问道于器

摘 要 阿诺德·奥维尔·贝克曼是20世纪最有影响力的化学家之一，在科学仪器的发明与制造上取得了卓越成就。在加州理工学院工作期间，他开设了“玻璃吹制法”课程，为许多商业公司提供咨询与技术服务，有效地提高了科学实践的效率。1934年，贝克曼发明了电子“pH计”，创办了贝克曼科学仪器公司，依托电子“pH计”发明了系列衍生产品并与美国军方开展合作。20世纪70年代末，通过与中国科学院建立合作，打开了中国的市场。贝克曼在商业上取得的巨大成就离不开职业科学家的专业素养。

关键词 阿诺德·奥维尔·贝克曼 科学仪器 酸度计 分光光度计

中图分类号 N09∶O6

文献标识码 A

收稿日期：2021-11-20

作者简介：王晓萱，1996年生，江苏南京人，中国科学院大学人文学院博士研究生，研究方向为中国近现代科技史、科技人物以及科研机构。Email： wangxiaoxuan18@mails.ucas.ac.cn。

拥有14项发明专利、创办了美国仪器协会，并入选美国发明家名人堂的阿诺德·奥维尔·贝克曼（Arnold Orville Beckman，1900—2004，圖1）专注于探索“生命的化学反应”，被称为20世纪最有影响的化学家之一。可以说，世界上几乎所有的生物化学或临床实验室都可能曾出现过由贝克曼仪器公司生产的科学仪器[1]。一战爆发后，美国的许多职业科学家被要求提供技术与咨询服务，以满足国家的战时需求。然而，从事这部分工作的科学家往往被认为是“非主流的”或“次等级的”，很难获得社会和学术圈的认可。尽管科学仪器作为科学实践活动中具体的物质性操作，已经构成科学知识的条件[2]，但在很长一段时期里，尽管科学理论发生了变革，陈旧的科学仪器使产业技术难以与之实现良性的交互介入式互动[3]。

这一时期，贝克曼凭借“酸度计”（pH meter）的发明，建立了科学研究与产业进步的交互式介入，由此开始搭建贝克曼式商业版图。此后几十年间，他不仅创立了全美最大的仪器设备制作公司之一的“贝克曼仪器公司”，还通过投资、捐款等形式，催生了全美高新技术产业集群“硅谷”、多家研究机构或高等院校的研究中心或实验室等，并致力于培养儿童的科学兴趣。此外，他还参与处理了洛杉矶空气污染事件，联合一些科学家进行空气污染的化学分析，并确定了污染物的主要成分是碳氢化合物，而非人们所以为的硫化物，贝克曼在化学的社会性服务方面也做出了杰出贡献。他被授予国家科学奖章、总统公民奖章等多个荣誉称号。

贝克曼在世界化学界乃至化学史界有很高的地位，然而国内对他的关注甚少，曾有学者简单提及他的经历，但暂无系统性的介绍。本文通过贝克曼邂逅科学、在加州理工学院求学经历、发明电子“pH计”、创办贝克曼仪器公司以及其与中国的交往几部分，简单勾勒了贝克曼行走在科学与商业之间的传奇一生，呈现其作为科学仪器制造商的人物形象。

一 出身乡野，邂逅科学

1900年4月10日，贝克曼出生于美国伊利诺伊州卡洛姆的一个村子里，其父乔治·贝克曼（George backman）经营一家铁匠铺。贝克曼自小便展示出强的好奇心和出色的动手能力，9岁的他在家中阁楼玩耍时，发现了一本姑姑使用过的化学教科书——斯蒂尔（Joel Dorman Steele）所著《化学十四讲》（Fourteen Weeks in Chemistry），他如获至宝，尝试根据书中的介绍进行一些简单的实验。铁匠乔治·贝克曼对儿子的动手能力十分欣赏，他为小贝克曼精心准备了十周岁礼物，在家中搭建了小型实验室——一个大约8英尺长、10英尺宽的小棚子，并购置了一套工具。后来，小贝克曼还在棚中放了一条长凳，又从当地的药店购买了一些化学药品，开始尝试做实验。比如他曾用醋和小苏打制成碳酸氢钠碱液，进行硫酸铜电镀实验等。可以说，贝克曼投身化学事业，离不开他童年的有趣经历。1998年，贝克曼发起了K-6科学教育计划，为加利福利亚奥兰治县3万名小学生提供科学教育服务，旨在通过实验及探究性研究让年幼的孩子对科学产生兴趣。

1912年，贝克曼随父亲搬至伊利诺伊州布卢明顿北部的诺曼后，就读于伊利诺伊州立师范大学附属中学伊利诺伊州立师范大学附属中学位于伊利诺伊州立师范大学校园内，为中学生授课的大多为师范学校的学生。。这所地理位置特殊的学校给予贝克曼求学之路以极大的便利，他提前学习大学化学课程，并结识了化学系教授霍华德·亚当斯（Howard W·Adams）。在亚当斯教授的引导下，贝克曼开始打磨金属标本、蚀刻以及质谱分析，亚当斯教授还时常带贝克曼去另一个学校做实验。此时，化学不仅是贝克曼的兴趣，还成为他谋生和贴补家用的手段，他利用业余时间为当地天然气公司做一些分析工作以获得一些酬劳。提前完成高中学业后，贝克曼进入“keystone”钢铁厂，继续从事化学分析工作贝克曼的主要工作是对熔融金属进行样本分析，从而得到碳、硫、硅、锰和磷的百分比，以确定何时或是否适合浇钢。。1918年8月，贝克曼加入了美国海军陆战队，虽未能登上真正的战场，但邂逅了一位美丽的女孩梅贝尔（Mabel Stone Meinzer），后来成为他携手一生的妻子。

1919年秋天，贝克曼进入伊利诺伊州立大学香槟分校化学系。这里聚集了一批出色的化学家，尤其是化学工程家。得益于中学阶段已打下的大学化学基础，贝克曼被允许提前学习二年级开设的分析化学和有机化学课程。最初，贝克曼希望自己能成为一名有机化学家，未来从事工业化学方面的工作，比如制造染料和药品等等。他成为卡尔·曼威（Cral Ship Marvel）的助手卡尔·曼威同样来自布卢明顿，贝克曼高中时期两人曾有过接触。。在曼威的指导下，贝克曼开始进行有机汞化合物的合成实验。不幸的是，贝克曼在实验中遭遇了汞中毒由于化合物具有挥发性，这些结晶状的汞化物在室温条件下极易融化，贝克曼通过冰浴的形式降低反应温度以减少汞化物的挥发。令他措手不及的是，在这一过程中，该化合物的蒸气压在温度较低时仍处于较高水平，贝克曼吸入了很多的汞蒸气，并出现的严重的汞中毒症状。，他不得不休息了一个月。然而当贝克曼重新开始合成实验时，他再一次汞中毒，于是他决定放弃学习有机化学，转向物理化学研究。随后，贝克曼开始担任迪特里克森（Gerhard Dietrich）教授的实验室助理，一起工作的还有研究热力学和原子结构的罗德布什（Worth Huff）、理查德·托尔曼（Richard Chace Tloman）等人。这一时期，贝克曼充分发挥了他出色的动手能力，表现出对化学的极高兴趣。在导师托马斯·威尔逊（Thomas A. Wilson）的指导下，1922年他凭借《一种测量氨水二元系统蒸气分压的仪器》（An Apparatus for the Measurement of the Partial Vapor Pressures of the Binary System Aommonia-Water）获得化学工程学士学位，翌年，贝克曼又完成了氨水溶液的热力学研究，并被授予物理化学硕士学位。值得一提的是，贝克曼在校期间发挥了自己出色的商业天赋，他与同学盖伦·约瑟夫（Glen Joseph）合作出版了季刊《伊利诺伊的化学家》（Illinois Chemist），并获得了十分可观的报酬。

得益于伊利诺伊州立大学化学工程领域的出色实力、浓厚的学术氛围以及丰富的化学活动，贝克曼在这里度过了愉快的本科与研究生时光，这段惬意的经历，对贝克曼后来的人生抉择产生了影响。

硕士毕业后，摆在贝克曼面前有两条路，一条通向就业，和他的部分同学一样前往某个电力公司上班;另一条通向博士学位。他选择了后者，出于不应该在同一个学校完成所有学习的考虑，贝克曼决定离开伊利诺伊州立大学，并获得了包括麻省理工学院、芝加哥大学在内的几所学校的奖学金。然而，当他的好友兼老师托尔曼邀请他一同前往加州理工学院（Caletch）时，极富冒险精神与乐观心态的贝克曼欣然同意。当回忆起这一决定时，贝克曼表示，他对加州理工学院一无所知，只是十分向往西海岸的生活。

二 在加州理工学院的十年

20世纪20年代，在阿瑟尔·诺伊斯（Arthur Amos Noyes）和罗伯特·密立根（Robert Andrew Milikan）等人的共同努力下，加州理工学院已经成为全美最优秀的研究型大学之一。由第一代物理化学家诺伊斯执掌的应用化学系更是凭借着在统计力学、热力学等方面的雄厚实力聚拢了许多年轻的研究者。1924年，贝克曼和托尔曼一同进入加州理工学院。尽管贝克曼所心仪的化学工程方向加州理工学院当时没有化学工程系，只设有化学系和应用化学系（chemistry and applied chemistry），化学工程专业属于应用化学系。在这里并不受重视，仅有的几位老师和相关的课程被划在应用化学分支下。然而，干爽的空气和和自由讨论的氛围，令他迅速地适应了在西海岸的生活。在研究方向的选择上，托尔曼决定与迪金森教授（Roscoe Gilkey Dickinson）开展合作，从事X射线的衍射研究。而贝克曼对量子理论应用于化学反应的研究更感兴趣。于是，他一边为新生开设基础化学课程，一边学习相关的物理学知识。

可以推断，贝克曼在加州理工学院过得并不那么如意。一方面，他需要想办法支付每年180美元的学费;另一方面，他十分牵挂远在纽约的女友。一年后，贝克曼离开了加州理工学院。在同学托蒂·尼斯（Todd Nies）的介绍下，他获得了一份在纽约贝尔电话实验室（其前身为“西部电力公司”）的工作机会。尽管贝克曼声称这是出于在经济压力与思念女友的双重考虑下所作出的决定，然而是否与加州理工学院不注重化学工程领域的研究有关呢？

随后，贝克曼开始担任“统计质量控制之父”休哈特（Walter A. Shewhart）的技术助手此时贝尔实验室正围绕电话系统开展系列检查工作，如焊接接头、继电器触点和保险丝等。进入该实验室后，贝克曼主要从事电路设计，负责开发质量控制程序，即通过理论和实验将概率论引入系统检查，与现在所说的抽样调查有几分相似。譬如人们担心测试员在测试过程中破坏保险丝，该程序可以替代本该进行的百分百测试以降低破坏率。。闲暇之余，贝克曼还利用在贝尔实验室学到的电子知识为朋友们制作了一些家用收音机。尽管经济上不再困窘，但他面对却是与之前完全不一样的数学研究，贝克曼几乎失去与化学家或化学实验室的一切联系。1926年春，贝克曼在纽约见到了老师诺伊斯，交谈间诺伊斯询问他是否想要重返加州理工学院继续攻读博士学位。贝克曼接受了诺伊斯的提議，他意识到自己无法离开深爱的化学研究。而贝尔电话实验室的这份工作经历，锻炼了贝克曼的动手能力，增加了他的电子学知识。

1926年秋，贝克曼重新回到加州理工学院。此时加州理工学院及化学系仍旧十分注重基础科学研究。20世纪20年代后期，一批将量子理论应用到化学研究的年轻学者如唐·约斯特（Don Yost）、理查德·贝格尔（Richard Badger）等人汇聚于此，壮大了该校的物理化学研究实力。在托尔曼的引荐下，贝克曼跟随迪金森教授做一些实验类工作，主要是研究光化学反应中的量子产率问题，并尝试设计了一种可以寻找紫外线能量的仪器——石英纤维压力计（quartz fiber manometer），工作原理是通过将紫外线照射到热电偶上，将照射热量转换为电能，从而驱动检流计。1928年，贝克曼被授予光化学博士学位，其博士论文为《叠氨化氢的光化学分解》（The Photochemical Decomposition of Hydrogen Azide）。

贝克曼留任加州理工学院后有两个身份，其一是从事着光化学反应的研究，另一个是科学仪器设计者，即根据研究的需求，设计一些与众不同的仪器设备，譬如振动簧片真空计，等等。此外，贝克曼还承担一部分教学工作，如玻璃吹制以及工程化学等。系主任诺伊斯对贝克曼在化学工程领域的尝试虽不鼓励，但也不反对，反而是校长密立根十分赏识这个拥有出色动手能力的年轻人。

在高校或研究院所，职业科学家从事咨询或服务类工作的行为往往被为是“非主流的”或“次等级的”，也很难获得来自周围的认可，对于加州理工学院这样的学校而言更是如此，然而这部分工作总是需要有人承担。在密立根的安排下，贝克曼代表加州理工学院化学系处理了许多来自社会的委托，这些委托或是私人请求，或是与政府或企业的合作，其诉求多为咨询化学分析或制作科学仪器等[4]。20世纪30年代初期，贝克曼处理国家邮政计量公司（National Postal Meter Company）因墨水堵塞出现的机器故障，他因此结识了该公司的董事长里昂（I. H. Lyons）。几年后，该公司又成立了国家墨水公司（National Inking Appliance Company），聘请贝克曼为他们生产墨水。诸如此类的工作不胜枚举，贝克曼沉醉其中，一方面他在处理委托事务时极大程度地实践了兴趣与专长，另一方面他也获得了可观的收入并逐渐声名在外。

三 电子“pH计”的发明与商业应用

1934年，贝克曼多年前的好友盖伦·约瑟夫（Glen Joseph）在加州水果种植者交流中心（California Fruit Growers Exchange）从事柠檬汁副产品制造工作的盖伦和他的团队在制作果胶、柠檬酸的过程中，需要测量经二氧化硫处理过的柠檬汁的酸度。然而，因为总是会出现的电流计断裂等意外情况，大大增加了他们的制作成本。盖伦慕名来找贝克曼解决问题，而这次会面成为贝克曼发明电子“pH计”的契机。

了解到约瑟夫的困境后，贝克曼建议他使用更坚固的真空管制成放大器，连接玻璃电极和电压表，以减小电极产生的电压能，从而减少仪器的消耗。1935年初，贝克曼按照这个思路，为约瑟夫制作了一个7公斤重的小型仪器，也就是后来人们所熟知的“酸度计”（pH meter），将测量pH的玻璃电极放置在真空管中以放大信号，并通过电子仪表来读取酸碱度数据。当然，这中间也经历了数次调整。贝克曼最初设计的“pH计”模型的真空管放大器仍旧无法正常使用，约瑟夫建议用玻璃电极系统替换真空管[5]。几个月后，约瑟夫再次找到贝克曼，向其表示感谢，并请求他多做几个酸度计。这一结果使贝克曼颇为意外：“这么小的实验室都需要两个，或许还有更广阔的市场呢？”[6]极富冒险精神与商业嗅力的贝克曼萌生了将“酸度计”量产的想法。尽管此时“pH计”多用于工业制造，客户来源将成为其最大的阻碍。于是，贝克曼将目光瞄准了美国化学学会将于9月在旧金山召开的会议，希望得以获得更加专业的评估。他带着被精心地放在胡桃木盒子里的酸度计踏上了旧金山之旅。

贝克曼在旧金山见到了来自伊利诺伊州立大学化学工程领域的弗雷德里克·史密斯（Frederick Smith）教授等人，还有密歇根大学的霍巴特·威拉德（Hobart Willard）。贝克曼向他们展示了这款预计售价195美元的“酸度计”，期待从他们口中获知投入市场的可能性。当时的美国正处于经济萧条时期，教授们也很难给出答案，他们建议贝克曼与设备经销商们接触，以获得准确的市场评估。

贝克曼和梅贝尔的脚步踏遍了全美，先后与丹佛火粘土公司（Denver Fire Clay Company）、中央科学公司（Central Science Company）、芝加哥仪器公司（Chicago Apparatus Company）、“药品和化学品进口公司”埃米尔&阿曼德（Eimer & Amend）、“仪器制造公司”阿瑟尔·托马斯（Arthur H. Thomas Company）等28家仪器经销商有过接触。最终，托马斯公司给出了积极回应，他们认为贝克曼的酸度计十年内最多可以卖出600个。尽管这个数字看上去并不太多，但已经远超贝克曼的预料，毕竟它的竞争对手是仅有十美分的石蕊试纸。贝克曼回忆称：“在经济大萧条时代，能有赚钱的机会，哪怕只是几美元已非常难得。”（[6]，p.35）由于贝克曼还在加州理工学院任教，为了避免使该校陷入商业主义的舆论，他说服了一直保持合作的国家邮政计量公司，将业务扩大到制作酸度计，然后以“国家技术实验室”（National Technical Laboratories）的名义进行售卖。

毫无疑问，贝克曼的商业天赋在该公司的运营中再次显露，第一年便实现了87台的销售额[7]。随着生物、化学领域的许多科学家意识到氢离子浓度是许多化学反应中的一个重要因素，也催生了其测定氢离子的兴趣。这无疑扩大了电子“pH计”在科学领域的应用，贝克曼的产品在工业界畅销。一位来自加州柑橘互惠组织的果胶生产者主动拜访了贝克曼，向他表达了希望能获得出售“pH计”资格的请求。該组织的果胶被卖给数百个果冻制造商，由他们制成果冻再进行售卖。然而，该组织总是被果冻制造商们指责“生产了劣质的果胶”。加州柑橘互惠组织调研后发现，在果冻的制作过程中，主要涉及糖浓度、果胶与正确的pH值，他们判断问题出在了pH值的测定上。为了维护产品的声誉与市场，该组织要求所有合作的果冻制造商必须购买准确的“pH计”。由此，贝克曼的电子“pH计”也打开了广阔的市场。

“pH计”被称为是贝克曼最重要的发明之一，不仅改变了其职业生涯的走向，也推动了“生化领域的技术变革”。无论是伊利诺伊州立大学的化学工程专业学习、贝尔电话实验室的工程师经历，还是在加州理工学院研究与发明并轨的实验室工作，都为贝克曼成功制作出电子“pH计”打下坚实的基础。贝克曼凭借投入商业应用的“pH计”获得了可观的利润，并组建了志同道合的研发团队，在此过程中他也发生了科学观的转变，即赞同“科学仪器作为科学实践活动中具体的物质性操作，已经构成科学知识的条件”[1]。

科学与工业领域的多线结合，为贝克曼仪器制造的商业版图进一步扩大奠定了基础。此时，该公司面临的问题已从缺少客户来源过渡到如何制造出更多的科学仪器。

四 从科学家到科学仪器制造商

1939年，贝克曼团队由原先由霍华德·卡里（Howard Cary）、肯尼·乔治（Kenyon George）、道格·马龙（Doug Marlowe）、乔治·夏尔（George Shull）等几人已扩大到60人规模，他们的办公地点也从科罗拉多州东部3330号搬至南帕萨迪纳教会街820号。贝克曼的“兼职”身份影响了公司的日常运行，他不得不在大学任教和全职创业之间做出取舍。

此时，加州理工学院普遍推崇纯粹科学研究，尽管贝克曼并未因参与商业活动受到同事的歧视，但他仍能够感受到“一些微微的轻视”（[6]，p.14）。经过反复权衡后，贝克曼意识到，即便是创业，他仍旧没有离开学术界，毕竟他设计的这些科学仪器正被越来越多的实验室使用。在他看来，“科学本身并不是一个完整的故事，直到你以某种方式为人类造福”（[6]，p.24）。而在设计的过程中，他仍在接触许多化学实验场景。于是，贝克曼做出了一个并不出乎众人意料的决定，离开加州理工学院，成为一名科学仪器制造商。

拥有科学家与商人双重身份的贝克曼，在公司运营上秉承诚信与诚实的理念，产品研发上则坚持“解决技术问题，制造对科学进步有用的设备”态度。电子“pH计”在商业上取得的成功，为贝克曼及其公司带来了可观的经济收益，与之一并到来的还有广阔的研发前景与不错的市场认可。基于科学家扎实的专业素养与成熟商人的市场判断，贝克曼敏锐地嗅到了化学分析领域的又一个商机，主导设计出一款易于使用的“DU分光光度计”（DU Spectrophotometer），并再次在商业上获得成功。

19世纪60年代起，化学家开始利用可见光谱进行化合物的简单鉴别，并逐渐由可见光谱拓展至紫外光谱进行复杂的化合物分析最初，可见光谱吸收被应用于鉴别茜草色素和其他羟基蒽醌。19世纪末，沃尔特·哈特利（Walter noel hartley）开创性地在冶金和化合物的分析中使用紫外光谱。随后，以照相的形式记录光谱的石英摄谱仪（quartz spectrographs）大大扩展了紫外光谱学的应用。。到了20世纪30年代，由科学仪器公司开发的商业分光光度计开始应用于化学分析领域美国商业分光光度计概况：1935年中央科学仪器公司率先研制出Cenco-sherad分光光度计;1938年，科尔曼电气公司（Coleman Electric Company）推出科尔曼11A分光光度计（the Coleman Model 11A Spertrophotometer）。。受限于紫外光谱吸收的检测水平，当时的分光光度计大多用于特定化合物及官能团的鉴定，鲜少涉及复杂体系中单体化合物的分析。贝克曼再次敏锐地嗅到了商机，而他的突破灵感源于“pH计的电流量与酸度之间存在线性关系”，也就是借助“pH计”的放大器和真空光电管记录检测到的特定波长，设计出一款易于使用的分光光度计。于是，他计划将光电池当作观察光谱的“眼睛”，来测定化合物在特定紫外波长下的吸收与其浓度存在线性关系进行化合物的分析。

1940年初，贝克曼决定启动这项设计，并交由他的合伙人霍华德·卡里全权负责。考虑到美国的战时境遇，他们战略性地放弃与专业的光学科学家合作，转而选择罗杰·海沃德（Roger Hayward）和道格拉斯·马洛（Douglas Marlow），前者是一位建筑师兼业余科学家，后者则是贝克曼团队的设计核心，精通机械设计。耗时14个月，经历多次设计与改良，该公司终于推出了一款极具里程碑意义的“DU分光光度计”，使用石英棱镜将来自灯的光分离为其吸收光谱，并使用光电管以电方式测量光谱中的光能。这允许使用者绘制物质的光吸收光谱，以获得化合物的标准化“指纹”特征[7]。

1941年7月，这款仪器在麻省理工学院举行的第九届夏季光谱学及其应用会议上进行演示与展览[8]。9月25日，《美国化学学会·新闻版》刊登了一则DU分光光度计广告，标志着它的正式问世。凭借比其他任何商用仪器都有更高的分辨率和更低的紫外线杂散光，定价723美元的“DU分光光度计”迅速抢占了市场，成为许多实验室的“新宠”当时市面上的其他分光光度计售价上千美元。。1941年底，该公司已经接到18份订单，此后半年间，又陆续售出54台。1942年9月，第一篇有关DU分光光度计应用于维生素A等分析中的论文“溶剂对维生素A紫外线吸收最大值的影响”（Influence of Solvent on Ultraviolet Absorption Maximum of Vitamin A）发表在《工业与工程化学研究》（Industrial & Engineering Chemistry Analytical Edition），随后几年间，学界涌现了数千篇关于DU分光光度计应用的论文。直到1976年，DU分光光度计才停止生产，超过3万台机器进入化学、生物等实验室，被诺贝尔化学奖得主布鲁斯·梅里菲尔德（Robert Bruce Merrifield）赞称：“可能是有史以来为推动生物科学发展而开发的最重要的仪器。”[9]二战期间，DU分光光度计还被广泛应用于维生素A的测量、青霉素的研究等领域。如果说，电子“pH计”的发明开启了贝克曼商业版图。那么，DU分光光度计的广泛应用则见证了贝克曼商业帝国的扩张。

1950年，贝克曼将“国家技术实验室”改名为“贝克曼仪器公司”，并于两年后上市。1953年，该公司在德国慕尼黑成立了第一家海外子公司[10]。区区几年间，该公司何以成为全美最大的仪器制作公司之一？这固然离不开专业的运营团队、诚信的经营理念，也受益于领舵人贝克曼独特的科学家眼光以及战时美国的国家需求。

尽管在商业上获得巨大成就，贝克曼并未从学术界完全抽离，他时常因各种学术会议与科学界保持着不错的联系。此外，他还扮演了科学顾问或慈善捐助等多种服务社会的角色。20世纪40年代，洛杉矶开始出现严重的空气污染，人们对此苦不堪言，政府草率地将矛头指向了二氧化硫，并推进多项治理措施，如排放的烟囱体积不得超过0.2%，却收效甚微。1947年秋，洛杉矶设立了空气污染控制区，由路易斯·麦凯布（Louis McCabe）博士出任主任一职。迫于民众对解决空气污染的巨大压力，路易斯博士提出建立氨工厂进行“脱硫”，即利用氨与二氧化硫发生化学反应，生成的硫酸铵则可作为肥料出售。担任洛杉矶商会科学委员会主席的贝克曼坚决反对这一提议，他认为洛杉矶的雾霾与二氧化硫无关。翌年，贝克曼和他的同事们接管洛杉矶空气污染控制委员会，开始参与治理雾霾。首先，贝克曼向政府申请对污染空气进行分析，以确定污染物的真正成分。其次，他找到加州理工学院阿里·杨·哈根-斯密特（Arie Jan Haagen-Smit）、戈登·阿勒斯（Gordon Alles）等多位化学家合作，利用液氮阱分析了500立方米的污染空气，并得到了几滴棕色的、有臭味的黏稠异物。哈根博士对该物质进行了初步分析，指出雾霾的罪魁祸首并非“二氧化硫”而是碳氢化合物，這在当时引发了巨大的争议且不被承认。经过一年多的深入研究，哈根博士证实该物质为烟囱、炼油厂和汽车尾气排放的臭氧和碳氢化合物。与此同时，贝克曼公司也设计了用于监测和处理雾空气污染的仪器。与此同时，贝克曼也被州长要求担任空气污染控制委员会的主席，调查和报告空气污染的现状并起草控制建议。1967年，尼克松总统将贝克曼列入空气咨询质量委员会名单。不过，贝克曼自始至终都未接受政府的政治任命，他以科学顾问与个人名义参与了洛杉矶空气污染治理的全过程。使他愿意参与这份工作的原因是，当情绪激动的人们不愿意花时间去找出事实时，你需要去做并得到答案。这种信念贯穿于贝克曼的一生，做一些其他人不愿意做的事情（[6]，p.63）。

1953年，阔别加州理工学院十余年的贝克曼出任该校董事会成员，随后担任董事会主席，由此展开了其在科学教育的慈善之路。1962年，他出资建造了礼堂，随后又在该校设立了贝克曼研究所、贝克曼化学合成实验室等。此外，当他的母校伊利诺伊州立大学香槟分校向其征求捐资4000万美元以设立跨学科研究部门时，贝克曼毫不犹豫地答应了，占地29000平方米的贝克曼先进科学技术研究所拔地而起。有研究指出，正是贝克曼的这笔慷慨捐助使得跨学科研究模式逐渐被接受，并改变了二战以来科学界所普遍倡导科学专业化的趋势[11]。后来，贝克曼还将慈善的范围扩大到科学教育领域，相继在年轻科学家、大学生以及小学生群体中设立各类奖项，以鼓励和支持他们的科学兴趣。贝克曼接受采访时说道：“我通过向科学家出售仪器来积累财富，所以我认为为科学家作出贡献是合适的，这是我慈善事业的第一准则。”[17]由贝克曼和梅贝尔共同设立的基金会是他给美国科学界留下的一笔巨大“遗产”，数亿美元投入各类有助于科学发展的项目中。

五 与中国的交往

20世纪70年代，中美民间科技交流重启，许多美国科学家纷纷与中国人民对外友好协会等半官方机构联络，希望能受邀访华[12]。1972年春，中国开始调整与资本主义国家科技交流与合作的方针，并出台了向西方发达国家引进设备和技术的“四三方案”[13]。技术落后、设备短缺的中国成为美国诸多商业仪器公司眼中的“香饽饽”，这也包括贝克曼科学仪器公司。1975年春，该公司派遣高管埃德·切尔尼斯（Ed H. Cherniss）等人前往中国北京、上海两地开展了为期两周的“旅行”，主要目的是评估中国市场切尔尼斯在考察日记中写道：“今天早上，我去参观了一家仪器制造厂，这是上海及周边地区唯一的仪器工厂。该工厂拥有五六百名员工，负责生产过时的分光光度计、直立面板、科尔曼着色计以及气相色谱仪。在他们看来，生产是符合国家的需要。因此，这里真的没有研究，或许大学有一些研究进展。这所仪器工厂所做多为组装性质的。工厂面积约14000平方英尺，有两栋5层楼高的古老且破败的建筑，走廊过道里堆放了大量的设备存货。工厂的工作台形状十分奇怪，照明很差，几乎没有两把一样的椅子或凳子。这所工厂还开设了一些培训项目。当被问及仪器的交货时间时，他们的回答是尽快。结果证明是‘一年’。我认为我们不需要担心中国在工具方面的竞争。”。这是一次民间性质的科技交流，并未涉及到中方官方或半官方机构。切尔尼斯一行人在上海考察了仪器制造厂、医院，展示了带来的仪器设备，与中方的机械公司、化学公司讨论了仪器售卖问题并达成合作[14]。

随后，贝克曼又计划与中国官方机构达成合作。中美两国尚未建交时期，科技交流多是由科学家个人、组织开展[12]。于是，贝克曼将目光投向与之交好且具有官方背景的科学家身上。1975年9月，周培源周培源（1902—1993），著名的物理学家、教育家与社会活动家，1927年毕业于加州理工学院，曾任清华大学物理系教授、北京大学校长、中国科学技术协会主席以及中国科学院副院长等。应美中学术交流委员会的邀请，率中国科协代表团访美，受到美国科技界的热烈欢迎。同为加州理工学院校友的两人在母校进行了一次热烈会谈，贝克曼向周培源表达了自己想要前往中国的意愿，并希望由其向中方相关组织转达申请。交谈间，两人聊起共同好友兼校友吴学周吴学周（1902—1983），1931年毕业于加州理工学院，中国分子光谱研究的开拓者之一，时任中国科学院长春应用化学所所长，该所正在开展光谱相关方面的研究。。贝克曼请周培源转告吴学周：“他要求来中国……如果来时，必会要求见吴，请吴做好思想准备。”（[15]，p.484）与其说贝克曼惦记这位阔别将近半个世纪未曾逢面的老友，不如说他再一次察觉到“商机”，即贝克曼仪器公司进军中国市场，他希望通过一位较熟悉、专业且带有一些官方背景的中方人士较快地了解中方的态度，以便迅速评估出如何有效达成合作。而这一商机的实现，得益于中国科技事业的恢复与改革。

1977年10月26日，中国科学院副秘书长郁文在《人民日报》发表《大力加强基础科学的研究》一文，提出要抓紧实验装备的革新，要建立一批大型的、尖端的试验设备，同时也要改善量大面广的“常规仪器设备”（[16]，pp.672—675）。为了改善科学仪器短缺的困境，中国科学院计划与贝克曼仪器公司进行合作。1979年1月，中国科学院以郁文的名义向贝克曼发出来华邀请。而时任该院长春应用化学研究所所长的吴学周也因与贝克曼的私人关系被要求致信欢迎其来华。3月末，贝克曼来华，并亲赴长春与吴学周见面，二人谈话包括“技术座谈（离心机、氨基酸分离仪、分光光度计等），买卖问题（买点仪器）以及工厂与他们合作”（[15]，p.513）。随后，贝克曼承诺“设个办事处;合作培训技术人员;出售仪器，同时可以购买中国的稀土光学材料，也可购买中国的电机等”（[15]，p.514）。此外，从郁文对贝克曼来华身份的解读，“他本人还是一个学者，不单是资本家”，或可看出，科学技术一定程度上能够缓解政治分歧，成为国际合作与交流的重要载体，而这一过程的实现依赖于科学家的参与。尽管有些科学家被视为“象征性”的存在，且难以直接评估个体所发挥的具体作用。不可否认的是，科学家被纳入国家政治体制中，在国家建设与提升国际形象等方面发挥独特作用。

可以说，贝克曼的中国行对其公司的发展意义非凡。1983年起，贝克曼仪器公司陆续在中国北京、上海、广州等地设立了代表处与维修站，在生物医疗等领域成功打开了中国市场的大门。后来，该公司又在苏州建立了试剂生产工厂，进一步扩大了东南亚市场。可以说，成功进军中国市场是贝克曼商业帝国版图最终形成的标志。

六 结语

20世纪30年代以来，随着传统的科学仪器无法满足化学家的实验需求，制作出高效且精準的科学仪器成为探索科学活动的具体实践之一。然而，大多数科学家仍对这些活动不屑一顾，因为其多为重复曾完成的程序。科学家们对这些活动的拒斥，提供了一个常规科学问题之所以如此迷人的线索。解答常规研究问题，即以一种新的方式实现预期，这就需要解决所有复杂仪器方面、概念方面以及数学方面的疑难，成功的人，证明自己是一位解谜（puzzle-solver）专家，而谜所提出的挑战正是驱使他前进的重要力量（[2]，p.30）。阿诺德·奥维尔·贝克曼便是这样一位极富智慧与挑战精神的“解谜人”，作为受到良好学术训练的化学家，他并未在传统的研究领域取得令人瞩目的科学成就。然而，他在科学仪器与科学教育的发展史上作出的长久努力，他获得了与其他科学家同等乃至更多的尊重与知名度。

出生乡野、家境普通的贝克曼，他对科学的兴趣源于孩童天然的好奇心，加上他有出色的动手能力，由此开启了与化学密不可分的一生。回溯贝克曼不同阶段的求学经历，他十分擅长抓住化学的致用性，即利用所学创造直接的经济收益，并探索出一条“非主流”道路，从而创办科学仪器公司。贝克曼独特的成长与求学经历给予年轻的研究者一定的思考空间，即当研究兴趣与主流研究或所处环境有所背离时，应如何面对两者在难以平衡时产生的矛盾？他给出的答案是保持兴趣与适当妥协，最大可能地寻找到匹配兴趣的研究领域并持之以恒多线坚持，他终将兴趣变成事业。

回顾贝克曼仪器公司的发展历程，可以观察到贝克曼在科学仪器制造上的活动与思想。该公司的业务呈现由点及线的发展趋势，即坚持专注一个产品，在不断改良的过程中发现问题，并设计与之相关的产品。值得一提的是，该公司每年都会将8%的收入用于研发设计，这一极具前瞻性与战略视野的计划为其长足发展提供了有力支持。贝克曼在商业帝国的开拓中仍保持着一个职业化学家的专业素养、职业道德与创新、挑战精神，致力于通过设计高效且便于操作的科学仪器以推动科学的进步，而他利用化学的应用性解决了雾霾问题，对科学进行了有温度的思考。

致谢 本文承蒙业师张藜教授的指点。同时感谢挚友沈佳淳博士、李弦同学以及陈鼎同学的帮助。

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Theory in Technology

Arnold Beckman’s “puzzle-solving” life

WANG Xiaoxuan

Abstract： Arnold Orville Beckman is one of the most influential chemists in the 20th century and has made outstanding achievements in the invention and manufacture of scientific instruments. During his work at California Institute of Technology， he offered the “Glass Blown Method” course， provided consulting and technical services for many commercial companies， and effectively improved the efficiency of scientific practice. In 1934， Beckman invented the electronic “pH meter” and founded the Beckman Scientific Instrument Company. Relying on the electronic “pH meter”， he invented a series of derivative products and cooperated with the US military. In the late 1970s， through the establishment of cooperation with the Chinese Academy of Sciences， the Chinese market was opened up. It can be said that Beckman’s great achievements in business are inseparable from the professionalism of professional scientists.

Keywords：Arnold Orville Beckman， scientific instruments， pH meter， spectrophotometer