人们经常会提及“科学长征”，但科学并不会自己往前走；是人在推动它向前发展，和行军相比，我们向前发展的过程更像是一场接力赛。并且，这是一场相当古怪的接力赛，因为那些接棒的人经常会向上一个赛跑者意想不到，也不会认可的方向前进。这正是拉瓦锡完成他的伟大赛程之后化学领域下一个伟大的梦想家在接替他时发生的事情。
拉瓦锡雕像，其头部是孔多塞拉瓦锡澄清了元素在化学反应中发挥的作用，并推广了一种描述它们的量化方法。今天我们知道要想真正地理解化学——并且，尤其是如果你想对化学反应有一个量化的理解——你需要理解原子。但拉瓦锡却对原子的概念嗤之以鼻。这并不是因为他思维狭隘或目光短浅。相反，他是出于完全实用的理由才反对这种从原子的角度思考问题的观点。
自希腊人提出这个概念之后，学者们一直在对原子进行推测——尽管有时候会用不同的名字来称呼它们，比如“微粒”，或者“物质颗粒”。
然而，由于它们实在太小，在近2 400年的历史长河中，没有一个人设想出一种方法来将它们和现实的观察以及测量联系起来。
为了让大家对于原子究竟有多小有一个概念，现在设想用弹珠把世界上所有的海洋填满。接着再设想每一粒弹珠都缩小到一个原子的大小。它们会占多大的空间呢？比一茶匙的量还要少。观察那么小的东西的影响，希望有多大呢？ 正像它证明的那样，很大——那个神奇的成就最早是由一位名叫约翰·道尔顿（1766—1844）的教友派信徒教师取得的。历史上许多伟大的科学家都是有趣的人物，但作为一个贫穷织工的儿子，道尔顿并不是其中一员。他是个做什么事情都井井有条的人，不管是他的科学研究还是生活习惯都是如此。比如到了每天下午5点他必须喝茶，随后会在晚上9点吃一顿肉和土豆做成的晚餐。
道尔顿以《化学哲学新体系》这本书闻名，这是一部由三个部分组成的条理清晰的论文，最让人惊讶的是它们全都是道尔顿在闲暇时间研究和完成写作的。第一部分发表于1810年，那时他45岁，这是一本916页的巨著。在这916页中，他在一个仅仅只有5页篇幅的章节里提出了让他在今天闻名于世的划时代观点：一种利用你在实验室中可以进行的测量来计算原子相对重量的方法。那就是科学观点的力量和激动人心的地方—5页纸就可以纠正已经被误导了2 000年的理论。
就和很多观点一样，道尔顿也是以一种迂回的方式想到这一点的，尽管当时已经是19世纪，但道尔顿的观点却受到了一个出生在17世纪中叶的人的启发——再一次，这就是艾萨克·牛顿的影响力可以到达的范围。
道尔顿喜欢散步，他年轻时生活在坎伯兰，那是英国最潮湿的地区，他开始对气象学产生兴趣。他还是一个神童，在十来岁的时候就已经开始研究牛顿的《数学原理》。这两种兴趣被证明是一种有效的结合，因为它们引导着他对气体的物理性质产生了兴趣——比如坎伯兰乡下那种潮湿的空气。由于迷恋牛顿的微粒理论——其实是经过牛顿关于作用力和运动的观点改进过的古希腊人的原子概念——道尔顿开始怀疑气体可溶性的不同是它们原子的体积大小不一样导致的，并且，这又反过来引导着他开始思考原子的重量。
道尔顿的方法基于这样一种观点：如果人们仅仔细考虑纯净的化合物，那么构成化合物的成分的比例完全相同。比如，存在两种不同的铜的氧化物。如果分别检查那些氧化物，就会发现每消耗一克氧气，所生成的一种氧化物需要用掉4克铜，而另一种氧化物需要消耗8克铜。这表明在后一种氧化物中，每个氧原子要与两倍的铜原子结合。
为简单起见，现在设想在前一种情况下每个氧原子和一个铜原子结合，而在后一种情况下每个氧原子与两个铜原子结合。那么，既然在前一种情况下氧化物是由4克铜和1克氧构成的，那你就可以断定一个铜原子的重量是一个氧原子重量的4倍。碰巧的是，那个假设是正确的，道尔顿就是用这种推理方法来计算已知元素原子的相对重量的。
因为道尔顿计算的是相对重量，他需要从某个地方着手，于是他选定了最轻的已知元素——氢——作为“一个”重量单位，用它来计算所有其他元素相对于它的重量。
不幸的是，他关于元素以最简单的比例结合的假设行不通。比如，那个假设指定水的分子式为HO，而不是我们今天知道的更复杂的H2O。因此，当他计算氧原子相对于氢原子的重量时，得出的结果其实是真实结果的一半。道尔顿对于这种不确定性非常清楚，就水而言，他把HO2 和H2 O都视为有效的替代可能。如果普通化合物的分子式都像H37O22 这样，那相对重量将会很难解释，但幸运的是不会出现这种情况。
道尔顿清楚他的估算只是暂时性的，也知道他需要收集大量化合物的数据才能发现假定分子式中存在的前后矛盾之处，从而或许可以指出它们的谬误。那个困难还要再困扰化学家50年，虽然解决细节问题还需假以时日，但这并不会削弱它对这个领域的影响，因为道尔顿版的原子论由于可以同实验室测量联系起来因而最终具有了实际意义。并且，在拉瓦锡的工作基础上，道尔顿使用他的观点创造了有史以来第一种化学定量语言——一种按照分子之间交换原子的理论来理解化学家展开的实验的新方法。比如在现代版本中，为了描述氧和氢生成水的过程，化学家（或者高中生）会写“2H2 + O2 →2H2 O”。
这种化学新语言使化学家理解和推理他们在制造化学反应时观察和测量得到的东西的能力发生了革命性的改变，他的观点自此以后一直都是化学理论的核心思想。道尔顿的工作让他闻名世界，尽管他回避公共荣誉，但他还是接受了荣誉，包括他曾坚决拒绝的皇家学会会员身份。
1844年去世时，他原本希望一切从简的葬礼却吸引了超过4万名送葬者。
经过道尔顿的努力，人类对物质性质的理解由古代神秘知识提出的理论发展到了开始从一个远远超越我们感官的层面来理解物质的地步。
但如果每种元素都依据它们原子的重量来区分，原子性质与我们看到的化学和物理特征之间又有着怎样的关联呢？那就是这场接力比赛的下一棒了，实际上这也是在牛顿学说理论范围内可以解答的最后一个关于化学的深奥问题。更深刻的见解会出现的，但它们将不得不等待物理学领域的量子革命。
