【人物】道尔顿:点燃工业革命的火炬,改变了人类文明史

作者/张文亮

来源/科学大师的求学、恋爱与理念


道尔顿(1766–1844年)

原子论大师

他走上音乐指挥台,好吧!『物理』抬起你的头来,『化学』啊!调调你的音符,『生物』不要调皮,看这里!『数学』注意啦!一、二、三,大自然的乐章啊!响起来。
他是一个奇特的人,来自偏僻的原野,在草原小学里,才十二岁,就担任校长、老师兼工友,到七十八岁,还是担任校长、老师兼工友。他的教学方式,他的读书理念,套不进流行的框格。
咦?难道没听到浮华社会的批评?被人嘲笑也不灰心吗?一生无悔,轻描淡写失意的日子,勾勒几笔无华的素描。悄悄地,将一生的精华,揉和在每本物理、化学课本里。
有人知道这一切吗?一八四四年七月二十七日,四万多个学生,在他的坟前,撒下四万多朵缤纷的小花。

〖草原钟声响〗

约翰·道尔顿(John Dalton),一七六六年九月十六日生于英格兰西北部的小乡村——鹰之荒野(Eagle field)。这是英国最偏僻的角落,原野西临本宁高陵(Penninerange),北濒突出的罗森雷勒(Rossendale)高地,含着盐分的海风,顺着墨济河(Mersey River)吹进这片谷中草原。长年留在土壤中的盐粒,咸得只让稀疏几株棉花树存活。村里几间陋旧木屋,零落散开在草原间,除了偶尔几只盘旋之鹰的斜影,整个草原了无生趣。
这里的居民都是下层社会里的纺织工人。道尔顿的父母亲也是纺织工人,需要辛勤地工作,才能勉强生活,但是他们坚持只要孩子能够念书就尽量的念。
在这个草原中有所小学,平常草原的孩子们都来这儿念书,道尔顿知道父母的辛劳与期待,就努力地读书。小学毕业后,老师与校长因为草原生活艰苦,学生也缺乏经济支援,全部离去。
道尔顿看着后面即将失学的低年级学生,毅然决定留下来,才十二岁就担任老师、校长与工友,支持小学能继续教下去。每天一早,草原传来钟声,纺织工人们知道道尔顿已经开始上课了。他这样支持了三年,直到他弟弟毕业接他的位置,他才到中学去念书。这三年的拖延没有白费,道尔顿发现他最快乐的时光是与学生、课本在一起。

〖瞎子老师〗

坎德尔(Kendal)中学,距离草原有四十哩之遥。道尔顿的父母把家中仅存的一点积蓄,送这个『小老师』念这所最好的中学。
坎德尔中学是几个基督徒合办的学校。这所学校之所以著名有三个原因:
第一是有丰富的图书馆藏书,当牛顿发表他的『原理(Principle)』时,这个学校的书架上已呈列着全套的牛顿着作;
第二是有弹性的教学课程,坎德尔高中经常邀请路过的教授名师,给与有趣的短讲。道尔顿十六岁时有一份现仍保存的家书,写道:『约翰·班克斯(John Banks)教授来学校开授『日常生活中有趣的自然科学十二讲』,真是扩张了高中学生的眼界。』
第三是有非常优秀的老师,其中一位——约翰·果夫(John Gough)影响了道尔顿的一生。学生们不称呼果夫先生为『老师』,而是称呼他『旅行家』,因为他很少在课堂上物理与数学,而是带着学生到户外,边走边教。
道尔顿在十七岁时,幸运地遇到这位老师,他在家书里不断地提到这个旅行家又说了什么。道尔顿写道:『果夫先生没有一定的课程,他走到哪里就教到哪里,在花瓣的旁边他教几何学;在落叶林中,他教我们闻林木的香味,再教物理的空气运动学……果夫先生说:什么是科学家呢?科学家是大自然的诗人。果夫先生又说:研究科学的动力从哪里来呢?就相信大自然是上帝的创作而言,科学的爱好,好像人在自然里与上帝同行……每当他出去,学生都争先恐后地围着他,听他讲。他关心每个学生,成为学生的好朋友。』
道尔顿与果夫相处,发现他只要闻花的味道、摸树干的纹路或是草的叶脉,就能叫出它们的名字。他为什么要用这种方法辨认呢?因为果夫先生是个天生的瞎子。一个瞎子竟能如此地精通科学,而且不断散发出生命的喜悦。道尔顿暗下决心,希望将来能和他一样。
道尔顿来自基督教的家庭,遇到果夫先生后,更坚定了他的信仰,经常参加教会里的聚会。由于家境贫穷,他经常参加数学竞赛,得奖金作为学费。

〖含泪的微笑〗

道尔顿十九岁以卓越的成绩自高中毕业。这时候一些亲友劝他去申请法律系或医学系,因为当时的社会与现在一样,认为律师与医师是赚钱的行业。没想到爱丁堡法律系首先拒绝他,因为他的社会阶层太低,律师是给贵族念的。不久,医学系也拒绝他,因为他是色盲。
道尔顿心里很难过,法律与医学之门都向他关闭了,他只好重回学校,拾起物理课本,当果夫先生的助教,教天文学与光学。后来历史证明幸好他没去当医师,否则就没有日后在物理上的成就。上帝的带领实在奇妙,向他关闭的门,其实不适合他。上帝上好的安排,起初看来好像不太好,后来证实却是最好的。他不知道,十九岁以后,他的每个研究成果,都是人类科学的新页。

〖平凡里的不平凡〗

他在果夫先生身旁又待了六年,更得老师真传。道尔顿发现老师会懂这么多,是因为他执着的对于自然界的每一件事物保持长期记录。于是,他开始记录每天的气候,后来觉得工具不够用,就自己设计制造气压计、湿度计、雨量计、风速计、风向仪。自十九岁开始,他每天记录直到七十八岁死的前一天,一天都没有中断过。
道尔顿没料到,自己竟是历史上第一个留下二十万个完整气象资料的人,这份资料是日后多少金钱也换不来的科学第一手数据。他也是第一个发明全套气象仪器的人。
不仅如此,他一直记录下去,就发现许多微细的东西是别人所忽略的。例如,他发现水的密度最大是在4℃,而不是0℃。他又发现下雨是空气温度的下降所致,而提出『露点(dew point)』。水在大自然里是最平凡的物质,是每个人每天生活都会接触到的。道尔顿却发现水是自然界的最大奥秘,一些物理法则,别的物质都乖乖臣服,一碰到水就成了例外。

〖嘿!那个基督徒〗

道尔顿二十五岁时,受邀到曼彻斯特(Manchester)中学担任数学老师。当时没有人注意 到这个风尘仆仆的年轻人,进入嘈杂喧哗的学校,更没有人想到这个人日后竟点燃『工业革命』(industrial revolution)行进的火炬,改变了人类的文明史。
他给家乡的父母写道:『学校里有很好的图书馆,在温柔的烛光下,宁静不受干扰地看书,这里是我脑筋最好的运动场。』学校旁边有一个小湖,他在湖滨租间小屋,简朴的几张桌椅,让学生们到此尽情地高谈阔论。学生们看他经常看圣经,给他取个外号叫做『那个基督徒』。
一七九O年代以后,英国因海上贸易与法国交恶,至一八OO年期间,许多航线被法国封锁,国内经济大受影响。学校谣传有些老师可能要被解聘,以节省人事支出。道尔顿一直相信他的工作前途在上帝手中,即使九年前他在学校薪水最低、职位最低。九年后,不善逢迎的他,职位是高升了,薪水仍然最低。三十四岁那年,自认为以科学研究与教书为己任的道尔顿,被学校解雇了。这件事对他是很大的打击。很多人认为道尔顿应该向市议会申诉。他没有这样做,他相信上帝会给他开另一扇崭新的门。

〖伟大的发现〗

一八OO年三月三十日,曼彻斯特水晶日报登出一个广告:一位老师开设『数学学屋』,要教学生代数与化学,希望有二个学生申请。结果有九个学生到道尔顿那里,加入这所小学校。像草原的日子一样,道尔顿又开始担任校长、老师兼工友。
同时道尔顿也开始将他的思想成果发表在当地的学术团体——曼彻斯特哲学协会。第一篇是色盲的研究,他认为色盲的原因是眼睛的水晶体内缺乏一种物质,以致无法吸收红光。道尔顿没有成为医学院的学生,但是他的研究成为医学课本的内容。
一八O四年,他发表『每个物质是基本的粒子——「原子」所组成,以氢原子作为各原子的相对原子量,能够将所有化学原子建立一套完整的系统。』这是近代科学的重要发现,称为『原子论』。
而后他又提出『风是来自地球的自转』,『酒精的结构有一个OH基』,『高空的极光是受地球磁场的影响』……
后来很多科学家问他,没有念过大学,又缺乏专业训练,怎能发现这么多理论?他说:『高度创造力的思想,有时需要酝酿在孤独的道路上,太多的人云亦云,反而引人误入歧途。』
一八一七年他被选为哲学协会的王席,并且担任二十七年之久。

〖科学进步的动力〗

在他的数学教室里,他用很多创意的模型机器来教物理。这些小机器不久被人认为很有用,被放大成为大机器,无意中带动了工业革命的发展,使曼彻斯特成为工业革命的典范。
历史学家认为英国科学的进步,带动日后的世界文明,有四个原因:自修式的学习、师徒制的教导、对科学的喜好与从事科学工作,这些可以培养一个人的个性更成熟。道尔顿的一生就是这四点的缩影。

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