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化城市——英國最早完成工業革命的城市。曼徹斯特現在是英格蘭西北部的核心城市。英格蘭主要的工業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了道爾頓，題目是這樣的：在一個圣誕節前夕，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，他經過認真地分析比較，發現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學家，卻成了第一個發現色盲的人，也是第一個被發現的色盲癥患者，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，人們為了紀念他，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，學習數學。1778年，12歲的道爾頓在一所鄉村學校擔任教師。1781年，道爾頓到肯達爾中學任教，結識盲人學者高夫，學習數學與物理。1793年，高夫推薦道爾頓擔任曼徹斯特新學院的數學和自然哲學教授。1799年，道爾頓辭去教職工作，靠辦私塾養活自己，同時繼續自己的研究工作，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，道爾頓創辦曼徹斯特機械學院，后發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）則認為物質是“量子”化的（不連續的），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，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，本來是想解釋他發現的不同氣體能均勻混合及溶解度有差異等現象，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，原子既不能創造，也不能消滅。②同種元素的原子的各種性質和質量都相同，不同元素的原子，其質量不同，各種性質也不相同，原子的質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”，在構成一種化合物時，其成分元素的原子數目保持一定，而且保持著最簡單的整數。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量、可以由實驗來測定的物質實體。道爾頓的原子論證據充分，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”而發現了電子。電子的發現打開了原子的大門，原子并不是均一的實心球，原子內部還有我們沒有發現的秘密。湯姆遜的學生盧瑟福（1871～1937）通過α粒子散射實驗，發現了原子核。后來物理學家又發現原子核由質子、中子構成，質子、中子又由夸克等構成。2012年7月4日，歐洲核子研究中心發現物質的“質量之源”、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。