曼城的英雄和病人——道尔顿

江玉安

《科学西游记》的第13站，我们来到英国第二大城市曼城。我们这次去的曼城是英格兰的曼彻斯特，是世界上第一个工业化城市——英国最早完成工业革命的城市。曼彻斯特现在是英格兰西北部的核心城市。英格兰主要的工业中心和商品集散中心，也是英国除伦敦外最大的金融中心城市。

习近平主席去年访问英国时，也曾访问曼城。这次我们到曼城，不是去看曼联队的比赛，也不是去访问贝克汉姆。我们要去曼彻斯特市政厅，拜谒曼城的两位英雄，一位是工业革命的代表人物——瓦特，另一位是曼城的知识英雄——著名化学家道尔顿。

曼城市政厅的入口处安放着两位英雄的雕像。瓦特的故事，我们已经知道。本次旅行，我们的重点是道尔顿。如果你只知道“道尔顿净水器”，那就更要了解一下我们将要展开的旅程。

道尔顿是著名的化学家，化学原子论的提出者，原子可是化学中为人熟知的化学名词。原子论是化学核心理论之一。恩格斯对道尔顿的原子论给予高度的评价：“化学中的新时代是随着原子论开始的，近代化学之父是道尔顿。”高中化学中有道尔顿的名字，在2009年高考语文试卷中也出现了道尔顿，题目是这样的：在一个圣诞节前夕，道尔顿给他的妈妈买了一双“棕灰色”的袜子作为圣诞节的礼物。当妈妈看到袜子时，感到袜子的颜色过于鲜艳，就对道尔顿说：“你买的这双樱桃红色的袜子，让我怎么穿呢？”道尔顿感到非常奇怪：袜子明明是棕灰色的，为什么妈妈说是樱桃红色的呢？疑惑不解的道尔顿拿着袜子又去问弟弟和周围的人，除了弟弟与自己的看法相同外，被问的其他人都说袜子是樱桃红色的，道尔顿没有轻易地放过这件小事，他经过认真地分析比较，发现他和弟弟的色觉与别人不同。原来，自己和弟弟都是色盲，道尔顿虽然不是生物学家和医学家，却成了第一个发现色盲的人，也是第一个被发现的色盲症患者，为此他写了篇论文——《论色盲》，成为世界上第一个提出色盲问题的人。后来，人们为了纪念他，又把色盲症称为道尔顿症。道尔顿不但患有色盲症，而且患有异性恐惧症，终生未娶，说道尔顿是病人也在情理之中。

道尔顿（1766-1844）出生在英国西北部坎伯兰郡伊格尔斯菲尔德村，双亲都是教友派教徒。1776年，道尔顿为富有的教友派教徒埃利夫·罗宾逊服役，学习数学。1778年，12岁的道尔顿在一所乡村学校担任教师。1781年，道尔顿到肯达尔中学任教，结识盲人学者高夫，学习数学与物理。1793年，高夫推荐道尔顿担任曼彻斯特新学院的数学和自然哲学教授。1799年，道尔顿辞去教职工作，靠办私塾养活自己，同时继续自己的研究工作，1803年，道尔顿提出原子论。1808年，道尔顿出版《化学哲学的新体系》，系统地阐述了他的原子学说，1822年，道尔顿当选英国皇家学会会员，1824年，道尔顿创办曼彻斯特机械学院，后发展为曼彻斯特理工大学，成为曼彻斯特大学的源头。道尔顿是第一个提出科学原子论的人，是第一个提出色盲问题的人，也是第一个进行长期气象观测与纪录的人。

原子的概念并不是道尔顿首先提出来的。古代爱思考的哲人常怀有这样的好奇：平常目之所见的宏观物体可以无穷尽地一直分割下去，还是有一个终点——有一个最小的、不能再分的微粒？古希腊和我国都曾有人提出过微观的思想，认为物质可以无限制地分割成越来越小的小块。不过，古希腊哲学家留基伯与其学生德谟克利特（前460～前362）则认为物质是“量子”化的（不连续的），有最小的不可再分的微粒，德谟克利特首先提出“原子”（意思是“不可分割”）的概念，只不过，古希腊的原子论只是猜测和假设，属于思辨的范畴，没有事实可以说明，也无法得到实验的验证，因此古典原子论不能称为科学，只是哲学思想。古典原子论并没有多大反响。

古典原子论随着文艺复兴及近代科学的产生而重新引起了人们的重视，哲学家的思想火炬开始传递到科学家手中，开始由思辨逐步转化为科学。真正让原子论成为科学理论的是道尔顿。道尔顿借用古希腊中“原子”这个词语，本来是想解释他发现的不同气体能均匀混合及溶解度有差异等现象，后来他又用“原子”来解释另两个重要的科学事实：“定比定律”和“倍比定律”。德漠克利特的“原子”因道尔顿而复活了。

道尔顿的原子学说主要包含三个重要观点：①原子是不能再分的粒子，原子在所有化学变化中均保持自己的独特性质，原子既不能创造，也不能消灭。②同种元素的原子的各种性质和质量都相同，不同元素的原子，其质量不同，各种性质也不相同，原子的质量是元素的基本特征。③化合物是由组成元素的原子聚集而成的“复杂原子”，在构成一种化合物时，其成分元素的原子数目保持一定，而且保持着最简单的整数。道尔顿是人类第一次把猜测的、定性描述的原子概念变成一种具有一定质量、可以由实验来测定的物质实体。道尔顿的原子论证据充分，被化学家广泛接受。

但道尔顿的原子论和许多科学理论一样具有局限性。1897年4月30日英国物理学家汤姆生（1856～1940）因“阴极射线”而发现了电子。电子的发现打开了原子的大门，原子并不是均一的实心球，原子内部还有我们没有发现的秘密。汤姆逊的学生卢瑟福（1871～1937）通过α粒子散射实验，发现了原子核。后来物理学家又发现原子核由质子、中子构成，质子、中子又由夸克等构成。2012年7月4日，欧洲核子研究中心发现物质的“质量之源”、最后一个基本粒子——希格斯玻色子，即“上帝粒子”。

在化学中，为了弥补原子论的不足，意大利化学家阿伏加德罗（1776～1856）提出了分子的概念。“原子一分子论”也最终成为化学的核心理论之一。