你一定亲眼见过这个现象，但绝对想不到发现它的科学家有多强！

他是一位普通而不平凡的人，

他是一位著名的登山家、教育家、诗人、物理学家和科学传播者。

他在诸多不同的领域取得了斐然的科学成就，

他的名字出现在如此多样的领域，以至于人们怀疑这是不是同一个人。

他创造性地完成了电磁学、声学和光学等方向的研究。

作为现代气候科学的先驱，他发现了温室效应的物理本质、研究了冰川的结构与运动。

他还发明了巴氏灭菌法之外的丁氏灭菌法，以及能过滤烟雾的消防员呼吸器。

鲁迅先生非常欣赏和推崇他的科学思想，把他写入《科学史教篇》。

他的名字被用来命名地球、月球和火星上的一些地形和位置，

但是他的故事，却逐渐不为后人所熟知。

只留下雨后初霁的一种美丽现象，被人们赞叹为“丁达尔效应”。

他就是至今仍给我们带来科学启示的科学家约翰·丁达尔。

约翰·丁达尔（John Tyndall）和他的签名（1870年代）（图片来源：伦敦国家肖像画廊）

独立思考，是丁达尔一生秉承的、用以揭示事物深层本质的科学理念。丁达尔一生波澜壮阔的故事，无论对于教育、科研、科普工作者，还是致力于个人奋斗或子女教育的普通人，都能带来有益的启示。

自然中常见的丁达尔效应（图片来源: Science ABC）

胶体中的丁达尔效应

童年的影响

丁达尔出生于爱尔兰东南部古城卡洛（Carlow）的莱林桥镇（Leighlinbridge）。莱林桥是巴罗河河畔的一个集镇和驿站，离都柏林45英里，离卡洛6英里。河流纵横、草木繁盛的田园风光，使丁达尔对自然环境产生了浓厚的感情，并形成了对户外活动的热爱。

丁达尔的故乡，黑色城堡和巴罗河上的瓦莱里安桥（建于1789年）（图片来源：Official Guide to Co Carlow）

16岁时，他喜欢上了自然哲学，有一次借了一本《大英百科全书》，书中关于航空站、电和燃素的章节令他终身难忘。他幸运地遇到了约翰·康威尔，一位具有献身精神的老师，这让少年获取知识的热情被点燃了。他开始理解父母为什么对他的教育感到焦虑，开始理解良好科学训练的积极价值，以一种坚定的态度努力弥补失去的时间。他很快就成为了一名优秀的数学学生，经常在晚上放学回家的路上在雪地里解题，自学了代数、几何、三角学、修辞学和文学讲座。

坎坷求学路

19岁的丁达尔参加了爱尔兰测绘局的地图调查工作，他在工作上勤勉而负责，这是科学家的必要素质之一。1841年圣诞节，他远离家乡，不幸遭遇了饥荒与贫困，几乎讨不到一个冷土豆充饥。在前往英格兰的航程中，他大部分时间在甲板上观看日落和凝望星空。尽管彼时微薄的工资是他维持生存的唯一保障，但极度匮乏的物质环境并未磨灭他对自然的热忱。当加薪的希望破灭后，他决心去寻找新的工作，并最终谋求到一个地图绘制员的职位。

丁达尔真正开始接触广泛的科学知识，是在1842年的冬天。其间，他先后在曼彻斯特和利物浦一带工作，并坚持每周参加附近的兰开夏郡（Lancashire）普雷斯顿（Preston）力学研究所的讲座，讲座内容涉及力学、天文学、物理、化学、植物学和生理学。

此后，丁达尔一度失业，回家时口袋里只剩下半便士。他继续寻找零星的工作，同时保持自我提升的动力和愿望，这大概就是孟子所讲的天降大任和贫贱不能移的精神。在穷困潦倒之际，他仍然订阅了《力学杂志》学习新知识，后来辗转成为一名流动的铁路调查员。

汉普郡致力于教授科学的实验学校——昆伍德学校（1847-1896）

根据朋友的介绍，丁达尔受邀从事测量学教学，并由此结识了爱德华·弗兰克兰，这是他人生轨迹转变的关键。人生道路漫漫，关键的地方的就那么几个脚步。

弗兰克兰关于科学的讲座吸引了丁达尔。而弗兰克兰发现，虽然丁达尔阅读了大量书籍，但在任何形式的化学和物理方面，几乎是一片空白。因此，他介绍丁达尔认识了伦敦皇家化学院第一任院长霍夫曼。

不久之后，一个宝贵的机会出现了：德国的本生邀请弗兰克兰前往马尔堡大学参加臭氧课题的研究，作为交换条件，丁达尔也可以去读博士，而且不需要拥有大学的学位。彼时，28岁的丁达尔其实已经获得了收入不错的铁路工程师工作的机会，但他毅然决定依靠微薄积蓄，去马尔堡学习。他写道：“我工作不是为了钱。我甚至没有被‘高尚心灵的最后弱点’所驱使”。

1848年10月，丁达尔跟随弗兰克兰去德国攻读博士学位。本生的讲座非常精彩，有力地影响了他。二人经常以实验室为家，甚至险些在实验爆炸中遇险。丁达尔学习非常刻苦，在一年的时间内完成了通常需要两年才能完成的课程，在两年后便获得了博士学位。马尔堡大学是一所新教大学（著名的格林兄弟也毕业于此），当时在英国并不知名，他们几乎是第一批从马尔堡大学毕业的英国人。回忆这段求学时光时，丁达尔写道：“我有时会停下来思考我的命运，因为我在人生的大海上没有舵和指南针，只能独自奋斗” 。

博士毕业后，丁达尔在马尔堡大学又停留了一年，和诺布劳赫一起研究磁学。他们的研究工作部分是在诺布劳赫的老师——马格努斯的实验室进行的，亥姆霍兹、西门子和克劳修斯都曾在这个实验室学习过。马格努斯在热学、流体力学、磁学等领域均有重要贡献。著名的“马格努斯效应”在球类运动项目中非常普遍，如乒乓球中的弧线球、足球中的香蕉球等。

丁达尔的学术传承与交流谱系

正是在这些顶级科学家的熏陶下，丁达尔于1851年夏天回到英国居住时，已接受了与同时代英国科学家同样扎实的实验科学训练。回国初期，丁达尔积极寻求各种学术职位，却屡屡受挫，但在此期间他表现出了极度的顽强和专注。由于未曾就读于牛津或剑桥大学，加之出身寒微，丁达尔在英国科学界几乎没有什么人脉。

幸运的是，丁达尔对磁学的研究引起了法拉第的关注。丁达尔给法拉第寄去了一些他认为有磁性的石灰质晶石的标本，并表示可以为法拉第的研究工作提供帮助。1850年7月，法拉第发送了一封简短友好的信，感谢丁达尔寄来的石灰质晶石样品，这是他们之间联系的最早记录。丁达尔一次又一次地向法拉第介绍他的最新工作，并在德国科学界传播法拉第的研究。 

在一系列短期职位和在昆伍德教学后，丁达尔写信给法拉第，表示希望找到一个科学职位。法拉第允许丁达尔使用他的信作为证明去谋求科学职位。由于他在抗磁性方面研究的突出，1852年，皇家学会的萨宾以减少门阀贵族对科学的影响为由，推荐丁达尔为皇家学会的会员。举荐人还有法拉第、西尔维斯特（矩阵理论开创者）、赫胥黎（达尔文进化论的主要捍卫者）、格鲁夫（燃料电池发明者）、惠斯通（电报发明者）等人。

丁达尔与科学家的合影（1865） 
左起为法拉第、赫胥黎、惠斯通、布鲁斯特、丁达尔
（图片来源：AIP Emilio Segrè Visual Archives）

1853年2月11日，丁达尔在皇家学院的“周五之夜”发表题目为《关于物质聚合体力的表现》的演讲。他调动听众的能力以及对科学概念深入浅出的讲解，令人回味无穷，这也为他带来了科学工作的机会。在法拉第的建议下，丁达尔于1853年在伦敦皇家学院获得了自然哲学教授职位。

丁达尔始终将他与法拉第的交往视为一种“荣幸”，“法拉第不仅是一个科学家，也是一个有爱心的人，追求诚实和真理”，这显然也是科学家精神的重要组成部分。宗教信仰上的差异没有妨碍他们的友谊。法拉第对丁达尔实验方法与科学思维方式的影响尤为深远。法拉第去世后，丁达尔接替了老师成为实验室的负责人。

丁达尔的科学研究涵盖了光学、冰川理论、抗磁性、热辐射、微生物等，按照今天的标准来看，已然相当广泛，但按照当时戴维和法拉第的标准，这些研究还是相当集中的。这或许能为当今的科技工作者在拓展科学视野和提高科学素养上带来一些深刻的思考。

1857年，英国皇家学会曾邀请德高望重的法拉第任会长，丁达尔受命去劝说，法拉第对丁达尔说：“我是个普通人。如果我接受皇家学会希望加在我身上的荣誉，那么我就不能保证自己的诚实和正直。” 法拉第在生前拒绝了女王提出将他葬入西敏寺的建议，他认为那样“太过荣光”。如今，在牛顿墓旁只设有法拉第的地面纪念碑。认识到自身的普通甚至卑微，也许是在自然面前静静思考的第一步。

茛苕：坚韧与生机

“科学”（science）一词源自拉丁文 scientia，意为“认识”或“知识”。“科学普及者”一词最早出现在1848年。19世纪的人们认为，只有那些在真正从事科学研究、具备扎实知识基础和清晰表达能力的人，才有资格承担科普的角色。

丁达尔正是当时最受欢迎的科学普及者。他是一位优秀的教育家和科学现象的实践演示者，用自己的才华和努力，让社会的目光集中到科学上。丁达尔向公众提供科学讲座，表现出高超的讲解技巧，使外行人也能理解困难的科学课题。19世纪60年代，他已被公认为英国最著名的物理学家之一，但他作为科普者的名声要大于科学家的名气。

伦敦皇家研究所的科林斯式柱以及托马斯·谢泼德（Thomas H. Shepherd）水彩画

在伦敦梅菲尔区的中央，掩映在一排科林斯式圆柱后的大楼便是英国皇家研究所。柯林斯柱的标志是一种叫做“茛苕”的浮雕图案，这是生命力和坚韧活力的象征。如同一株茛苕，这个研究所对世界的社会和文化发展都产生过重要的影响，从这里诞生的科学发现，从根本上改变了人类对世界的看法。

皇家研究所的物理实验室
（图片来源：The London Review of Books, Jonathan Parry）

英国皇家研究所以“通过讲座和科学实验课程传播科学知识”为己任，将科学应用于人类生活。有两大讲座系列一直持续到今天，分别是“周五之夜”和为年轻人举办的“圣诞讲座”，内容涵盖广泛，包括摄影术的发明、基本粒子的发现等。在这里，法拉第延续了戴维提出的“研究、演讲以及为国家及其机构提供建议”的三重议程。

丁达尔和法拉第和夫人撒拉和侄女简的合影（1858）
（图片来源：英国皇家学会）

在推动获取科学知识的自然主义方法方面，丁达尔的贡献尤为瞩目。丁达尔发表了大量的演讲，包括51个“周五之夜”的演讲，307个下午演讲和12个青少年圣诞课程。他在杂志上发表文章，推动科学在大众中的传播；他的科普著作，摘录了当时不同领域的科学研究状况。在英国皇家学会的论文目录中，有140多篇文章出自丁达尔，平均每年超过4篇。著作内容广泛而深入，涉及热学、光学、电学、冰、水、蒸汽和空气等领域，大部分都多次再版。1872—1873 年，丁达尔在美国作了一次巡回演讲，这为他赚取了不菲的收入。出于对科学的热爱，他将全部收入捐献，用于推动科学事业发展。

1870年5月丁达尔在伦敦皇家研究所关于电磁学的讲座（图片来源：《The Ascent of John Tyndall》）

皇家勋章是英国皇家学会授予的最大奖项之一，仅次于科普利奖章。丁达尔因其在抗磁性方面的早期工作而被选为1853年的获奖者，但他拒绝接受这一独特的荣誉（上一届的物理学皇家勋章获奖者是焦耳）。这也是历史上皇家勋章唯一一次被授予但没有正式颁发。他表示从未追求过皇家勋章，这一态度也深受本生和法拉第的影响，“这是一个我从未寄希望于此的圆满”。他没有在皇家学会任职，且反复声明不寻求奖励和职位。对丁达尔而言，奖章并不是激励他工作的动力，也不是科学研究的初衷，他的动机是了解自然的内在愿望，而不是任何竞争观念或荣耀的欲望。

丁达尔油画像（1893）
（图片来源：John McLure Hamilton）

科学领域的全面绽放

由于丁达尔对科学实验的严谨和对所用仪器的全面了解，他被认为是那个时代最优秀的实验科学家之一，也是那个时代最忙碌的科学家之一。

丁达尔向维多利亚女王展示雾号（布莱克·韦尔格曼画）（图片来源：伦敦博物馆）

1867年法拉第去世后，丁达尔接任了英国经济部和港务局的顾问。在研究海事灯塔和雾号（在雾中或黑暗中用于发出警告信号的号角）时，丁达尔开始研究声音现象。

他把光和声音在空气中的传播同灯塔和警报工作结合起来，获取更准确的浓雾信号，帮助船只运行。他发现空气中水蒸气比重以及温度的不同会影响声波在空气中传播，即使是看起来很晴朗的天气，也会有云层阻碍声音的传播。他认为蒸汽警报是最有效的浓雾信号。

在热学方面，丁达尔研究热的传导、热辐射对气体和蒸汽的影响，并创制了一些灵敏的仪器。他率先按照麦克斯韦对热理论的发展，把热解释为分子振动，帮助大众更容易理解热是物质运动的一种方式。

丁达尔关于红外热辐射的研究，为现代气候科学奠定了基础。研究建立在约瑟夫•傅里叶的理论基础之上。傅里叶是一位经历丰富的物理学家，他认为，太阳辐射透过大气使地球变热，而地球向外辐射的热量却不易逃逸至太空，由此推测热辐射（红外辐射）会被大气拦截。

1859年，丁达尔通过精密实验验证了这一观点。实验表明，大气的主要成分对热是“透明”的，但二氧化碳和水蒸气等对热量的拦截能力几乎相当于一块“木板”。太阳的热量穿过大气被地球吸收后，发生了质变，由地球射向太空的光线不再拥有原来的“自由”。“大气层允许作为接纳太阳热量进入的入口，但会把守住它的出口，结果就是在地球表面形成了积聚热量的趋势。”

1862年丁达尔研究气体吸收热的实验记录

尽管丁达尔相信大气组分的改变会导致各种气候突变，并且注意到了烟囱里冒出的黑烟，但他尚未意识到二氧化碳过多可能会改变地球的整体气候。当时温室效应的理论过于超前，直到人们发现冰川的融化速度越来越快，才看到它的价值。丁达尔没有意识到的是，他的工作对后人理解气候变化和气象学奠定了基础。

丁达尔的主要科学兴趣其实是研究光与物质，尤其是气体的相互作用，这也成为贯穿他多领域研究的一条主线。他研究了大气中发现的气体对红外光的吸收，为此研制了第一台灵敏双光束分光光度计(被描述为第一台光电设备)，并在伦敦进行了第一次大气污染研究。他精确地测量了金箔线通电后的红外辐射，测量了不同气体吸收和发射红外辐射的程度，测量的温度高达1200℃。

他还证明了约瑟夫·斯蒂芬发现的热辐射与绝对温度的四次方成比例（最终由斯蒂芬的学生玻尔兹曼完成理论推导）。丁达尔做这个实验，可能更多是由于对冰川的兴趣，虽然他在热辐射上已经做出很大贡献。丁达尔对冰及其熔化的兴趣，来自两个原因：一是他非常喜欢登山，常常看到冰川；二是法拉第发现了一种冰熔化与重新凝固的美妙现象。

作为一名登山爱好者，登山也最终影响了他的思考方式，例如用与马特洪峰的类似的曲线描述辐射热能的视觉光谱。丁达尔在一次登山中，注意力被路边小昆虫发出的响声所吸引，但他的朋友根本没有听到那声音，这一细节体现了科学家对感官经验的高度敏感性，这也是一种重要的科学素养。

除上述研究外，丁达尔还做出了一些其它领域的科学贡献。1854 年，他制造了第一支导光柱（他称之为光导管），通过多次内部反射来演示光在一根水管中的传播，类似未来通信技术中使用的光纤的前身。他利用光化学反应发明了人造天空和日落，还设计了一种消防钢盔呼吸器，其中包含了几层棉絮和木炭用来过滤污染物。

在光学方面，丁达尔研究了气体中悬浮微粒引起光的散射问题，发现了后来被称为丁达尔效应的现象：当一束光线穿过胶体或悬浮微粒，在微粒对光的散射作用下，便会在垂直入射方向观察到一条清晰明亮的光路。晴朗天空是蓝色的，夕阳时分太阳呈现橙红色，还有吸烟者吐出的淡蓝色烟雾，这些日常现象也可以用光的散射解释。齐格蒙第和西登托夫后来还基于这一原理发明了超显微镜，使人类观测微小颗粒的能力迈上了新台阶。

丁达尔效应：光线穿过胶体溶液（右），出现明显光路

丁达尔绘制的采尔马特的戈尔纳冰川
（图片来源：Wikipedia）

约翰的落幕

1876年，56岁的丁达尔迎娶了在阿尔卑斯山遇到的、时年仅30岁的路易莎·汉密尔顿（Louisa Hamilton），她一名勋爵议员的女儿。他们的这段婚姻很幸福，尽管他们并未养育孩子。1885 年以后，他们的大部分时间都在英格兰萨里（Surrey）辛德海德（Hindhead）度过。

1893年12月，路易莎意外地造成了丁达尔的死亡。她在黑暗中错误地给他服用了过量的水合氯醛（一种当时用来治疗失眠的药物）。丁达尔最终葬于伦敦西南45英里萨里郡的哈斯勒梅尔（Haslemere）圣巴塞洛缪教堂墓地。

在悲剧发生后，路易莎开始收集大量的材料，着手为丁达尔编写传记。她用了47年的时间进行这项工作，然而直到1940年去世时，传记都没能完成，这也是丁达尔不为后人所熟知的主要原因之一。路易莎留下的稿件，以及丁达尔的日记、实验室笔记和数千封信件，如今都保存在了位于伦敦的英国皇家学会。

丁达尔与夫人路易莎（1887）

丁达尔最大的科学遗产，是留给后人的17部科学著作，其中包括1部法拉第的人物传记——《发现者法拉第》。该书通过法拉第作为观察者和实验者的献身精神，引人入胜地展示了他在化学和电子学领域的贡献。

由于丁达尔的著作内容翔实生动，在我国也颇为流行，仅光绪年间江南制造局翻译的就有《声学》、《光学》和《电学纲目》（电磁学）等。丁达尔在 1875 年《声学》第三版的序中摘引了傅兰雅信中的一段文字，“在我面前摆放着两大册装帧奇特的书，我完全不认识书中的文字（汉字）。然而，我处处都能看到《声学》前两版中熟悉的插图。我感谢傅兰雅先生送我这些书。”根据书信记录，传教士傅兰雅把丁达尔的书带到上海，徐建寅偶然发现后深感兴趣，便和傅兰雅忙利用晚上的时间合作翻译成中文，准备自费出版，后来由江南制造局官方资助出版。

丁达尔认为热情有助于治学。科学家到了老年，他们的发现减少，这并不是因为智力衰退，而是心中的热情逐渐消退。重大科学发现的产生，道德力量同样不可或缺。丁达尔对科学一心一意的奉献和对世俗利益的漠不关心，是一种高尚和慷慨的天性的表现。坚定的意志和崇高的原则，最终指向一种崇高的理想，也就是中国文人所讲的“不以物喜，不以己悲”的情怀。

纵观丁达尔的一生，他一直试图通过努力改变命运。作为一名科学家，他重视理论科学的实验部分。作为一位登山者，他期待独立尝试未经过攀登的路线，认为“自食其力的感觉是难以描述的甜蜜。”他曾数次攀登阿尔卑斯山的最高峰勃朗峰。

丁达尔生前是一位致力于科学和科学精神传播的先驱。如果读者能在丁达尔的故事中获得一些启示，那就是对丁达尔最好的纪念。

最后以丁达尔的一首诗作为结尾，从中我们仍能感受到他内心的坚定力量和赤诚之心：

欢乐的季节就像山上的鲜花，宝藏就在那下面，那就是生命之泉。

我们在阳光下自在地采花；我们必须用汗水赢得对方。

劳动吧，朋友们！勇敢的心，再试一次！

我们的目标，是更纯洁的生活。

面对所有的困难，所有的考验，所有的痛苦……

位于瑞士的丁达尔纪念碑，这里曾是丁达尔度假的住处。碑后是他研究过的阿尔卑斯山脉上最大和最长的阿莱奇（Aletsch）冰川。（图片来源：Belalp Blatten Tourismus）

参考文献：

[1] https://academictree.org/chemistry/index.php.
[2] Jackson, Roland. The ascent of John Tyndall. Oxford University Press, 2018.
[3] Eve, A.S.; Creasey, C.H. (1945). Life and Work of John Tyndall. London: Macmillan. 430 pages. (Official Biography.)
[4] Bernard Lightman. ashioning the Victorian Man of Science: Tyndall’s Shifting Strategies. Journal of Dialectics of Nature.2016, 221: 66-79.
[5] Scientific worthies, IV.--John Tyndall. Nature, 1874.10 (251): 299–302. 
[6] Roland Jackson John Tyndall and the Royal Medal that was never struck. Notes Rec. (2014) 68, 151–164.

附：丁达尔的主要著作一览表