比一般人更專注

雖然人們很早就提出了“物質(zhì)是由原子構(gòu)成”的這一猜想，但直到18世紀(jì)，人們通過生產(chǎn)實踐和大量化學(xué)、物理學(xué)實驗，才加深了對原子的認識。把原子學(xué)說第一次從推測轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念的，應(yīng)歸功于英國一個教會學(xué)校的化學(xué)教員，他就是道爾頓。道爾頓是怎樣攀登上科學(xué)高峰呢？他自己是這樣回答的：如果我比我周圍的人獲得更多的成就的話，那主要是——不，我可以說，幾乎唯一的——是由于不懈的努力。一些人比另外一些人獲得更多的成就，主要是由于他們比一般人更加專注和堅持，而不是由于他的天賦比別人高多少。

自學(xué)成才的少年

1766年9月6日，道爾頓出生在英格蘭北部一個鄉(xiāng)村里。父親是一位兼種一點薄地的織布工人，母親生了6個孩子。雖然父母起早摸黑，還是無法養(yǎng)活6個孩子，致使其中3個相繼夭折。由于家庭情況的窘迫，懂事的道爾頓只好退學(xué)。那一年，他還不滿11歲。但是他酷愛讀書，在農(nóng)活的空隙還堅持自學(xué)。他的勤奮好學(xué)的態(tài)度得到村里一個叫魯賓遜親戚的贊賞。魯賓遜主動利用晚上時間來教他數(shù)學(xué)和物理。到了15歲時，道爾頓的學(xué)識已有很大提高，于是他離家來到附近的肯達爾鎮(zhèn)上擔(dān)任助理教師。有一天，突發(fā)奇想的他，對大紅公雞能準(zhǔn)確地預(yù)報何時會下雨或何時有風(fēng)暴而驚詫不已：“為什么禽類能預(yù)報天氣，而我卻不能呢？”這個問題一直縈繞在他心頭。當(dāng)?shù)弥?zhèn)上有一位名叫約翰·格夫的盲人學(xué)者也在進行類似探索工作時，他緊蹙的眉頭舒展開來。在格夫的幫助和鼓勵下，他開始了長達57年、不下于20萬次的氣象觀測。

在學(xué)校里，道爾頓堅持一邊努力工作，一邊發(fā)憤讀書，無論是數(shù)學(xué)、自然科學(xué)，還是哲學(xué)、文學(xué)的書籍，他都廣泛涉獵。據(jù)說在學(xué)校的12年中，他讀的書比以后50年讀的還多。正是這種勤奮學(xué)習(xí)為他當(dāng)時的教學(xué)和以后的科研奠定了堅實的基礎(chǔ)。在道爾頓住的房間里，書架上擺著很多書。他一邊進行定期的氣象觀測，一邊不斷地讀書、讀書，并寫下了一系列關(guān)于氣象的論文，如《關(guān)于極光》、《關(guān)于氣壓計》、《關(guān)于降雨》、《關(guān)于蒸發(fā)》等等。1793年，他發(fā)表了專著《關(guān)于氣象學(xué)的觀測和實驗》，以此作為對前一階段工作的總結(jié)。在這部著作里，他介紹了氣壓計、溫度計、濕度計和其他儀器裝置，介紹了他多年觀測的結(jié)果，還別具匠心地分析了云的形成過程、蒸發(fā)過程和大氣降水量的分布規(guī)律，分析了早晨的北風(fēng)等等。

全身投入科學(xué)事業(yè)

1793年，道爾頓經(jīng)格夫推薦，到曼徹斯特學(xué)院擔(dān)任數(shù)學(xué)和物理學(xué)教師。后來他還開設(shè)了化學(xué)課程，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)化學(xué)知識是從這里開始的。曼徹斯特有著藏書豐富的圖書館、各種學(xué)會和出版社，還有許多著名的科學(xué)家在這里工作，有著開展科學(xué)活動的得天獨厚的條件。對于勤奮好學(xué)的道爾頓來說，來到這里真是如魚得水。在曼徹斯特學(xué)院，他越來越感覺到粉筆消耗了他太多的寶貴時間。1799年，他離開學(xué)院，成為最受尊重和歡迎的私人教師。除了每天不超過2小時的授課之外，道爾頓全身心投入到科學(xué)事業(yè)中。

道爾頓向曼徹斯特文學(xué)和哲學(xué)會借了一間工作室，又在工作室附近租了一間簡陋的民房，開始他清貧的科研生活。據(jù)房東介紹：道爾頓的生活很有規(guī)律，早餐前先去實驗室升火，吃完早餐后即開始工作，一直干到午餐時才出來。吃罷午餐又繼續(xù)進實驗室工作，一直忙到晚上9點，晚餐后稍作休息，就進住房讀書至夜半。這種生活就象時鐘運轉(zhuǎn)一樣有規(guī)律，“午夜方眠，黎明即起”成為道爾頓勤奮治學(xué)的真實寫照。功夫不負有心人，勤奮的學(xué)習(xí)，刻苦的鉆研，使道爾頓在攀登科學(xué)的山路上取得了一個又一個的成果。

道爾頓在曼徹斯特發(fā)表的第一篇論文，不是氣象問題，也不是物理問題，而是一篇關(guān)于色盲的研究文章。圣誕節(jié)時道爾頓為母親買了一雙深藍色的襪子表示自己對老人的孝敬。當(dāng)他送給母親時，母親卻厲聲責(zé)問他，為什么買一雙紅色襪子。依照當(dāng)?shù)刈诮塘?xí)俗，婦女禁忌紅色。由此道爾頓才發(fā)現(xiàn)自己的辨色能力與眾不同。對此他經(jīng)過認真的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)他哥哥也和他一樣，具有不正常的辨色能力，另有一些人也具有這一病癥。為此他撰寫了論文，提出人類中存在著色盲這一病癥。道爾頓的這一發(fā)現(xiàn)引起了社會公眾的重視，所以在英國將色盲常稱為“道爾頓癥”。

長期以來對氣象觀測和對大氣各種問題的思索很自然地引導(dǎo)他去研究氣體的物理性質(zhì)。他用自己親自動手設(shè)計制作的各種器具認真地考察了大氣、水蒸氣等多種氣體和蒸發(fā)、壓縮、膨脹等物理現(xiàn)象，還對大氣的組成、混和氣體的狀態(tài)、氣體的擴散、氣體在水中的溶解等問題作了實驗研究。他在“論氣體受熱膨脹”的論文中清楚地提出了氣體的熱膨脹定律：任何氣體每上升一定溫度時發(fā)生的體積膨脹是相同的，在同一時期，法國化學(xué)家蓋·呂薩克也提出了氣體的體積隨溫度而改變的這一定律，所以現(xiàn)在人們常稱氣體熱膨脹定律為道爾頓－蓋·呂薩克定律。此后不久，道爾頓又進一步地提出了著名的混和氣體的分壓定律，混和氣體的壓力等于各組分在同樣條件下所具有的壓力之和。這些對氣體物理性質(zhì)的實驗研究成果又引導(dǎo)道爾頓去攀登科學(xué)險途的新高峰。

創(chuàng)立科學(xué)原子論

原子的特點是什么？這是這一時期困擾他的最苦惱的問題。他覺得，化學(xué)所缺少的正是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的真正理論。

在2000多年前，古希臘哲學(xué)家德謨克利特就主張“所有的物質(zhì)是由不可再分割的粒子組成的”。17世紀(jì)的牛頓，還有18世紀(jì)的拉瓦錫，都支持過類似的學(xué)說。不過，早期的原子學(xué)說都沒有定量表達，也沒有用于科學(xué)研究，更重要的是誰也沒有想到哲學(xué)的假想和科學(xué)事實之間存在的聯(lián)系。

道爾頓的與眾不同之處正是表現(xiàn)在這里。經(jīng)過多年的緊張勞動，1803年10月21日，他在曼徹斯特文學(xué)學(xué)會的講臺上報告了他的化學(xué)原子論。他的基本觀點可歸納為三點：

（1）元素是由非常微小、不可再分的微粒——原子組成，原子在一切化學(xué)變化中不可再分，并保持自己的獨特性質(zhì)。

（2）同一元素所有原子的質(zhì)量、性質(zhì)都完全相同。不同元素的原子質(zhì)量和性質(zhì)也各不相同，原子質(zhì)量是每一種元素的基本特征之一。

（3）不同元素化合時，原子以簡單整數(shù)比結(jié)合。

道爾頓還宣讀了他的第一張原子相對質(zhì)量表，認為最輕的元素是氫，并把氫的原子量相對規(guī)定為1。盡管他的原子量表與現(xiàn)行的相比誤差很大，并把原子當(dāng)量當(dāng)成了原子量。但是，這畢竟是世界上第一張原子量表，它改變了過去關(guān)于原子的模糊概念，第一次把純屬臆測的原子概念變成一種具有一定質(zhì)量的、可以由實驗來測定的物質(zhì)實體。化學(xué)從此走上了定量研究的階段。

在他闡述他的原子論的過程中，他又發(fā)現(xiàn)和他原子理論相吻合的一個實驗事實：當(dāng)甲乙兩元素能化合生成幾種不同的化合物時，則在這些化合物中，與一定質(zhì)量的甲元素相化合的各乙元素的質(zhì)量都互成簡單的整數(shù)比。例如一氧化碳和二氧化碳中，與同量碳化合的氧，其質(zhì)量之比為1：2。氧的氮化物、沼氣（甲烷）和成油氣（乙烯）等也都呈現(xiàn)此規(guī)律。于是道爾頓第一個提出了表述這一規(guī)律的倍比定律。倍比定律來自實驗，很快為大家所理解和接受，因而成為原子理論的實驗論據(jù)之一。

《化學(xué)哲學(xué)新體系》

1808年，道爾頓的著作《化學(xué)哲學(xué)新體系》陸續(xù)問世。這一名著分兩卷，第一卷又分上下兩冊。在第一卷上冊中，他主要論述了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，詳盡地闡明了原子論的由來和發(fā)展，包括他關(guān)于原子論的基本觀點。第一卷下冊于1810年出版，它的內(nèi)容主要是結(jié)合化學(xué)實驗的事實，運用原子理論對一些元素和化合物的組成、性質(zhì)作介紹。第二卷直到1827年才出版，它重點敘述金屬氧化物、硫化物以及合金的性質(zhì)，把原子論的思想作了進一步的發(fā)展。

道爾頓原子論所提出的新概念和新思想，很快成為化學(xué)家們解決實際問題的重要理論。首先用它清晰地解釋了當(dāng)時正被運用的定比定律、當(dāng)量定律。同時這一理論使眾多的化學(xué)現(xiàn)象得到了統(tǒng)一的解釋。特別是原子量的引入，原子質(zhì)量是化學(xué)元素基本特征的思想，把化學(xué)研究提高到一個新的水平。

道爾頓的原子論不僅在英國化學(xué)界，而且在整個科學(xué)界引起了重視和推崇。1816年法國科學(xué)院選道爾頓為外國通訊院士。1822年在沒有征求道爾頓本人意見的情況下，英國皇家學(xué)會增選他為會員。其后他先后被聘為柏林科學(xué)院名譽院士、莫斯科自然科學(xué)愛好者協(xié)會名譽會員、慕尼黑科學(xué)院名譽院士。對此道爾頓沒有絲毫興趣，他仍然像過去一樣，將自己的熱情和精力奉獻給科學(xué)，繼續(xù)從事原子論的研究，測定各種元素的原子量，繼續(xù)過著那樸實而緊張的隱居式生活。

1844年7月26日晚，道爾頓用發(fā)抖的手記下最后一篇氣象日記。第二天清晨，他就像嬰兒入睡一樣靜靜地長眠了，享年77歲。8月12日公葬時，有100多輛馬車送葬，數(shù)百人徒步跟隨，沿街商店也都停止?fàn)I業(yè)，以示悼念。一位終身未娶、沒有后人也沒有錢財?shù)钠胀ㄊ忻瘢谒篮竽塬@得這種非同尋常的禮遇，可見人們對道爾頓的崇敬。

科學(xué)發(fā)現(xiàn)

人類的祖先是猿。猿類是從漸新世開始出現(xiàn)的，距今大約已有3 000萬年了。可是，并不是所有的猿都是人類的直系祖先，有些猿是人類的“伯父”，有些猿是人類的“叔父”。被人類學(xué)家認為是人類祖先的猿是很晚才出現(xiàn)的。近代考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大量的史前類人猿化石以及人類骨骼，通過研究逐步尋找現(xiàn)代人的真正祖先。

史前人類

愛德瓦得·拉爾泰（1801～1871年），路易斯·拉爾泰（1840～1899年）

愛德瓦得·拉爾泰是法國的一位農(nóng)場主，對化石非常感興趣。1834年，有人從加斯可尼地區(qū)圣桑山上挖掘出的一顆大大的牙齒，愛德瓦得馬上辨認出那是早已滅絕的柱牙象的牙齒。通過進一步的發(fā)掘工作，拉爾泰找到了包括一塊典型的類人猿顎骨在內(nèi)的許多哺乳動物的骨骼化石。

1836年出土的上新世古跡化石是人類發(fā)現(xiàn)的第一塊類人猿化石。這使得考古學(xué)家們紛紛推測類人猿與人類曾經(jīng)有過一段共同的史前史。隨后愛德瓦得和他的兒子路易斯的一些重要發(fā)現(xiàn)證實了這一段史前史的存在。1852年，人們在法國南部的奧利納克地區(qū)山坡上的一個野兔洞穴里找到類人猿的骨骼。現(xiàn)場挖掘的一條地溝通向一個山洞，洞口被一塊大理石石板給擋住了。在大理石石板下面發(fā)現(xiàn)的17具骨骼由于看上去像現(xiàn)代人的骨骼，人們便重新把它們葬在當(dāng)?shù)氐哪箙^(qū)里。1860年，拉爾泰聽到這個發(fā)現(xiàn)之后，請人再次挖掘山洞并找到了古人類骨骼和一些已經(jīng)滅絕的動物的骨骼。1863年，他宣稱這個發(fā)現(xiàn)可以作為古跡證明人類與已經(jīng)滅絕的動物共同生活的證據(jù)。但是大多數(shù)同時代的學(xué)者們并沒有完全贊同他的這一看法。

1868年，路易斯取得了真正重大的突破。這一次，他發(fā)現(xiàn)類人猿遺跡不僅被有意識地埋葬，而且伴有個性化的裝飾品。它們躺在多德地區(qū)一個當(dāng)?shù)厝朔Q作“克羅猛儂”的天然石窖的下面。至少包括一個嬰兒、一個年輕女子、兩個青年男子和一個老人在內(nèi)的五具尸體。周圍還出土了穿孔的貝殼、動物牙齒、石器工具和零散的獅子、馴鹿、猛瑪象的牙齒。1874年，這些解剖學(xué)意義上的現(xiàn)代人被命名為克羅猛儂人。

尼安德特人

赫爾曼·沙夫毫森（1816～1893年）

1856年，人們在德國尼安德特山谷的山洞里發(fā)現(xiàn)了類人猿骨骼，雖然沒有引起多大的轟動，它卻改變了人類對自身的認識。對于那些依然堅信基督教《圣經(jīng)》中關(guān)于人類起源說的西方人來說，19世紀(jì)早期的科學(xué)發(fā)現(xiàn)處于非常窘迫的境地。尼安德特人類化石遺址就發(fā)現(xiàn)打鑿過的石器工具，以及生活在冰川時期但已滅絕的猛犸象、巨鹿、多毛的犀牛等動物的骨頭。這些人類古跡遠遠超過人們的想像，我們祖先的生活根本不像《圣經(jīng)》上所描述的那樣。

德國解剖學(xué)家赫爾曼·沙夫豪森最早認為，尼安德特遺跡發(fā)現(xiàn)的厚厚的眼眉脊彎曲的骨頭，屬于前羅馬時代的古怪的野蠻人種。1863年，這批化石的身世才被真正地揭開。它們是已經(jīng)滅絕的人類的骨頭。蘇格蘭地質(zhì)學(xué)家威廉·金把他們稱之為“尼安德特人”，第一次承認人類有已經(jīng)滅絕了的親戚。

今天我們已經(jīng)知道尼安德特人曾經(jīng)占領(lǐng)過從威爾士南部到直布羅陀海峽，向東到達高加索地區(qū)的大部分歐洲地區(qū)。20萬年以前，他們源于人類另一支更為古老的親戚，在氣候起伏變化不定的冰川時期的第四紀(jì)直到28 000年前，他們頑強地生活在地球上。然后逐步絕跡。在最后的12 000年里，他們還不斷受到現(xiàn)代人的祖先的襲擊。

爪哇人

奧格·杜布瓦（1858～1940年）

1891年9月，在印度尼西亞爪哇島特里尼村附近的索羅河岸邊，荷蘭軍醫(yī)奧格·杜布瓦發(fā)現(xiàn)了一顆類人猿的牙齒化石，后來又發(fā)現(xiàn)了一個頭蓋骨和脛骨，這些遺跡為恩斯特·海克爾關(guān)于人類起源于東南亞的理論提供了重要的證據(jù)。德國生物學(xué)家海克爾是一位狂熱的達爾文主義者，他聲稱在現(xiàn)存的靈長類動物中，印度尼西亞的猩猩最接近古人類，因此人類的祖先應(yīng)當(dāng)源自那個地區(qū)。

1895年回到荷蘭之后，奧格·杜布瓦對歐洲的考古學(xué)家們講述他的發(fā)現(xiàn)的重要性。雖然不是源自東南亞，20世紀(jì)20年代末“爪哇人”最終被認定為已經(jīng)滅絕的人類。正如達爾文所指出的那樣，人類源于非洲，約200萬年前離開非洲，170萬年前到達黑海地區(qū)，約80萬年前到達爪哇。27 000年前在爪哇與現(xiàn)代人同時生存在地球上。

丹翁人

雷孟德·阿瑟·達特（1893～1988年）

盡管達爾文預(yù)言人類祖先始于非洲，但自從尤金·杜波依斯19世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)“爪哇人”之后，恩斯特·海克爾認為人類源自亞洲的說法開始盛行。1925年，澳大利亞的解剖學(xué)教授雷孟德·達特描述的一個頭蓋骨化石卻支持達爾文的觀點。

結(jié)束了第一次世界大戰(zhàn)軍醫(yī)生涯之后，達特成為倫敦大學(xué)的一名解剖學(xué)家。不久又到南部非洲的維特瓦斯德大學(xué)任職。沒有教學(xué)用樣本，他就用小額現(xiàn)金獎勵學(xué)生們提供有趣的動物骨頭。1924年，約瑟芬·薩洛蒙帶來一塊狒狒的頭蓋骨。驚喜之余，達特要求從找到狒狒化石的博茨瓦納丹翁地區(qū)的石灰石礦帶來更多的化石。

不久之后，正當(dāng)達特為人主持婚禮時，他收到一個箱子。他把箱子打開，吃驚地發(fā)現(xiàn)里面有一塊包括面部骨骼、牙齒和下顎骨的頭骨化石。1925年，他撰文《南非古猿》，指出從他發(fā)現(xiàn)的南部猿的頭面部、小牙齒來看，這種猿應(yīng)該是類人猿和人類之間“缺少的一環(huán)”。起初人們對他的觀點反響熱烈，不久贊成“辟爾唐人”是原始古人類的阿瑟·基思認為達特的樣本不過是一只年幼的猿猴。

1930年，為了搜集對自己的觀點有利的證據(jù)，他來到了倫敦。然而，戴維德森·布萊克發(fā)現(xiàn)的“北京人”更使他感到相形見絀。失望之余，他放棄了自己對丹翁人的研究。只有在南非工作的蘇格蘭醫(yī)生羅伯特·布魯姆支持達特的觀點。1936年，布魯姆在斯德科斯坦發(fā)現(xiàn)更多的古化石。即使如此，直到20世紀(jì)50年代利基的發(fā)現(xiàn)才真正為達特的觀點找到有說服力的證據(jù)。

（待續(xù)）