مسأله شلوار تنگ

 

جان دالتون

جان دالتون قبل از این که یکی از دانشمندان برجسته دنیا بشود مدیر مدرسه ای بود. البته معلم بودن یک دانشمند امر چندان جالبی نیست ولی جان دالتون در دوازده سالگی مدیر مدرسه شده بود.
اندیشه «اجزای اصلی ماده» چندین قرن مورد توجه دانشمندان بود. یونانیان قدیم عناصر اربعه (چهارگانه) را آب و آتش و خاک و باد می دانستند. ارسطو کوشید که تمام عناصر تشکیل دهنده جهان را بر مبنای عناصر اربعه به علاوه عنصر سماوی توجیه کند. دموکریتوس (ذیمقراطیس)، دانشمند و ریاضی دان یونانی، معتقد بود که کوچکی هر جزء حدی دارد. می گفت اجزا به حدی می رسند که قابل تفکیک و تقسیم نمی شوند. دموکریتوس جز نهایی لایتجزا را اتم نامید، اتم کلمه یونانی و به معنی غیر قابل تجزیه است.
حالا که عقیده اتمی از دیرباز بوده چرا ما افتخار کشف اتم را به جان دالتون می دهیم؟ پیشرفت شیمی از زمان دالتون تا حالا بیشتر مربوط به عناصر، ترکیبات، اتم ها و مولکول ها بوده که همه از نتیجه زحمت جان دالتون حاصل شده است. این دانشمند سخت کوش نظریه اتمی ای را عرضه کرد که به مغزهای گذشتگان نرسیده بود.
جان دالتون که پسر بافنده فقیری بود در ششم سپتامبر 1766 در دهکده ایگسفیلد انگلستان به دنیا آمد. خانواده شان پنج فرزند داشت. او به مدرسه ای رفت که به وسیله «کویکر»ها اداره می شد و در آن جا علاوه بر درس های مذهبی، کمی ریاضی، علوم و دستور زبان انگلیسی آموخت. در آن ناحیه به عنوان نابغه ریاضی مشهور شد. وقتی که دوازده سال داشت بزرگان دهکده به او اجازه دادند که خودش مدرسه ای باز کند، اغلب دانش آموزان مدرسه از مدیر جوان بزرگ تر بودند.
تقریباً در همین موقع بود که دالتون به تحصیل و مطالعه هواشناسی پرداخت که در طول عمرش بدان علاقه مند بود. او وسایل و دستگاه های هواشناسی برای خود ساخت و به یادداشت و مطالعات و مشاهدات روزانه در زمینه هواشناسی شروع کرد و این کار را تا آخرین روز عمرش ادامه می داد و آخرین مطلب را روز مرگش نوشت. روی هم رفته دویست هزار گزارش و مطالعه درباره هواشناسی از خود به جا گذاشت.
ولی او مطالعات دیگرش را فراموش نکرد. به هر حال علاوه بر تدریس و کمک به کار پدر در مزرعه کوچک و مطالعه هوا، جان دالتون لاتین و یونانی را خوب یاد گرفت و به مطالعه ریاضی پرداخت و آن ها را به دانش خود افزود که درآن زمان به نام دانش فلسفه طبیعی مشهور بود.
در سن پانزده سالگی دالتون، به علت کمی دانش آموزان، مدرسه را تعطیل کرد و نزد برادرش، جوناتان، در دهکده کندال رفت. در آن جا دوازده سال تدریس کرد و در آن مدت به دانش ریاضی خود افزود و سرگرم مطالعات هواشناسی نیز بود. در کندال تصمیم گرفت که مجلس بحث علمی تشکیل دهد ولی به علت سن کم و عدم توانایی در اداره جلسه و نارسایی صدایش چندان موفقیتی نصیب او نشد.
در سال 1793 دالتون به عنوان مربی کالج منچستر انگلستان مشغول به کار شد. در آن جا ریاضیات و علوم تدریس می کرد ولی چون این کار زیاد وقت او را می گرفت ناراضی بود. زمانی که در کندال بود تحت تأثیر جان گوگ، دانشمند معروف، قرار گرفت و توجه او را جلب کرد. گوگ از هنگام تولد کور بود و چند زبان می دانست و هر نوع گیاهی را که در فاصله 32 کیلومتری می رویید از راه لمس و چشیدن و بوییدن می شناخت. به علاوه او هواشناس بود و این امر سبب برقراری روابط صمیمی بین او و جان دالتون شد.
جان گوگ دالتون را تشویق به چاپ مشاهدات هواشناسی خود کرد و در نتیجه انجمن ادبی و فلسفی منچستر دالتون را به عضویت انجمن دعوت کرد. او روابط خودش را با این انجمن تا آخر عمرش ادامه داد و بیش از یکصد مقاله و مطلب علمی در مدت پنجاه سال فعالیت خود نوشت.
دالتون با خلوص نیت پشتکار را ودیعه موفقیت خود قرار داد و خطاب به انجمن منچستر می گفت: «علت موفقیت بیشتر من نسبت به اطرافیانم این است که با حرارت کلی و بیشتر کار کرده ام.» تامسن ادیسن نیز بعد از یکصد سال همین مطلب را چنین گفت: «نبوغ، یک درصد الهام، و نودو نه درصد تلاش و عرق جبین است.»
دالتون دانشگاه منچستر را ترک نمود و وقت خود را صرف مطالعات و تحقیقات علمی کرد. چون ثروتمند نبود از راه تدریس خصوصی امرار معاش می کرد و هنگام فراغ، وقت خود را به مطالعه هواشناسی صرف می کرد.
مطالعات وسیع دالتون در مورد هواشناسی بود که منجر به کشف فرضیه اتمی ماده گردید. رابرت بویل، شیمی دان و فیزیک دان ایرلندی، که یک قرن و نیم قبل از دالتون می زیست، درباره هوا و فشار هوا کارهای جالبی انجام داده بود و به این نتیجه رسیده بود که هوا مخلوطی از گازهای مختلف است. کوندیش، لاووازیه و پریستلی در اواخر عمر اظهار داشتند که هوا از گازهای اکسیژن، دی اکسید کربن و بخار آب تشکیل شده است.
دالتون صدها نمونه هوا را از جاهای مختلف انگلستان مانند قلل کوه ها، دره ها، شهرها و نواحی روستایی فراهم آورده بود. او تمام آن ها را تجزیه کرد و در هر صورت هوا همان ترکیب ثابت را داشت. این امر دالتون را ناراحت کرده بود. چرا گاز سنگین دی اکسید کربن ته نشین نمی شود؟ چرا بایستی گازها این طور باهم مخلوط شوند؟ آیا جریان های حرارتی و بادها سبب اختلاط گازها هستند؟ دالتون، البته نه به عنوان آزمایشگر بزرگ، کوشید موضوع را در آزمایشگاه مورد آزمایش قرار دهد. او ظرفی پر از یک گاز سنگین را روی میز گذاشت و ظرف دیگری را که محتوی گاز سبکی بود روی آن برگرداند طوری که دهانه هر دو ظرف بر یکدیگر منطبق شد. ظرف های محتوی گاز در حالت سابق نماندند و به زودی گازها کاملاً با هم مخلوط شدند. این حالت سبب شد که دالتون معتقد گردید که هر گاز دارای ذرات ریزی است که از یکدیگر جدا هستند و با فاصله زیادی از هم قرار گرفته اند. دالتون نتیجه این آزمایش را با عنوان «فرضیه فشارهای جزئی» بیان داشت: «ذرات یک گاز مانع ذرات گاز دیگر نمی شوند و تنها در مقابل ذرات گاز هم نوع مقاومت نشان می دهند.» این عقیده هنوز هم مورد قبول دانشمندان است.
دالتون شیمی و تجزیه های شیمیایی را تعریف کرد. او گفت: تنها عمل شیمی این است که ذرات ماده را یکدیگر جدا می کند و یا آن ها را به هم می پیوندد. این ذراتی که او می گوید ذرات فناناپذیر ماده است که تشکیل دهنده تمام مواد می باشند و آن ها تا زمانی که رادیواکتیویته و شکستن اتم کشف نشده بود فناناپذیر بودند.
موضوع قابل اهمیت برای هر تهیه کننده مواد شیمیایی این است که بداند از هر ماده چه مقدار باید وارد عمل شود تا ماده ترکیبی مورد نظر به دست آید. از راه آزمایش و خطا این اطلاعات درباره بیشتر مواد فراهم آمده بود ولی دالتون بود که با استفاده از این مطلب وزن نسبی ذرات نهایی را تعیین کرد که ما حالا آن را وزن اتمی می نامیم. دالتون دید که با استفاده از وزن اتمی عناصر می توان پیش بینی کرد که از هر ماده چه مقدار برای تهیه یک ترکیب لازم است.
دالتون به کارش ادامه داد و جدول وزن های اتمی عناصر را تهیه کرد. نتایج حاصله چندان دقیق نبود ولی فکرش دقیق و صحیح بود. علت اغلب اشتباه ها نتیجه کار اشتباه آزمایشگاهی بود. او وزن اتمی هیدروژن را یک در نظر گرفت و سایر اوزان اتمی عناصر را بر همان مبنا تعیین کرد. بعد از آن گفت: اگر هیدروژن ساده با اکسیژن ساده ترکیب شود آب به دست می آید. وزن اکسیژن هفت برابر جزء هیدروژن خواهد بود. او نمی دانست که دو اتم هیدروژن با یک اتم اکسیژن ترکیب می شود؛ در نتیجه در توزین عناصر دچار اشتباه شد. امروز ما می گوییم وزن اتمی اکسیژن 16 است. یعنی وزن اتم اکسیژن 16 برابر وزن اتم هیدروژن می باشد. نظریه اتمی دالتون که اغلب بر مبنای آزمایش های آن زمان می باشد شامل این قسمت ها است: تمام عناصر از ذرات بسیار ریز غیرقابل شکافتن تشکیل شده که آن ها را اتم می نامند. اتم های عناصر مختلف دارای خواص مختلفند ولی اتم های عناصر مشابه عیناً مانند یکدیگرند. تمام ساختمان اتمی عناصر در فعل و انفعالات شیمیایی وارد می شود. اتم ها وقتی وارد ترکیبات شیمیایی می شوند تغییر پیدا نمی کنند؛ اتم ها را نه می توان ایجاد کرد و نه می توان از بین برد.
دالتون برای توضیح ترکیب عناصر ساده دوایری رسم کرد و در مراکز آن ها علامت هایی گذاشت و اتم هر عنصر را با علامتی مشخص کرد.
نظریه اتمی دالتون به سرعت و با استقبال عجیبی مورد قبول دانشمندان زمان قرار گرفت. دولت فرانسه او را به آکادمی علوم پذیرفت و هنگام ورود به پاریس به گرمی از او پذیرایی کردند. در سال 1826 مدال انجمن سلطنتی انگلستان به او اعطا شد. هنگام بازدید از شهر لندن اظهار داشت: «لندن شهر جالبی است و ارزش یک بار دیدن را دارد ولی ناسازگارترین شهر است برای آدم متفکری که بخواهد در آن جا اقامت کند.» یعنی جای خوبی است برای تماشا نه زیستن.
مشکلی برای دالتون پیش آمد و آن این که می بایست هنگام معرفی به شاه از نظر تشریفات شلوار تنگ و کفش بندفلزی بپوشد و شمشیر به دست گیرد و این کارها برای کویکرها ممنوع شده بود. خوشبختانه از دانشگاه آکسفرد به دالتون درجه افتخاری داده بودند و می توانست لباس مخصوص استادان دانشگاه را بپوشد ولی یک فرد کویکر چگونه می توانست لباس یقه ارغوانی بپوشد. دالتون لباس را ملاحظه کرد و چنین تصور نمود که رنگ یقه آن سبز است و این بدان جهت بود که دالتون از اول مبتلا به کوری رنگ بود و با این نقص جسمی آزمایش ها را انجام داده بود و هنوز کوری رنگ را دالتونیسم می گویند.
دالتون هرگز ازدواج نکرد ولی در هر حال در مورد جنس لطیف اطلاعاتی داشت. در نامه ای که برادر جوناتان هنگام دیدار لندن به سال 1809 نوشت چنین می خوانیم: «من زیبارویان خیابان باندنو را هر روز می بینم و من بیشتر به صورتشان نگاه می کنم تا لباس هایشان. بعضی از این خانم ها لباس های چنان تنگ و چسبان پوشیده اند که در نگاه اول به خمره می مانند و عده ای لباس هایشان را چون پتو به دورشان می پیچند. ولی نمی دانم که چطور است که من در هر حال از تمام آن ها خوشم می آید.»
نظریه اتمی دالتون دقت ریاضی را به علم شیمی افزود و نیز علوم فیزیک و شیمی را به هم نزدیک تر ساخت و درنتیجه ثابت کرد که تمام ماده دارای جاذبه الکتریکی است و منجر به ساختن بمب اتمی شد و نیز زمینه را برای استفاده های سودمند و صلح آمیز از انرژی اتمی مساعد کرد.
هنگامی که در سال 1844 درگذشت چهل هزار نفر به احترام او جلوی تابوتش رژه رفتند. حتی در آن لحظه هم مردم او را یکی از قهرمانان عالم علم می دانستند.
منبع: کان، فیلیپ؛ (1389) دانشمندان بزرگ، ترجمه سید مهدی امین و عباسعلی رضایی، تهران: شرکت انتشارات علمی و فرهنگی