诱人的贝鲁索夫—扎孛廷斯基反应_宇宙时间奥秘
 
 
贝鲁索夫—扎孛廷斯基反应的故事就和它的名字一样令人寻味。美国研究该反应的一流权威温弗利（Art Winfree）告诉我们，贝鲁索夫在五十年代的初期，在属于苏联卫生部一个实验室当头头时，做了该反应的关键工作。在他的研究中，他配制了一种奇怪的化学剂，目的是想模仿克雷布斯（Krebs）循环，从而对它取得某些了解。克雷布斯循环是活细胞把有机食物分解成能量（以名为腺苷三磷酸分子的形式）和二氧化碳的必经之路。
 
贝鲁索夫模仿该循环的反应含有以下几种配料：柠檬酸，这是克雷  
布斯循环的实际成分之一；溴酸钾，其目的是模仿柠檬酸燃烧（氧化）后的生物学后果；硫酸；和一种铈离子的催化剂，因为他觉得这跟许多酵素的作用有几分相似。（化学反应中，酵素的“活动地点”经常带有一个带电的金属原子）。使他惊讶的是：溶液开始在无色和淡黄色两种状态之间变来变去，（相当于带电铈离子的两种不同的形式，）而且变化是像时钟一样地有规则。贝鲁索夫在他随后的研究中，可能也观察到空间图案的形成。这样，贝鲁索夫首次提供了一个实在的化学反应，支持反应和扩散的双重不可逆过程可以产生自组织的概念，这概念差不多在同时被杜灵从理论上预测到。然而，就如温弗利不久以前所写：“这反应的古怪行为根本是三十多年来理论化学家和生物学家从未想到的。”
 
对贝鲁索夫不幸的是，这个反应是如此地奇特，使他很难说服科学界这是真实的。他 1951 年底的一篇稿子就被拒绝。编者对他说，他“所谓的发现”是绝不可能的。六年以后，贝鲁索夫又投了一篇更全面的分析，而编者只肯发表一个经过大量删节的短讯。贝鲁索夫的工作最后终于悄悄地出现在一个辐射医学学术讨论会的文集里。论文只有两页，出现在他本人另一篇论文前面。
 
那时科学界被对第二定律的朴素理解——有序单调地退化为无序，弄得如此昏聩糊涂，以至没有人肯接受贝鲁索夫有关化学系统能自发出现自组织的报道。人们以为第二定律是说任何化学反应总是走向退化的平衡态。而一个来回于两种颜色之间的化学钟意味着反应居然可以走回头路，这不是跟第二定律开玩笑吗？（事实上，贝鲁索夫并不是第一个受这种冤枉的人：伯克利加州大学的布赖（ William Bray） 1921 年在过氧化氢转化为水的过程中，也发现了一个振荡式的化学反应，他这发现被认为是由于实验操作低劣而产生的人为现象，而未被接受。）
 
对于这个反应的兴趣，只是当扎孛廷斯基学习了贝鲁索夫的振荡式配方以后才开始的，尽管开始很慢，而且当时是限制在铁幕后面。60 年代，扎孛廷斯基以莫斯科大学的生物化学系毕业生的身分，对贝鲁索夫的基本反应作了一串零星的修改，例如用一个含铁的反应剂代替铈离子，使颜色更鲜明地从蓝变红。这样，他渐渐取得保守派同行的欣赏。别人也开始研究这个奇妙的系统；最近二十年来，自组织化学反应的研究已经成为很时髦的一门学科。1979 年，有人要求世界各地的科学家，为这项工作的重要性出推荐书； 1980 年，贝鲁索夫和扎孛廷斯基两人，跟克林斯基（Valentin Israelovitch Krinsky），伊凡尼茨基
 
（GenrikIvanitsky），扎伊金（AlbertZaikin）一齐荣获列宁奖。不幸的是，远在国际上对他的启发性工作承认以前，贝鲁索夫在 1970 年就去世了。
 
贝鲁索夫的发现，和其后发展出来的各种变例，现在统称为“BZ 反  
应”。BZ 反应很容易做，效果也很可靠。（有兴趣的实验者可参阅温弗利的有关论文。）从这个魔术一般的配方可以得到各式各样美丽的现象。本书黑白插图部分有一套图，显示 BZ 反应各个阶段。对此出色而复杂的反应，许多人做了深入的研究，也写了整本的专著。整个反应牵涉到三十多种不同的化学品种，包括一些短寿命的中介物，它们的作用是作为各种连锁循环反应之间的阶石。这些反应被美国俄勒冈大学的一个小组——菲尔德（Richard Field）、柯乐斯（Endre Koros）、诺耶斯
 
（RichardNoyes），提炼为一个具有十一个步骤的化学反应机制，比四个步骤的布鲁塞尔振子复杂多了。仔细检查这十一个步骤，就可以找到一个物体影响它本身制造的证据。这证明存在着自催化，而自催化是反馈和非线性的关键成份。从一大批复杂的中介程序里，俄勒冈小组又提炼出一个简单而重要的只有五个不同步骤的模型，科学界同行给它起了诨名叫“俄勒冈振子”。俄勒冈振子这个模型是对 BZ 反应演化的理论描述，它能在许多方面描述实验者得到的钟表式行为，包括产生化学振荡的极限环吸引子。
 
如果我们坚持把学问分门别类，我们就得把这迷人的 BZ 反应划归在“无机化学”一门。为了对该反应了解得更细致，许多化学家更深入地探讨了无机世界。例如，伽利略高等学校鲁克斯实验室的布利格斯
 
（Thomas Briggs）和饶谢（Warren Rauscher）在过氧化氢、丙二酸、碘酸钾、琉酸锰、过氯酸的混合体中，发现了振荡，颜色在蓝红之间作周期变化。这种振荡式反应发现日益增多，而它们所遵守的一般原则，现在可以说已经完全了解。这种化学钟其它的例子相继出现的有日本京都的“K 模型”，美国印第安纳大学的“IU 振子”，和“泡沫振子”，它所描述的化学反应能产生一串一串的气泡。
 
BZ 反应的一个重要方面是它具有所谓的“可激发性”。这是指在某些刺激素的作用之下，图案就会生长出来，否则介质就完全平静。一些诸如布利格斯—饶谢反应和以二吡啶钌为催化剂的 BZ 反应的钟表式反应，在光的照射下，便会被激发，开始自组织活动。可激发性，这种能推动 BZ 反应的性能，是杜灵完全不知道的；即使在今日，还是经常被理论学家所忽略。的确，“可激发性”的定义仍不太清楚。
 
数学家、物理学家、生物学家仍继续在探索 BZ 反应中的奥妙；他们这样做不是没有理由的。因为我们很快就要看到，我们不可能忽略 BZ 反应和有机世界中许多我们熟悉的组织之间的关系。化学钟里形成的螺旋波与心脏病发作时的波动、原始粘菌（见黑白插图）、旋涡星系、飓风等等之间大有相似之处。温弗利甚至写道：“虽然‘BZ 反应’谈不上具有一个可以变异，可以演化的遗传系统，它有不少特点，就是使我们对生物体系感到兴趣的特点：诸如化学的新陈代谢（有机酸氧化为二氧化碳），自我组织的结构，有节奏的活动，在某些极限以内的动态稳定，  
在这些极限以外的不可逆的解体，一个自然的寿命等等。”这样，关于化学钟的研究可以说的确把无机化学搞“活”了；在这以前，这门学问往往太缺少理解，太多集邮式的、大量资料的盲目搜集。
 
自组织的无机系统涉及众多的简单化学品种。但其中的化学情况具有较大的偶然性——既然所有在汤里兜圈子的分子都多少可以相互起作用，就很少有特定性。我们将要看到，有机体的可能性顷向于另一端。在那里的（生物）化学既复杂，又是细致调节的：每个反应都是非常特殊，都是以惊人的效率进行。普里高津和司坦厄斯（Stengers）评论道：“这很难是偶然的。这里我们遇到的是区别物理和生物学的一个基本性质。生物学系统是“具有过去”的。它们的组成分子是某种演化的结果；这些分子被选来参与自催化机制，从而产生具体的自组织方式。”这是具有目的的化学。这是生命的奇迹。