书城科普读物走进科学丛书:开拓进取的大科学家
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第5章 道尔顿创立科学原子论

约翰?道尔顿(JohnDalton,1766~1844)是英国近代杰出的化学家。一个多世纪以来,英国人民和全世界热爱科学、从事化学研究的人们,一直怀念这位伟人。

道尔顿对人类科学的突出贡献是他创立了原子论,由此化学走出了杂乱无章、反映不出内在联系的阶段,进入了现代化学新时代。更重要的是科学的原子论为整个自然科学的发展提供了一个基础,使后人对物质结构的认识有了突飞猛进的发展。道尔顿的伟大功绩赢得了人们的崇敬。

身处逆境不放弃

约翰?道尔顿生活在英国资产阶级工业革命时期。当时社会生产力有了巨大进步,而在这场革命中受益最大的是社会上层,是贵族和资本家。社会仍是富人的天堂,穷人的地狱,穷苦人仍然充满着失望和痛苦。金钱和黄金流向富人的腰包,穷人要获得微薄的收入,需要付出巨大的艰辛,穷人的日子不好过。在1766年9月6日,英格兰北部的一个叫伊格尔斯菲尔德的穷乡僻壤,降生了一个瘦弱的男婴,他就是道尔顿。生儿育女本是件欢庆的喜事,但道尔顿贫穷的家又多了一张吃饭的嘴,哪里庆贺得起来。

道尔顿的父亲是个贫苦的农民,以耕地为生,又兼作织毛呢的手工活。那时毛呢生产遍及英国各个城市及农村。上层富裕的作坊主通过残酷的手段压榨下层小作坊工人而致富,广大下层劳动者艰辛地劳作,挣不了几个钱。道尔顿的母亲整天奔忙于家务活中,还要抽空帮丈夫种田。

道尔顿家经济相当拮据,本来已经有了五个孩子,这时又增加一个,老道尔顿夫妇肩上的担子更重了。尽管如此,他们还是下定决心,就是忍受再大的苦难也要把孩子抚养成人。他们多么希望自己的孩子能出人头地,改变命运,能生活得好些啊。

童年的道尔顿就是在这样的困难家庭挣扎着,生长着。尽管如此,当道尔顿长到六岁时,他父亲还是想方设法让他上了当地的农村小学。在学校里,道尔顿的成绩平平,没有引起人们的关注。但他深思好学,有股韧劲,解不出的难题决不罢休,不轻易问老师,也不请别人帮忙,而是自己独坐一边,苦思冥想。直到自己独立解答出来,因此他的老师大加赞赏,认为他今后一定会有出息。

后来,道尔顿因家庭经济困难,交不起学费,被迫中途辍学。12岁的道尔顿居然办起了教育,开办私塾教书,同时又帮助别人干些农活,过早地担起生活重担。艰辛的童年生活使道尔顿身处逆境,但他仍坚持自学,不懈地努力。

良师益友

在道尔顿成才的路上,有两位重要的良师益友,影响了他的一生。一位是启蒙良师伊莱村?鲁宾逊,一位是盲友约翰?格夫。

鲁宾逊是道尔顿家乡的一位教会纟甲士,他非常有学问,是一位自然科学爱好者。当时道尔顿孜孜好学的精神影响了方圆百里的父老乡亲。鲁宾逊很快看中了道尔顿,他欣赏道尔顿的谦逊和勤奋,宁愿放弃晚上休息时间,给道尔顿讲数学、物理等方面的知识。

鲁宾逊平生酷爱观测气象,自己动手制作了各种精巧的仪器,他开始指导道尔顿进行气象观测。少年道尔顿的心被大自然的美妙景象深深拨动了。他细致地观测自然中的大气压力、温度、空气湿度、风力、降水量等,并努力探究出它们之间的微妙关系。这一切活动不仅引人入胜,而且对人们的生活有着现实意义。少年道尔顿面对各种气象仪器,细致地观察,常常陷入沉思。他想,如果能发现支配自己现象的复杂规律,不就可以预报气象了吗?这对于农民种田,海员航海以及各行各业人们的生活,会带来多大便利啊。少年道尔顿那时并没意识到观测气象就是他科学研究的开始,以及会为他今后建立科学原子论奠定了坚实的基础。

后来为生活所迫,道尔顿从15岁开始走上了外出谋生的道路。他不得不告别家乡,告别他的启蒙良师鲁宾逊,来到肯代尔镇,在他表兄办的寄宿学校当助理教员。从1781年~1793年,整整12年,他一边工作一边读书,从自然科学到社会科学,他都广泛涉猎,特别是前人对原子论的见解,他都作了详细的研究。这12年里他读的书比他后50年读的书都要多。

他在知识的海洋里,拼命地吸取营养,同时不放弃气象观测,在校园里安装上鲁宾逊临别时赠送给他的雨量计,在办公室的桌上摆满了各种各样的观测仪器。面对眼前的一切,他思绪万千,自然科学之谜是那么深不可测,要进行下一步的科学实验,该从何入手呢?如果有位高师指导或有志同道合的朋友相助,该有多好啊。他希望有导师的指点,自己能更上一层楼。

道尔顿的第二位益友、导师约翰?格夫是他在肯代尔镇遇到的。

约翰?格夫是位盲人,他管理的学校实验室井然有序、干干净净,使道尔顿惊叹不已。

格夫曾在两岁时因患天花而失明。正是这位盲友创造了把天才与毅力结合起来的典范。格夫懂得好几个国家的语言文字,精通天文、化学和医学。不仅如此,他还能依靠自己的头脑,解决生活中的种种困难。

在盲师的辅导下,道尔顿学习了数学、哲学、自然科学,又学习了拉丁文、希腊文和法文。

在学习中,希腊的自然哲学、有关元素和原子论的种种学说对他启发很大。此外,格夫还指导他记气象观测日记,开始对自然界进行系统观察。从1787年起,道尔顿一直坚持气象观测57年,从未间断,写下了记录二十多万条。他从第一篇观测日记便开始了对大气的观测与思考。

1794年,在他27岁时,出版了第一部学术著作,这部著作的出版引起了学术界对道尔顿的关注。这一年,道尔顿在曼彻斯特学院申请到讲师职位,但由于大部分时间用于教学活动,他的气象研究活动受到限制。于是,他毅然辞去讲师职务,一心投入到他热爱的气象科研中去。他做实验,参加讲演,宣读他的论文。他以强烈的事业心和拼搏进取精神,迎来了他事业的光辉时期。

创立科学原子论

道尔顿在科学的道路上锲而不舍地追求着。他从观测气象开始,进而研究空气的组成、混合气体的扩散与分压,总结出气体分压定律。接着他又敏锐地发现,原子间的化学结合存在着某种量的关系,这就是倍比定律。这一重要的化学定律,只有用原子论的观点才能解释。道尔顿发现并解释了倍比定律,这为他创立原子论奠定了基础。

新发现令道尔顿振奋,他像着了迷一样进行他的研究实验。经过数月鏖战,他又探索了原子相以质量问题,测算出各种不同元素原子的相对质量,并考察了其他化学家的大量实验数据,完成了第一张原子相对质量表。

道尔顿的新发现引起了当时的科学界,尤其是化学界的广泛重视。尽管他的新发现与现代科学水平有相当的距离,但由于道尔顿首次把原子论的概念引入化学,才使化学真正走上了定量发展的阶段。

道尔顿的科研热情日益高涨,他深知前进路上还有许多事情要做。现在他要把他的气象学、物理学转移到化学领域。他清醒地看到,当时化学领域相当杂乱,材料的堆积多于材料的整理,化学的基本定律——当量定律和倍比定律虽已发现,但还没有用一个统一的理论来阐明。道尔顿决心用原子论的观点,去构造整个化学新体系。

1808年,道尔顿发表了他的代表作《化学哲学新体系》。这是他几十年来理想奋斗的结晶,也标志着他事业的巅峰。该书全面系统地阐述了他的原子论。这部著作分为两卷,上卷精辟详细地阐明了自己科学原子论的由来与发展,并结合丰富的化学实验事定,运用原子理论阐述基本元素和二元素化合物的组成及性质。下卷重点论述金属的氧化物、硫化物、磷化物及合金等的性质及其规律性,把原子论的思想作了进一步地发挥。

道尔顿的原子论使得化学从单纯积累素材,走向系统化、科学化的道路,为化学开辟了一个新天地。例如:原子论的建立、原子量的测定工作、元素概念的进一步加强,大大加速了人们对新元素的发现。大量元素的发现,为俄国著名化学家们捷列夫发现元素周期律提供了重要的实验基础。恩格斯在《自然辩证法》中高度评价说:“在化学中,特别是由于道尔顿发现了原子量,现已达到各种结果都有序和相对的可靠性,已经能够有系统地差不多是有计划地向还没有被征服的领域进攻,就像有计划周密地围攻一个堡垒一样。”道尔顿所做出的贡献,无愧于恩格斯对他的高度赞誉——“近代化学之父”。

高尚的品格

道尔顿一生热爱科学、追求科学。经过几十年的不懈努力,终于取得辉煌成就。他的科学原子论在英国,及至在整个欧洲科学界引起了极大的关注和崇拜。许多国家级档次的学术机构,纷纷聘请道尔顿加入该团体组织。

1816年,道尔顿被选为法国科学院通讯院士。

1817年,又被曼彻斯特文字、哲学学会选为会长。他在学会一共作了一百多次报告,引起了极大震动。

当时欧洲一些国家,像法国、德国、意大利、瑞典以及俄国的科学家,都关注道尔顿的成就。然而令大家不能理解的是:道尔顿在世界上享有如此崇高的成就和荣誉,竟不是英国皇家学会会员。英国皇家学会迫于世界舆论的压力,后来终于吸收道尔顿为该组织会员,道尔顿对此事曾说,对科学来说,一个科学家摆在哪里都无关紧要,重要的是他对科学作出的贡献。

几年后,英国皇家学会授予道尔顿金质奖章,以此表彰他在化学、物理学方面的贡献,特别是创立科学原子论的贡献。

自此道尔顿先后被选为柏林科学院名誉院士,莫斯科自然科学爱好者协会名誉会员,牛津大学授予道尔顿法学博士学位,这是该大学最高褒奖。在当时自然科学界,只有著名科学家法拉第,获得过这样的荣誉。

面对种种荣誉,道尔顿表现出一位伟人的谦逊。他清醒地知道自己的力量,正确地估价自己的实阶价值;至于荣誉,他认为应留给后人评说。他不慕虚名,坚持不懈地追求科学真理,其优秀品质为后人树立了学习的榜样。

道尔顿一生过着俭朴、清贫的生活。年幼时期的他因家庭生活贫困,过早地走出家门,步入社会,独立谋生。成名之后他的生活也并不富裕。但是,道尔顿却将名利看得很淡。英国政府曾用重金聘请他参加某项活动,却被他婉言谢绝了,他考虑这会分散他的精力,影响他的科研工作,他离不开自己的实验室。

道尔顿的成就誉满国内外,普遍受到同行们的赞扬,许多著名的学者,如戴维、法拉第、布朗、拉普拉斯、歌德等,都和他有通信和联系。他们对道尔顿的贫困生活状况,都感到震惊和意外。直到道尔顿晚年,迫于科学界的呼吁,英国政府才不得不关心他的生活,给了他一笔菲薄的养老金。

尽管如此,道尔顿毫不在意,仍旧对科学研究充满了热情,几十年如一日,进行气象观测,努力建立科学原子论。他终生未婚,一直过着独身生活。他的无比乐趣在于对科学的追求,他的真正满足和欢乐在于最终建立科学的原子论。

道尔顿对世界科学的贡献,受到世人的崇敬,他的伟大品质,得到世人的称赞。1833年,英国曼彻斯特全体市民,为表达对道尔顿的感激和敬意,由市政府通过决议,在市政大厅树立了道尔顿的塑像。

1844年7月27日,道尔顿因年迈、体弱多病,与世长辞了。噩耗震动了整个曼彻斯特,市民们强烈要求,授予道尔顿公葬市民的荣誉。市政府通过了这一决议。8月12日,在肃穆的哀乐声中,上百辆马车护送着道尔顿的灵柩,长长的送葬队伍缓缓移向墓地,热爱着他的市民们聚集在街道两旁,向道尔顿告别致哀,表达了他们对这位伟大科学家的永远怀念。