Джон Дальтон

Джон Дальтон — биография

Джон Дальтон — английский физик, химик, метеоролог и педагог, основоположник атомной теории вещества и исследователь атмосферных явлений.

Ранние годы и образование

Джон Дальтон родился в квакерской семье в деревне Иглсфилд, графство Камберленд. Его отец, ткач по профессии, придерживался строгих принципов общины, где образование считалось делом личного усердия, а не привилегией. В 15 лет юноша вместе со старшим братом Джонатаном поступил в квакерскую школу города Кендал. Здесь он не только овладел классическими дисциплинами, но и проявил интерес к точным наукам, что стало основой его будущих исследований.

К 1790 году Дальтон задумывался о выборе профессии юриста или врача, однако эти планы оказались невозможными: родители-диссентеры не одобряли обучение в англиканских университетах. В результате он остался в Кендале, где преподавал и продолжал заниматься самообразованием. Весной 1793 года переехал в Манчестер, где познакомился с философом Джоном Гаухом, потерявшим зрение, но обладавшим широчайшими познаниями. Именно Гаух оказал решающее влияние на формирование научного мировоззрения молодого исследователя.

Начало преподавательской деятельности

Благодаря поддержке Гауха Дальтон получил место преподавателя математики и естественных наук в Новом колледже — диссентерской академии Манчестера. В конце XVIII века подобные учебные заведения создавались для тех, кто не мог обучаться в официальных университетах из-за религиозных ограничений. Здесь Дальтон не только преподавал, но и активно занимался наукой, что позволило ему постепенно выработать собственный исследовательский стиль.

На протяжении семи лет, до 1800 года, он преподавал в академии, совмещая занятия с экспериментами в области физики, химии и метеорологии. Когда финансовое положение колледжа ухудшилось, Дальтон оставил должность и занялся частным преподаванием. В Манчестере он продолжил научные опыты, ставить которые ему позволяли средства от уроков.

Ещё в юности Дальтон был связан с Элиху Робинсоном — инженером и метеорологом из Иглсфилда, который стал его наставником. Под влиянием Робинсона он заинтересовался атмосферными процессами и начал систематические наблюдения за погодой. Уже в 1787 году Дальтон завёл метеорологический дневник, который вёл на протяжении 57 лет и в котором зафиксировал более 200 тысяч наблюдений. Этот труд стал одним из наиболее продолжительных серийных наблюдений климата в истории науки XVIII–XIX веков.

В конце 1780-х годов Дальтон обобщил накопленные данные в рукописи «Дневники леди и джентльменов», а затем разработал собственное объяснение циркуляции атмосферы, дополнив и уточнив теорию Джорджа Хедли. В 1793 году он опубликовал книгу «Метеорологические наблюдения и опыты» (Meteorological Observations and Essays), где изложил результаты многолетних исследований. В этой работе содержались идеи, предвосхитившие его последующие открытия — от физики газов до теории атомов. Несмотря на оригинальность подхода, публикация не вызвала заметного отклика в научных кругах.

Следующая крупная работа Дальтона отличалась тематическим смещением: в трактате «Особенности английской грамматики» (A New System of English Grammar) он исследовал закономерности структуры языка. Этот труд отражал стремление учёного к систематизации знания в самых разных областях, что станет характерной чертой его научного метода.

Открытие дальтонизма

Долгое время Дальтон не подозревал о нарушении собственного цветового восприятия. Изучая ботанику, он заметил, что не различает оттенков некоторых растений: голубые и розовые цветы казались ему одинаковыми. Первоначально учёный полагал, что причина кроется в неточности ботанических описаний. Переломным моментом стало наблюдение за цветком, который днём выглядел небесно-голубым, а при освещении свечой — тёмно-красным. Когда окружающие не подтвердили этого эффекта, Дальтон понял, что воспринимает цвета иначе. Аналогичные особенности зрения проявлялись и у его брата, что позволило предположить наследственный характер нарушения.

В 1794 году, вскоре после переезда в Манчестер, Дальтон стал членом Манчестерского литературно-философского общества (Manchester Literary and Philosophical Society). Уже через несколько недель он представил статью «Необычные случаи цветовосприятия» (Extraordinary Facts Relating to the Vision of Colours), где попытался объяснить феномен ограниченного цветоощущения обесцвечиванием жидкости в глазу. Хотя гипотеза оказалась неверной, сам факт точного самоописания стал научным прорывом. В честь исследователя подобное нарушение зрения впоследствии получило название «дальтонизм».

В 1995 году, спустя более полутора веков после смерти учёного, ДНК-анализ сохранившегося глаза Дальтона подтвердил, что он страдал дейтеранопией — редкой формой дальтонизма, при которой рецепторы сетчатки не воспринимают свет средних длин волн. Это открытие окончательно уточнило характер дефекта, впервые описанного самим учёным.

Исследования в области физики и химии

После статьи о цветовом зрении Дальтон продолжил публиковать научные работы, охватывавшие широкий круг тем — от оптики до гидрологии. Он исследовал причины голубого цвета неба, происхождение пресных источников, процессы отражения и преломления света, а также занимался лингвистическими вопросами, выпустив труд о грамматических причастиях в английском языке.

На рубеже XIX века Дальтон приступил к систематическому изучению газов. Он подтвердил закон Гей-Люссака (1802) о тепловом расширении газов и вскоре сформулировал собственный — закон парциальных давлений (1803), согласно которому общее давление смеси газов равно сумме давлений, которые каждый газ создавал бы в одиночку. Эти открытия стали важным шагом к формированию современной молекулярно-кинетической теории.

Ключевым направлением научной деятельности Дальтона стала разработка атомной теории вещества. Считается, что идея возникла у него в ходе опытов с этиленом, метаном и оксидами азота. Учёный заметил, что химические соединения образуются в строго определённых соотношениях масс элементов, что навело его на мысль о дискретности вещества.

Изучение лабораторных записей, найденных в архивах Манчестерского литературно-философского общества, показало, что Дальтон шаг за шагом приближался к представлению о химическом взаимодействии как об акте соединения частиц — атомов. Он искал объяснение закону кратных отношений, согласно которому элементы соединяются в пропорциях, выражаемых малыми целыми числами. Первое упоминание идеи об атомах содержится в заключительной части его статьи об абсорбции газов, датированной 21 октября 1803 года и опубликованной в 1805-м. Именно с этих строк начинается формирование современной атомной теории химии, с именем Дальтона неразрывно связанной.

Развитие атомной теории

Для наглядного изложения своей концепции Дальтон создал оригинальную систему химических символов, впервые представленную в его труде «Новый курс химической философии» (A New System of Chemical Philosophy). В ней каждому элементу соответствовал особый графический знак, а соединения изображались сочетаниями этих символов. Такой подход позволял визуализировать соотношения между частицами вещества, задолго предвосхищая будущие химические формулы.

Продолжая исследования, учёный опубликовал таблицу относительных атомных весов для шести элементов — водорода, кислорода, азота, углерода, серы и фосфора, приняв массу водорода за единицу. Хотя метод определения этих величин он не описал, сохранившиеся записи от 6 сентября 1803 года показывают, что расчёты велись на основе экспериментальных данных других химиков, анализировавших воду, аммиак, углекислый газ и ряд других соединений. Дальтон исходил из предположения, что химические реакции происходят по принципу наименьшей сложности — то есть между частицами с различными весами, что позволило ему связать массы элементов с их реакционной способностью.

Закон кратных отношений

Пытаясь рассчитать относительные диаметры атомов и объяснить состав газов, Дальтон пришёл к выводу, что вещества соединяются только в определённых пропорциях. В результате он сформулировал закон кратных отношений: если два элемента образуют несколько соединений, то массы одного элемента, приходящиеся на фиксированную массу другого, соотносятся как малые целые числа. Учёный предсказал этот принцип ещё в докладе ноября 1802 года, посвящённом составу атмосферы, отметив, что кислород может соединяться с азотом лишь в определённых кратных количествах. Позднее, в 1805 году, это наблюдение было опубликовано и стало краеугольным камнем атомной теории.

В книге «Новый курс химической философии» Дальтон систематизировал все известные вещества, деля их на двойные, тройные, четверные и более сложные соединения в зависимости от числа атомов в молекуле. Таким образом он впервые предложил количественную классификацию химических структур, близкую к современной понятийной системе химии.

Публикации и научное признание

Первые идеи атомизма Дальтон изложил своему коллеге Томасу Томсону, который кратко пересказал их в третьем издании «Курса химии» (1807). Год спустя сам Дальтон опубликовал первый том своего труда, включивший фундаментальные положения теории; вторая часть вышла в 1810 году. Однако дальнейшее развитие химии опередило темп его публикаций — первый том второго выпуска увидел свет только в 1827 году, а вторая часть осталась неопубликованной.

В 1817 году учёный был избран президентом Манчестерского литературно-философского общества, оставаясь на этом посту до конца жизни. За годы работы он представил 116 докладов, среди которых особенно выделяются ранние — по объёмному анализу газов, одному из первых методов количественной химии. Некоторые поздние работы, такие как исследование фосфатов и арсенатов (1840), Королевское общество признало недостаточно убедительными, и Дальтону пришлось издать их самостоятельно. Подобная судьба постигла ещё четыре статьи, включая работы «О количестве кислот, щелочей и солей в различных солях» и «О новом и простом методе анализа сахара». Последняя содержала наблюдения, которые Дальтон считал своими важнейшими после открытия атомистической теории: он заметил, что растворение некоторых безводных солей не изменяет объём жидкости, что, по его мнению, указывало на существование пор в структуре воды.

Среди учеников Дальтона был будущий выдающийся физик Джеймс Прескотт Джоуль, впоследствии открывший закон сохранения энергии. Современники нередко упрекали Дальтона в чрезмерной независимости и склонности работать с несовершенными приборами. Гэмфри Дэви называл его «грубым экспериментатором», полагая, что тот чаще доверяет интуиции, чем фактам. Однако позднейшие историки науки, повторив его опыты, отметили высокий уровень точности и оригинальность методов исследователя.

Во введении ко второй части первого тома своего труда Дальтон писал, что использование чужих данных не раз приводило его к ошибкам, поэтому он решил публиковать только то, что мог проверить лично. Такая позиция делала его работы необычайно цельными, но нередко изолировала от общепринятой научной традиции. Он критиковал закон объемных отношений Гей-Люссака и отказывался признавать открытия Гэмфри Дэви о составе хлора, а предложенную Йёнсом Якобом Берцелиусом систему химической нотации отвергал, считая её менее наглядной, чем собственные символы. Несмотря на это, именно его идеи заложили основы количественной химии и определили направление развития науки XIX века.

Преподавание и признание

Ещё до окончательного формирования атомной теории Дальтон пользовался известностью в научной среде. В 1804 году его пригласили в Лондон читать курс лекций по натурфилософии в Королевском институте — одном из ведущих образовательных центров страны. Его выступления вызывали интерес у профессиональных учёных, но не отличались выразительностью: современники отмечали его монотонный, тихий голос и сложный стиль объяснений, из-за чего даже простые идеи звучали запутанно. Тем не менее приглашение в столь престижное учреждение свидетельствовало о высоком научном авторитете исследователя.

В 1809–1810 годах он вновь выступал в Королевском институте с серией лекций, обобщающих результаты своих опытов. Несмотря на скромные ораторские способности, Дальтон пользовался уважением коллег за широту знаний и независимость мышления. В 1810 году Гэмфри Дэви предложил ему выдвинуться в члены Лондонского Королевского общества, однако учёный отказался, вероятно, по финансовым причинам: уплата членского взноса была для него затруднительной.

В 1816 году Дальтон был избран членом-корреспондентом Французской академии наук, что подчеркнуло международное значение его исследований. В 1822 году, не зная о своей кандидатуре, он всё же оказался в списке претендентов на членство в Королевском обществе и был принят, уплатив требуемый взнос после выборов. Через восемь лет, в 1830 году, Французская академия избрала его одним из восьми иностранных членов, заменив на этом посту умершего Гэмфри Дэви.

Правительство Великобритании также признало заслуги учёного. В 1833 году кабинет лорда Чарльза Грея назначил Дальтону ежегодное жалование в 150 фунтов, которое три года спустя увеличили до 300. Для начала XIX века эта сумма обеспечивала стабильное существование и позволяла ему полностью сосредоточиться на научных занятиях.

Личная жизнь

Дальтон вёл крайне замкнутый образ жизни. Он никогда не был женат и имел немного близких друзей. На протяжении двадцати пяти лет учёный жил в доме своего друга — священника Р. В. Джонса и его супруги на улице Георга в Манчестере. Его повседневность была строго упорядочена: большую часть дня он проводил за экспериментами и преподаванием, лишь изредка делая перерывы на короткие путешествия.

Каждый год Дальтон отправлялся в поездки по Озёрному краю — региону, где прошли его юные годы, — и изредка посещал Лондон. В 1822 году он побывал в Париже, где встретился с ведущими французскими учёными, а также принимал участие в заседаниях Британской ассоциации содействия развитию науки, проходивших в Йорке, Оксфорде, Дублине и Бристоле. Эти поездки оставались редкими исключениями из его уединённой жизни, посвящённой экспериментам и преподаванию, которые стали для него главным смыслом существования.

Последние годы

В 1837 году здоровье учёного резко ухудшилось: он перенёс лёгкий инсульт, после которого вскоре оправился и вернулся к работе. Однако уже в 1838 году повторный удар вызвал нарушение речи, хотя Дальтон продолжал исследования и преподавание, проявляя необычайную силу воли. Несмотря на постепенное ослабление организма, он до конца оставался верен привычному распорядку. Последний, третий инсульт произошёл весной 1844 года. 26 июля он дрожащей рукой сделал последнюю запись в своём метеорологическом дневнике, который вёл почти шесть десятилетий, а на следующий день был найден мёртвым в своём доме в Манчестере.

Учёного похоронили на Ардвикском кладбище в Манчестере. Со временем кладбище было упразднено, а его территория превращена в общественную площадку, однако фотографии захоронения сохранились. Манчестер увековечил память о выдающемся земляке: бюст работы скульптора Фрэнсиса Леггата Чантрея установлен у входа в Королевский колледж Манчестера, а статуя того же автора ныне находится в здании городской мэрии.

Память и наследие

Имя Дальтона навсегда вошло в историю науки. В его честь химики и биохимики используют термин дальтон (Da) для обозначения атомной единицы массы, равной одной двенадцатой массы изотопа углерода-12. Хотя обозначение не является официальным в Международной системе единиц, оно широко применяется в молекулярной биологии и химии.

В Манчестере имя учёного носит улица, соединяющая Динсгейт и площадь Альберта, а также ряд университетских объектов. Здание Технологического факультета Манчестерского университета, где читаются лекции по естественным наукам, названо в его честь. У входа установлена статуя работы Вильяма Тида, созданная в 1855 году и ранее находившаяся на лондонской площади Пикадилли. Студенческое общежитие университета также носит его имя, а учреждённые учебным заведением Дальтоновские гранты присуждаются студентам за достижения в химии, математике и естественной истории. Манчестерское литературно-философское общество вручает Дальтоновскую медаль — одну из старейших научных наград города.

В 1964 году Международный астрономический союз присвоил имя Джона Дальтона крупному кратеру на видимой стороне Луны, отметив тем самым его вклад в развитие естественных наук.

Трагическая страница в истории связана с бомбардировкой Манчестера 24 декабря 1940 года, во время которой были уничтожены почти все архивы и рукописи учёного. Писатель Айзек Азимов, комментируя эту потерю, отметил: «На войне умирают не только живые». Несмотря на это, наследие Дальтона продолжает жить в науке, а его имя остаётся символом точности, настойчивости и преданности исследованию природы.

Ссылки

• Страница в Википедии