[高瞻自然科學教育資源平台] 約翰‧道耳頓(John Dalton)

高雄市立高雄高級中學陳文靜老師

道耳頓出生於貴格會的家庭，是一個織布工的兒子。自幼聰穎過人，十五歲時，就和哥哥約拿單(Jonathan)一同管理一所坎得爾(Kendal)附近的貴格派信徒學校。1790 年時，道耳頓曾考慮唸法律或醫學，但是他的親戚並不鼓勵他去，因為當時英國大學排斥非英國國教的教徒到他們的大學任教，所以他仍留在坎得爾。直到 1793 年的春天，道耳頓搬到曼徹斯特，擔任新學院(New College)的數學和自然哲學教師。他是透過一位盲眼哲學家約翰高夫(John Gough)的推薦才到曼徹斯特這所清教徒學院任教的。高夫很博學，曾和道耳頓在山上架了一個天氣觀測站，非正式地教了道耳頓一些科學知識。道耳頓在曼徹斯特的學校教到 1800 年，學院財政惡化，才不得不辭去他的教職，開始在曼徹斯特做數學和自然哲學的私人教師。

道耳頓早期深受鷹田鎮(Eaglesfield)一位傑出的貴格派信徒魯賓遜(Elihu Robinson)的影響，魯賓遜是一位能幹的氣象學家和儀器製造者，啟發了道耳頓對數學和氣象學的興趣。在坎得爾期間，道耳頓在「紳士仕女日誌」(Gentlemen’s and Ladies’ Diaries)的刊物上曾就各種主題提供問題和解答。他從 1787 年起開始寫氣象日誌，持續 57 年之久，從未間斷。他一生共作了超過二十萬次的氣象觀測，最後一次的氣象紀錄是在他過世前一天做的。

道耳頓的第一件出版是 1793 年的「氣象觀測雜記」，書中已經有他後來重要發現的雛型想法。然而他的創見，當時並未引起其他學者的注意。道耳頓在 1801 年出版的第二本書是英國文法基要(Elements of English Grammar)。

在 1794 年，道耳頓到曼徹斯特後不久，就被選為曼徹斯特文學暨哲學學會，簡稱「文哲會」(Lit & Phil)的會員。幾週後，他發表了第一篇快訊論文「關於顏色視覺的異常現象」。他假設對顏色的視覺缺陷是由眼球液體媒介的色變所引起的。當時，視覺顏色缺陷的問題尚未受到正視，道耳頓以其自身的經驗為例，做了詳盡而有條不紊的研究，雖然其理論未獲認同，但是「道耳頓症」(Daltonism)已成為色盲的代名詞。1995年，他遺留保存的眼珠經過檢驗，道耳頓實際上屬於較不尋常的色盲，他缺少辨識中波長的錐體細胞，而不是感光細胞突變引起的尋常類型色盲。 除了藍色和紫色以外他只能辨識黃色，他在論文內敘述，「紅色影像對我而言，就像陰影或有瑕疵的光。對我而言，橙色、黃色和綠色，似乎是一種從亮黃到淡黃的顏色，或許，我該把它稱做不同濃淡色度的黃色。」

1800 年他擔任曼徹斯特文哲會的書記，隨後一年，他以「實驗論文」為題，口頭發表了一系列的重要論文，論及混合氣體的組成；在真空和空氣中的水蒸氣壓力或其他蒸氣在不同溫度的壓力；蒸發；氣體的熱膨脹等。1802 年，這四篇論文發表於文哲會的會刊。

在第二篇論文的起頭有這樣的敘述：「毋庸致疑，任何能壓縮膨脹的流體(elastic fluids)都可以被壓縮成液體，在低溫下施壓於未混合的氣體就可以萬無一失的做到。」在第四篇論文中，他說：「我們有足夠的理由推斷：同壓時彈性流體受熱會膨脹；且溫度越高時，和水銀的膨脹相比，空氣幾乎成比例地膨脹。這意味著，固定的熱量對彈性流體的影響比其他物質來得更明顯。」他闡述了給呂薩克定律及查理定律，1802 年由給呂薩克(Gay Lussac)發表。其後的兩、三年中發表的論文包括了有名的氣體分壓定律，現在又稱為道耳頓定律。

道耳頓最重要的研究當屬化學的原子理論(Atomic Theory)，原子論與道耳頓的名字已是密不可分。但是道耳頓究竟是如何蘊育出這個改變人類歷史的念頭呢。

湯姆生(Thomas Thomson)記述道耳頓的書中似乎認為道耳頓對原子的想法是來自對他人就乙烯或甲烷研究的結果，或是源自對一氧化二氮和二氧化氮的分析。不過根據在文哲會找到的道耳頓的實驗室筆記看來，道耳頓認為物質是由基本單位組成的純物理概念，應該是源於他自己提出的倍比定律(Law of multiple proportions)，這也正是驅使他探究大氣和其他氣體物理性質的原因。道耳頓在 1803 年 10 月 21 日發表對氣體吸收的論文時，已經提到他這個劃時代的想法。他在 1805 年發表的論文中說：「為什麼不認為水就像是巨集的氣體呢？我曾充分考慮這個問題，雖然我對自己被說服的狀況尚不全然滿意，問題取決於氣體都有具重量與數目的終極粒子。」

道耳頓之後的許多研究都集中在決定原子的原子量上。

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