約翰·道爾頓
約翰·道爾頓(1766.9.6—1844.7.27),英國化學(xué)家、物理學(xué)家,近代原子理論的提出者。
1766年9月6日,約翰·道爾頓出生在英格蘭北部一個名叫伊格爾斯菲爾德的窮鄉(xiāng)僻壤。他的父親是個貧苦農(nóng)民兼織毛呢為生,母親除做家務(wù)外還幫助父親種田。盡管家境貧寒,但當(dāng)?shù)罓栴D六歲時,父母還是想方設(shè)法地讓他上了本村的教會小學(xué)。在學(xué)校里,道爾頓的學(xué)習(xí)成績并不突出,但他好學(xué)深思,有股韌勁,解不出難題決不罷休。每當(dāng)一些同學(xué)為老師所留的題目叫苦連天時,道爾頓就自己獨(dú)坐在一旁冥思苦想,即使老師有時想提示他一下,也被他頭也不抬地拒絕了。常常一坐就到天黑,教室里空蕩蕩的,只有小道爾頓獨(dú)自陪伴著那昏暗的燭光。對此,他的老師弗萊徹先生稱贊說:“在教友會的孩子中間,就思想的成熟而論,誰也比不上約翰?!?/p>
由于交不起學(xué)費(fèi),道爾頓被迫中途輟學(xué),并從12歲開始就辦私塾教學(xué),同時受雇干農(nóng)活,過早地挑起了生活的重?fù)?dān)。雖然身處逆境,但他仍堅持自學(xué),毫不松懈。當(dāng)?shù)匾晃挥袑W(xué)問的教友會紳士是個自然科學(xué)愛好者,他十分欣賞道爾頓,寧愿放棄休息時間在晚上給道爾頓講授數(shù)學(xué)、物理等知識。
1781年,15歲的道爾頓外出謀生,來到肯代爾鎮(zhèn)。在他表兄辦的寄宿學(xué)校里擔(dān)任助理教員,一直在那里工作了12年。他工作之余發(fā)憤讀書,無論是數(shù)學(xué)、自然科學(xué)還是哲學(xué)、文學(xué),都廣泛涉獵。他在這12年里所讀的書,比以后50年中所讀的還要多,勤奮自學(xué)的勁頭可見一斑。
一天,道爾頓聽說附近有一位學(xué)識淵博的約翰·豪夫先生,就去拜訪。當(dāng)他緊握著這位當(dāng)?shù)厝巳朔Q道的實(shí)驗(yàn)家的手時,他愣住了——豪夫先生竟是個瞎子。
豪夫似乎感覺到了道爾頓的疑慮,他站起身,向一張大桌子走去,桌子上井井有條地擺滿了各種儀器、試管,只見他毫不費(fèi)力地取到所需的用具,把容器倒?jié)M,沒有灑漏,沒有碰撞,每個動作都熟練準(zhǔn)確。從豪夫身上,道爾頓又一次深深地感到毅力的重要。他曾這樣介紹豪夫:“豪夫大約在兩歲時因患天花失明,或許可以說他是被奪去最寶貴的感官以后,創(chuàng)造了一個把天才與毅力結(jié)合起來的極其令人驚訝的典范。他掌握拉丁文、希臘文和法文,通曉數(shù)學(xué)的各個部門,精通天文、化學(xué)、醫(yī)學(xué)……特別令人驚奇的是他能僅僅依靠頭腦解決困難而深奧的問題。他用觸覺、味覺和嗅覺幾乎能分辨出他所住的周圍三十多公里范圍內(nèi)的每一種植物……如果我對科學(xué)有什么新的或者是重要的貢獻(xiàn),首先是由于我能得到他的指導(dǎo)和他在哲學(xué)研究方面的榜樣?!?/p>
正是在這樣一位盲人學(xué)者的鼓勵與指導(dǎo)之下,道爾頓不僅學(xué)到了數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、哲學(xué)以及希臘文、拉丁文、法文等方面的知識,而且還學(xué)會了記氣象日記,開始對自然界進(jìn)行系統(tǒng)的科學(xué)觀察。道爾頓從1787年起堅持寫氣象日記57年,從未間斷,全部的觀測記錄超過20萬條。
1793年,道爾頓出版了他的第一部學(xué)術(shù)專著《氣象觀測論文集》,初步總結(jié)了他的觀測結(jié)果,分析了云的形成、蒸發(fā)過程和大氣降水量的分布等,從中可以看到道爾頓后來許多發(fā)現(xiàn)的原始構(gòu)思,從此,這位年僅27歲的青年教師引起了科學(xué)界的注意。
就在這一年,道爾頓受聘于曼徹斯特文學(xué)哲學(xué)學(xué)會創(chuàng)辦的新學(xué)院,擔(dān)任講師,講授數(shù)學(xué)和自然科學(xué)。學(xué)院條件優(yōu)越,但教學(xué)負(fù)擔(dān)繁重,實(shí)驗(yàn)室缺乏,不久,道爾頓意識到,過重的教師工作已妨礙他對自然科學(xué)的探索和研究。六年以后,他毅然辭掉了講師職務(wù),只花很少的時間給私人授課,過著清貧的生活,而把大部分時間用于做實(shí)驗(yàn)和論文宣讀會等學(xué)術(shù)活動?!拔缫狗矫?,黎明即起”是道爾頓的座右銘,他正是以這種強(qiáng)烈的事業(yè)心和對自然科學(xué)的極端愛好,在科學(xué)研究探索的道路上奮斗了整整26年,終于迎來了他才華橫溢的鼎盛時期。
道爾頓具有分析、綜合和概括的非凡才能。他從觀測氣象開始,進(jìn)而研究空氣的組成、混合氣體的擴(kuò)散和分壓,總結(jié)出氣體分壓定律,推論出空氣是由不同的微?;旌辖M成,確認(rèn)了原子的客觀存在,再以此為出發(fā)點(diǎn),通過化學(xué)實(shí)驗(yàn),從氣象學(xué)、物理學(xué)轉(zhuǎn)入化學(xué)領(lǐng)域,把自己的科學(xué)研究從定性階段發(fā)展到定量階段,并經(jīng)過嚴(yán)格的邏輯推導(dǎo)逐步建立了科學(xué)原子論。
1801年10月,道爾頓宣讀了一組論文:《混合氣體的組成》《論水蒸氣的力》《論蒸發(fā)》和《論氣體受熱膨脹》。這四篇論文表明,各地的大氣都是由氧、氮、二氧化碳和水蒸氣四種主要物質(zhì)成分的無數(shù)微粒或終極質(zhì)點(diǎn)混合而成的。那么,混合是怎樣發(fā)生的呢?不久之后,道爾頓發(fā)表一篇題為《彈性流彼此相互擴(kuò)散的趨勢》解釋了這一問題:氣體混合物的形成是因?yàn)闅怏w彼此擴(kuò)散的緣故。那么這種混合氣體又有什么特征呢?道爾頓為此設(shè)計了實(shí)驗(yàn),通過實(shí)驗(yàn)他得出了結(jié)論:混合氣體的壓力等于各組分氣體在同樣條件下單獨(dú)占有該容器時的分壓力的總和。這就是著名的道爾頓分壓定律。
面對分壓定律,道爾頓又開始思索推論,第一次明確地描繪了原子的存在。繼而把對原子的認(rèn)識從定性推進(jìn)到定量的階段——倍比定律又被道爾頓發(fā)現(xiàn)了。倍比定律的發(fā)現(xiàn)成為他確立原子論的重要基石。
為了確立科學(xué)的原子論觀點(diǎn),道爾頓以極大的熱情投入到實(shí)驗(yàn)工作中,以求物質(zhì)的相對質(zhì)量,推出物質(zhì)的終極質(zhì)點(diǎn)或原子的相對質(zhì)量。他測算各種不同元素原子的相對質(zhì)量,還考察了其他化學(xué)家的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),寫下了第一張相對原子量表,總結(jié)出:最輕的元素就是氫,把氫的原子量相對地定為1是較合理的。1803年10月21日,在曼徹斯特文學(xué)哲學(xué)學(xué)會上,道爾頓作了題為《關(guān)于水及其他液體對氣體的吸收作用》的報告,在報告中第一次闡明了他的科學(xué)原子論,并宣讀了他的第一張原子量表。
道爾頓的這一新思想引起了科學(xué)界尤其是化學(xué)界的廣泛重視。盡管他測定的原子量與現(xiàn)在通用的原子量相比,數(shù)值上有較大的誤差,因?yàn)樗延行┰拥漠?dāng)量當(dāng)成了原子量,但是這畢竟是人們開始把對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本層次——原子量的認(rèn)識建立在科學(xué)基礎(chǔ)之上了。正是由于道爾頓首先把原子量的發(fā)現(xiàn)引入化學(xué),才使化學(xué)真正走上了定量的發(fā)展階段。
道爾頓的原子論不但在英國,而且在整個歐洲科學(xué)界都引起了很大的轟動,受到普遍重視和推崇。1816年,道爾頓被選為法國科學(xué)院通訊院士。1817年又被選為曼徹斯特文學(xué)哲學(xué)學(xué)會會長,一直任職到逝世時為止。1822年,在戴維的提議下,道爾頓成為英國皇家學(xué)會的會員。1826年,英國政府授予道爾頓金質(zhì)勛章。在其后的幾年里,道爾頓還被授予多種榮譽(yù)稱號和牛津大學(xué)的法學(xué)博士學(xué)位。
道爾頓還是第一個研究色盲的人。經(jīng)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn),人類的色覺,可以分為色覺正常和色覺障礙,根據(jù)三原色學(xué)說,可見光內(nèi)任何顏色都是由紅、綠、藍(lán)三色組成的。在醫(yī)學(xué)上,對能夠辨認(rèn)三原色的人,稱為三色視者,這種人的辨色能力完全正常,而對完全不能辨認(rèn)某種顏色的人,稱為色盲癥患者。在色盲癥患者中,如果有一種原色不能辨認(rèn),稱為二色視,這種人主要表現(xiàn)為紅色盲和綠色盲;如果三種原色都不能辨別,稱為全色盲。如果某人對顏色的辨認(rèn)能力比較低,稱為色弱,在色弱患者中,也主要是紅色弱和綠色弱,藍(lán)色盲與藍(lán)色弱很少見。所以,色盲障礙主要是先天性全色盲(常染色體隱性遺傳)和先天性紅綠色盲與色弱。
道爾頓研究色盲起源于一件生活小事。在一個圣誕節(jié)前夕,道爾頓給他的媽媽買了一雙“棕灰色”的襪子作為圣誕節(jié)的禮物。當(dāng)媽媽看到襪子時,感到襪子的顏色過于鮮艷,就對道爾頓說:“你買的這雙櫻桃紅色的襪子,讓我怎么穿呢?”道爾頓感到非常奇怪,襪子明明是棕灰色的,為什么媽媽說是櫻桃紅色的呢?疑惑不解的道爾頓拿著襪子又去問弟弟和周圍的人,除了弟弟與自己的看法相同以外,被問的其他人都說襪子是櫻桃紅色的,道爾頓對這件小事沒有輕易地放過,他經(jīng)過認(rèn)真的分析比較,發(fā)現(xiàn)他和弟弟的色覺與別人不同。原來,自己和弟弟都是色盲。道爾頓雖然不是生物學(xué)家和醫(yī)學(xué)家,卻成了第一個發(fā)現(xiàn)色盲的人,也是第一個被發(fā)現(xiàn)的色盲癥患者,為此他寫了篇論文《論色盲》,成為世界上第一個提出色盲問題的人。后來,人們?yōu)榱思o(jì)念他,又把色盲癥稱為道爾頓癥。
道爾頓在科學(xué)界享有盛譽(yù)。威廉·亨利博士對此做了這樣的描述:“道爾頓先生從來沒有,也從來不希望從政府方面得到任何報酬或獎勵。我敢斷言,他從來沒有追求這些?!彼非蟮氖强茖W(xué),是對人類的貢獻(xiàn)。早在1788年,道爾頓從事氣象研究時就談過:“如果我們能預(yù)測天氣狀況,從而給農(nóng)民、海員以及整個人類帶來巨大的利益,那么,一個為了實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)而作出貢獻(xiàn)的人,不管用什么方式,都不能算是枉費(fèi)精力或虛度一生了?!闭菫榱俗非筮@個目標(biāo),道爾頓一生清貧、儉樸、勤奮,終身過著獨(dú)身生活,沒有結(jié)婚,“沒有時間交女友,談愛情”。正如科學(xué)史家羅斯科說的那樣:“沒有堅持不懈的努力,天才也很少會有成就。而道爾頓正是具有這種鍥而不舍的品格的人。”
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