约翰·道尔顿

约翰·道尔顿出生在英国坎伯兰郡科克茅斯附近伊格尔菲尔德的一个贵格会教徒家庭。 他的父亲是一名织布工。^[1] 他从父亲和贵格会教徒约翰·弗莱彻那里接受了早期教育，弗莱彻在附近的帕德肖霍尔村开办了一所私立学校。道尔顿的家庭太穷了，无法长期支持他上学，他十岁时就开始为当地一位富有的贵格会教徒埃利胡·罗宾逊服务谋生。^[2]

道尔顿15岁时，和哥哥乔纳森一起在离他家约45英里(72公里)的韦斯特莫尔兰肯达尔开办了一所贵格会学校。大约在23岁的时候，道尔顿可能考虑过学习法律或医学，但是他的亲戚并不鼓励他，也许是因为他是一个持不同政见的人，他被禁止进入英国大学。他从约翰·高夫的非正式教学中获得了许多科学知识，约翰·高夫是一位在科学和艺术方面很有天赋的盲人哲学家。27岁时，他被任命为曼彻斯特“新学院”的数学和自然哲学教师，这是一所持不同政见的学院(牛津哈里斯曼彻斯特学院的直系前身，经历了多次地点变动)。他一直呆在那里，直到34岁，大学日益恶化的财务状况导致他辞职，开始了数学和自然哲学私人教师的新职业。

3.1 气象学

道尔顿早年的生活受到著名的伊格尔斯菲尔德贵格会教徒埃利胡·罗宾逊的影响，^[3] 他是一位称职的气象学家和仪器制造商，对数学和气象学问题很感兴趣。在肯德尔的岁月里，道尔顿为解决问题做出了贡献，并在《女士日记》和《绅士日记》中回答了关于各种主题的问题。1787年，21岁的他开始写气象日记，在接下来的57年里，他记录了20多万次观测。^[4] 大约在这个时候，他重新发现了乔治·哈德利的大气环流理论(现在被称为哈德利细胞)。^[5]1793年道尔顿的第一份出版物《气象日记》出版，包含了他后来几个重要发现的起源，但是尽管他的处理方法很有独创性，其他学者却很少关注这些发现。1801年，道尔顿的第二部作品《英语语法要素》出版。

测量山脉

离开湖区后，道尔顿每年都回来度假，研究气象学，这涉及到许多爬山活动。在飞机和气象气球出现之前，测量高空温度和湿度的唯一方法是爬山。道尔顿用气压计估算了高度。直到19世纪60年代，军械测量局才公布了湖区地图。在此之前，道尔顿是该地区山峰高度上为数不多的权威之一。^[6] 他经常和乔纳森·奥特利在一起，后者也研究了当地山峰的高度，用道尔顿的数字作为对照来检查他的工作。奥特利在1818年的地图上公布了他的资料。奥特利成了道尔顿的助手和朋友。^[7]

3.2 发现色盲

1794年，道尔顿到达曼彻斯特后不久，被选为曼彻斯特文学和哲学学会“文学与哲学协会”的成员，几周后，他发表了他的第一篇论文“与色彩视觉有关的非凡事实”，他在论文中假设颜色知觉的不足是由眼球液体介质的变色引起的。由于他和他哥哥都是色盲，他认识到这种情况一定是遗传的。^[8]

尽管道尔顿的理论在他的有生之年没有被人们广泛接受，但他对视觉问题研究的彻底性和系统性得到了广泛认可，以至于“道尔顿症”成为色盲研究领域的一个常见术语。1995年对他保存下来的眼球的检查表明，道尔顿患有一种不太常见的色盲——氘盲，这种色盲中缺少对波长敏感的视锥(而不是像最常见的色盲——氘异常那样，以变异的色素形式发挥作用)。^[8] 除了光谱中的蓝色和紫色，他只能识别一种颜色，黄色，或者，正如他在一篇论文中所说的，^[9]

“在我看来，图像中被别人称为红色的那部分，只不过是一种阴影或光线的缺陷；在那之后，橙色、黄色和绿色看起来是一种颜色，从强烈的黄色均匀地下降到罕见的黄色，这就形成了我应该称之为不同色调的黄色”。

3.3 气体定律

1800年，道尔顿成为曼彻斯特文学和哲学学会的秘书，次年他发表了一系列关于混合气体组成的重要演讲，题为“实验论文”；内容涉及混合气体的构成；真空和空气中不同温度下蒸汽和其他蒸汽的压力；蒸发；以及气体的热膨胀。这四篇论文发表于1801年10月2日至30日之间，并在1802年在曼彻斯特文学和哲学学会回忆录中发表。

第二篇文章以这句话开头：^[10]

“毫无疑问，任何种类的弹性流体都可以还原成液体；我们不应该绝望地希望在低温和对未混合气体施加更大压力的情况下实现它。”

在描述了确定0到100 ℃(32到212 ℉)之间不同点处的蒸汽压力的实验之后，道尔顿根据对六种不同液体的蒸汽压力的观察中得出结论，对于相同的温度变化，从任何给定压力的蒸汽中推算，所有液体的蒸汽压力变化是相等的。

在第四篇文章中，他评论道:^[11]

“我认为没有充分的理由解释为什么我们不能得出这样的结论:在相同压力下，所有弹性流体受热膨胀相等——对于任何给定的汞膨胀，相应的空气膨胀成比例地减小，温度越高。...因此，关于热量绝对数量和性质的一般定律似乎更可能来自弹性流体，而不是其他物质。”

他阐述了由约瑟夫·路易斯·盖·吕萨克（Joseph Louis Gay Lussac）于1802年发表的盖伊·卢斯萨克定律(盖·吕萨克将这一发现归功于雅克·查尔斯（Jacques Charles）于19世纪80年代未出版的著作)。在讲座结束后的两三年里，道尔顿发表了几篇关于类似主题的论文。《关于水和其他液体对气体的吸收》(1803年10月21日的一次演讲，1805年首次发表)^[12] 包含了他的分压定律，即现在的道尔顿定律。

3.4 原子理论

道尔顿最重要的研究是关于化学中的原子理论。虽然他的名字与这个理论不可分割地联系在一起，但他对道尔顿原子理论的起源还没有完全了解。^[13][14] 这一理论可能是通过对乙烯(烯烃气体)和甲烷(碳化氢)的研究，或者是通过对一氧化二氮(氮氧化物的原氧化物)和二氧化氮(氮氧化物的氘氧化物)的分析而提出的，这两种观点都是建立在托马斯·汤姆森的权威之上的。^[15]

从1814年到1819年，爱尔兰化学家威廉·希金斯声称道尔顿剽窃了他的想法，但是希金斯的理论没有涉及相对原子质量。^[16][17] 然而，最近的证据表明道尔顿的思想发展可能受到另一位爱尔兰化学家布莱恩·希金斯的思想影响，他是威廉的叔叔。布赖恩认为原子是一个重的中心粒子，被当时假定的热量物质——热大气所包围。原子的大小是由热空气的直径决定的。基于这些证据，道尔顿知道布莱恩的理论，并采用了非常相似的想法和语言，但他从未承认布莱恩对他的热量模型的预期影响。^[18][19] 然而，道尔顿原子理论的本质新颖性在于，他提供了一种计算化学元素相对原子量的方法，这是布莱恩和威廉·希金斯都没有做到的；他对这一关键步骤的优先考虑是无可争议的。^[14]

在曼彻斯特文学和哲学学会的会议室里，对道尔顿实验室笔记本的一项研究，^[20]得出的结论是，他还没有找到一种解释多重比例定律的方法，即化学结合包含在具有确定和特征重量的原子相互作用中，他认为原子是一个纯粹的物理概念，这一概念是通过研究大气和其他气体的物理性质强加给他的。关于这一观点的首次发表的迹象可以在他的论文《关于水和其他液体对气体的吸收》的结尾处找到，^[12]他说:

“为什么水不能同样地容纳它的大部分气体呢？这个问题我已经适当地考虑过了，虽然我不能完全满足自己，但我几乎相信情况取决于几种气体最终粒子的重量和数量。”

然后，他提出了一些元素原子的相对重量，但没有进一步详述。

道尔顿原子理论最终发展起来的核心观点是:

1. 元素由极小的被称为原子的粒子组成。
2. 给定元素的原子在大小、质量和其他性质上是相同的；不同元素的原子在大小、质量和其他性质上不同。
3. 原子不能被细分、创造或毁灭。
4. 不同元素的原子以简单的整数比结合形成化合物。
5. 在化学反应中，原子被结合、分离或重排。

道尔顿在他第一次发表的关于原子理论的扩展讨论中(1808年)，提出了一个附加的(也是有争议的)“最简单规则”。这一规则不能独立地得到证实，但是为了提出一些简单分子的公式，一些这样的假设是必要的，原子量的计算依赖于这些简单分子。这条规则规定，如果已知两种不同元素的原子只形成一种化合物，如氢和氧形成水或氢和氮形成氨，则该化合物的分子应假设由每种元素的一个原子组成。对于以多种比例结合的元素，例如当时已知的两种碳氧化物或三种氮氧化物，它们的结合被认为是最简单的。例如，如果已知两种这样的组合，一种必须由每种元素的一个原子组成，另一种必须由一种元素的一个原子和另一种元素的两个原子组成。^[21]

这仅仅是一个假设，源于对自然简单性的信仰。科学家没有证据来推断每种元素有多少原子结合形成分子。但是这个或其他这样的规则对于任何早期理论都是绝对必要的，因为人们需要一个假定的分子式来计算相对原子量。道尔顿的“最简单规则”使他假设水的分子式是氢氧化物，氨是氢氧化物，这与我们现代的理解(H₂O，NH₃)大相径庭。另一方面，他的简单法则使他提出了两种碳氧化物(一氧化碳和二氧化碳)的正确的现代公式。尽管道尔顿原子理论的核心存在不确定性，但该理论的原理仍然存在。

3.5 原子量

道尔顿发表了他的第一张相对原子量表，其中包含六种元素(氢、氧、氮、碳、硫和磷)，这些原子量都是相对于氢原子的重量，而氢原子通常被认为是1。^[12]由于这些元素只是相对重量，所以它们没有重量单位。道尔顿在这篇论文中没有说明他是如何得出这些数字的，但是在他1803年9月6日的实验室笔记本中，^[22] 他列出了一些元素的原子的相对重量，这些元素是由当时的化学家利用化学分析法对水、氨、二氧化碳等的分析而得出的。将这一思想推广到一般物质上，则必然导致他得出了多重比例定律，并与实验进行了出色的比较，证实了他的推论。^[23] 在他于1802年11月宣读的论文《关于大气中几种气体的比例》中，多重比例定律似乎可以用下面的话来预测:

氧元素可以与一氧化二氮气体的某一部分或该部分的两倍结合，但没有中间量。

但是有理由怀疑，这句话可能是在读完这篇直到1805年才发表的论文一段时间后才被加上去的。^[24]

化合物在新的化学哲学体系中被分为二元、三元、四元等 (由两个、三个、四个等原子组成的分子)，这取决于一种化合物最简单的经验形式中的原子数量。

道尔顿假设化合物的结构可以用整数比来表示。所以，元素X的一个原子与元素Y的一个原子结合是二元化合物。此外，如果元素X的一个原子与元素Y的两个原子结合（反之亦然），则该化合物是三元化合物。《化学哲学新体系》中列出的许多第一批化合物都符合现代的观点，尽管有许多其他化合物不符合。

道尔顿用自己的符号直观地表示化合物的原子结构。它们在《化学哲学新体系》中有所描述，他列出了20种元素和17种简单分子的结构。

3.6 其他研究

道尔顿发表了多种多样的论文，比如关于雨露和泉水(水圈)的起源、热、天空的颜色、蒸汽、光的反射和折射，以及英语辅助动词和分词的语法。

3.7 实验方法

作为一名调查员，道尔顿经常满足于粗糙和不准确的仪器，尽管他可以获得更好的仪器。汉弗莱·戴维爵士形容他是“一个非常粗糙的实验者”，他几乎总能找到他需要的结果，他相信他的头而不是他的手。另一方面，历史学家重复了他的一些重要实验，证实了道尔顿的技巧和精确性。

在他的新体系第一卷第二部分的序言中，他说他经常被别人的结果误导，误认为它们是理所当然的，以至于他决定写“尽可能少地写，但我能以我自己的经验去证明”，但是他的独立性如此之强，以至于他一直坚持到有时看起来缺乏接受能力。因此，他不相信，也可能从未完全接受盖·吕萨克关于气体混合体积的结论。

他对氯持有非传统的观点。即使戴维已经确定了氯的原子量的基本性质，他仍然坚持使用他自己采用的原子量，即使氯的原子量已经被其他化学家更精确的测定所取代。

他一直反对詹斯·雅各布·贝尔泽利乌斯设计的化学符号，尽管大多数人认为它比他自己繁琐的圆形符号系统更简单、更方便。

在里斯的《百科全书》中，道尔顿发表了关于化学和气象学的文章，但主题不明。

从1817年到1844年，在担任曼彻斯特文学和哲学协会主席期间，他撰写了117部关于该组织的回忆录。其中较早的是最重要的。在其中一本书中，他在1814年写到，他解释了体积分析的原理，在其中他是最早的研究者之一。1840年，英国皇家学会拒绝了他的一篇关于磷酸盐和砷酸盐的论文，这篇论文通常被认为是一篇较弱的论文，他非常愤怒，以至于自己发表了这篇论文。不久之后，他又学习了同样的课程，完成了另外四篇论文，其中两篇论文(“关于不同种类盐中酸、碱和盐的数量”和“关于一种新的简单的分析糖的方法”)包含了他的发现，他认为这一发现的重要性仅次于原子理论，即某些脱水化合物物溶解在水中时不会导致其体积增加，他的推论是盐进入了水分子的孔隙。

甚至在道尔顿提出原子理论之前，他就已经获得了相当大的科学声誉。1803年，他被选中在伦敦皇家学院讲授一系列关于自然哲学的讲座，1809-1810年，他又在那里讲授了一系列讲座。一些观众反映说，他缺乏使他成为一个有吸引力的演讲者具备的素质，声音模糊而刺耳，对他的学科主题的处理比较乏力，特别缺乏语言组织能力和说服力。

1810年，汉弗莱·戴维爵士邀请他成为皇家学会奖学金的候选人，但道尔顿拒绝了，可能是因为经济的原因。1822年，他在不知情的情况下被提名，并在选举中支付了通常的费用。六年前，他被任命为法国科学院的相应成员，1830年，他被选为法国科学院八名外国院士之一，取代了戴维。1833年，厄尔·格雷政府授予他150英镑的养老金，并于1836年提高到300英镑。道尔顿于1834年被选为美国艺术科学院的外籍荣誉院士。^[25]

年轻的詹姆斯·普雷斯科特·焦耳后来(1843年)研究并发表了关于热的性质及其与机械功的关系，他是道尔顿晚年的学生。

道尔顿从未结过婚，只有几个亲密的朋友。作为一名贵格会教徒，他过着谦虚谨慎的个人生活。^[26]

道尔顿去世前的26年里，住在曼彻斯特乔治街的植物学家约翰牧师和他妻子家中的一个房间里。道尔顿和约翰在同一年(1844年)去世。^[26]

道尔顿在曼彻斯特的日常实验室工作和辅导只因每年去湖区旅行和偶尔去伦敦访问而中断。1822年，他短暂访问了巴黎，在那里他遇到了许多杰出的资深科学人士。他参加了英国协会早期在约克、牛津、都柏林和布里斯托尔举行的几次会议。

道尔顿在1837年患了轻微中风，1838年第二次中风使他有语言障碍，尽管他仍然能够进行实验。1844年5月，他又中风了；1844年7月26日，他用颤抖的手记录了最后一次气象观测。1844年7月27日，在曼彻斯特，道尔顿从床上摔了下来，被服务员发现已经没有了生命。

人们为道尔顿被举行了代表最高荣誉的公民葬礼。他的尸体在曼彻斯特市政厅存放了四天，超过4万人从他的棺材旁走过。送葬队伍包括该市主要的公民、商业和科学团体的代表。^[27] 他被安葬在曼彻斯特的阿德威克公墓。墓地现在是一个游乐场，但是原始坟墓的照片可以在出版的资料中找到。^[28][29]

• 在1940年12月24日的轰炸中，曼彻斯特文学和哲学协会收集到的道尔顿的许多书面作品遭到了破坏。这促使艾萨克·阿西莫夫说，“约翰·道尔顿的记录被精心保存了一个世纪，在第二次世界大战对曼彻斯特的轰炸中被摧毁了。这不仅仅是活着的人在战争中丧生”。损坏的文件现存于约翰·赖兰兹图书馆。
• 由尚特瑞（Chantrey）创作的道尔顿半身像^[30] 被放置在皇家曼彻斯特学院的门厅里，该半身像由公众出资建造。1877年，当道尔顿还活着的时候，尚特里的大型道尔顿雕像被安放在曼彻斯特市政厅。他“可能是他一生中唯一获得雕像的科学家”。^[31]
• 总部位于曼彻斯特的瑞士颅相学家和雕塑家威廉·巴利制作了道尔顿头盖骨内部和其中一个囊肿的模型，但到达曼彻斯特皇家医院得时间太晚，无法对头部和面部进行等级划分。一位波利蒂先生在巴利先生到达现场之前，给他做了一个头部模型。^[31]
• 约翰·道尔顿街连接曼彻斯特市中心的迪安斯盖特和阿尔伯特广场。
• 曼彻斯特城市大学的约翰·道尔顿大楼被科学与工程学院占用。外面矗立着威廉·希德1855年在皮卡迪利大街竖立的道尔顿雕像，并于1966年被搬到那里。
• 在曼彻斯特乔治街36号，一块蓝色的牌匾纪念他的实验室所在地。^[32][33]
• 曼彻斯特大学设立了两个道尔顿化学奖学金、两个道尔顿数学奖学金和一个道尔顿自然历史奖。一个住宅大厅被命名为道尔顿大厅。
• 道尔顿奖章，目前仅被曼彻斯特文学和哲学学会授予了十二次。
• 一个月球陨石坑以道尔顿的名字命名。
• “Daltonism”已成为色盲的常用术语，daltonien是法语中“色盲”的单词。
• 英国皇家化学学会的无机部分以道尔顿(Dalton Division)命名，该学会的无机化学学术期刊也以他的名字命名(Dalton Transactions)。
• 为了纪念道尔顿的工作，许多化学家和生物化学家使用(非官方的)道尔顿(缩写为Da)来表示一个原子质量单位(C¹²的中性原子重量的1/12)。
• 贵格会学校以道尔顿命名建筑:例如，阿克沃斯学校小学区的一所校舍被称为道尔顿。
• 安大略省南部的道尔顿镇以他的名字命名。2001年，当该镇被并入卡瓦塔湖市时，这个名字就消失了，但2002年道尔顿的名字被贴在了一个新的公园——道尔顿·迪格比荒地省级公园上。

1. Dalton believed that his vitreous humour possessed an abnormal blue tint, causing his anomalous colour perception, and he gave instructions for his eyes to be examined on his death, to test this hypothesis. His wishes were duly carried out, but no blue colouration was found, and Dalton's hypothesis was refuted. The shrivelled remains of one eye have survived to this day, and now belong to the Manchester Literary and Philosophical Society."^[34]