道尔顿与近代原子论

1道尔顿与近代科学原子论摘要通过对近代科学原子论产生的考察，分析了道尔顿原子学说与以往哲学原子论的重大区别，探讨了道尔顿创立原子学说的思想和研究方法，阐明了科学的认识论和方法论对科学研究的重要指导作关键词道尔顿近代科学原子论区别科学思想研究方法正文原子是化学科学中最基本的概念，原子学说则是建构整个化学大厦的理论基石。现代著名化学家鲍林说过t在所有化学理论中，最为主要的就是原子学说,恩格斯也对近代科学原子论的创立给以高度评价，认为原子论是能给整个科学创造一个中心并给研究工作打下牢固基础的发现。因此可以说，原子论在人类探索自然界奥秘的历史长河中构成了化学发展的主旋律，规定和指导着化学理论的基本走向和发展。本文试图通过对近代原子学说创立过程的历史考察，阐明近代科学原子论产生的历史条件，探讨它与以往原子学说的本质区别，分析道尔顿的科学思想和研究方法上的特点，展示人类自然观和思维方式的变革，探讨科学认识发生和发展的基本规律，以期从中得到某些启示和教益。1近代科学原子论创立的历史背景任何科学理论的产生都不是偶然的，总有一定的时代背景和认识论的根源，是人类科学认识发展到一定阶段的必然产物。追溯化学发展的历史，近代科学原子论的创立有以下几个方面为它作铺垫。1．1定量分析方法的广泛采用和一些化学经验定律的建立l8世纪末至l9世纪初，化学开始由以搜集材料为特征的经验描述阶段，逐步过渡到以整理材料、寻找事物的内在联系为特征的理论概括阶段。由拉瓦锡掀起的化学革命不仅建立了化学理论的新秩序，而且在研究方法上给化学的发展注入了新的活力。特别是定量方法的广臣采用，使化学家们搞清了许多物质的组成及化学变化中各物质量的关系1789年，拉瓦锡首先用精确定量的实验证明了质量守恒定律，它作为自然界的一条最基本的规律，成为人们从事化学研究的基本依据；1791年，里希特根据大量定量实验发现了酸碱反应的当量关系；1802年，费歇尔在里希特工作的基础上进一步明确阐述了当量定律；1799年，昔罗斯特根据一系列化学定量分析提出了定量组成定律，大大促进了人们对物质组成的认识；1803年，道尔道在思考原子学说的过程中，根据自己的实验归纳，推导出了倍比定律这些化学基本定律都是从实验中归纳总结出来的经验规律，它促使化学家进一步思考；为什么化合物在生成时，各物质之间存在着如此严格的定量关系？为什么反应前后的质量总是保持不变呢?为什么同种化合物的组成总是固定不变?是否有一些不变的看不见的质点在化学反应中操纵着这些规律?由实验中提出的一系列的问题要求化学家给予理论上的解释，正是这些化学经验定律的建立，成为化学理论产生和发展的必要前提，为科学原子论的产生奠定了牢固的实验基础1．2古代原子论的广泛传播2关于物质的组成和结构问题是一个古老的话题．很早就引起了哲学家们的广泛关注。古希腊的留基伯和德谟克利特最早提出了原子学说，认为世界万物都是由微小的不可分割的原子组成的；原子永恒存在永不毁灭·宇宙中真实存在的只有原子和虚空。德谟克利特还试图用自己的原子学说来解释宇宙万物的形成和自然界发生的各种变化。古希腊的原子论开辟了人类解释自然界发展变化的可能性，充分体现了古人探索客观世界奥秘的唯物主义勇气和从理性的角度认识自然的能力。但这种朴素的原子论只是一种笼统模糊的哲学思辨，缺乏实验依据，经不起科学的推敲。以后虽然经过古希腊后期的伊壁鸠鲁和古罗马的卢克莱修的补充和发展，但直到欧洲文艺复前的1000多年问，原子学说无论是在哲学上还是在科学上都不占主导地位，而且长期遭受宗教神学说及其他学说的迫害和排斥。但古代原子论的唯物主义性和真理性赋予了它顽强的生命力，虽长期处于逆境中，却始终未泯灭。原子学说本身既是一个哲学问题．又是实证科学的核心问题．科学要发展，物质的组成和结构问题就不可回避。所以17世纪以来随着科学的进步，更多的科学家成了原子论的信徒。例如，伽利略、达芬奇、伽桑遗、笛卡儿、波义耳、牛顿等，特别是波义耳不满足仅仅关于原子的一般认识，力图用微粒哲学开辟化学发展的新局面。这种机械原子论继承和发展了古代原子学说的光辉思想，不仅起到承上启下的桥梁作用，而且开始把哲学思考让位于科学的思考。科学家根据当时物理学的成就，探讨原子的存在和相互作用，用纯机械论的观点来解释物质的组成和性质。但直到18世纪末，人们仍然难以具体应用原子论解释化学反应，科学家亦然凭着各自的猜想，对原子的描述众说纷纭，未有形成统一严谨的理论体系，但在这一历史时期．原子论在科学界几乎家喻户晓，物质是由原子组成的思想已经深入人心。道尔顿正是在牛顿的机械论微粒哲学启发下．通过对气体物理性质的详细研究，才创立了近代科学原子论。1．3科学元素学说的建立元素说和原子说酷似一对孪生姐妹，有着极为密切的亲缘关系可毫不夸张地说．没有科学的元素说，就不可能有科学的原子论的建立，元素就不可能找到自己真正要描述的对象，近代化学的理论体系也就不可能形成。二者几乎同时产生，但长期以来却一直互相排斥，不相为谋。元素和原子的矛盾困扰了人们2000多年，最后才由法国天才的化学家拉瓦锡首先找到了解决这一难题的突破口。近代科学元素学说的建立，对道尔顿创立近代科学原子论具有十分重要的意义。拉瓦锡并不赞成原子学说．在他的科学研究中一般不涉及原子的问题。1789年，他在《化学纲要》一书中写道：如果用元素名称来表示构成物体的简单的、不可分割的分子(实际指原子)，那么我们也许会不认识它们。相反地．如果我们把分析所能达到的极限观念与元素的名称联系起来，那么对我们来说，所有还不能用任何方法分解的物质都是元素。这也许正是拉瓦锡的高明之处，他认为把原子作为分析的授限，在当时是无法通过实验证明的。他巧妙地回避了原子的概念，首先把宏观具体的、可用实验直接感知的单质作为分析的起点，即首先定义元素。现在看来，拉瓦锡的思想路线是正确的，因为当时他还不能认清元素和原子的关系。加上那时化学的一些经验定律还没有揭示出来，如果把元素和原子一起加以研究，只能使同题复杂化，甚至会误人歧途。拉瓦锡的目的就是要首先搞清元素的内涵和外延，按照化学本身的逻辑顺序和人类的思维规律来研究化学。道尔顿则完全接受了拉瓦锡的元素学说，并在此基础上提出了一种元素一类原子的观点，才使道尔顿的原子论具有了前所未有的明确性、系统性和科学性。实际上，3近代元素定义在整个19世纪一直保持成立，新元素的发现和鉴别仍然离不开经验分析的方法。随着元素发现数目的增多，原子的种类也相应增加，两者之间呈现一一对应的关系。如果没有拉瓦锡的元素概念，人们就无法搞清物质的组成，道尔顿就无法对原子进行准确地分类和判别，原子相对质量也无法求算，原子学说也就不可能剥去哲学的外表，当然也就无法在化学中加以具体应用。因此可以说，道尔顿的原子论是近代机械原子论与拉瓦锅的元素学说相结合的产物。2道尔顿的原子论何以称为科学的原子论近代科学原子论的创立完成了化学理论上第一次伟大的辩证综合，是继拉瓦锡化学革命之后，化学发展史上又一个光辉灿烂的里程碑。为什么道尔顿的原子论被称为科学的原子论?或者说它与以往的原子论有什么本质的区别呢?第一，道尔顿的原子论彻底剥去了长期披在它身上的哲学外衣，把模糊的猜测变成了明确的、经得起科学实验检验的科学理论。它圆满解释了各种化学实验事实，揭示了质量守恒定律、当量定律、定比组成定律和倍比定律的本质与内在联系，有着广泛的实验基础，并对以后整个实验科学的发展起着重大的指导作用。因此它是立足于物理和化学实验之上的运用科学的推理和严谨的论证方法，完全合乎科学理论建立的逻辑程序。第二，道尔顿的原子论不仅明确指出了原子具有重量的特征，而且进一步提出了测定原子量的历史任务，并第一次用化学的方法测定了多种元素的原子量。从此，原子不再是一十抽象模糊的概念，具有了可以用实验直接测量的数量特征，原子量成为区别原子种类的基本标志，使化学研究走向精确化、定量化和系统化这是道尔顿原子论与以往各种原子学说的根据区别，也是道尔顿首创精神的具体表现。第三，由于以往的原子论具有浓厚的思辨性质，因此它只能对物质的各种变化给子笼统解释和说明，但却无法在化学反应中加以具体操作。既不能确定物质的组成t也不能准确地说明各种化学变化。而道尔顿的原子论第一次明确地阐明了化学反应的实质，就是原子重新组合的过程。而且通过原子量的求算．可以准确测定物质的组成和反应中各物质量的关系．使原子学说真正具有了可操作性，成为化学定量化的理论基础第四，道尔顿在接受拉瓦锡元素概念的基础上．第一次把元素和原子联系起来，统一在一个严谨的理论体系之中。元素是同一类原子的总称，有多少种元素，就有多少种原子。元素是对原子的抽象和概括，原子则是元素的具体存在形式，元素第一次真正找到了自己描述的对象。不仅使人们对元素的认识提高到一个崭新的高度，而且使道尔顿的原子概念更加明确和具体，从而奠定了整个化学发展的理论基础。19世纪后半叶以来，分子学说、化学键理论、化学结构理论、元素周期律等学说的形成和发展，以及2O世纪以来化学理论上所取得的许多重大突破，几乎都是建立在道尔顿原子论的基础之上这不仅大大丰富了近代科学原子论的内涵，而且进一步在更高的层次上确立了它的中心地位，毋庸置疑地证明了原子学说的科学真理性。3道尔顿的科学思想和研究方法道尔顿(1766~1844)出身贫苦，只受过不完全的初等教育，但他以顽强不息的奋斗精神，通过艰苦自学，终于成为一位知识渊博的学者，在自然科学研究中建立了不朽的功勋。他在晚年总结自己的成功的经验时曾说：“如果我比其他人获得了较大成功的话，那主要是——不!完全是靠不断勤奋地学习钻研而来。有的人能够远远地超越其他人，与其说他是天才，不如说是由于他专心致志地坚持学习，不达目的誓不罢休的那种不屈不挠的精神所致。这是道尔顿不信东风唤不回的坚强毅力和追求真理的崇高精神的真实写照。但只有刻苦努力是不够的，勤奋是获得成功的必要条件，但并不是与获得的成就成正比，还必须掌握科学的研4究方法。19世纪初，科学原子论产生历史条件已经接近成熟，不少科学家处于这一前沿领域的探索之中，但并非人人都能发现阿拉丁宝窟。不同的性格修养、知识结构、成长过程和研究方法形成了科学家不同的研究风格。就实验技术甚至化学知识而论，道尔顿并不比盖吕萨克以及当时一些计量化学家高明，而唯独他能够首先廓清千年迷雾，克服各种逻辑上和方法上的困难，首创科学原子论，完成了科学史上一项伟太的勋业，其重要原因在于道尔顿掌握了科学的思想方法和研究方法。3．1较高的哲学素养原子论本身既是一个科学问题，叉是一个哲学问题。道尔顿洞察了以往原子学说的根本缺点，抓住了原子具有重量的基本特征，善于通过哲学的思考，不自觉地运用了量转化为质的规律，把原于量作为判别元素的标准。正是原子量的不同造成了元素质的差别。他认为：“具有重量的各种物体中昔遍具有这种或那种吸引力外，在我们认识的各种物质中还有一种力作用着，这种力也是同样普遍的，这是一种排斥力。正是这两种巨大的相互对立的吸引和排斥的力量通过相互制约、相互调节使得三种不同的状态——弹性流体、液体和固体能够出现。显然，道尔顿把吸引与排斥的对立统一作为自然界的一种普遍矛盾来看待，并结合原子论阐明物质三态转化和气体的性质。他以哲学家的头脑，力图赋予古代原子论以崭新的内容，用来解释物质的化学运动。在构思新的原子论的过程中，道尔顿经常借助于哲学思维。他说：“化学分解和化学结合只不过是把这些终极质点或原子彼此分开，叉把他们联合起来而已。在化学作用范围内，物质既不能创造也不能消灭。要创造一个氢原子，犹如向太阳系引进一颗新的或消灭一颗原有的行星一样的不可能。我们所能进行的一切变化无非是把处于化合状态的原子分开和把分离的原子联合起来。道尔顿善于把物质化学运动的内在矛盾提高到哲学的高度来认识，使他的科学认识论具有深刻的哲理性。在当时的自然科学领域中，一方面盛行的蔑视理论思维的狭隘经验论的思潮，另一方面化学家又受到机械论形而上学自然观的束缚，把各种现象和规律看成是一些彼此毫不相干的孤立的东西，妨碍了人们对事物内部规律及其相互联系的认识。道尔顿敢于冲破传统哲学思想的羁