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顯微鏡下的視野-顯微巖石學之父Sorby的故事 精選

已有 3565 次閱讀 2018-12-7 14:29 |系統分類:人物紀事

Sorby 1826510日出生于謝菲爾德郊區一個中產階級家庭,自小生活富裕、衣食無憂,作為家庭唯一的孩子,父母希望他長大后能夠繼承家業,當一名刀具商人。Sorby的母親成長于科學氛圍濃厚的倫敦,經常向Sorby灌輸科學知識,這在Sorby小小的心靈里埋下了科學的種子。他被送入私人學校,接受優等教育,有一次因為表現優異,贏得一本科學讀物,里面簡要介紹了光學與顯微鏡知識,無疑再一次點燃了Sorby通向科學的導火索。那時,大學里并不提供科學學位,上大學被認為是浪費時間,所以,15歲那一年,Sorby離開了學校,跟隨父母聘請的私人教師在家中繼續完成他的學業。這位私人教師既是當地教堂的一名牧師,又是一位化學家、生物學家與結晶學家,他萬花筒般的知識讓Sorby心神搖曳,靈魂向往,遂決定終身以科學為業。

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Henry Clifton Sorby (來自維基百科)

1847年,他的父親不幸因病離世,21歲的Sorby繼承了大筆財產,這使得他有充足的時間、大量的金錢從事花費頗多,又幾無產出的科學。他在家中建起了實驗室,深居簡出,自娛自樂,兒女情短,科學路長。家業、教堂、紳士在他的心目中都成了懶婆娘的裹腳布,早已被拋到了九霄云外。

19世紀中葉,正是地質流行的時代,地質褪去圣經神圣的外衣,云鬟半亸展現出某種迷人的風采,地質研究中心也由德國的弗萊堡礦業學院轉移到了蘇格蘭的愛丁堡,“水成論”的洪水漸漸退去,“火成論”的烈火熊熊燃起。Sorby深受鼓舞,決定在地質的領域里一展身手,當時大多數業余地質學家都是奔向田野山川,尋找搜集標本化石,這不是Sorby感興趣的事。有一次,Sorby在回家的路上一霎風雨,只好躲在采石場旁的小房子里等天晴,百無聊賴之際,他注意到流水產生的構造似乎在某些巖石內見到過。他去到小河里,用儀器測量流水的速度與泥沙沉積的速率,并將某些彎曲河流形成的構造勾勒于圖上,他成為實踐赫頓理論“現代是了解過去的一把鑰匙”的第一位地質學家。

Sorby生活的年代,英國人在顯微鏡制造技術方面已經登峰造極,最大程度接近理論極值,薄片磨制技術也已經出現,但基本用于在顯微鏡透射光下觀察木頭、骨頭、牙齒等。一個偶然的機會,Sorby乘坐火車從斯卡堡去約克郡,與William Wilkinson在同一車廂不期而遇,交談中Sorby得知Wilkinson是一名物理學家,對制作薄片很在行,相談甚歡。當時Sorby正在研究約克郡海岸某一懸崖處的鈣質巖石,突發奇想,覺得可以磨制巖石薄片,有助于對巖石成因的理解。后來,Sorby專門去拜訪了Wilkinson,學會并掌握了這門技術,將之應用于地質研究中,并取得了奇效。Sorby成為第一個磨制巖石薄片并應用于地質研究的地質學家,因此后人將他稱為“顯微巖石學之父”。Sorby是一個喜歡開拓而不喜歡深究的人,他的興趣點很快轉向其他方面,因此一時之間,這門新的學科并沒有如雨后春筍。1861年,Sorby碰到了一個德國年輕人Ferdinand Zirkel,向他講述了這門技術的要旨,Zirkel非常感興趣,潛心研究,于1866年出版了《顯微巖石學》,此后經年成為一種經典。

1853年,Sorby對地質界一個懸而未決的問題產生了興趣,“板劈理”的劈理面與其最初沉積的層理面不一致,一時之間,眾說紛紜,機械的、電性的、化學的理由紛至沓來。通過鏡下觀察,Sorby得出結論:在垂直于最大應力方向上,云母顆粒重定向、再生長,導致了“板劈理”面的形成。某位地學機構領導聽說Sorby研究這個問題后認為他純粹是浪費時間,因為這個問題早已經解決了,Sorby置若罔聞,一笑而過。

1855年,Sorby認識了一個鐘表匠,這個鐘表匠收集了許多巖石樣品,有些樣品里發現有小孔洞,孔洞中充填有液體與氣體,Sorby將之稱為“流體包裹體”。流體包裹體的研究此前已經有些年數,但都不是從地質的角度,Sorby饒有興趣對花崗巖石英晶體中的流體包裹體進行了分析,推斷了它們形成的溫度與深度。當加熱這些流體包裹體時,氣泡會消失,液體會全部充滿空洞,這就是流體包裹體最初形成時的溫度,也就是今天我們所熟知的均一溫度。

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Sorby當年描繪的流體包裹體示意圖(來自文獻1

1860s,光譜分析開始廣泛應用于科學各領域,Sorby認為光譜與顯微鏡結合,可以在薄片里鑒定色彩鮮艷的礦物,然而,他的興趣點很快就轉移到鑒定血跡上,這顯然對警察破案大有裨益。后來他使用這種方法技術分析了樹葉、鳥蛋、昆蟲、寶石等的色彩色素,他將這些研究成果展現給他的朋友,并炫耀他的顯微鏡技術,偉大的藝術家“美的使者”John Ruskin就曾寫詩贊美了顯微鏡下色彩斑斕的世界。

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當年Sorby使用的光學顯微鏡(來自文獻1

1861年,他的研究興趣來到了隕石,由于鐵隕石中的礦物基本都是不透明礦物,透射光不起作用,所以必須用到反射光。為了更好地理解隕石結構,他制作了人造鋼鐵薄片,這對“鋼鐵之城”謝菲爾德是一個合適的研究課題。他很快就發現這項研究對鋼鐵冶煉具有重要現實意義,為此前前后后、斷斷續續花了20多年時間研究鋼鐵顯微結構,因此他也被稱為“顯微冶金學之父”。他后來自嘲說:“在我生活的那個年代早些時候,如果發生了鐵路交通事故,我建議拿一段鋼軌磨制一個薄片進行顯微鏡下觀察,別人肯定認為我應該到精神病院接受治療,然而,現在卻成了一種常規模式!

1872127-1876526日,英國挑戰者號考察船進行了環球海洋考察,這是世界上首次環球海洋考察,也是近代海洋科學的開端。Sorby有幸研究了考察船帶回來的礦物標本,受此鼓舞,1878年,他買了一艘帆船,雇傭了5名船員,配備了一個實驗室,在此后25年的每個夏天,他開始了一段漫長的針對海洋生物學研究的奇幻漂流。他還把在海洋里發現的動植物通過幻燈片的形式活靈活現展現在大家面前,如今這些幻燈片還完好無損地保留于謝爾菲德博物館里。

Sorby在他的“The Glimpse”號科考船上(來自文獻2

男人一旦結婚就永遠地迷失了自己,Sorby終身未婚,也很少離開謝菲爾德,偶爾去到倫敦,呼吸一下新鮮科學空氣。在謝菲爾德,他也并非離群索居,從20歲起,就是謝爾菲德文學與哲學協會的成員,與別人交流科學、歷史、音樂……,以獲求不同的思想與知識。他熱衷于發展高等教育,以使謝菲爾德從刀具、鋼鐵中解放出來,而進入簡愛(《簡愛》在此寫成)、科學的生境。1905年,謝菲爾德大學在他的奔波努力下正式建立,他自掏腰包設立了獎學金,以獎勵那些在地質方面做出突出貢獻的科學家。他做科學從來不為追求榮譽,只為在原創研究中獲得最大的快樂,很少有科學家能像他一樣在如此廣闊范圍內獲得各種琳瑯滿目的獎項,但在他的眼里,可能還不如一盤下酒菜。

1902年,因為一次意外事故,他成了“跛豪”,從此只能拘囿室內,專心寫作,鴻篇巨著《On the application of quantitative methods to the structure and history of rocks》就是在如此艱難的環境下寫就。190839日,Sorby離開了人世,在天堂里看到了媽媽的微笑,聽到了牧師的叮嚀……

Sorby一生財政自由,靈魂遨游,天資聰穎,樂此不倦,在科學領域中總是充當先鋒的角色,一旦解決了某一問題獲得了極大的心理滿足,就會馬不停蹄奔向另一個領域,身后留下一片開闊地等待別人深耕。我們經常嘲笑那只掰棒子的小猴子,其實他先后擁有玉米、桃子與西瓜,看到了活蹦亂跳的小兔子,他開闊了視野,獲得了天性快樂,又怎能說一無所獲?你我俗人,不懂猴子真性情。那些牽在手里,穿上馬甲的小狗,養在魚缸,紅得發紫的金魚,看似一種尊貴,實則一種麻木。天地蒼茫,人生苦短,駕一葉扁舟,行走泥沙河,去自然界獲得知識,知識帶動思考,思考給人以力量。要深入地球,最清晰的路徑是穿過荒野莽林。

參考文獻

1.Henry Clifton Sorby:His scientific journey and the making of a great experimentalist,The Silurian,January 2018,Issue4,p.3-8

2.Valerie Clinging, Henry Clifton Sorby:Sheffield’s Greatest Scientist

3.安德烈婭·武爾夫著,邊和譯,創造自然:亞歷山大·馮·洪堡的科學發現之旅,浙江人民出版社,2018.5




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