提出原子說,也是第一位研究色盲現象的科學家——約翰道耳頓

提出原子說,也是第一位研究色盲現象的科學家——約翰道耳頓
由 Henry Roscoe (author), William Henry Worthington (engraver), and Joseph Allen (painter) - Frontispiece of John Dalton and the Rise of Modern Chemistry by Henry Roscoe, 公有領域, 連結
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道耳頓為英國皇家學會成員,為近代原子理論的提出者,提出關鍵的學說研究使化學領域有了巨大的進展。本身患有色盲症,所以特別對色盲有深入的研究,並發表一篇關於色盲的論文,後人為了紀念他,甚至把色盲症稱為道耳頓症。

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文:鴻漸i悅讀編輯團隊

約翰道耳頓(John Dalton)
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Photo Credit:鴻漸文化

道耳頓為英國皇家學會成員,為近代原子理論的提出者,提出關鍵的學說研究使化學領域有了巨大的進展。本身患有色盲症,所以特別對色盲有深入的研究,並發表一篇關於色盲的論文,後人為了紀念他,甚至把色盲症稱為道耳頓症。道耳頓終生未婚,摯友不多,他一生謙虛,不好張揚。

重要成就:

  1. 第一位研究色盲的人。
  2. 著有《化學哲學的新體系》、《氣象的觀測與論說》、《溶液對氣體的化學與機械吸收》。
  3. 提出原子說。
  4. 發現道耳頓分壓定律。
  5. 道耳頓為最早建議用一個氫原子質量來作為原子量的單位。

「親愛的約翰,你怎麼送我雙櫻桃紅的襪子呢?」道耳頓的媽媽開心地打開了禮物,卻發現顏色是年輕女性穿的,不免取笑道耳頓不會挑顏色。道耳頓覺得很奇怪,因為他怎麼看都覺得媽媽手上的襪子是棕色的,這個疑問成了道耳頓後來想要努力解答的問題之一。

一些人能獲得更多的成就,是由於他們對問題比起一般人能夠更加專注和堅持,而不是由於他的天賦比別人高多少。

西元1766年道耳頓生於英國坎伯蘭郡,那是一個貧困又偏僻的小村莊,村民們只能在狹窄的土地上種植大麥與棉花,道耳頓的父親正是當地的佃農,承租別人的地而辛勤耕種。道耳頓的家境雖然窮困,但父母親總是教導孩子們要懂得勤儉,一家人可以開心地一起生活才是最重要的。知道家裡沒有什麼錢,道耳頓從小就熱愛學習,總是把握在教會裡唸書的時間,那時在當地教書的教師魯賓遜很喜歡他的認真和上進,於是特別允許他來閱讀自己的書和期刊。在啟蒙老師魯賓遜的身邊,道耳頓有幸閱讀到許多珍貴的藏書,開啟了道耳頓踏上科學之路的大門。

這樣幸運的生活一直發展到西元1778年,道耳頓小學畢業而魯賓遜也要退休,但村裡的人實在太窮困,根本無法支付學校的經營費用,就在道耳頓畢業典禮當天,村民們決定關閉學校,要求所有的老師們和校長全數離職。為了照顧村裡的學弟妹們,道耳頓只好留下來成為所有人的導師,教這些孩子們唸書識字。直到西元1781年,道耳頓的哥哥從寄宿學校畢業回來當老師,道耳頓才得以卸下這項責任,換自己前往寄宿學校就讀。

坎德爾寄宿學校是當時英格蘭北部最好的一所中學,坎德爾城位於倫敦與愛丁堡的必經之路,而倫敦和愛丁堡皆是當時英國許多學者往來的地方,所以學校常常挽留路過的學者們到校短期任教,於是這些額外的彈性課程,便開拓學生的眼光,啟發學生對科學的學習興趣。同時學校裡有間資源十分豐富的圖書館,典藏不少科學家的原作,還存有仿製牛頓與波以耳的實驗科學儀器,道耳頓有幸能夠閱讀到牛頓與波以耳的原著,並且看著與實際操作他們曾用過的實驗設備,為他往後的科學之路打下紮實的基礎。

在這所學校中,道耳頓更是遇見影響自己一生的恩師──果夫老師。果夫是位盲人,但憑著自己的觸覺與嗅覺,他便能夠知道一定距離內的每棵植物與花朵,果夫覺得所有學生都有著無限的可能,未來或許可以比自己找出更多科學上的真理,所以他總是認真的教授課程,把自己所會的像是拉丁文、希臘文,甚至是法語通通教給學生,由於道耳頓的勤奮求學,更讓果夫願意教導他更多,包含天文、地理、數學,點燃了他對科學的熱情。

直到道耳頓中學畢業時,果夫便問他要不要留校擔任老師,並且負責維護實驗的儀器。為了能夠繼續進行研究和科學並跟在老師身邊學習,道耳頓毫不猶豫地答應了。在學校任教期間,道耳頓每週都會和果夫老師討論實驗與教學心得。西元1787年,道耳頓在果夫的鼓勵下開始記下氣象的觀測記錄,包括天氣狀況、溫度、溼度和氣壓。這時候養成的習慣,成了道耳頓堅持到臨終前一天的科學研究,長達五十七年之久的完整觀測數據,成為他在氣體性質研究方面的佐證,更提供後來科學家們相當實際的參考數值。果夫非常肯定道耳頓的努力,所以將他五年的觀測結果整理成冊,並在西元1793年出版《氣象觀測暨論說》。

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Photo Credit:鴻漸文化

正因為果夫將道耳頓過去所做的氣象觀測與所得的結論交給一所大學學校,成了道耳頓最大的推薦與保證,讓他這位沒有受過大學教育的人,卻能成為大學的教授。在新大學教書時,道耳頓才發現自己對顏色的判斷有問題,同時他也想起青年時,曾經送給母親一雙棕色的襪子,但母親卻說那是櫻桃紅色。於是道耳頓開始有系統地調查,發覺有部分的人是無法分辨紅色與紫色,這項發現讓道耳頓研究了許多典籍,卻發現醫學上仍然對這部分人體缺陷無法解釋,於是道耳頓以非生物學家,也非醫學家的身分,成為第一個研究色盲現象的人。

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Photo Credit:鴻漸文化

西元1794年,道耳頓整理自己的調查結果,在研究過程中為這樣的症狀命名「色盲」,並且提出自己的看法:色盲的成因是眼睛中的水液無法吸收紅色光所致,並發表他的第一篇研究論文《觀察研究視覺色差的特殊真相》。這個重要的發現引起許多生物學家和醫生們瘋狂的研究,後來的醫學界為了感謝道耳頓這項巨大的貢獻,把「色盲患者」稱為「道耳頓氏人」,同時還把罹患紅綠色色盲的症狀稱為「道耳頓症」。

雖然他的發現得到許多人讚美,道耳頓並沒有因此感到滿足,仍然埋首於自己的實驗桌,持續地對許多科學上的疑惑進行研究。像是「為什麼不同氣體在水中有不同的溶解量?」這是由於在水中加入石灰,會使水面上的空氣有碳酸存在,道耳頓便對溶於水中的碳酸與氣體中殘餘的氣體量感到好奇。為了這個疑問,他不斷地反覆進行實驗,持續將近有四個月之久,多次的實驗讓道耳頓發現,溶入純水中的碳酸氣體量與碳酸氣體的分壓會成正比,也就是水中吸收的氣體量與空氣中所含的氣體量存在一個固定的「比例」。

道耳頓將他的發現于西元1802年發表《溶液對氣體的化學與機械吸收》,裡面更加詳細地提到:我由實驗結果得知,水中吸收的氣體量、空氣中的氣體量,皆與氣體最終粒子的重量和數目有關,從不同氣體在水中溶解的比例,可以看出組成這些氣體最終粒子的相對量。這也正是道耳頓第一篇關於原子的報告,立刻激起科學界熱烈的討論。後世為了紀念發表的日子,將10月21日稱為「化學原子論的紀念日」。

其實在古希臘時就已經有位哲學家──留基伯,對原子提出最基礎的概念。他認為物質是由不可分割的原子所組成,且原子是堅硬的、有一定形狀和大小,留基伯也認為原子會永恆的存在,可透過結合、分離,重新組合成各種物質。

道耳頓的原子說:

  1. 一切物質都是由稱為原子的微小粒子所組成,這種粒子不能再分割。
  2. 相同元素的原子,其原子質量與原子大小均相同;不同元素的原子,其原子質量與原子大小均不同。
  3. 化合物是由不同種類的原子以固定的比例組成。
  4. 所謂化學反應,是原子間以新的方式重新結合成另一種物質,在反應過程中,原子不會改變它的質量或大小,也不會產生新的原子,或使任何一個原子消失。

科學研究的最深動機,在於喜愛真理。

道耳頓的一生放棄了很多可以致富的機會,甚至曾有人指責他應該去做大事,而不是成為一名教者。但道耳頓並沒有理會這些聲音,或許是從小到大勤儉的習慣,他並不覺得這些財富或名聲有什麼重要,他只想專注地進行自己的實驗,並寫下這些研究的結果,整理著自己的看法然後抱持著分享的心態去發表。在他沒有刻意地追求下,許多讚美和成就反而自動來到道耳頓面前,因為這些都是肯定他所追求的真理,對所有人有著巨大的幫助。

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書籍介紹

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作者:鴻漸i悅讀編輯團隊

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Photo Credit:鴻漸文化

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航

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