2020-08-05

200年前的8月2日,也就是1820年8月2日,一位偉大的科學家在愛爾蘭誕生了。后來,他的名字不僅被用來命名地球上的一些地方和研究所,還被用來命名月球和火星的一些地形和位置。然而令人意外的是,這個名字以及他所作出的成就,卻并不為世人所熟知。他就是約翰·丁達爾(John Tyndall)。
他是一位重要的科學家,也是一名著名的登山家。我們在初中化學課堂上學到的“丁達爾效應”,便是以他的名字命名的。但他所作的科學貢獻,遠不僅于此。
1859年,丁達爾用實驗證明了含有二氧化碳和水蒸氣的氣體可以吸收熱量。他的實驗所采用的熱源并非太陽,而是一個含有沸水的銅制立方體所輻射出的熱量,即紅外線輻射。現在我們知道,這也是地球表面會放出的輻射。
那時有研究表明,地球的溫度比預期的要高,因此有人推測大氣層或許起到了絕緣保溫的作用。但是沒人能對這種現象,即我們現在所說的溫室效應作出更科學的解釋。
丁達爾發現并解釋了這種機制,他寫道:“大氣層允許作為接納太陽熱量進入的入口,卻會把守住它的出口,造成的結果就是在這顆星球表面形成了積聚熱量的趨勢。”
他的工作為我們理解氣候變化和氣象學奠定了基礎。他意識到,大氣中的水蒸氣或二氧化碳含量出現任何變化,都有可能對氣候造成影響。
然而,丁達爾并非是第一個將大氣層中的氣體與氣候聯系起來的人。在更早的時候,一位名為尤妮絲·富特(Eunice Foote)的美國科學家在1856年就利用陽光證明了二氧化碳和水蒸氣可以吸收熱量。并且她認為如果大氣中的二氧化碳含量增加,就會導致地球變暖。這一發現比丁達爾早了三年,不過從現有的資料來看,丁達爾在當時對富特的研究并不知情。而丁達爾和富特的這一發現,也被普遍認為是物理學,尤其是氣候學的一個重要時刻。
除了作為氣候學的先驅,丁達爾在許多不同的物理學和生物學的領域都作出了貢獻。他最初的聲望來自于對一個晦澀的課題——抗磁性的研究所作出的發現。抗磁性指的是磁鐵對物質施加的弱斥力,丁達爾在這方面的工作使他成功地吸引到了一些具有影響力的人的注意,比如大物理學家——邁克爾·法拉第(Michael Faraday)。
幾年之后,他成為了英國最負盛名的科學機構——英國皇家學會的一名成員,并出任皇家學會的自然哲學教授,在那里度過了之后的整個科學生涯。
他開始研究冰川的結構和運動;在那之后又開始了關于氣體吸收熱量的研究;再然后是研究光在引起化學變化中所起的作用。在這個過程中,丁達爾為天空的顏色給出了解釋:他表示天空之所以是藍色的,是因為與其他顏色的可見光相比,藍光的波長較短,因此更容易被天空中的氣體散射。
此外,當他在與法國著名生物學家路易斯·巴斯德(Louis Pasteur)一起進行為了證明細菌可以導致疾病的實驗時,還發現了一種名為丁氏消毒法的滅菌法。雖然丁達爾從未為此申請過專利,但這項研究的結果帶來了后來可供消防員使用的呼吸器。丁達爾致力于基礎研究,并堅定的相信會有其他人將他的發現變成有用的應用。
作為一名公共知識分子,丁達爾信奉科學的自然主義,他是主張對自然世界和生命進行科學解釋的最響亮的聲音。宗教和神學在他這里毫無地位。1874年,他在貝爾法斯特發表了一場演講,在演講中就這一立場發表了最激烈的言辭。
在愛爾蘭大廳里他高聲喊道:“我們宣布,我們將從神學中奪下宇宙理論的領域。所有會侵犯科學領域的計劃和系統,只要他們這樣做了,就必須放棄所有控制科學的想法,歸順于科學。”
然而有意思的是,他從不否認宗教的作用。對他來說,科學能為了解這個世界提供可靠的知識,而宗教則可以滿足人們的情感需求——一個他認為最終可能會被詩歌所取代的需求。
丁達爾直到55歲才結婚,他娶了當時年僅30的路易莎·漢密爾頓(Louisa Hamilton)。但是在1893年,路易莎卻意外地造成了他的死亡——她在黑暗中給他服用了過量的水合氯醛。在悲劇發生之后,路易莎開始收集大量的材料,著手為丁達爾編寫傳記。她用了47年的時間進行這項工作,直到1940年她去世時,這本傳記都沒能完成。在某種程度上,路易莎沒能完成傳記的撰寫,成了丁達爾不那么為后人所熟知的部分原因。
現在,路易莎的稿件,以及丁達爾的日記、實驗室筆記和數千封信件,都保存在了位于倫敦的皇家學會。他所有的信件也都將由一個“丁達爾通信計劃”出版。
當丁達爾去世時,物理學正處在量子理論和相對論等革命性理論出現的風口上。這對他來說是一件非常不幸的事。在某種意義上,他只參與了過去的物理學。然而另一方面,他也代表了現在。現如今,氣候學研究比以往任何時候都更加重要和緊迫,假如丁達爾能知道這一切,想必他一定會為自己的基礎性工作的重要性而高興。
雖然在他生活的時代,很少有人把燃燒化石燃料和可能的全球變暖聯系起來。現在,氣候科學是我們的未來。因此,在丁達爾200歲誕辰之際,是時候讓我們更加正式地好好認識這位重要的科學家,給予本該屬于他的尊重和敬意了。