiscovered for 100 Years,” Bulletin of Photography 13 (1913): 759; and Marco Beretta, Imaging a Career in Science: TheIconography of Antoine Laurent Lavoisier (Sagamore Beach, Mass.: ScienceHistories Publications, 2001), 18–24.)
