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数学家传记

詹姆斯·赫顿James Hutton

出生
1726年6月3日 苏格兰爱丁堡
逝世
1797年3月26日 苏格兰爱丁堡

詹姆斯·赫顿是一位苏格兰化学家和地质学家,以其地球年龄理论最为著名。他深受艾萨克·牛顿工作的影响。

完整传记

詹姆斯·赫顿是一位化学家,但最为人所知的是作为地质学家。那么为什么把他收录进这个档案呢?有两个原因。首先,他关于地球年龄的卓越理论受到了艾萨克·牛顿世界观的启发,正如科林·麦克劳林的教学中所呈现的那样;其次,他在地质研究中的一位主要合作者是约翰·普莱费尔

赫顿的母亲是Sarah Balfour,父亲是William Hutton。赫顿出生于一个富裕家庭,因为他的父亲William是一位商人,曾担任爱丁堡市财务主管一职。William在Slighhouses拥有一个140英亩的农场,并在附近拥有一个名为Nether Monynut的590英亩的山地农场。Slighhouses位于特威德河畔伯里克以西,距离邓斯和奇恩赛德以北约7公里。William Hutton在赫顿大约两岁时去世,Sarah Hutton独自抚养赫顿和他的三个姐妹(赫顿有一个早逝的哥哥)。Sarah没有再婚,而当时许多女性可能不得不这样做,她得以在没有任何经济困难的情况下抚养家庭。

1736年,他十岁时,赫顿进入爱丁堡中学。在那里他学习拉丁语、希腊语和数学,1740年11月,他十四岁时进入爱丁堡大学。这并不像现在听起来那么了不起,因为当时苏格兰的大学与中学竞争教育最聪明的学生。在爱丁堡大学,赫顿由科林·麦克劳林教授数学,由弗瑞兹·约翰 Stevenson教授逻辑学和形而上学。他于1743年春天毕业,当时还只有十七岁。

毕业后,赫顿当了一名律师的学徒,但正如约翰·普莱费尔所述,他的心思并不在工作上[7]:-

这个年轻人对学习的爱好持续不减,人们常常发现,在他本该抄写文书或研究法律程序形式的时候,他却用化学实验来娱乐自己和同伴们。

赫顿决定接受涉及化学最多的训练,于1744年11月回到爱丁堡大学攻读医学。然而,在他能够开始第二年的学习之前,1745年的叛乱爆发了,他以前的讲师科林·麦克劳林正在组织城市防御,以对抗詹姆斯党军队。一年后他才得以恢复学业,于1746年继续学习。

1747年,赫顿有了一个私生子。可能因为这个原因,他离开爱丁堡前往巴黎,在那里他继续在大学学习。在那里一年后,他再次搬家,这次是在莱顿完成他的医学研究。在向莱顿大学提交了一篇题为De sanguine et circulatione in microcosmo (论微观世界中的血液与循环)的论文后,他于1749年9月获得了医学学位。可能赫顿从未打算以医学为职业,或者他可能决定暂时避开爱丁堡,因为那是他的私生子居住的地方。无论出于何种原因,他从莱顿返回后选择住在伦敦而不是爱丁堡。

在伦敦期间,赫顿与赫顿 Davie通信,后者曾是他的中学朋友,仍住在爱丁堡。他们在爱丁堡当学生时做出了一项化学发现,发现了一种制造氯化铵的方法,这是一种用于焊接金属的化学品。1750年夏天,赫顿访问爱丁堡,在那里他和赫顿 Davie建立了一家化工厂。该厂立即获得成功,为赫顿提供了余生所需的收入。

赫顿继续住在伦敦,现在经常去特威德河畔伯里克以西的斯莱豪斯农场,那是他从父亲那里继承来的。他计划在那里务农,但决定先研究现代农业方法。1752年,赫顿搬到诺福克的一个农场,在那里度过了两年。正如约翰·普莱费尔回忆的那样,这是美好的岁月[7]:-

……在他的一生中……没有哪个时期比这更频繁地被他与朋友交谈时提及;他常常以非凡的生动描述乡村运动和琐碎的冒险,这些在劳动间隙构成了他们社交的娱乐。

这些年对赫顿来说在另一方面也很重要,因为正是在这些年里,他对地质学的兴趣开始了。我们应该强调,此时地质学还不被视为一门独立的科学,赫顿会把自己看作自然哲学家。许多数学家对自然哲学感兴趣,尤其是地质学。大约在这个时候,赫顿开始阅读有关该主题的书籍;阅读罗伯特·胡克Discourse on earthquakes(1705年)、威廉·惠斯顿New theory of the Earth(1696年)、哥特弗里德·威廉·莱布尼茨Protogaea(地球科学)(1749年)和布丰Histoire naturelle(自然史),以及斯泰诺的论文Dissertation concerning a solid body enclosed by the process of nature within a solid

1754年夏天,赫顿搬到斯莱豪斯,开始务农。这标志着一个长达十三年的时期的开始,在此期间他曾几次前往爱丁堡,但大部分时间都在务农和研究他的地质学理论。起初他在斯莱豪斯似乎不太快乐,但1755年他写给朋友乔治·克拉克·麦克斯韦(詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的曾曾祖父)的一封信中的证据表明,原因很可能是一段失败的爱情。信中暗示这一点的其他旁白中,他写道(见[5]):-

哦,如果女士们能像我对恰好由我照料和训导的牛犊那样,以一半的感情来爱我们男人,我们将会拥有一个多么幸福的世界。

赫顿于1767年回到爱丁堡居住,与他的三个姐妹住在家里。他回到的这座城市正在经历一场学术革命。在这里,他加入了遍及全城的智力活动。他最重要的朋友有发现二氧化碳的Joseph Black、制造出第一台实用蒸汽机的James Watt,以及经济学家Adam Smith。

赫顿在爱丁堡居住的房子现在既是他的家,也是他的实验室,他继续研究他的地球历史理论。一位到他家的访客写道(例如见[5]):-

他的书房里满是化石和各种化学仪器,几乎没有坐下的地方。

他对地质学的兴趣也使他参与了其他项目,他是九人委员会的成员,该委员会组织了福斯-克莱德运河的修建。他在1767年加入该委员会,当时委员会设在爱丁堡,运河的修建也是在那里开始的;他一直留在委员会中直到1775年,那时由于修建接近克莱德,委员会已设在格拉斯哥。

地球的年龄是一个在当时欧洲无疑具有高度宗教性质的话题。尽管大多数人接受地球围绕太阳旋转,但《圣经》仍被视为字面真理。像艾萨克·牛顿这样的科学家曾投入大量精力,利用经文研究地球的年代学。公认的创世日期约为公元前4000年,普遍接受的信仰是基督在创世后4000年诞生,基督诞生后2000年将发生第二次降临,他将在世上统治1000年。这一年代学有两个主要原因。一是研究《圣经》中从亚当夏娃时代起给出的年龄。二是对《创世记》中描述的上帝用六天创造世界的字面解释,以及“对上帝而言,一日如千年”的引文。

赫顿观察周围的岩石来理解地球的历史,而不是从《圣经》中寻求答案。他意识到土壤是由岩石侵蚀造成的,也明白存在第二种机制,在地表下生成岩石,然后这些岩石被抬升形成新的陆地。他明白这是一个极其缓慢的循环过程,因此地球必定极其古老。然而,他没有看到任何机制能让他哪怕估算这个年龄。

1784年某个时候,Royal Society of Edinburgh邀请赫顿就其理论做两次讲座。第一次讲座安排在1785年3月7日,但不幸的是他生病了,无法亲自向会士们发表演讲。他的讲座Concerning the system of the Earth, its duration, and stability由他的朋友Joseph Black代为宣读。赫顿身体恢复得足够好,可以在四周后的4月4日发表第二次讲座。当然,许多人将他的结论视为对基督教会的攻击,一些人强烈反对他的观点。赫顿的反应是一位杰出科学家应有的反应——他前往各地考察岩层,试图获得进一步的证据来证明他的理论是正确的。其中一次考察是在1788年夏天,当时赫顿、约翰·普莱费尔和赫顿 Hall爵士沿着苏格兰北海海岸航行,考察悬崖中裸露的岩层。

赫顿在爱丁堡皇家学会所作两次演讲的印刷版直到1788年才出版,但由于赫顿在演讲后数年收集的进一步证据并未被提及,人们不得不认为延迟在于论文在Proceedings of the Royal Society of Edinburgh上的印刷。随后他撰写了一本书,更详细地阐述自己的理论。这部论著The theory of the earth于1795年问世,但遗憾的是,它远不如本来可能达到的那样好,因为赫顿是在健康状况恶化期间写成的。还必须补充的是,即使在严重的健康问题出现之前,赫顿在当面与同行科学家交谈时说服他们,似乎总比通过写作要成功得多。赫顿有一种相当奇特的书面表达风格,使他的理论更难理解,结果他得到的赞誉少于他应得的。他的风格导致了许多曲解,也招致了少数读过该著作的人的抨击。将其观点更成功地呈现出来,则留给了其他人,尤其是约翰·普莱费尔

约翰·普莱费尔于1802年出版Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth。他以与The theory of the earth不同的风格呈现赫顿的理论。他简洁而雄辩的风格由一系列章节组成,清晰地陈述赫顿理论,给出支持它的事实,以及反对它的论据。约翰·普莱费尔呈现的成功可以从此后给予赫顿的声誉和赞誉来判断,赫顿现在被视为第一位伟大的英国地质学家。约翰·普莱费尔从赫顿1797年去世到1802年,花了将近五年时间撰写Illustrations。他的大部分业余时间都用于穿越不列颠旅行,寻找支持赫顿理论的证据,此前他在与赫顿一起的旅行中,例如上述1788年的旅行,学会了如何解读他所看到的岩层。

至于赫顿的性格,约翰·普莱费尔在[7]中给出了这样的描述:-

对他的朋友们来说,他的谈话是无价的;伟大的才能、最完美的坦率,以及性格和举止的极度纯朴,所有这些结合在一起,都印刻在他的谈话中。……这种纯朴贯穿了他的全部行为;而他的举止虽然独特,却极为令人愉悦,展现出一种在从事深奥抽象思辨的人中几乎见不到的活泼。他极大的生动性,加上那种忘我的倾向,有时会使他陷入一些小小的怪癖,这些怪癖与哲学生活中较为严肃的习惯形成了有趣的对比。……但是,用言语无法传达他的谈话所产生的效果,也无法传达如此多的哲学、欢快和幽默,伴随着既如此生动又如此纯朴的举止所留下的印象。

参考文献

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