Знание-сила

Знание-сила научно-популярный журнал

Вход Вход
iiene     
Он-лайн ТВ Знание - Сила РФ Проекты Фотогалереи Лекторий ЗС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Горячая новость:
Покупайте журнал «ЗНАНИЕ-СИЛА» в киосках города
 

 





СВЕЖИЙ НОМЕР


Органические молекулы в космосе
 
 

  Знание - Сила РФ  
Вы думаете, «Знание-Сила» ограничивается только бумажной версией? Ничего подобного. Здесь, и только здесь, вы сможете прочитать то, чего те, кто не придёт на наш сайт, не узнают никогда! В этом разделе, который можно было бы назвать также «Знание-Сила+» - электронные материалы о научных событиях, идеях, открытиях и проблемах, у которых нет и не будет бумажного аналога. Не упустите!

Джон Дальтон

Борис Булюбаш

Имя Джона Дальтона увековечено в физике (закон Дальтона) и в офтальмологии (дальтонизм). Закон Дальтона, позволяющий вычислить давление смеси газов, входит в программу курса физики средней школы. А о том, что такое «дальтонизм», знают не только врачи… дефект зрения, связанный с цветовой слепотой, Джон Дальтон обнаружил у себя и у своего старшего брата Джонатана. Известен Дальтон и историкам науки, в первую очередь выдающимся вкладом в становление атомной теории – как первый естествоиспытатель, попытавшийся оценить массу атомов у различных химических элементов. Кроме этого, Дальтон был известен исследованиями в области метеорологии.

Детство

Джон Дальтон родился 6 сентября 1766 г. в городе Иглсфилд в семье ткача. Исключительно важной деталью его биографии была религиозная ориентация семьи: Дальтоны были квакерами. Дети из подобных семей обычно получали образование в частных учебных заведениях, организованных единоверцами. Поэтому начальное образование Джон получал в домашних условиях и в школе для квакеров. Семья была малообеспеченной и уже в возрасте 10 лет Дальтон вынужден зарабатывать деньги: он нанимается слугой к квакеру Элиху Робинсону. Робинсон был известен своим интересом к научным исследованиям и, в частности большим опытом в метеорологических измерениях. Широкую известность получило также его мастерство как изготовителя научных инструментов. Регулярное общение с Робинсоном способствовало росту познаний Дальтона в вопросах метеорологии и математики.

Жизнь в Кендале

В 15 летнем возрасте Джон переезжает в городок Кендал в 45 милях от Иглфилда. Там он помогает старшему брату Джонатану руководить квакерской школой и продолжает «двигаться» по своей собственной образовательной траектории. В школе была богатая библиотека (среди прочего на ее полках стояли «Математические начала натуральной философии» Исаака Ньютона, шеститомное собрание трудов Роберта Бойля, Естественная история Жоржа Бюффона). В распоряжении школьников имелись «главные» научные инструменты того времени: телескоп – рефлектор, микроскоп и воздушный насос. Рассказывая впоследствии о кендальской школе, Дальтон вспоминал прежде всего библиотеку и своего наставника – незрячего естествоиспытателя Джона Гоуха (John Gough). По словам Дальтона, Гоух в совершенстве владел латынью, греческим и французским… эти же языки выучил и его благодарный ученик. Как писал Дальтон, Гоух «на ощупь, по вкусу и по запаху мог узнать каждое дерево в радиусе 25 миль». Под чутким и бережным руководством выдающегося учителя Дальтон совершенствует свое образование в области математики, метеорологии и ботаники. По инициативе Гоуха Дальтон начинает в 1787 г. ежедневные метеорологические наблюдения и проводит их до последних дней своей жизни. За 57 лет в соответствующем дневнике им было сделано в общей сложности 200 000 записей.

В 1785 г. Дальтон начинает читать в Кендале публичные лекции. Используя имевшиеся в школе приборы, он рассказывает своим слушателям о достижениях механики, оптики, астрономии… Ощущая при этом недостаточность своих знаний, он в 1790 г. пишет письма Робинсону и своему дяде, лондонскому адвокату Томасу Гринапу, с просьбой обсудить имевшиеся у него планы получить медицинское и юридическое образование. По разным причинам оба корреспондента Дальтона его планы не одобрили. Отчасти это было связано с негативным отношением квакеров к системе образования, принятой в английских университетах.

Манчестер

Тем не менее в 1793 г. Дальтон покидает провинциальный Кендал, переезжает в Манчестер и приступает к работе профессором математики и натуральной философии в учебном заведении New College. В его расписании вскоре появляются занятия еще и по химии. В итоге преподавательская работа не оставляет Дальтону времени для занятий наукой; его аудиторная нагрузка достигает 21 часа в неделю.

26 марта 1800 г. Дальтон объявляет руководству о своем намерении покинуть New College. Биографы предполагают, что одной из причин увольнения была низкая оплата: Дальтон получал меньше двух своих коллег – профессоров. А в сентябре 1800 г. газета Manchester Mercury анонсировала открытие частной «Математической Академии», предлагающей образование в области математики, экспериментальной философии и химии. Этот образовательный проект Дальтона оказался успешным не только в финансовом смысле; в течение пяти лет, прошедших после увольнения из NewCollege, он смог завершить свои исследования в области газов и атомной теории.

Lit & Phil

Существенной частью научной биографии Дальтона были его взаимоотношения с Манчестерским Литературным и философским обществом (The Manchester Literary and Philosophical Society, сокращенно Lit & Phil) – старейшим после Лондонского Королевского Общества (ЛКО) действующим научным обществом Англии. Lit & Phil способствовало становлению Дальтона как ученого, самим фактом своего существования легитимизируя профессию ученого в эпоху, когда наука еще не была общепризнанной и уважаемой профессией. Спустя месяц после своего избрания в члены общества (это произошло 17 октября 1794 г.) Дальтон прочитал на очередном заседании Lit & Phil доклад о некоторых «экстраординарных фактах, относящиеся к наблюдению цветов». В этом докладе Дальтон представил первое детальное описание феномена цветовой слепоты, обнаруженной им у себя самого и у своего брата Джонатана. Он предположил, что его (и Джонатана) неспособность видеть красный цвет вызвана повышенным поглощением соответствующих длин волн в веществе глазного яблока. Собственный глаз Дальтон завещал сохранить после своей смерти, тем самым предоставив последующим поколениям ученых возможность подтвердить или опровергнуть свою гипотезу. В 1995 г. глазное яблоко Дальтона было подвергнуто всестороннему исследованию; было установлено, что он страдал относительно мало распространенной формой цветовой слепоты, при которой отсутствуют колбочки, чувствительные к определенным длинам волн (значительно чаще встречаются случаи нарушения их функций вследствие мутации).

Как и другие научные общества, Lit & Phil предоставляло своим членам возможность пользоваться обширной и регулярно пополняемой библиотекой. Исключительно важной была также возможность публикаций в трудах Общества. Так, The Manchester Memoirs опубликовали 26 из 117 докладов, прочитанных Дальтоном на заседаниях Lit & Phil. Достижения Джона Дальтона, вне всякого сомнения, способствовали повышению престижа общества. При этом в Lit & Phil произошла своеобразная институционализация Дальтона: он был избран сначала секретарем общества, затем его вице – президентом и – в 1817 г. – президентом. Манчестерского литературного и философского общества. Этот пост он занимал до конца жизни.

ЛКО

Несколько необычно складывались взаимоотношения Дальтона с «главным» научным обществом Великобритании – с Royal Society (Лондонское Королевское Общество или ЛКО). В 1810 знаменитый английский химик сэр Хэмфри Дэви предложил ему выставить свою кандидатуру для избрания в ЛКО, но Дальтон это предложение отклонил (по-видимому, из финансовых соображений, поскольку членство в ЛКО предполагает уплату ежегодного взноса). В результате спустя 12 лет Дальтон был все же избран в ЛКО…без его ведома. В 1826 г. ЛКО наградило Джона Дальтона Королевской медалью в знак признания его заслуг в развитии атомистической теории.

Добавим, что в 1816 г. Дальтон становится членом-корреспондентом французской AcademiedesSiences, а в 1830 г. она избирают его одним из своих восьми иностранных членов.

Общественная активность Дальтона включала также его участие в работе Британской ассоциации содействия развитию науки. В 1831 г. в числе нескольких ученых он присутствовал на организационном собрании ассоциации в г. Йорке, а в 1832 г. председательствовал в комитете по химии, минералогии, электричеству и магнетизму. В 1836 Джона Дальтона избирают вице-президентом Ассоциации.

Первая научная публикация Джона Дальтона называлась «Метеорологические эссе и наблюдения»; она вышла в свет в 1793 г. (вторая научная работа Дальтона, «Элементы английской грамматики», датирована 1801 г.).

«Смешанные упругие флюиды»: от явления диффузии к закону Дальтона

Именно интерес к метеорологии привел Дальтона к закону, названному в его честь. В 1802 г. «Труды Манчестерского литературного и философского общества» под общим заголовком «Экспериментальные эссе» публикуют четыре статьи Дальтона, в которых анализируются свойства газов. В 1803 г. выходит в свет еще одна серия статей на ту же тему. В них, в частности, представлен закон, известный нам как «закон Дальтона». История его открытия связана с обсуждением вопроса о смешивании газов. В эпоху Ньютона большинство естествоиспытателей придерживалось точки зрения, согласно которой атмосферный воздух в силу своей однородности представляет собой самостоятельный химический элемент. В течение XVIII-го столетия ей на смену пришла концепция химиков-пневматиков, согласно которой атмосфера состоит из разных газов. Считалось, что при атмосферные газы смешаны химически; поскольку же одним из этих газов является водяной пар, предполагалось, что испарение воды в атмосферу сопровождается химическими реакциями с участием воды и других газов.

Изучая свойства водяного пара, Дальтон убеждается в несостоятельности теории химического смешивания. По его словам, принимая эту теорию, «можно ожидать, что по крайней мере плотность газа должна оказывать хотя бы некоторое влияние на его растворяющую способность и что воздух половинной плотности воспринимает вдвое меньшее количество воды». Однако этого не происходит и «если только вода присутствует, пар обнаруживает одну и ту же упругость… поистине удивительно то, что с одной частицей воздуха в данном пространстве сцепляется то же количество пара, как и с одной тысячей таких частиц в том же пространстве». Дальтон показывает, что и в том случае, когда вода испаряется в вакуум (т.е. сильно разреженный воздух), давление водяного пара будет таким же, как и в случае испарения воды при атмосферном давлении.

Критикуя теорию химического смешивания, Дальтон обсуждает природу однородных и неоднородных газов; в терминологии того времени их называли соответственно «чистыми упругими флюидами» и «смешанными упругими флюидами». Дальтона впечатляет явление диффузия газов (открытое Алессандро Вольта в 1796 г.) и в 1801 – 1803 гг. он изучает его в специально поставленных экспериментах. Заполнив разными газами две герметически закрытые колбы, он устанавливает их друг над другом и соединяет трубкой. При этом нижняя колба наполнена более тяжелым газом, а верхняя – более легким. После нескольких часов ожидания Дальтон исследовал содержимое колб; подводя итоги эксперимента, он пишет: «опыты эти вполне убеждают меня в том, что два упругих флюида, приведенные в соприкосновение, неизменно смешиваются между собой даже в том случае, когда какие-либо движения внутри них тщательно устранены…»

Новый закон Дальтон формулирует следующим образом: «Особенностью новой теории было допущение, что частицы одного газа упруги и обладают отталкивательной силой лишь в отношении частиц одинакового с ними рода. Вследствие этого если сосуд содержит смесь двух таких упругих флюидов, то каждый действует на сосуд независимо, со свойственной ему упругостью в точности так же, как если бы другой флюид отсутствовал вовсе. Причем никакого взаимодействия между самими флюидами не происходит». При этом Дальтон, обращаясь к теплородной теории, представляет я газ системой атомов, окруженных атмосферой из теплорода: «упругие флюиды построены из частиц, обладающих далеко распространяющейся атмосферой тепла, причем емкость или объем атмосферы часто в одну или в две тысячи раз превышает объем частицы в жидком или твердом состоянии…» И далее: «атмосфера этого неуловимого флюида постоянно окружает атомы всех тел и не дает им притянуться до фактического соприкосновения. Это, по-видимому, удовлетворительно доказано тем наблюдением, что объем тела может быть уменьшен удалением части содержащегося в нем тепла».

Модель газа, в которой атомы движутся не сами по себе, а под действием силы отталкивания охватывающих атомы оболочек из теплорода, не могла, естественно, привести Джона Дальтона к правильному пониманию механизма диффузии газов.

Новая система химической философии

Несмотря на это с именем Дальтона историки науки связывают принципиально новый для физики и химии начала девятнадцатого столетия подход к атомистике. Вот как он пишет о задачах теории атомов в книге «Новая система химической философии»: «Попытка оценить число частиц в атмосфере несколько напоминает попытку оценить число звезд во Вселенной; эта мысль подавляет нас. Но если мы сузим вопрос, взяв данный объем какого-либо тела, то мы убеждаемся в том, что, как бы глубоко не было произведено разделение, число частиц должно быть конечным; точно так же и в данном ограниченном пространстве Вселенной число звезд и планет не может быть бесконечным». Приводя слова английского физика, Я.Г. Дорфман пишет о кажущейся (для нас) очевидности и даже тривиальности этого высказывания. Но, замечает автор «Всемирной истории физики», «нельзя забывать, что ни один из его предшественников не осмеливался даже заикнуться о возможности оценки числа атомов, которое, как правило, с древнейших времен считалось бесконечно большим».

Свою главную задачу Дальтон видел в том, чтобы определить – основываясь на информации о химических свойствах разных веществ - относительные веса атомов. Фактически же он пытается определить число атомов в молекулах, исходя из придуманных им правилах сочетания атомов друг с другом. В частности, по этим правилам при соединении двух тел А и В атомы А и В могут образовать один двойной атом С. Один атом А в сочетании с двумя атомами B могут образовать один «тройной» атом D. Два атома A в сочетании с одним атомом B образуют один (также тройной) атом E и т.д. и т.п. Естественно, в нашем понимании сложные частицы C, D, E являются уже не атомами, а молекулами.

Затем Дальтон вводит общие правила в отношении «химического синтеза», а ориентиром для него является принцип простоты. Мы не будем приводить эти правила… отметим лишь, что в химической атомистике Дальтона все газы были одноатомными, и что, следуя своим правилам, он фактически приписывал воде формулу HO, а аммиаку NH (правильная формула NH3). Далее Дальтон, используя имеющиеся сведения о весах газов различных соединений и сопоставляя их с выведенными им самим формулами молекул таких соединений, «вычислил» атомные веса элементов, принимая атомный вес водорода за единицу. Значения этих весов были, естественно, далеки от истинных значений. Так, кислород в атомистике Дальтона имел атомный вес 7 (вместо 16), азот – 5 (вместо 14) и т.д.

По оценке Я.Г. Дорфмана, «историческое значение этих работ Дальтона заключалось в том, что впервые атом перестал быть абстрактным философским понятием, он обрел физические и химические свойства и прежде всего массу... Иными словами, атом превращался в реальный объект научного исследования». Вскоре итальянский физик и химик Амедео Авогадро (1776 – 1856) переработал атомную систему Дальтона. Используя экспериментальные данные, полученные, в частности, Жозефом Луи Гей-Люссаком, Авогадро пересматривает атомные таблицы Дальтона и предлагает свои значения атомных весов, во многих случаях оказавшиеся ближе к истинным.

Следует сказать, что естествоиспытателям позапрошлого столетия Дальтон был известен не только «законом Дальтона» и таблицей атомных весов. К примеру, историк науки Яков Гельфер отмечает, что Дальтон был первым физиком, заявившим о невозможности изучения тепловых эффектов в газах без знания их теплоемкостей. Соответствующее утверждение он сделал в работе «О теплоте и холоде при механическом сжатии и разряжении воздуха», опубликованной в 1802 г. Заметим, что при этом Дальтон ошибочно полагал, что при сжатии газа его теплоемкость будет меньше, а при расширении – больше. Логически развивая это утверждение можно было прийти к парадоксальному выводу о том, что максимальной теплоемкостью обладает вакуум.

Дальтон, Гей-Люссак и тепловое расширение газов

Отметим также, что практически одновременно с Гей-Люссаком и независимо от него Дальтон изучал процесс расширения газов при нагревании. В 1802 г. он публикует результаты соответствующих экспериментов, из которых следовало, что коэффициент расширения у всех газов одинаков и равен 0, 00373 град-1. Здесь историки обращают внимание на еще одну ошибку Дальтона: он считал, что тепловое расширение газов не является равномерным. Важно, однако, что измерения Дальтона подтверждали выводы Гей-Люссака, согласно которому коэффициент расширения всех газов равнялся 0, 00375 град-1. Заметим, что в научном сообществе считались надежными именно его данные – но не данные Дальтона. Интересно, что, анализируя процесс теплового расширения газов Дальтон вычисляет «уровень абсолютного холода», который, согласно его оценкам, должен отстоять от точки замерзания воды на 860оС .

Дальтон – лектор

Занимаясь исследовательской работой, Дальтон не оставлял также научно-образовательную деятельность. В течение длительного времени он в разных аудиториях и разных городах читал курсы лекций. Соответствующий список впечатляет: Манчестер (1805 и 1806); Эдинбург и Глазго (1807); Манчестер (1808, 1811 и 1814); Бирмингем (1817); Лондон (1819) и Манчестер (1820). Затем Лидс (1823) и снова Манчестер (1825, 1827, 1828, 1829, 1834, 1835). С 1824 г. он также в течение шести лет читал лекции по фармацевтической химии в Манчестерской школе медицины и хирургии. Оплата за лекционные курсы была весьма существенной частью его дохода.

Джон Дальтон – выдающийся английский ученый

У Джона Дальтона не было семьи; он как-то сказал: «моя голова переполнена треугольниками, химическими процессами и электрическими экспериментами, и я не в состоянии думать о женитьбе». Последние годы своей жизни он провел в статусе выдающегося английского ученого. В 1833 г. усилиями Чарльза Бэббиджа и Вильяма Генри Дальтону была назначена правительственная пенсия в размере 150 фунтов в год, а в 1836 эта сумма была удвоена. Еще при жизни Дальтона была установлена его статуя (изготовленная на средства, выделенные городом Манчестером); он, возможно, был единственным ученым, удостоенным такой чести. В настоящее время эта статуя расположена перед входом в здание городского совета Манчестера.

Дальтон умер 27 июля 1844 г. Он был похоронен с большими почестями; за четыре дня мимо гроба с его телом прошло 40 000 человек. В день похорон в знак уважения к его памяти все магазины и офисы Манчестера были закрыты. В 1855 г. статуя Дальтона была установлена в Лондоне на Пиккадилли; в 1966 г. она была перенесена к зданию факультета наук и инженерии Манчестерского университета. В память о Дальтоне многие химики используют неофициальное обозначение дальтон для атомной единицы массы, составляющей 1/12 массы нейтрального атома углерода C – 12.

В Англии XIX столетия Джон Дальтон олицетворяет новый тип ученого; в его бэкграунде нет Оксфорда или Кембриджа, а своей карьерой он обязан исключительно профессиональной компетентности, упорству и высокой работоспособности. По крайней мере двух знаменитых английских ученых позапрошлого столетия можно отнести к этому же типу: химика Хэмфри Дэви и физика Майкла Фарадея.

Архив Дальтона хранился в Манчестерском Литературном и Философском обществе и был сильно поврежден 24 декабря 1940 г., когда самолеты люфтваффе бомбили Манчестер. По этому поводу Айзек Азимов сказал: «Записи Джона Дальтона, бережно сохранявшиеся в течение столетия, были разрушены во время Второй мировой войны. Война убивает не только живых…».

Вернуться назад

Архив статей

 

вернуться


Карта сайта | Контактная информация | Условия перепечатки | Условия размещения рекламы

«Сайт журнала «Знание-сила»» Свидетельство о регистрации электронного СМИ ЭЛ №ФС77-38764 от 29.01.2010 г. выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)
© АНО «Редакция журнала «Знание-сила» 2012 год

По техническим вопросам функционирования сайта обращайтесь к администратору

При поддержке медицинского портала ОкейДок


Rambler's Top100
av-source