波義耳微粒哲學(xué)與道爾頓原子論之比較

　　摘要波義耳微粒哲學(xué)與道爾頓原子論是原子論思想發(fā)展歷程上的兩種具有代表性的理論，通過對比二者的思想基礎(chǔ)及其時代動因、方法論基礎(chǔ)以及對萬物本原、物質(zhì)層次和物質(zhì)變化原因等的解釋，可以發(fā)現(xiàn)思想基礎(chǔ)在一定程度上決定著科學(xué)理論發(fā)展的進(jìn)路，科學(xué)進(jìn)步亦顯示時代的發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞波義耳微粒哲學(xué)道爾頓原子論對比分析

　　哲學(xué)論文投稿刊物：《西華大學(xué)學(xué)報(哲學(xué)社會科學(xué)版)》本刊辟有EMDR與心理創(chuàng)傷、蜀學(xué)研究、地方文化與文化遺產(chǎn)、澳大利亞研究、中國文化、文學(xué)研究、語言文字、歷史研究、外語研究、法學(xué)、社會與政治、經(jīng)濟與管理、西部經(jīng)濟與社會等欄目。

　　原子論起源于古希臘，是哲學(xué)家對于物質(zhì)組成進(jìn)行哲學(xué)思辨的產(chǎn)物，是一種形而上學(xué)的微粒觀。因支持元素論的亞里士多德的批判導(dǎo)致原子論在中世紀(jì)處于停滯狀態(tài)，直到文藝復(fù)興以后，才重新活躍起來。17世紀(jì)，科學(xué)家們繼承了古代原子論思想，并借助物理學(xué)試圖對物質(zhì)的組成、性質(zhì)、運動進(jìn)行機械論地描述，其中具有代表性的微粒觀就是英國科學(xué)家羅伯特·波義耳(RobertBoyel，1627～1691)的微粒哲學(xué)。這是一種帶有機械論色彩的微粒觀，與現(xiàn)在的原子-分子學(xué)說相去甚遠(yuǎn)，但在當(dāng)時是一種精致的描述物質(zhì)組成以及性質(zhì)的理論。直到19世紀(jì)英國氣象學(xué)家、化學(xué)家約翰·道爾頓(JohnDalton，1766～1844)賦予化學(xué)元素的原子以固定的且各不相同的重量以后，原子論對化學(xué)才是富有成效的[1]。

　　迄今為止，對波義耳微粒哲學(xué)和道爾頓原子論的研究有很多，關(guān)于波義耳微粒哲學(xué)的研究包括:對波義耳《懷疑的化學(xué)家》的評析[2，3]、波義耳對實驗現(xiàn)象的微粒論解釋以及對元素要素說的批判[4]等。對道爾頓原子論的研究多是從哲學(xué)角度對道爾頓的研究方法與研究過程進(jìn)行概括性地分析[5]、近代科學(xué)原子論產(chǎn)生的歷史背景考察以及道爾頓創(chuàng)立原子學(xué)說的科學(xué)思想和研究方法的分析[6]。迄今為止，尚未有人對波義耳微粒哲學(xué)和道爾頓原子論進(jìn)行系統(tǒng)的對比分析。這兩種微粒觀是原子論發(fā)展歷程中極具代表性的思想，對二者進(jìn)行深入的非共時比較研究具有重要的歷史價值和啟發(fā)意義。為此，本文擬基于翔實的史料從思想基礎(chǔ)及其時代動因、方法論基礎(chǔ)、對物質(zhì)本原的解釋、關(guān)于物質(zhì)層次性的認(rèn)識、對物質(zhì)變化原因的說明等方面進(jìn)行比較分析。

　　1思想基礎(chǔ)和方法論基礎(chǔ)的差異

　　1.1思想基礎(chǔ)的差異及其時代動因

　　波義耳出生于愛爾蘭沃特福德郡，利斯莫爾城堡(LismoreCastle，Waterford)，是17世紀(jì)英國著名的科學(xué)家。17世紀(jì)的英國，神學(xué)思想是主流思想，宗教的精神氣質(zhì)對于自然科學(xué)最直接的影響信念認(rèn)為，研究自然能更充分地欣賞上帝的杰作，并因此引導(dǎo)科學(xué)家去贊賞頌揚表現(xiàn)在其創(chuàng)造物中的上帝的威力、智慧和善性[7]。波義耳正是在這種社會背景之下進(jìn)行科學(xué)研究，他本人的態(tài)度與當(dāng)時的神學(xué)思想保持高度一致，即探索自然就是頌揚上帝。在波義耳看來，上帝既是宇宙的創(chuàng)造者又是宇宙的主宰，這是他的自然觀與古代和現(xiàn)代原子論哲學(xué)家的自然觀之間的主要區(qū)別之一[8]。道爾頓出生于英格蘭北部的一個叫伊格爾斯菲爾德(Eaglesfield)的鄉(xiāng)村，是貴格會教徒的后代，他本人也是貴格會教徒[9]。

　　然而，在道爾頓的科學(xué)思想中并沒有神學(xué)思想。道爾頓所在的18、19世紀(jì)，科學(xué)已逐漸完成世俗化，理性與信仰已然高度分化，科學(xué)逐步進(jìn)入獨立發(fā)展時期。在這一點上，道爾頓的科學(xué)思想中沒有波義耳那樣強烈的神學(xué)思想。17世紀(jì)的英國，除了上述宗教精神氣質(zhì)之外，文藝復(fù)興之后的科學(xué)或者說自然哲學(xué)思想正逐漸擺脫經(jīng)院哲學(xué)的束縛，被亞里士多德批判的原子論思想在此時也逐漸復(fù)興，伽桑狄關(guān)于古代原子論的著作在此時也逐漸引起了人們的興趣。在自然哲學(xué)思想領(lǐng)域中也盛行著培根和笛卡爾的哲學(xué)思想。培根強調(diào)實驗的重要作用，當(dāng)時的實驗并非是檢驗科學(xué)理論，而是基于假說的基礎(chǔ)之上創(chuàng)造理論。除波義耳外，培根對于實際從事實驗科學(xué)的人沒有或很少有什么影響，但是他在提高學(xué)術(shù)界對于當(dāng)代科學(xué)問題的考慮方面卻不無功勞[10]。

　　笛卡爾的物理學(xué)通常被認(rèn)為是機械論的，“機械論的”原意是指除了運用與力有關(guān)的概念外，沒有采用其他原理解釋物理學(xué)問題，笛卡爾又給了這個詞另一層含義，也就說它是一種可以用機械模型加以模仿的工具[11]。波義耳微粒哲學(xué)作為一種機械論哲學(xué)源自于伽桑狄復(fù)興的古代原子論和笛卡爾的機械論哲學(xué)，但又不同于這兩者[12]。波義耳微粒哲學(xué)的機械論哲學(xué)色彩主要體現(xiàn)在他對物質(zhì)性質(zhì)的機械論解釋上[13]。波義耳相信“機械哲學(xué)”的微粒原理，這是他在化學(xué)上強調(diào)結(jié)構(gòu)、形狀和運動的主要原因，也是他拒絕解釋終極微粒的固有特性的原因，波義耳和他同時代的許多人認(rèn)為宇宙是一個引擎，他們把這種形而上學(xué)的概念從宏觀世界轉(zhuǎn)移到無機微觀世界[14]。

　　然而在道爾頓的原子論思想中并不存在這種機械哲學(xué)思想，道爾頓所處的18世紀(jì)末19世紀(jì)初，此時氣體研究正處于高峰期。約瑟夫·布萊克(JosephBlack，1728～1799)、亨利·卡文迪什(HenryCavendish，1731～1810)、舍勒(CarlWilhelmScheele，1742～1786)、約瑟夫·普利斯特利(JosephPriestley，1733～1804)都進(jìn)行過大量的氣體實驗，他們研究氣體的基礎(chǔ)就是關(guān)于空氣的組成，其中，布萊克發(fā)現(xiàn)了“固定空氣”(二氧化碳)，舍勒和普利斯特利分別發(fā)現(xiàn)了氧氣[1]。道爾頓也是由研究空氣的組成入手，1801年總結(jié)出混合氣體的分壓定律，通過分壓定律表明一種氣體的微粒能夠均勻地分布在另一種氣體的微粒之間，因此他推斷物質(zhì)的微粒結(jié)構(gòu)是存在的[15]。

　　“元素論”和“原子論”是從古希臘開始就形成的化學(xué)學(xué)科兩大元科學(xué)理論。亞里士多德主張元素論，既“四元素”學(xué)說，他認(rèn)為物質(zhì)世界是連續(xù)的，根本不存在所謂的“微粒”結(jié)構(gòu)，從而批判原子論，導(dǎo)致中世紀(jì)原子論的發(fā)展處于停滯狀態(tài)[10]。波義耳則是批判一切“元素論”和“要素論”，并提出微粒哲學(xué)以解釋物質(zhì)的組成和性質(zhì)。波義耳著名的著作《懷疑的化學(xué)家》(TheScepticalChymist)就是基于實驗事實對醫(yī)藥化學(xué)家、煉金術(shù)士帕拉塞爾蘇斯(P.A.Paracelsus，1493～1541)的混合物中只有“鹽、硫、汞”三種組分要素說的批判之作。書中列舉了大量的實驗事實說明了混合物不是只有“鹽、硫、汞”三種要素組成以及簡單的火分析法并不能將物質(zhì)徹底進(jìn)行分解。波義耳的微粒哲學(xué)從思想上來說是對立于“元素論”而提出的，是對古希臘原子論的改進(jìn)和發(fā)展。

　　道爾頓的原子論則是基于元素理論提出的，雖然道爾頓的元素理論與波義耳時期的元素論是有一定區(qū)別的，但是在道爾頓這里首次將化學(xué)學(xué)科兩大元科學(xué)理論統(tǒng)一了起來。18世紀(jì)后期，拉瓦錫(Antoine-LaurentdeLavoisier，1743～1794)在《化學(xué)綱要》(TraiteElementairedeChimie)中已經(jīng)界定了元素的概念。道爾頓在《化學(xué)哲學(xué)新體系》(ANewSystemofChemicalPhilosophy)中根據(jù)拉瓦錫對元素概念的描述也進(jìn)一步闡述了他的元素概念:“我們所說的元素或簡單物質(zhì)，是指那些不曾被分解的，但能與其他物質(zhì)化合的一些物質(zhì)。我們不能說，任何一個叫作基本要素的物質(zhì)是絕對不能分解的;但是在它能夠被解析以前，它應(yīng)該被稱為簡單物質(zhì)”[16]。因此，道爾頓對于不同原子的描述即為“各元素原子”，且不同元素原子的最顯著區(qū)別在于原子量。

　　1.2方法論基礎(chǔ)的差異

　　波義耳是17世紀(jì)著名的實驗哲學(xué)家，在1650年左右這一時期，主要從事煉金術(shù)和化學(xué)實驗。波義耳認(rèn)同“哈特里布圈子”的培根科學(xué)理念———通過實驗研究獲得知識。塞繆爾·哈特里布(SamuelHartlib，1600～1662)，普魯士人，尊崇培根(FrancisBacon)和考美紐斯(Comenius)的科學(xué)和教育理念，大約1630年開始，在他周圍聯(lián)結(jié)起一個實驗科學(xué)和神學(xué)的“通信圈”。這個通信圈對17世紀(jì)英格蘭自然哲學(xué)的發(fā)展和科學(xué)社團產(chǎn)生了重要影響，被科學(xué)史家稱之為“哈特里布圈子”[17]。

　　波義耳通過進(jìn)行大量的實驗，并將實驗與哲學(xué)思考進(jìn)行結(jié)合來闡釋微粒哲學(xué)。他將微粒論引入煉金術(shù)實驗的理論框架，從而把煉金術(shù)改造成為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灴茖W(xué)，并通過“硝石復(fù)原”(RedintegrationofSalt-petre)的實驗展現(xiàn)微粒論的優(yōu)勢[4]。在《懷疑的化學(xué)家》一書中，波義耳通過大量的實驗事實來闡述自己的微粒哲學(xué):金可以在王水以及若干種其他溶媒(溶劑)的作用下形成液體;水銀可與若干金屬形成汞齊，在若干種溶劑的作用下似乎都可以變成溶液;用銻、銀熔體可使水銀升華成一種晶體，用另一種金屬混合物可使之變成一種可延展的物體，等等[18]。

　　波義耳主要的研究方法還是以定性實驗或半定量實驗為主，以簡單的實驗現(xiàn)象為基礎(chǔ)進(jìn)行理性思考?xì)w納得出相應(yīng)的知識或結(jié)論。波義耳的“實驗哲學(xué)”并不排除理智的思考，不排除假說和理論，也并不是以實驗為起始點[19]。道爾頓也是完全以實驗為基礎(chǔ)得出原子論，但是道爾頓的實驗相比于波義耳則更加精致。從拉瓦錫開始，精確的定量實驗開始進(jìn)一步發(fā)展，他奠定了近代化學(xué)定量分析的基礎(chǔ)，拉瓦錫開創(chuàng)了被認(rèn)為是我們今天所稱的化學(xué)學(xué)科的初始狀態(tài)。道爾頓運用定量分析的方法測定了各元素原子的原子質(zhì)量，并以此作為他的原子論的基礎(chǔ)。

　　1803年10月，道爾頓著手研究碳的氣體化合物以確定它們各組分之間的比例，他利用乙醚和酒精蒸汽的不完全燃燒、加熱木柴和濕碳等方法產(chǎn)生碳的氣體化合物。僅僅對于乙醚，他做了不少于70次試驗，并將詳細(xì)數(shù)據(jù)記錄在案，籍以解釋各種試驗結(jié)果。同年10月21日，道爾頓在曼徹斯特文學(xué)和哲學(xué)學(xué)會的會議上宣讀了一篇重要論文《論氣體被水的吸收》(OntheAbsorptionofGasesbyWater)，并在文中發(fā)表了第一個相對原子質(zhì)量表。在1803～1804年間，道爾頓將全部精力投入到對以往的實驗和觀測結(jié)果的分析和整理，從中總結(jié)出了原子論和倍比定律[20]。道爾頓的定量實驗確定各元素原子的原子量是空前的行為，從道爾頓開始，對于原子量更加精確地測定工作便逐漸展開�？茖W(xué)史、科學(xué)哲學(xué)家托馬斯·庫恩(ThomasS.Kuhn，1922～1996)曾指出“化學(xué)家從道爾頓那里得到的并不是新的實驗定律，而是一種從事化學(xué)研究的新途徑”[21]。

　　2對物質(zhì)本原解讀的相同點和區(qū)分

　　波義耳在《形式與性質(zhì)的起源》(TheOriginofFormsandQualities)一文中闡述了他的微粒哲學(xué)觀點:世界上存在無數(shù)的，不可見的微粒“自然最小質(zhì)”(MinimaNaturalia)，這些最小微粒不可分，它們由于運動和碰撞以一定的次序和排列方式會聚集在一起按一定的排列方式結(jié)合在一起形成了我們可見的各種物質(zhì)[22]。

　　有學(xué)者將波義耳的微粒哲學(xué)的核心內(nèi)容總結(jié)為:(1)構(gòu)成一般物體乃至于整個世界的“基本粒子”是同一種粒子———“自然最小質(zhì)”或稱為“同質(zhì)粒子”;(2)這種粒子由上帝所創(chuàng)造，它們是實心的，有確定的大小、形狀。它們本身沒有運動能力，但上帝在造物時已將它們置于運動之中。真正的運動與活性必定發(fā)諸于上帝;(3)上述同質(zhì)粒子可凝結(jié)為“第一凝結(jié)物”(第一級微粒)，繼而可繼續(xù)凝結(jié)為“第二凝結(jié)物”，并通過進(jìn)一步凝結(jié)形成更復(fù)雜的微粒乃至物質(zhì);(4)在一般化學(xué)或物理變化過程中，只有較大的微粒或微粒團能夠發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，但微粒團或微粒沒有發(fā)生徹底分解，因此，較低層次的微粒在發(fā)生化學(xué)或物理變化過程中其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不會發(fā)生變化，從而保持其性質(zhì)或特征;(5)物體的某些性質(zhì)，比如:顏色、氣味、溶解性乃至于化學(xué)反應(yīng)性能都取決于物質(zhì)微粒的組成形式或結(jié)構(gòu)。兩種物質(zhì)之所以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是因為他們在結(jié)構(gòu)上具有一定的“適配性”[23]。

　　道爾頓的《化學(xué)哲學(xué)新體系》(ANewSystemofChemicalPhilosophy)是論述原子論的主要著作，他指出:一切具有可感覺到大小的物體，不管是液體還是固體，都是由極大數(shù)目的極其微小的原子所構(gòu)成...在化學(xué)作用范圍內(nèi)，物質(zhì)既不能創(chuàng)造也不能消滅。要創(chuàng)造一個氫原子或消滅一個氫原子，猶如向太陽系引進(jìn)一顆行星，或從既有行星中消滅掉一顆，一樣的不可能[16]。道爾頓在其著作中論述了金屬的氧化物、硫化物、磷化物以及合金等性質(zhì)的規(guī)律性，對原子論思想作了進(jìn)一步闡發(fā)。那么，道爾頓的原子論可以總結(jié)為:(1)化學(xué)元素由非常微小的、不可再分的物質(zhì)粒子———原子組成，原子在所有化學(xué)變化中均保持自己的獨特性質(zhì);(2)同一元素的所有的原子，各方面性質(zhì)，特別是質(zhì)量，都完全相同，不同元素的原子質(zhì)量不同。原子的質(zhì)量是每一個元素的特征性質(zhì);(3)有簡單數(shù)值比的元素的原子相結(jié)合時，就發(fā)生化合[1]。

　　波義耳微粒哲學(xué)中最基本單位“自然最小質(zhì)”與道爾頓原子論中“不同元素原子”具有相同的特征，即不可再分以及兩種微粒都具有一定的形狀、大小。二者的這一思想基礎(chǔ)同是源自于公元前5世紀(jì)下半葉古希臘德謨克利特(Democritus)的原子論思想。德謨克利特主張，世界是由在無限虛空中運動的無窮多個微小原子構(gòu)成的，這些原子是小得看不見的堅固微粒[24]。兩者的主要區(qū)別包括:(1)波義耳的“自然最小質(zhì)”屬于同質(zhì)粒子，所有物質(zhì)的最基本單位都是這樣的粒子;而道爾頓的原子則不同，他定義不同元素由不同的原子構(gòu)成，各元素原子都有自己獨特的性質(zhì)，其中區(qū)別不同元素原子最主要的標(biāo)準(zhǔn)就是原子的質(zhì)量;(2)波義耳微粒哲學(xué)中微粒的屬性除了形狀、大小之外還具有明確的運動屬性;然而道爾頓的元素原子沒有突出運動，最突出的特征是原子的質(zhì)量。因此波義耳微粒哲學(xué)中物質(zhì)本原是同質(zhì)不可分粒子，而道爾頓原子論的物質(zhì)本原則是異質(zhì)不可分粒子。

　　3對物質(zhì)層次性的認(rèn)識及物質(zhì)變化原因的說明

　　3.1對物質(zhì)層次性認(rèn)識的對比

　　從微觀粒子到宏觀物質(zhì)需要一定的層次結(jié)構(gòu)，現(xiàn)如今的化學(xué)學(xué)科具有明確的也是最基礎(chǔ)的物質(zhì)層次:“原子-分子-物質(zhì)”或“原子-物質(zhì)”。事實上，在波義耳微粒哲學(xué)和道爾頓原子論中同樣也有這樣類似的構(gòu)造層次。波義耳在《形式與性質(zhì)的起源》中詳細(xì)論述了這一過程:“自然最小質(zhì)”通過運動相互碰撞聚集結(jié)合在一起形成“微粒集合體”(Corpuscles)即“第二級微粒”或“第三級微粒”，它們是各種物質(zhì)及其性質(zhì)變化的基礎(chǔ)，按一定的排列方式結(jié)合在一起形成了我們可見的各種物質(zhì)。由于微粒組合在一起的結(jié)構(gòu)不同，所以我們看到了各種各樣的物體，以及各種物體不同的性質(zhì)，而這種變化的原因也是由于微粒(內(nèi)部的和外部的)的運動而產(chǎn)生[22]。

　　在波義耳的微粒哲學(xué)體系中，他將萬物的最基本粒子稱為“自然最小質(zhì)”，由基本粒子進(jìn)一步凝結(jié)形成“微粒集合體”(Corpuscles)，這樣的微粒集合體可能經(jīng)過了多次凝結(jié)形成“第三級微粒”、“第四級微粒”或者更多，最終構(gòu)成宏觀物質(zhì)。在道爾頓原子論體系中單元素物質(zhì)由相應(yīng)的原子構(gòu)成，對于化合物的組成道爾頓將其描述為:兩種元素組成的化合物往往以兩個簡單原子結(jié)合成復(fù)合原子的形式存在，更加復(fù)雜的化合物則存在一個復(fù)合原子與一個簡單原子結(jié)合或者兩個復(fù)合原子結(jié)合，而不是多個簡單原子在同一瞬間結(jié)合[16]。

　　4結(jié)語

　　波義耳微粒哲學(xué)和道爾頓原子論同是對古希臘原子論的繼承和發(fā)展，然而卻呈現(xiàn)出兩種不同的理論體系，究其原因是二者思想基礎(chǔ)和方法論基礎(chǔ)的差異。波義耳的信仰與理性思想并沒有完全分離，他主要以探索自然的方式“頌揚上帝”。波義耳批判“要素”論，提倡運用微粒哲學(xué)來解釋物質(zhì)的組成和性質(zhì)，又將機械論哲學(xué)思想注入微粒哲學(xué)中，從而形成了萬物基礎(chǔ)粒子相同且物質(zhì)性質(zhì)的體現(xiàn)歸結(jié)于微粒組成結(jié)構(gòu)的論斷。

　　道爾頓則是在繼承自古希臘原子論思想的層面上，在化學(xué)學(xué)科研究綱領(lǐng)趨于穩(wěn)定的背景下進(jìn)行化學(xué)研究，將元素論與原子論融合，在不同種元素具有不同原子的論斷下通過定量實驗與定量分析確定不同元素原子的原子量，進(jìn)而形成科學(xué)原子論。二者思想基礎(chǔ)受到當(dāng)時時代背景的影響而有重大差異，繼而思想基礎(chǔ)和方法論基礎(chǔ)的不同必然導(dǎo)致對萬物本原、物質(zhì)層次、物質(zhì)變化原因的不同認(rèn)識。以現(xiàn)在的科學(xué)視角反觀波義耳微粒哲學(xué)和道爾頓原子論，道爾頓原子論更加趨近于現(xiàn)代理論，波義耳微粒哲學(xué)又早于道爾頓原子論。不同的時代背景會對科學(xué)家的思想產(chǎn)生影響，思想基礎(chǔ)在科學(xué)理論的發(fā)展過程中具有一定的指導(dǎo)作用，那么科學(xué)的進(jìn)步亦代表著時代的發(fā)展。

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