丁达尔

丁达尔（John Tyndall，1820年-1893年)，全名约翰·丁达尔，出生于爱尔兰卡洛郡。英国物理学家，伦敦皇家自然知识促进学会物理学教授。

1859年，丁达尔测试了蒸汽、二氧化碳、甲烷的吸热能力，并指出冰河世纪是由于这些气体在大气层中含量的转变引起的。1865年，丁达尔通过研究发现，由包括二氧化碳和水蒸气在内的各种气体组成的大气层对地球的温度变化具有重要的决定作用。1869年，他发现了光线穿过胶体时会被分散质微粒散射的现象，命名为“丁达尔效应”（Tyndall effect）。1874年，丁达尔用克莱修的理论驳斥了“设计理论”，认为佩力的理论存在缺陷。1875年，他宣布青霉菌可以杀菌。后续研究表明，苄青霉素通过破坏细菌的细胞壁来杀死细菌。1893年，丁达尔的妻子给他服用过量的安眠药水合氯醛（chloral hydrate），导致意外死亡。

人物生平

早年经历

1820年，丁达尔出生在卡洛郡。他十七八岁就离开了学校，在英国政府担任测量员。丁达尔利用晚上的时间自学，随后成为一名数学老师。虽说他不会讲德语，却启程去了马尔堡，师从罗伯特·本生（“本生灯”就是用他的名字命名的）。丁达尔取得博士学位之后，便遭遇了生计之忧，直到1853年，他应邀去伦敦的皇家科学院作了一场演讲，那里是当时英国最重要的科学中心之一。

科研经历

1859年，丁达尔制造出世界上第一台比分光光度计（ratiospectrophotometer），这台仪器使得他能够对不同气体吸收和传输热辐射的方式进行比较。同年，丁达尔测试了蒸汽、二氧化碳、甲烷的吸热能力，并指出冰河世纪是由于这些气体在大气层中含量的转变引起的。1863年，丁达尔报道了一些实验，证明水蒸气和二氧化碳吸收了大量的热。他的结论是，水蒸气和二氧化碳必定在调节地表温度方面发挥着重要作用。1865年，他通过研究发现，由包括二氧化碳和水蒸气在内的各种气体组成的大气层对地球的温度变化具有重要的决定作用。

1869年，丁达尔在实验时发现，当一束光通过溶胶时，从与光束垂直的侧面观察，可以看到一个发光的圆锥体。这个发现被人们称为丁达尔效应或丁达尔现象。也正是从那个时候起，人们才开始对胶体进行研究。1870年，他发现光可以随着水流进人一个容器中流出，然而，直到第二次世界大战前这一发现未得到应用。1874年，丁达尔用克莱修的理论驳斥了“设计理论”，认为佩力的理论存在缺陷。1875年，他宣布青霉菌可以杀菌。不过，很可能是弗莱明首次提出这种霉菌会分泌某种抗菌物质，并将这种物质分离出来的。后续研究表明，苄青霉素通过破坏细菌的细胞壁来杀死细菌。1893年，丁达尔的妻子给他服用过量的安眠药水合氯醛（chloral hydrate），导致意外死亡。

科研成果

丁达尔效应

当一束光线透过胶体，从入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现的一条: 光亮的“通路”， 这种现象叫丁达尔现象，也叫丁达尔效应。英国物理学家丁达尔，首先发现和研究了胶体中的上述现象。这主要是胶体中分散质微粒散射出来的光。丁达尔现象是胶体中分散质微粒对可见光散射而形成的。它在实验室里可用于胶体与溶液的鉴别。光射到微粒上可以发生两种情况，一是当微粒直径大于入射光波长很多倍时，发生光的反射；二是微粒直径小于入射光的波长时，发生光的散射，散射出来的光称为乳光。散射光的强度，随着颗粒半径增加而变化。悬(乳)浊液分散质微粒直径太大，对于入射光只有反射而不散射；溶液里溶质微粒太小，对于入射光散射很微弱，观察不到丁达尔效应；只有溶胶才有比较明显的乳光，这时微粒好像一个发光体，无数发光体散射结果，就形成了光的通路。散射光的强度，还随着微粒浓度增大而增加，因此进行实验时，溶胶浓度不要太稀。在暗室中，让一束平行光线通过一肉眼看来完全透明的溶胶，从垂直于光束的方向，可以观察到有一浑浊发亮的光柱，其中有微粒闪烁，该现象称为丁达尔效应。在溶胶中分散相粒子直径比可见光波长要短，单射光的电磁波使颗粒中的电子做与入射光波同频率的强迫振动，致使颗粒本身像一个新光源一样，向各方向发出与入射光同频率的光波。丁达尔效应就是粒子对光散射作用的结果，如黑夜中看到的探照灯的光束、晴天时天空中的蓝色，都是粒子对光的散射作用。根据散射光强的规律和溶胶粒子的特点，只有溶胶具有较强的光散射现象，故丁达尔现象常被认为是胶体体系。

温室效应

1859年，丁达尔在新试验中运用了一种真空泵，两端塞有石盐的长铜管和一个叫热倍加器的敏感温度计。丁达尔认为，这个谜题的答案应该是地球大气肯定像温室一样保存了热量，他决定检测一下大气的保温效果。他首先抽出了铜管中的空气，把热倍加器探人铜管中，如他所料，这个试验发现真空根本不吸收辐射热。接着，他加入了一些氧气和氮气的混合气体，这两种气体占据了地球大气的99%。这时问题出现了，氧气和氮气也没有吸收多少辐射热，似乎大气层根本就起不了温室的作用。他做过一个净化空气的试验：把黏糊糊的丙三醇涂在容器的内壁上，几天后，空气中的杂质就黏在了甘油上，容器中流动的空气非常纯净，食物放入其中数月后也不会变质。他还设计了一种方法——通过观察一束明亮的光线穿过空气时的散射情况来检验空气中的杂质。但是，丁达尔这个试验中存在的问题恰恰在于空气的纯度，因为地球大气中除了氧气和氮气，还包含少许其他气体：约0.4%的蒸汽、0.04%的二氧化碳以及氩和其他微量气体。丁达尔猜想，尽管这些杂质看似微不足道，也许正是它们造成了影响。于是，他在铜管中加入了微量的水蒸气、甲烷和二氧化碳，突然，辐射热被吸收了。丁达尔惊喜万分，因为这个效应太明显了。尽管水蒸气和二氧化碳的含量微乎其微，铜管吸收的辐射热却是之前的数倍。他写道：“我们可以推断出，一丁点儿氧气和氮气与一丁点儿水蒸气相比，后者吸收辐射热的能力是前者的1.6万倍。”

人物关系

相关争议

19世纪20年代，法国科学家约瑟夫·傅里叶（Joseph Fourier）发现，大气层中的气体捕获太阳的热能会导致温室效应。1859年，爱尔兰物理学家、数学家、化学家、气象科学家丁达尔，经过多年的观察与研究得出结论：大气层中的蒸汽和二氧化碳气体是吸收太阳辐射的主要成分。实际上，最早发现大气层温室效应的并不是丁达尔，而是一位来自美国的女性科学爱好者尤尼斯·富特（Eunice Foote），她于1856年就揭示了二氧化碳和水蒸气在温室效应中的重要作用，并前瞻性地预测， 二氧化碳浓度的改变会影响全球温度。然而，由于当时社会对女性的不平等对待，富特的研究成果在当时并没有引起重视。究竟是谁发现了地球的温室效应并不重要，重要的是地球的温室效应现象一直存在。因为地球大气层及其温室效应，地球有了适合人类及万物生存和繁衍的温度、水分、氧气、二氧化碳等各种物质，以及其独特、完美、且脆弱的生态系统，使得地球成为迄今为止人类发现的唯一一个可以适合人类及地球万物生存繁衍的星球。

参考资料

更温暖的天空下：全球变暖研究170年.百家号.2024-03-24

22号:《裂缝中的阳光》—— 王宇涵.长沙晚报网.2024-03-23

李俊峰 | 做好碳达峰碳中和工作，迎接低排放发展的新时代.国家应对气候变化战略研究和国际合作中心.2024-03-24