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约瑟夫·普里斯特利的声望在英国的有识之士中日益上升，正当英国当局的统治在北美殖民地逐渐瓦解，他在博伍德别墅（Bowood House）获得了辅导教师的职位，同时也做一名学者。博伍德别墅是谢尔本伯爵（Earl of Shelburne）的家产，位于伦敦以西100英里处。1773年，普里斯特利成为伯爵一家的图书管理员和志趣相投的朋友，更重要的是，他还负责照看实验仪器，这将促成思想史上最重要的发现之一。
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1774年夏末，约瑟夫·普里斯特利把大量精力都花在对汞灰（mercury calx）的研究上。汞灰是一种奇特的深红色粉末，看上去如同辣椒粉一样，加热会变成液态汞，也就是水银这种在几百年来一直吸引着炼金术士的传奇金属。然而，即使像艾萨克·牛顿这样的奇才也没有留心去研究隐藏于水银粉末中的秘密。
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当科学家点燃一炉汞灰，粉末变成水银的同时会有一股烈焰在上方腾起。普里斯特利决定尝试在玻璃钟罩中将粉末变成液态水银，以研究生成液态水银时究竟是什么“气体”以某种方式引燃了如此明亮的火焰。但是，怎样才能在玻璃气室内使粉末液化呢？普里斯特利非常巧妙地利用了一个12英寸的“燃烧透镜”。他用一块放大镜将阳光的能量聚焦在一小堆汞灰上，就像现在调皮的中学生逗蚂蚁一样。玻璃钟罩外面的透镜将粉末熔化为液态水银，就能使钟罩内部充入空气，放置其中的蜡烛火焰更加明亮了，困在其中的小鼠存活时间也变得更长。
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这种富含氧气的气体副产物与约瑟夫·布莱克所说的“固定空气”类似，两者都是化学反应过程中释放的某种气体，不论产生的条件是粉末状固体加热熔化，还是石头接触到了酸。普里斯特利坐在保存至今的博伍德庄园小实验室中思忖着这种气体的重要性。“它在肺中的感觉，”普里斯特利写道，“无异于普通空气，但是过了一会儿，我似乎感到胸部特别轻盈。假以时日，这种纯净的空气可能会成为时尚的奢侈品。但目前为止只有两只小鼠和我自己享受着呼吸它的特权。”[15] 普里斯特利呼吸的当然是氧气浓度很高的空气。汞灰实际上就是氧化汞，加热时氧气便释放到空气中。
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约瑟夫·布莱克的“固定空气”又是什么呢？二氧化碳。为什么玻璃钟罩里的植物在“固定空气”中就会茂盛地生长呢？因为通过光合作用，它们能够分解出碳、释放出氧分子。这也是约瑟夫·普里斯特利的发现。它还解答了扬·范·海尔蒙特给柳树称重的谜题。柳树并不是通过土壤长大的，也不是通过水 ，而是通过周围空气所提供的二氧化碳来生长。我们这个世界上的所有树木和植物都是将二氧化碳转换为它们组织结构中的含碳物质，才长得更高更大的。
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布莱克、卡文迪什、卢瑟福、普里斯特利和拉瓦锡等化学先驱发现了我们所呼吸的空气是由哪些气体构成的，这一基础性发现为现代化学的发展铺平了道路，也为麻醉的发明奠定了基础。汉弗莱·戴维（Humphry Davy，1778—1829年）是英国人，他在父亲去世后，十几岁就跟着外科医生做学徒。巧的是，戴维对外科手术没什么兴趣，却喜欢用化学物质和火焰在家里做实验。这对外科来说不是坏事。少年时期的戴维就结识了几位传奇的科学先驱，并接到气体研究所（Pneumatic Institution）的邀请，这个机构位于布里斯托尔，专门研究气体的医疗用途。
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约瑟夫·普里斯特利于1772年首次合成出一氧化二氮，并第一个注意到它具有改变精神状态的效果。但是勤勉的汉弗莱·戴维对一氧化二氮进行了测试，并在詹姆斯·瓦特的帮助下，建造了用来测试的密封气室，对这种气体的产物进行了提纯。最重要的是，戴维首次思考了一氧化二氮的医疗用途（见彩插9.2）。他在1800年评论道：“一氧化二氮用途广泛，显示出消除疼痛的能力，这一优势或许可以应用在没有大量出血的外科手术中。”[16]
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进入19世纪，地表大气的成分已然明了。随着化学从一门定性学科转变为定量科学，我们这个原子世界的拼图也开始成形。英国人约翰·道尔顿（1766—1844年）正式提出了“原子理论”，即原子这种无法再进一步分割的化学元素，是按照一定比例结合在一起组成化合物的。道尔顿观察到分子总是按照特定的比例结合，他通过编写化学方程式的配平手册，掀开了宇宙结构的面纱。每个化学专业的学生都会使用本生灯（Bunsen burner）为试剂加温，每位厨师都会将小苏打（碳酸氢钠）等成分加到制作面包面团的配方中，这些都印证了道尔顿对世界构成比例的洞察。顺便一提，小苏打能够用于烘焙，是因为它化学分解后可以释放出水和二氧化碳，气体的释放使面糊膨胀，让面糊变得更轻更蓬松。其化学反应方程式表达为2NaHCO3 = Na2CO3 + H2 O + CO2 。
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我们应当认为化学是在19世纪崛起的，因为化学的进步使当时的世界发生了翻天覆地的变化。合成药物、提炼石油、改善合金、生产化肥以及制造合成纤维的能力，改变了我们的衣食住行、医疗药品以及现在生活中所接触的一切。医学在19世纪中叶发生的最重大改变是，炼金术爱好者自制配方的能力，现在能够在人体上产生真实而强大的影响。
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要确证一种药物有效，研究者应当尽可能地限制从接触药物到实现预期效果之间的时间。这就好比我们在电视连续剧第一集里看到有人中毒了，最好的表现手法就是王子在聚集的人群前仰面倒地，同时酒杯还在他的手中。如果下毒者选择的毒药需要几个小时或者几天才致命，这样的场景就行不通了。人类自古以来就会醉酒，而且不用旁人告诉就知道喝多了酒会导致举止恶劣、头晕眼花、昏睡不醒。但是人要达到这种醉酒程度，确实需要一定的时间。如果有一种物质让人接触后几分钟甚至几秒钟之内就失去知觉，那肯定让人永生难忘。19世纪30年代，在化学革命的初始，这种物质就出现了。
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美国庆祝建国50周年期间，乙醚和笑气的狂欢派对在美国东海岸风靡一时。自诩化学家的江湖术士学会了如何制作乙醚和一氧化二氮，他们像四处奔波的传教士一样，走街串巷地展示市民们因新奇气体而飘飘欲仙的样子。想象一下，假如你是1839年费城的一名中年妇女，在一场公共活动中你亲眼看着舞台上的丈夫在接触了充满液体的海绵后，就立刻变得跌跌撞撞，语无伦次，而周围没有人在意展示者正在伤害自己的身体。假如站在这位妇女旁边的是一名25岁的医学生，他来自佐治亚州乡村，正惊愕地看着台上的先生失去了知觉。他会想，这种新型混合物能为医学领域带来什么呢？
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克劳福德·朗（Crawford Long）就是19世纪30年代末费城群众中的那名医学生。他来自距亚特兰大90英里的小镇丹尼尔斯维尔（Danielsville），出身于富商家庭。朗在佐治亚州阿森斯读完大学之后，就读于美国最古老的医学院，宾夕法尼亚大学医学院，并于1839年毕业。这所学校由在欧洲受训的内外科医生创建，朗有幸受到了当时最好的教育，尽管在1839年人们对病菌、癌症和疾病的细胞基础缺乏了解，而且当时医学界没有麻醉和抗生素。虽然朗的导师们实践的医学方法是基本无效的，但他确实学到了正确的科学方法。
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克劳福德·朗离开了费城，于1841年在纽约市完成了实习。贝尔维尤医院是美国最古老的公立医院，建于1736年。朗在纽约市时，简单着急的小手术会在这里进行。在19世纪30年代，外科当然没有精细的分科——因为分了也没用。然而在人满为患、疾病泛滥的大城市医院里接受培训，还是会让人受益匪浅。在医学和外科领域，丰富的经验至关重要。朗上医学院时，医学期刊还处于萌芽阶段，没有什么可以替代大量生病受伤患者的经验。当然19世纪中叶的美国医疗都是些徒劳的作为，但是由莫尔加尼和罗基坦斯基开拓的新型诊断方式，至少使医生们能够有理有据地推测患者死亡的原因。
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毫无疑问，纽约铺天盖地的患者加上朗对笑气和乙醚神秘威力的深信不疑，促使他得出这些气体能够使人失去知觉的假说。没有证据表明朗在纽约讨论过气体用于麻醉的可能性，但奇怪的是，他在美国最重要的两所医学圣殿接受培训后，又退居佐治亚州的另一个小镇，在此仅仅一年后就创造了历史。
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克劳福德·朗来到杰斐逊镇，那里是丹尼尔斯维尔的邻镇。他不出一年就改写了历史，尽管许多年后世人才意识到这一切。1842年3月30日，克劳福德·朗为一名颈后长有肿瘤的年轻患者进行了我们今天所说的麻醉。这次历史性突破发生于杰斐逊镇学院街保存至今的一栋二层红砖小房子里，那位高大消瘦、蓄着胡须的南方人在这里给年轻的詹姆斯·维纳布尔（James Venable）使用了乙醚。肿瘤切除手术像抗生素问世之前的所有手术一样，是一种提取术而不是植入术。这台手术也毫无疑问是在窗旁进行的，医生要借助阳光的照明，因为白炽灯泡还要等上几十年才出现。
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起初，克劳福德·朗没有想过要将这一革命性技术公布于众。在科学和医学领域中，有很多至关重要的时刻是由孤独的天才在小村庄中悄无声息地造就的。奇怪的是，他们常常并不急于向世人宣布这些发现。几年过去后，朗在1846年12月9日的《波士顿医学与外科学杂志》（《新英格兰医学杂志》的前身）上读到约翰·柯林斯·沃伦（John Collins Warren）的一篇报告，内容是使用乙醚来防止术中疼痛的惊人成果。我们可以想象朗大惊失色的样子，他自己的发现被一批来自波士顿的内外科医生抢先发表了。同时，他对别人同样使用乙醚解开了疼痛难题感到震惊，没有利用自己快人一步的优势则使他十分沮丧。这些阴郁的情绪会随着波士顿三位先驱人物的争名夺利而不断滋长。
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乘坐波士顿红线地铁在查尔斯/麻省总医院站下车后，你会看到对比鲜明的两个建筑：一边是金属和玻璃建成的、闪闪发光的高架车站，一边是石砖砌成的、令人惊叹的自由酒店大楼，其前身是萨福克郡监狱。沿着坎布里奇街向东走，你会遇见医学历史与创新博物馆（Museum of Medical History and Innovation），显然这是我在波士顿最喜欢的地方之一。左转弯，沿树丛街一路往北，两侧是庞大的城市停车设施。一个街区之外，弯道尽头坐落着一排医疗建筑，红色方砖砌成的房屋和由银色金属与玻璃建成的医疗大楼错落有致，这片楼群的尽头是麻省总医院的白色塔楼。事实上，所有这些建筑都是麻省总医院的一部分，还有更多看不到的楼群。
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如果不径直走向麻省总医院的塔楼，而是沿着帕克曼街向东漫步，经过王氏日间护理中心（Wang Ambulatory Care Center）后，左手边会出现一条绿树成荫的小巷。这里是另外一片医疗楼群，而如果你在公园般的环境中沿着人行道一直走，放眼望去，就会看到斜坡上隐藏在树后面的建筑。走过大约400英尺后，这栋建筑物便呈现在眼前。这就是原来的 麻省总医院，已经有200年历史了，现在叫作布尔芬奇大楼（Bulfinch Building），是以建筑师查尔斯·布尔芬奇的名字命名的，主要作为医学院的行政办公室（见彩插9.3）。
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当你凝望着白色花岗岩建成的布尔芬奇大楼，目光径直向上，越过三层窗口以及上方的三角形檐顶，会看到一个正方形的中心塔台，塔台上面支撑着一个大型穹顶，穹顶上还有一个小圆顶，两者外层都是铜制的，现在变成了铜绿色。这座富丽堂皇的古典复兴式医院看起来与周遭格格不入，周围的临床楼里都挤满了患者、住院医师、护士和主治医师，而布尔芬奇大楼却寂静无声。值得庆幸的是，尽管医学院校园在扩张，这位雍容华贵的老夫人仍然保持着原有的风貌。当你站在楼前，时间仿佛停驻在1846年历史在其穹顶中被改写的那一刻。
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西半球的第一个手术演示厅在宾夕法尼亚大学，于1804年投入使用。和欧洲以及美国建于19世纪的其他手术演示厅一样，费城和波士顿的手术演示厅设在有大窗户和天窗的建筑顶层。蜡烛虽然可以提供一些光线，但是在电力出现之前，外科医生还是希望运用阳光这种最强的照明方式。麻省总医院于1823年竣工，虽说建筑师将手术演示厅设计在最接近太阳的地方肯定没错，但是在短短的二十几年后，为手术实践而设立在顶层的手术演示厅，也成了外科学翻天覆地变化的符号象征。
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1844年12月10日，一场大型活动的广告出现在康涅狄格州的《哈特福德新闻报》上，题为“大型展示：吸入一氧化二氮的效果”，这则广告吸引了普通民众和专业人士前往活动现场。特别要说的是，哈特福德一位名为霍勒斯·威尔斯（Horace Wells）的牙医与太太一起参加了这次展示活动，他对笑气能够为志愿展示者（包括一名腿受伤流血的年轻人）遮蔽疼痛感到十分惊讶。几周之内，威尔斯医生便在笑气的作用下为患者拔牙，他后来写道：“我对这项发现感到非常兴奋，于是立刻动身前往波士顿，决定把它交给合适的人……”[17]
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霍勒斯·威尔斯来到100英里以外的波士顿，通过以前的一位合作伙伴认识了城里的医学领军人物。威尔斯曾经在哈特福德与威廉·托马斯·格林·莫顿（1819—1868年）合作经营牙科诊所，尽管只有1842年到1843年的短短一年，但是他们显然是好聚好散。1845年2月，在威尔斯开始在牙科使用笑气仅两个月后，莫顿安排了他与麻省总医院外科主任约翰·柯林斯·沃伦的会面。
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威尔斯前往波士顿，其间又与美国顶尖外科人物会面，并且在哈佛大学向医学院的学生们展示自己的技术，这一切都令威尔斯感到兴奋不已。然而欣喜很快就被尴尬和遗憾取代。威尔斯受邀对一位需要截肢的患者使用一氧化二氮，可是等待了数日之后，患者还是没有同意，可谁又能责备他呢？这时有人提议威尔斯去主持一台使用笑气的拔牙手术。在某种程度上，这让威尔斯轻松了不少，毕竟与截肢这样的大手术比起来，牙科麻醉是他自己熟悉的领域，于是他带着乐观的心情迎来了晚冬的那一天。
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结果却是一场灾难。威尔斯后来回忆道：“几位医生和大量的学生前来观摩手术，患者就是他们中的一人。非常遗憾的是，手术中气囊撤掉得太早，患者在拔牙时笑气只起了部分作用。患者证实自己感到了一定的疼痛，但是没有通常拔牙时那么疼。由于没有其他患者在场，试验也无法重复进行，有些人认为这是在骗人，这甚至是我无偿服务所得到的唯一回报。于是第二天一早我就启程回家了。”[18]
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霍勒斯·威尔斯羞愤地离开了波士顿，不过在离开之前他与莫顿及莫顿在哈佛的化学教授查尔斯·杰克逊见了面。尽管展示失败了，但是这三人之间的会面成了乙醚医用的起点。莫顿是马萨诸塞州人，曾经就读于巴尔的摩的牙科学院，这是世界上第一所牙科学校，此前的牙科学与早期外科学相似，主要以师徒相授模式教学。莫顿是否真的从牙科学校毕业这点尚存争议，[19] ，[20] 不过他回到了新英格兰，并与威尔斯短暂地合伙开了诊所。
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