曼城的英雄和病人——道爾頓

江玉安

《科學西游記》的第13站，我們來到英國第二大城市曼城。我們這次去的曼城是英格蘭的曼徹斯特，是世界上第一個工業(yè)化城市——英國最早完成工業(yè)革命的城市。曼徹斯特現(xiàn)在是英格蘭西北部的核心城市。英格蘭主要的工業(yè)中心和商品集散中心，也是英國除倫敦外最大的金融中心城市。

習近平主席去年訪問英國時，也曾訪問曼城。這次我們到曼城，不是去看曼聯(lián)隊的比賽，也不是去訪問貝克漢姆。我們要去曼徹斯特市政廳，拜謁曼城的兩位英雄，一位是工業(yè)革命的代表人物——瓦特，另一位是曼城的知識英雄——著名化學家道爾頓。

曼城市政廳的入口處安放著兩位英雄的雕像。瓦特的故事，我們已經(jīng)知道。本次旅行，我們的重點是道爾頓。如果你只知道“道爾頓凈水器”，那就更要了解一下我們將要展開的旅程。

道爾頓是著名的化學家，化學原子論的提出者，原子可是化學中為人熟知的化學名詞。原子論是化學核心理論之一。恩格斯對道爾頓的原子論給予高度的評價：“化學中的新時代是隨著原子論開始的，近代化學之父是道爾頓?！备咧谢瘜W中有道爾頓的名字，在2009年高考語文試卷中也出現(xiàn)了道爾頓，題目是這樣的：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外，被問的其他人都說襪子是櫻桃紅色的，道爾頓沒有輕易地放過這件小事，他經(jīng)過認真地分析比較，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家和醫(yī)學家，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念他，又把色盲癥稱為道爾頓癥。道爾頓不但患有色盲癥，而且患有異性恐懼癥，終生未娶，說道爾頓是病人也在情理之中。

道爾頓（1766-1844）出生在英國西北部坎伯蘭郡伊格爾斯菲爾德村，雙親都是教友派教徒。1776年，道爾頓為富有的教友派教徒埃利夫·羅賓遜服役，學習數(shù)學。1778年，12歲的道爾頓在一所鄉(xiāng)村學校擔任教師。1781年，道爾頓到肯達爾中學任教，結(jié)識盲人學者高夫，學習數(shù)學與物理。1793年，高夫推薦道爾頓擔任曼徹斯特新學院的數(shù)學和自然哲學教授。1799年，道爾頓辭去教職工作，靠辦私塾養(yǎng)活自己，同時繼續(xù)自己的研究工作，1803年，道爾頓提出原子論。1808年，道爾頓出版《化學哲學的新體系》，系統(tǒng)地闡述了他的原子學說，1822年，道爾頓當選英國皇家學會會員，1824年，道爾頓創(chuàng)辦曼徹斯特機械學院，后發(fā)展為曼徹斯特理工大學，成為曼徹斯特大學的源頭。道爾頓是第一個提出科學原子論的人，是第一個提出色盲問題的人，也是第一個進行長期氣象觀測與紀錄的人。

原子的概念并不是道爾頓首先提出來的。古代愛思考的哲人常懷有這樣的好奇：平常目之所見的宏觀物體可以無窮盡地一直分割下去，還是有一個終點——有一個最小的、不能再分的微粒？古希臘和我國都曾有人提出過微觀的思想，認為物質(zhì)可以無限制地分割成越來越小的小塊。不過，古希臘哲學家留基伯與其學生德謨克利特（前460～前362）則認為物質(zhì)是“量子”化的（不連續(xù)的），有最小的不可再分的微粒，德謨克利特首先提出“原子”（意思是“不可分割”）的概念，只不過，古希臘的原子論只是猜測和假設(shè)，屬于思辨的范疇，沒有事實可以說明，也無法得到實驗的驗證，因此古典原子論不能稱為科學，只是哲學思想。古典原子論并沒有多大反響。

古典原子論隨著文藝復興及近代科學的產(chǎn)生而重新引起了人們的重視，哲學家的思想火炬開始傳遞到科學家手中，開始由思辨逐步轉(zhuǎn)化為科學。真正讓原子論成為科學理論的是道爾頓。道爾頓借用古希臘中“原子”這個詞語，本來是想解釋他發(fā)現(xiàn)的不同氣體能均勻混合及溶解度有差異等現(xiàn)象，后來他又用“原子”來解釋另兩個重要的科學事實：“定比定律”和“倍比定律”。德漠克利特的“原子”因道爾頓而復活了。

道爾頓的原子學說主要包含三個重要觀點：①原子是不能再分的粒子，原子在所有化學變化中均保持自己的獨特性質(zhì)，原子既不能創(chuàng)造，也不能消滅。②同種元素的原子的各種性質(zhì)和質(zhì)量都相同，不同元素的原子，其質(zhì)量不同，各種性質(zhì)也不相同，原子的質(zhì)量是元素的基本特征。③化合物是由組成元素的原子聚集而成的“復雜原子”，在構(gòu)成一種化合物時，其成分元素的原子數(shù)目保持一定，而且保持著最簡單的整數(shù)。道爾頓是人類第一次把猜測的、定性描述的原子概念變成一種具有一定質(zhì)量、可以由實驗來測定的物質(zhì)實體。道爾頓的原子論證據(jù)充分，被化學家廣泛接受。

但道爾頓的原子論和許多科學理論一樣具有局限性。1897年4月30日英國物理學家湯姆生（1856～1940）因“陰極射線”而發(fā)現(xiàn)了電子。電子的發(fā)現(xiàn)打開了原子的大門，原子并不是均一的實心球，原子內(nèi)部還有我們沒有發(fā)現(xiàn)的秘密。湯姆遜的學生盧瑟福（1871～1937）通過α粒子散射實驗，發(fā)現(xiàn)了原子核。后來物理學家又發(fā)現(xiàn)原子核由質(zhì)子、中子構(gòu)成，質(zhì)子、中子又由夸克等構(gòu)成。2012年7月4日，歐洲核子研究中心發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的“質(zhì)量之源”、最后一個基本粒子——希格斯玻色子，即“上帝粒子”。

在化學中，為了彌補原子論的不足，意大利化學家阿伏加德羅（1776～1856）提出了分子的概念?！霸右环肿诱摗币沧罱K成為化學的核心理論之一。