Джон Дальтон
Джон Дальтон (1766-1844) заложил количественные основы атомной теории строения вещества, открыл закон кратных отношений, составил первую таблицу относительных атомных масс и дал первое в истории науки научное описание цветовой слепоты, которой страдал сам, за что этот дефект зрения во многих языках носит его имя.
Детство в семье квакеров
Джон Дальтон родился 6 сентября 1766 года в деревне Иглсфилд близ Коккермута в графстве Камберленд на северо-западе Англии. Семья принадлежала к Обществу друзей, то есть к квакерам: отец Джозеф Дальтон был ткачом, мать Дебора занималась домашним хозяйством. Жили скромно, и уже с десяти лет Джон помогал зарабатывать на хлеб.
Квакерская община Камберленда придавала большое значение образованию в области натуральной философии и математики. Именно в этой среде маленький Дальтон получил первые уроки и обнаружил редкую способность к точным наукам. В двенадцать лет он уже помогал вести занятия в местной квакерской школе, а вскоре и полностью взял на себя часть преподавания, зарабатывая несколько шиллингов в неделю.
Брат Джонатан был старше Джона и разделял его интерес к природе. Оба брата с детства страдали одинаковым дефектом восприятия цветов, однако поначалу не придавали этому особого значения: вокруг никто не мог объяснить, что именно они видят иначе, чем остальные.
Наставники и самообразование
В 1781 году пятнадцатилетний Джон вместе с братом переехал в Кендал, чтобы преподавать в местной квакерской школе. В Кендале он познакомился с Джоном Гоуом, слепым философом и натуралистом, который, несмотря на потерю зрения, обладал обширными знаниями в математике, физике и ботанике. Именно Гоу передал Дальтону «большую часть своих научных познаний»: он научил его работать с инструментами, ставить опыты на ощупь и строго фиксировать наблюдения.
Ещё одним важным наставником стал Элиху Робинсон, состоятельный квакер, метеоролог-любитель и изготовитель приборов. Робинсон привил молодому учителю страсть к систематическим измерениям погоды и познакомил его с передовыми физическими инструментами того времени. Под его влиянием Дальтон в 1787 году завёл метеорологический дневник и вёл его без перерыва на протяжении пятидесяти семи лет, накопив более двухсот тысяч записей.
Формального университетского образования Дальтон так и не получил. Квакерам закрывали двери Оксфорда и Кембриджа, принимавших только англиканцев. Он восполнял это самостоятельным чтением, решением задач в популярных математических журналах «Ladies Diary» и «Gentleman Diary», а также живым общением с учёными-практиками своего времени.
Манчестерские годы и первые публикации
В 1793 году Дальтон переехал в Манчестер и получил место преподавателя математики и естественных наук в Новом колледже, диссентерской академии, принимавшей студентов вне зависимости от вероисповедания. В том же году вышла его первая книга «Метеорологические наблюдения и опыты», в которой, по выражению позднейших историков, уже содержались зародыши многих будущих открытий.
В 1800 году Новый колледж закрылся из-за финансовых трудностей. Дальтон перешёл на частные уроки, которые давал до конца жизни. В том же году он стал секретарём Манчестерского литературного и философского общества, а с 1817 года и до смерти занимал пост его президента. За эти годы он прочёл в обществе 116 докладов.
В 1801 году Дальтон опубликовал небольшой труд «Особенности английской грамматики», чем немало удивил коллег-естествоиспытателей: строгий экспериментатор оказался ещё и внимательным наблюдателем языка. Впрочем, основные его силы с начала XIX века уходили совсем в другую сторону: в физику газов и природу атомов.
Газовые законы и путь к атомизму
Атомная теория выросла у Дальтона не из химических опытов, а из метеорологии. Изучая поведение водяного пара в атмосфере, он задался вопросом: почему разные газы в смеси ведут себя так, будто каждый из них находится в сосуде один? В 1801 году он сформулировал закон парциальных давлений, известный сегодня как закон Дальтона: полное давление смеси газов равно сумме парциальных давлений каждого компонента, и каждый газ давит на стенки сосуда независимо от присутствия остальных.
В 1802 году Дальтон установил закон равномерного расширения газов при нагревании, а несколько позже описал закономерности растворения газов в жидкостях (закон Генри-Дальтона). Все эти работы подводили к одному выводу: газы ведут себя именно так, как должны вести себя системы из отдельных маленьких частиц с определёнными размерами и массами.
В 1803 году Дальтон сделал следующий шаг и сформулировал закон кратных отношений: если два элемента образуют несколько различных соединений, то на одну и ту же массу одного элемента приходятся массы другого, относящиеся между собой как небольшие целые числа. Именно этот закон впервые дал химии строгое количественное правило, объяснить которое можно было только одним образом: атомы соединяются в строго фиксированных целочисленных пропорциях.
Атомная теория и таблица атомных масс
В 1803 году Дальтон ввёл понятие атомного веса и составил первую в истории таблицу относительных атомных масс шести элементов: водорода, кислорода, азота, углерода, серы и фосфора. За единицу он принял массу атома водорода. Таблица содержала ошибки (в частности, Дальтон полагал, что молекула воды состоит из одного атома водорода и одного атома кислорода), однако сам принцип оказался революционным: химия впервые получила количественный фундамент.
В 1808 году вышла первая часть главного труда Дальтона «Новый курс химической философии», где атомная теория была изложена систематически. Книга утверждала пять основных положений: все вещества состоят из неделимых атомов, атомы одного элемента одинаковы по массе и свойствам, атомы разных элементов различаются, атомы не создаются и не уничтожаются, а химические соединения образуются путём объединения атомов в простых целочисленных пропорциях. Вторая часть первого тома вышла в 1810 году, первая часть второго тома, с большой задержкой, только в 1827-м.
Не все положения Дальтона оказались верными: он не принял молекулярную теорию Авогадро и отверг более удобную химическую символику, предложенную шведом Берцелиусом. Тем не менее именно его работы превратили атомистику из философской гипотезы в рабочий инструмент химии. Примерно тогда же Дальтон обнаружил явление полимеризации, заметив, что этилен и бутилен имеют одинаковый элементный состав, но разные свойства.
Исследование дальтонизма
В 1794 году Дальтон прочитал в Манчестерском литературном и философском обществе доклад «Необычные случаи цветовосприятия». Это был первый в истории науки систематический разбор цветовой слепоты. Дальтон описал собственные ощущения: красный цвет казался ему «тенью или плохо освещённой областью», а цветок герани при дневном свете выглядел голубым, но в лучах свечи становился красным. Его брат Джонатан видел мир точно так же.
Дальтон предположил, что причина в особом пигменте, наполняющем глазное яблоко и поглощающем часть световых лучей. Гипотеза была неверной, но научный подход оказался верным: он показал, что речь идёт о наследственном физиологическом феномене, а не о прихоти или недостатке внимания. В нескольких европейских языках этот дефект зрения до сих пор называется «дальтонизмом». В 1995 году, спустя полтора столетия после смерти учёного, молекулярный анализ сохранившегося глаза Дальтона установил точный диагноз: дейтеранопия, то есть цветовая слепота, вызванная отсутствием зелёных световых рецепторов.
Признание, награды и личная жизнь
Слава пришла к Дальтону поздно, но пришла основательно. В 1816 году он был избран членом-корреспондентом Французской академии наук, в 1822 году, совершенно неожиданно для себя, стал членом Лондонского Королевского общества (членский взнос заплатил после избрания), в 1826 году получил Королевскую медаль. В 1830 году его избрали иностранным членом Французской академии наук, в 1834 году он вошёл в состав почётных иностранных членов Американской академии искусств и наук, в 1835 году стал почётным членом Королевского общества Эдинбурга.
В 1833 году британское правительство назначило Дальтону пенсию в 150 фунтов стерлингов в год, а в 1836 году увеличило её до 300 фунтов. В 1804 и 1809-1810 годах он читал лекции в Лондонском Королевском институте и дважды посещал Париж, где встречался с ведущими учёными Европы.
Дальтон никогда не был женат и никогда, судя по всему, всерьёз к этому не стремился. Друзей у него было мало, круг общения замыкался на научных и квакерских знакомых. Последние двадцать шесть лет жизни он прожил в комнатах, которые снимал у преподобного Р. У. Джонса и его жены на Джордж-стрит в Манчестере. Хозяйка дома следила за его бытом, что позволяло учёному целиком отдаваться работе.
Распорядок дня Дальтона был почти монашеским: утром лаборатория, днём уроки с учениками, вечером записи наблюдений. Единственным постоянным отдыхом служили ежегодные пешие прогулки в Озёрный край: там он продолжал измерять температуру воздуха, высоту облаков и давление на горных вершинах. Гемфри Дэви однажды назвал его «грубым экспериментатором», подразумевая несовершенство приборов, которыми тот пользовался. Историки, повторявшие опыты Дальтона, пришли к обратному выводу: в пределах своих скромных инструментов он работал с высочайшей точностью. К чужим авторитетам Дальтон относился с ровным скептицизмом, публично критиковал газовые законы Гей-Люссака и отвергал номенклатуру Берцелиуса, считая её излишне громоздкой.
Последние годы и смерть
В 1837 году Дальтон перенёс первый инсульт, в 1838 году второй, после которого у него нарушилась речь. Тем не менее он не прекратил работы: продолжал принимать учеников, посещал заседания Манчестерского общества и вёл метеорологический дневник. В мае 1844 года последовал третий удар.
26 июля 1844 года семидесятисемилетний учёный дрожащей рукой внёс в журнал последнее метеорологическое наблюдение. На следующий день, 27 июля, его нашли мёртвым на полу комнаты: он упал с кровати ночью. Манчестер проводил его с почестями, которых удостаивались главы государств: сорок тысяч горожан прошли мимо гроба учёного. Его похоронили на Ардвикском кладбище.
Большая часть рукописей и приборов Дальтона хранилась в Манчестере вплоть до 24 декабря 1940 года, когда немецкие бомбардировщики уничтожили здание, где находились его архивы.
Наследие
Атомная теория Дальтона стала отправной точкой современной химии. Именно он превратил атомизм из умозрительной идеи, восходящей к древним грекам, в рабочую научную концепцию с числами, соотношениями и экспериментальными проверками. Понятие «атомный вес» и принцип использования водорода как единицы измерения лежат в основе современной системы атомных масс.
В честь Дальтона названа внесистемная единица атомной массы «дальтон» (Da), применяемая в молекулярной биологии и биохимии для выражения масс белков, нуклеиновых кислот и других крупных молекул. Термин «дальтонизм» закрепился во многих языках мира. На поверхности Луны находится кратер Дальтон, названный в его честь в 1964 году. Улицы, здания и учебные заведения Манчестера по сей день носят его имя.
В 1877 году в манчестерской ратуше установили статую Дальтона работы скульптора Уильяма Тида. Примечательно, что при жизни учёного Манчестер уже воздвиг ему памятник на улице, что, по мнению историков науки, делало его одним из редких учёных, удостоившихся подобной чести при жизни. Его ученик Джеймс Прескотт Джоуль стал одним из создателей термодинамики, что свидетельствует о том, каких людей умел воспитывать этот скромный квакерский учитель из Камберленда.