قبل بضعة أيام، أخبرني حامل درجة الماجستير، وهو لا يزال شاباً، وبالتالي تلقى تعليماً حديثاً، أنه حتى بلوغه سن العشرين لم يتلقَ أي تعليم على الإطلاق فيما يتعلق بالظواهر الطبيعية أو القوانين الطبيعية. كان قد أمضى اثني عشر سنة من حياته حصرياً بين القدماء. الحالة، أسفُّ للقول، نموذجية. الآن لا يمكننا، دون الإضرار بالإنسانية، أن نفصل الحاضر عن الماضي.
John Tyndall كان فيزيائياً إيرلندياً بارزاً في القرن التاسع عشر. اشتهر علمياً في البداية في الخمسينيات من القرن التاسع عشر من خلال دراسته للمغناطيسية العكسية. لاحقاً قام باكتشافات في مجالات الإشعاع تحت الأحمر والخصائص الفيزيائية للهواء، مما أثبت الارتباط بين ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وما يُعرف الآن بتأثير الاحتباس الحراري عام 1859.
نشر Tyndall أيضاً أكثر من اثني عشر كتاباً علمياً جلب الفيزياء التجريبية الحديثة في القرن التاسع عشر إلى جمهور واسع. من 1853 إلى 1887 كان أستاذ الفيزياء في المؤسسة الملكية لبريطانيا العظمى في لندن.
السنوات الأولى والتعليم
وُلد Tyndall في Leighlinbridge، مقاطعة Carlow، إيرلندا. كان والده شرطياً محلياً، ينحدر من مهاجرين من Gloucestershire استقروا في جنوب شرق إيرلندا حوالي عام 1670. التحق Tyndall بالمدارس المحلية Ballinabranna Primary School في مقاطعة Carlow حتى أواخر سنوات مراهقته، وكان على الأرجح معلماً مساعداً بنهاية فترته هناك. تضمنت الموضوعات المدروسة في المدرسة بشكل ملحوظ الرسم الفني والرياضيات مع بعض تطبيقات تلك الموضوعات على مسح الأراضي. تم تعيينه كرسام بواسطة Ordnance Survey of Ireland في أواخر سنوات مراهقته عام 1839، وانتقل للعمل لصالح Ordnance Survey for Great Britain عام 1842. في عقد الأربعينيات من القرن التاسع عشر، كان هناك ازدهار في بناء السكك الحديدية، وكانت خبرة Tyndall في مسح الأراضي قيّمة ومطلوبة من قِبل شركات السكك الحديدية. بين عام 1844 و1847، تم توظيفه بشكل مربح في تخطيط بناء السكك الحديدية.
في عام 1847 اختار Tyndall أن يصبح مدرساً للرياضيات والمسح في Queenwood College، وهي مدرسة داخلية في Hampshire. عند تذكره لهذا القرار لاحقاً، كتب: "الرغبة في النمو الفكري لم تتركني؛ وعندما تباطأ العمل على السكك الحديدية، قبلت عام 1847 منصب مدرس في Queenwood College." كان هناك معلم شاب آخر وصل مؤخراً في Queenwood وهو Edward Frankland، الذي عمل سابقاً كمساعد في المختبر الكيميائي لـ British Geological Survey. أصبح Frankland و Tyndall صديقين حميمين. بناءً على معرفة Frankland السابقة، قررا الذهاب إلى ألمانيا لمتابعة تعليمهما في العلوم. من بين أمور أخرى، كان Frankland يعلم أن بعض الجامعات الألمانية كانت متقدمة على أي جامعة في بريطانيا في الكيمياء والفيزياء التجريبية. كانت الجامعات البريطانية لا تزال تركز على الكلاسيكيات والرياضيات وليس على العلوم المخبرية. انتقل الاثنان إلى ألمانيا في صيف 1848 والتحقا بـ University of Marburg، جذبتهما سمعة Robert Bunsen كمدرس. درس Tyndall تحت Bunsen لمدة سنتين. ربما كان الأكثر تأثيراً على Tyndall في Marburg هو الأستاذ Hermann Knoblauch، الذي حافظ Tyndall على التواصل معه عبر الرسائل لسنوات عديدة بعد ذلك. كانت أطروحة Marburg الخاصة بـ Tyndall عبارة عن تحليل رياضي للأسطح الحلزونية عام 1850 تحت إشراف Friedrich Ludwig Stegmann. ظل Tyndall في ألمانيا لسنة إضافية يجري أبحاثاً عن المغناطيسية مع Knoblauch، بما في ذلك زيارة لعدة أشهر في مختبر برلين لمعلم Knoblauch الرئيسي، Heinrich Gustav Magnus. من الواضح اليوم أن Bunsen و Magnus كانا من بين أفضل مدرسي العلوم التجريبية في تلك الحقبة. وبالتالي، عندما عاد Tyndall للعيش في إنجلترا في صيف 1851، كان على الأرجح لديه تعليم في العلوم التجريبية بنفس جودة أي شخص آخر في إنجلترا.
العمل العلمي المبكر
كان العمل الأصلي المبكر لـ Tyndall في الفيزياء هو تجاربه على المغناطيسية والاستقطاب المغناطيسي العكسي، والذي عمل عليه من 1850 إلى 1856. كانت أثر تقاريره الأكثر تأثيراً هما الأولين، من تأليف Knoblauch. كان أحدهما بعنوان "الخصائص المغناطيسية البصرية للبلورات، والعلاقة بين المغناطيسية والمغناطيسية العكسية والترتيب الجزيئي"، بتاريخ مايو 1850. وصفا تجربة مُلهمة برتفسير مُلهم. هذه والتحقيقات المغناطيسية الأخرى جعلت Tyndall معروفاً بسرعة بين العلماء البارزين في ذلك الوقت. تم انتخابه زميلاً في الجمعية الملكية عام 1852. في بحثه عن تعيين بحثي مناسب، تمكن من طلب شهادات من محرر Poggendorff الدوري الفيزيائي الألماني الرائد منذ فترة طويلة ورجال برزين آخرين نيابة عنه. في عام 1853، حقق تعيين الفلسفة الطبيعية الفيزياء الأستاذ المرموق في المؤسسة الملكية في لندن، وذلك بفضل كبير الاحترام الذي حازت عليه أعماله من Michael Faraday، زعيم التحقيقات المغناطيسية في المؤسسة الملكية. حوالي عقد من الزمان بعد ذلك تم تعيين Tyndall خليفة المناصب التي شغلها Michael Faraday في المؤسسة الملكية عند تقاعده.
تسلق الجبال الألبية وعلم الأنهار الجليدية
زار Tyndall جبال الألب عام 1856 لأسباب علمية وانتهى به الحال ليصبح متسلق جبال رائداً. زار جبال الألب في كل صيف تقريباً من عام 1856 فصاعداً، وكان عضواً في فريق تسلق الجبال الأول جداً الذي وصل إلى قمة Weisshorn عام 1861، وقاد أحد الفرق الأولى للوصول إلى قمة Matterhorn عام 1868. وهو أحد الأسماء المرتبطة بـ "العصر الذهبي للتسلق الألبي" - السنوات الفيكتورية الوسطى عندما تم الوصول إلى قمم جبال الألب الأكثر صعوبة لأول مرة.
في جبال الألب، درس Tyndall الأنهار الجليدية، وخاصة حركة الأنهار الجليدية. جلب شرحه لتدفق الجليد له نزاعاً مع آخرين، وخاصة James David Forbes. كان معظم العمل العلمي المبكر على حركة الأنهار الجليدية قد قام به Forbes، لكن Forbes في ذلك الوقت لم يكن يعرف بظاهرة إعادة التجمد التي اكتشفها لاحقاً Michael Faraday. لعبت إعادة التجمد دوراً أساسياً في شرح Tyndall. لم يرى Forbes إعادة التجمد بنفس الطريقة على الإطلاق. مما عقّد نزاعهما، نشأ خلاف علني حول من يستحق الحصول على رصيد المحقق لماذا. اعتقد أصدقاء Forbes المفصحون بوضوح، وكذلك Forbes نفسه، أن Forbes يجب أن يحصل على الرصيد لمعظم العلم الجيد، في حين اعتقد Tyndall أن الرصيد يجب أن يُوزع على نطاق أوسع. علّق Tyndall: "فكرة الحركة شبه السائلة تنتمي بالكامل إلى Louis Rendu؛ والدليل على تدفق المركز الأسرع ينتمي جزئياً إلى Rendu، لكن تقريباً بالكامل إلى Louis Agassiz و Forbes؛ والدليل على تأخر السرير ينتمي إلى Forbes وحده؛ بينما اكتشاف مقر نقطة الحركة القصوى ينتمي، أفترض، إلي." عندما كان Forbes و Tyndall في القبر، استمر نزاعهما من قبل السيرة الذاتية الرسمية الخاصة بهما. حاول الجميع أن يكون معقولاً، لكن لم يتم التوصل إلى اتفاق. والأكثر خيبة أمل، ظلت جوانب من حركة الأنهار الجليدية غير مفهومة أو غير مثبوتة.
تم تسمية Tyndall Glacier الموجود في تشيلي و Tyndall Glacier في كولورادو باسم John Tyndall، وكذلك Mount Tyndall في كاليفورنيا و Mount Tyndall في تسمانيا.
العمل العلمي الرئيسي
العمل على الأنهار الجليدية نبّه Tyndall إلى أبحاث de Saussure حول تأثير الاحتباس الحراري من أشعة الشمس، ومفهوم Fourier، الذي طوره Pouillet و William Hopkins؛ حيث يخترق الحرارة من الشمس الغلاف الجوي بسهولة أكبر من "الحرارة الغامضة" الإشعاع تحت الأحمر "الإشعاع الأرضي" من الأرض المُحماة، مما يسبب ما يُعرف الآن بتأثير الاحتباس الحراري. في ربيع عام 1859 بدأ Tyndall أبحاثاً حول كيفية تأثر الإشعاع الحراري، سواء الرؤية أو الغامضة، بالغازات والهباء الجوي المختلفة. طور التحليل الطيفي للامتصاص التفاضلي باستخدام الكومة الحرارية الكهرومغناطيسية التي ابتكرها Melloni. بدأ Tyndall تجارب مكثفة في 9 مايو 1859، في البداية دون نتائج كبيرة، ثم حسّن من حساسية الجهاز وفي 18 مايو كتب في يوميته "أجريت تجارب طول اليوم؛ الموضوع تماماً في يدي!" في 26 مايو قدم إلى الجمعية الملكية ملحوظة وصفت طرقه، وذكر "باستثناء المذكرة الشهيرة لـ M. Pouillet حول الإشعاع الشمسي عبر الغلاف الجوي، لم يتم نشر أي شيء، بقدر ما أدرك، حول نقل الحرارة المشعة عبر الأجسام الغازية. لا نعرف شيئاً عن تأثير الهواء حتى على الحرارة المشعة من المصادر الأرضية."
في 10 يونيو قدّم البحث في محاضرة الجمعية الملكية، مشيراً إلى أن غاز الفحم والأثير امتص بقوة الحرارة المشعة تحت الأحمر، وتأكيده التجريبي لمفهوم تأثير الاحتباس الحراري؛ أن الحرارة الشمسية تعبر الغلاف الجوي، لكن "عندما يتم امتصاص الحرارة من قبل الكوكب، يتغير بحيث لا يمكن للأشعة المنبثقة من الكوكب أن تعود إلى الفضاء بنفس الحرية. وبالتالي يسمح الغلاف الجوي بدخول الحرارة الشمسية؛ لكنه يعيق خروجها، والنتيجة هي ميل لتراكم الحرارة على سطح الكوكب."
أدت دراسات Tyndall لعمل الطاقة المشعة على مكونات الهواء إلى عدة خطوط من الاستقصاء، ونتائج أبحاثه الأصلية تضمنت ما يلي:
- شرح Tyndall الحرارة في غلاف الأرض الجوي من حيث قدرات الغازات المختلفة في الهواء على امتصاص الحرارة المشعة، في شكل إشعاع تحت الأحمر. جهازه القياسي، الذي استخدم تكنولوجيا الكومة الحرارية، هو علامة فارقة مبكرة في تاريخ التحليل الطيفي لامتصاص الغازات. كان أول من قاس بشكل صحيح القوى الامتصاصية النسبية لتحت الأحمر للغازات النيتروجين والأكسجين وبخار الماء وثاني أكسيد الكربون والأوزون والميثان والغازات الأثرية والأبخرة الأخرى. خلُص إلى أن بخار الماء هو أقوى ماص للحرارة المشعة في الغلاف الجوي وهو الغاز الرئيسي الذي يتحكم في درجة حرارة الهواء. الامتصاص من قبل الغازات الأخرى ليس مهملاً لكنه صغير نسبياً. قبل Tyndall، كان يُعتقد على نطاق واسع أن غلاف الأرض الجوي يدفئ السطح في ما أُطلق عليه لاحقاً تأثير الاحتباس الحراري، لكنه كان أول من أثبتها. الدليل كان أن بخار الماء يمتص الإشعاع تحت الأحمر بقوة. وبشكل ذي صلة، كان Tyndall في عام 1860 أول من أظهر وكمّ أن الغازات الشفافة بصرياً هي مُصدرات تحت حمراء.
- قام بابتكار عروض توضيحية أدت إلى تقدم السؤال حول كيفية امتصاص واِنبعاث الحرارة المشعة على المستوى الجزيئي. يبدو أنه أول شخص أظهر بشكل تجريبي أن انبعاث الحرارة في التفاعلات الكيميائية له أصله الفيزيائي داخل الجزيئات المُنشأة حديثاً عام 1864. أنتج عروضاً توضيحية تعليمية تتضمن التحويل المتوهج للإشعاع تحت الأحمر إلى ضوء مرئي على المستوى الجزيئي، والذي أطلق عليه التلون الحراري عام 1865، حيث استخدم مواد شفافة للإشعاع تحت الأحمر وغير شفافة للضوء المرئي أو العكس. عادة ما أشار إلى الإشعاع تحت الأحمر باسم "الحرارة المشعة"، وأحيانا
