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創始化學原子論的道耳頓

 天高地圆 2010-10-06

創始化學原子論的道耳頓

道耳吞是英國的人學家兼物理學。他出生於英國昆布蘭
            Cumberland)的依格佛(Eaglefield),家境貧寒,但自幼
            好學苦讀。西元1793年,到曼徹斯特(Manchester)受盲科學
            家格夫(Grugn,John)教誨,才對科學有了新一層認識,1833
            年被選入皇家學會(Royal Society)1830年又成為法國科
            學院八位外籍會員之一,1844727日病逝於曼徹斯特。
            道耳吞在科學上的第一項重要成就,是始於1787年的氣
            象日記,這項觀測維持到他去世,總共有200,000篇以上的
            觀測報告;並於1793年發表他的第一篇科學作品--「氣象
            觀測和評論」。此外,又在1798年發表一篇關於色盲的文章
            ,成為第一篇科學上討論色盲的論文。
            由於對氣象的興趣,使道耳吞對氣體和水也有了相當的
            認識,1801年,他提出分壓定律。--混合氣體的壓力等於
            在同溫下各個氣體在同一容器中的壓力的和。在同年,另一
            名化學家亨利(Henry, William)發現:溶於水中的氣體體積
            和所施加壓力無關,但所溶解的重量和施加壓力成正比;同
            時,相同的壓力下每一種溶於水中的氣體的重量也各不相同
            ,這就是今日眾所周知的「亨利定律」。因為這個定律,引
            起道耳吞對氣體原子量的注意,而發展出定比和倍比定律。
            道耳吞在化學上的最大貢獻,是1803年提出的「原子學
            說」。而先前在定比定律倍比定律中,道耳吞提出:化合物
            是不同元素的原子以特有的比例結合而成的;為了支持這個
            論點,他的「原子學說」主張:化學作用的最小單位是原子
            ,任何元素都是由同種類的原子所構成,原子在化學變化的
            過程中不會改變。此外,同類元素的所有原子具有相同的質
            量,異類元素的原子質量不同;所以原子質量是元素的一個
            特性,每一種元素都可以其原子質量為代表,於是在元素表
            上就可能有一種次序關係;因此他建議定已知的最輕元素-
            -氫的相對質量為1,其他元素就以此為標準而得到一相對
            質量;這種定量因數的觀念為一大進展,使原子量終於被精
            確地定出,對以後化學發展影響深遠。他的原子理論都見於
            「化學原理的新系統」一書中,這也是他最著名的研究成果

(摘錄自幼獅少年百科全書

 

道耳頓   

道耳頓應該是原子論的真正創始者,但他不以原子論創始人自居。他以為這是大勢所趨、事有必至的結論。  

曾經有很多人喜歡把道耳頓和牛頓相提並論,即使是道耳頓最著名的化 學「原子論」,也有人認為是師承牛頓派的健將。

到底化學原子論的創始者是誰呢?

在今天科學如此進步的時代,來檢討道耳頓的「原子論」,似乎有點陳 腐。不過,我們已經熟悉了現代物理以及化學發展的複雜情形,再回過頭去看一百八十年前的科學家,如何掀動了二千多年來不斷被提起而沒有解決的 問題,而成為現代科學進展的張,本這不但很有趣味,或者還不失為富有意義的回溯。

物質的最後組織為:分至不可再分,變到不可再變,消滅的質點。古代  東方和西方的哲人,像埃及、印度、羅馬、希臘的學者都有這種觀念。聖經裏面也說,上帝創造萬物,有度量、有數目也有重量。但是一直等到大科學 家牛頓才有真正具體的討論。牛頓說:「由我看來,上帝始創物質為有活動力而可擊破的固質點,其體積、形狀以及其他性能依照比例配合,適足以最 後造成了他所需要造成的物質。」他甚至以為光的構造也是含有質點的。這一點,到二十世紀初年所發展的量子論才確定的。

牛頓關於原子論的籠統而含蓄的說法還是哲學氣味重,而且他以此來證 明上帝的造物,或者也有失科學的本義,所以他算不上是原子論的創始者,而應該是道耳頓。可是道耳頓自己並不以原子論創始人自居,他以為這是大勢所 趨、事有必至的結論。他說:「由種種實驗觀測,自然歸納出一個能被世人普遍採用的結論,那就是一切具有大小和形狀的物質,無論是流體或固體,都是 由於一大群極小的質點,依賴互相吸引的力量而結合在一起。」 

道耳頓的爽宜個性和謙虛美德由此可知。

他的腦殼佷大,腦髓重三磅半,很多朋友以為他的大頭寬額和牛頓的畫像 非常近似。在道耳頓死後,有人把牛頓的頭面模型並放在他的頭旁,更顯出兩位大科學具有相似而大小相同的頭腦。有一位藍賽姆先生曾經在他生前開過他 一次玩笑:一天,藍賽姆先生到道耳頓家玩,看見一個牛頓的頭像,故意拿到道耳頓 身旁比一比,說:

「我真高興你留下這一個紀念。」

「這不是我的頭像呢!」道耳頓說。

「不是嗎?唔,不過倒很逼真,那麼一定是象徵派的作品,如果不是你, 那就是牛頓囉!」

道耳頓大笑起來說:「這的確是牛頓的頭像,一位朋友把它當作禮物送給 我的。」

倫斯道耳博士也說:「道耳頓的龐大而崢嶸的頭角,充分表現出他的智慧 與剛毅;濃濃的眉毛下,一雙深邃而鑑別迅速的眼睛,一望而知是位色彩濃厚的哲學家;突出的鼻子、巨大而彎曲的下顎,是北英國強毅民族的特點,而具 有超時代的人格;他的嘴唇似乎不像男性,因而他的個性於堅強刐毅中帶著和藹可親。」

的確,道耳頓的性情大多遺傳自母親黛汳萊,他父親是一位忠厚善良的手 織工人,生了六個兒女,卻有三位早殤。道耳頓到底生於那一天,連他母都記不清楚,等到他日後成名,大家研究起來,才確定一七六六年九月六日為他最 可靠的誕生日期。

道耳頓一家住在英北部意格斐爾村的棟村舍裡,門外有一個平臺,臺上一 條石凳為放置飯鍋菜罐之用,進門的房子是廚房,也是起居室,更是老道耳頓先生的織布工場。這間屋子的後面為一角凸出的一角是天然的舖位,老道耳頓 夫婦的臥榻便在這兒,六個兒女的產床也在這兒。到十九世紀末期,鄉人為了紀念這一位大科學的故居,把內部重新修葺,門外牆上嵌了一塊紀念碑,記載 約翰.道耳頓在此屋出生,一直保存到現在。

道耳頓在年求學期間遇兩位賢明的老師,並且成為終生益友。一位弗來秋 先生來秋先生不像當時的一般教師,把拉丁文硬塞在兒童的腦袋裏,而以自然科學的基礎--數學,啟發道耳頓的心靈。另一位是勞便臣先生;這位先生雖 然生長在僻遠的英國北部鄉間,卻是一位開明的文哲學者,也是該地最早的一位氣象記錄家,長於製造儀器,這一點對道耳頓的影響很大。

經過這兩位者師的教導,不但很快導發了道耳頓的天才與智慧,而且養成 了他治學的獨到精神。勞便臣老師每次出的數學題目都是要使學童們運用腦筋來理解的。許多同學經過思索還是做不出答案,就請老師指示。道耳頓卻不這 樣,總想靠自己的能力去尋求答案。

有一次,便臣先生出了一道難題。約莫經過一個小時,道耳頓還沒有做出 來。又過了一會兒仍然沒有答案。先生問道耳頓:「你做得出來嗎?」道耳頓答道:「我會,如果今天做不出來,明天早晨一定做得出來。」果然,一夜酣 睡之後,次晨他圓滿交卷。他總是有充分的自信解得出任何難題,成為他一生最大的特性,道耳頓日後的成就,得力於他這種特性很多。

後來道耳頓在自己家裏開辦學校,招收男女學生,並且以「校內代售紙筆 墨水」來吸引學生。這些文具在當年的鄉間是很不容易買到的。

這一位校長兼老師只有十二歲,年齡小的學生六、七歲,要把他們抱在膝 上,教他們讀書;但是年紀較大的學生(有十六、七歲),根本不把小老師放在眼中。有幾個學生不但頑皮,而且粗魯,常常因為鬧得太厲害了,道耳頓想 要加以處罰,責罵的話還沒說出口,學生們已經「暴動」起來,罵他「小牢頭」,還要約他到門外去比武角力。這樣一個學校似乎只維持了兩年之久,後來 道耳頓就轉到農埸去工作了。

在他二十六歲那年,為了給母親過生日,他買了一雙質地很好的綠色襪子 送給母親,滿心以為她會很高興才是。沒想到媽媽竟然露出很困惑的神情說:「約翰,謝謝你送給我的禮物。但是,難道沒有比這更合我的顏色了嗎?」

道耳頓覺得奇怪,平常媽媽不是最喜歡這種濃綠的色彩嗎?什麼時候媽媽 改變了嗜好?

「啊,媽媽,這是很濃很濃的綠色,不是挺大方的嗎?」

「可是這是紅色的呀!」媽媽說。

「那裏,明明是綠色嘛!」道耳頓抗議。

母親與他僵時不下,只好請隔壁的人來做鑑定,證實襪子是紅色。

這對道耳頓的打擊不小,他的眼睛居然分不清楚紅色和綠色!是他很快又從打擊中站了起來,開始研究他的眼睛,發現那是「先天性紅綠色盲」。後來的人便根據他的姓氏道耳頓頓尼斯姆稱呼色盲,以為紀念。 真想不到近代化學的先導者道耳頓是位色盲,而他自己也是色盲的發現者。

道耳頓生性非常節儉,他在離開曼徹斯特之後,從一八0四年到一八三0 年一直與僧侶瓊師生活在一起,住在他的一個空房間裏,並在哲學學會的辦公室設了一間實驗室。

法國名科學家沛來利愛到曼徹斯特訪問的時候,還以為道耳頓也像法國的 大學家一樣,不是住在漂亮的私人別墅裏,就是住在漂亮的公共大廈裏。那曉得找了很久才找到瓊斯師的住宅,看見一位老師正在指導一位學生演算數學題 目,便問這位老師可有拜會道耳頓先生的光榮?

老師說:「您請坐一下,我把小陔子的算術弄清楚就來。」

當沛來利愛知道這位老師就是大名鼎鼎的道耳頓先生之後,簡直吃驚極了

據瓊斯師說,道耳頓的日常生活恒家不變,數十年如一日。

每到星期天,道耳頓穿得整整齊齊的到教堂去參加兩次祈禱,因小病或因 事缺席的終生不過十餘次。

禮拜一到禮拜六,他都置身於實驗室裏,只有禮拜四下,他會邀請幾個朋 友,一同走三四英里路去郊遊散心,此外還打木球。

每天早晨八點他起床後,先到實驗室點燃燈火,早餐及漱洗完後便開始工 作。一直到午後一點,餐都擺齊了,他才匆匆趕到。因為他的喉頭很窄,所以吃東西非常慢。吃完午飯和家人或者客人談談話,至多不過半小時,就又回到 實驗室裏。忙到下午五點,大家晚茶都快要喝完了,他才趕來參加,喝完又回去工作。到九點來鐘才開始簡單的晚餐。

英國人是喜歡談政治的,瓊斯師的家裏也有兩三個談政治的朋友,道耳頓 對這些人的談話雖然不感興趣,但也不會離席他去,更不會發表令人掃興的意見。

瓊斯師另有一位朋友喜歡談玄學,道耳頓也姑妄聽之,有時發出幽默的笑 聲,好像表示:「那是空虛的智慧、錯誤的哲學,我才不去浪費那些時間呢!」

道耳頓對時間掌握得最準確。位在他實驗室對面的一位太太說,道耳頓每 天開窗讀取溫度計的記錄,從來不會早一分鐘,也不會遲一鐘,她常常利用道耳頓的出現來校正她的時鐘。

每年夏秋之,交道耳頓總要花上一兩個星期的功夫,到北英格蘭的湖鄉去 旅行。同時也做些學術工作,如氣象紀錄、高度測定等。他去遊歷的時候,時常和一大群朋友同行,領隊上山,健步如飛,老而不衰,一位朋友說他的兩條 腿彷彿是鐵做的。可見道耳頓的身體非常好,一生裏面幾乎不曉得什麼叫生病。

雖然他後來一直住在曼徹斯特,但從沒有一時一刻忘記過故鄉以及那兒的 朋友,而且不時回老家去看看,用滿口土話和村中故舊說說笑笑,不認識他的人還不知道他是在大都市已經住了幾十年而返鄉的人。

實至名歸

一八二二年 ,道耳頓訪問巴黎,受到法國科學名流熱烈而崇敬的接待, 當他進入科學院的禮堂時,會長和全體會員都起立致敬,這是法國科學家對道耳頓獨有的禮遇。當年拿破崙進入禮堂也沒有享受到這種殊榮,只讓大帝坐在 臺上就是了。

這段期間,國內外的榮譽紛至沓來,柏林、慕尼黑、莫斯科的科學院都相 繼選他做國外會員;牛津大學還送他一個法學博士的名譽學位。一八三三年榮獲英皇年給恩俸的,在英國歷史上這是頭一次,從前只限於文學家及歷史學者

甚至曼徹斯特的士紳們也組織了紀念委員會,為道耳頓塑立了一座大理石 像。

一八三七年,道耳頓這時已經七十歲了,有一天他突然患了中風,所幸不 多久便康復了。病癒以後,他依舊天天到實驗室去。從他這時候的工作日記看來,他的心力已大不如前了。然而他不肯服老,還把往後一年的工作論文送到 皇家學會。董事們顧及他一生的令譽,不打算予以發表。沒想到這位倔強的老人生起氣來,自己出錢把論文印成了書籍。一八四四年七月二十七日早上六點 來鐘,道耳頓回到房間內,打開氣象紀錄冊,才寫下「稍雨」就把筆放下了,他的管家看見他的手抖得非常厲害,「稍雨」寫得簡直不成字樣。想不到這竟 是他最後的遺筆。

道耳頓死後遺體移入市政廳大殮,公祭三日,前來致敬者有四萬多人。出 殯的那一天,素車百乘,執紼好幾千人,沿途的商店也都閉戶停業,以致哀思。 回顧道耳頓的一生,完全獻給了科學,逝世後受到後人這樣的崇敬仰慕, 他地下有知,也應極感欣慰了。

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