波義耳微粒哲學與道爾頓原子論之比較

　　摘要波義耳微粒哲學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及其時代動因、方法論基礎以及對萬物本原、物質層次和物質變化原因等的解釋，可以發(fā)現(xiàn)思想基礎在一定程度上決定著科學理論發(fā)展的進路，科學進步亦顯示時代的發(fā)展。

　　關鍵詞波義耳微粒哲學道爾頓原子論對比分析

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

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

　　迄今為止，對波義耳微粒哲學和道爾頓原子論的研究有很多，關于波義耳微粒哲學的研究包括:對波義耳《懷疑的化學家》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角度對道爾頓的研究方法與研究過程進行概括性地分析[5]、近代科學原子論產生的歷史背景考察以及道爾頓創(chuàng)立原子學說的科學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和道爾頓原子論進行系統(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及其時代動因、方法論基礎、對物質本原的解釋、關于物質層次性的認識、對物質變化原因的說明等方面進行比較分析。

　　1思想基礎和方法論基礎的差異

　　1.1思想基礎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世紀英國著名的科學家。17世紀的英國，神學思想是主流思想，宗教的精神氣質對于自然科學最直接的影響信念認為，研究自然能更充分地欣賞上帝的杰作，并因此引導科學家去贊賞頌揚表現(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行科學研究，他本人的態(tài)度與當時的神學思想保持高度一致，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，在道爾頓的科學思想中并沒有神學思想。道爾頓所在的18、19世紀，科學已逐漸完成世俗化，理性與信仰已然高度分化，科學逐步進入獨立發(fā)展時期。在這一點上，道爾頓的科學思想中沒有波義耳那樣強烈的神學思想。17世紀的英國，除了上述宗教精神氣質之外，文藝復興之后的科學或者說自然哲學思想正逐漸擺脫經院哲學的束縛，被亞里士多德批判的原子論思想在此時也逐漸復興，伽桑狄關于古代原子論的著作在此時也逐漸引起了人們的興趣。在自然哲學思想領域中也盛行著培根和笛卡爾的哲學思想。培根強調實驗的重要作用，當時的實驗并非是檢驗科學理論，而是基于假說的基礎之上創(chuàng)造理論。除波義耳外，培根對于實際從事實驗科學的人沒有或很少有什么影響，但是他在提高學術界對于當代科學問題的考慮方面卻不無功勞[10]。

　　笛卡爾的物理學通常被認為是機械論的，“機械論的”原意是指除了運用與力有關的概念外，沒有采用其他原理解釋物理學問題，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]。波義耳微粒哲學作為一種機械論哲學源自于伽桑狄復興的古代原子論和笛卡爾的機械論哲學，但又不同于這兩者[12]。波義耳微粒哲學的機械論哲學色彩主要體現(xiàn)在他對物質性質的機械論解釋上[13]。波義耳相信“機械哲學”的微粒原理，這是他在化學上強調結構、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為宇宙是一個引擎，他們把這種形而上學的概念從宏觀世界轉移到無機微觀世界[14]。

　　然而在道爾頓的原子論思想中并不存在這種機械哲學思想，道爾頓所處的18世紀末19世紀初，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)都進行過大量的氣體實驗，他們研究氣體的基礎就是關于空氣的組成，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，因此他推斷物質的微粒結構是存在的[15]。

　　“元素論”和“原子論”是從古希臘開始就形成的化學學科兩大元科學理論。亞里士多德主張元素論，既“四元素”學說，他認為物質世界是連續(xù)的，根本不存在所謂的“微粒”結構，從而批判原子論，導致中世紀原子論的發(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”，并提出微粒哲學以解釋物質的組成和性質。波義耳著名的著作《懷疑的化學家》(TheScepticalChymist)就是基于實驗事實對醫(yī)藥化學家、煉金術士帕拉塞爾蘇斯(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徹底進行分解。波義耳的微粒哲學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學科兩大元科學理論統(tǒng)一了起來。18世紀后期，拉瓦錫(Antoine-LaurentdeLavoisier，1743～1794)在《化學綱要》(TraiteElementairedeChimie)中已經界定了元素的概念。道爾頓在《化學哲學新體系》(ANewSystemofChemicalPhilosophy)中根據(jù)拉瓦錫對元素概念的描述也進一步闡述了他的元素概念:“我們所說的元素或簡單物質，是指那些不曾被分解的，但能與其他物質化合的一些物質。我們不能說，任何一個叫作基本要素的物質是絕對不能分解的;但是在它能夠被解析以前，它應該被稱為簡單物質”[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方法論基礎的差異

　　波義耳是17世紀著名的實驗哲學家，在1650年左右這一時期，主要從事煉金術和化學實驗。波義耳認同“哈特里布圈子”的培根科學理念———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)的科學和教育理念，大約1630年開始，在他周圍聯(lián)結起一個實驗科學和神學的“通信圈”。這個通信圈對17世紀英格蘭自然哲學的發(fā)展和科學社團產生了重要影響，被科學史家稱之為“哈特里布圈子”[17]。

　　波義耳通過進行大量的實驗，并將實驗與哲學思考進行結合來闡釋微粒哲學。他將微粒論引入煉金術實驗的理論框架，從而把煉金術改造成為嚴謹?shù)膶嶒灴茖W，并通過“硝石復原”(RedintegrationofSalt-petre)的實驗展現(xiàn)微粒論的優(yōu)勢[4]。在《懷疑的化學家》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: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)象為基礎進行理性思考歸納得出相應的知識或結論。波義耳的“實驗哲學”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一步發(fā)展，他奠定了近代化學定量分析的基礎，拉瓦錫開創(chuàng)了被認為是我們今天所稱的化學學科的初始狀態(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量，并以此作為他的原子論的基礎。

　　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，并將詳細數(shù)據(jù)記錄在案，籍以解釋各種試驗結果。同年10月21日，道爾頓在曼徹斯特文學和哲學學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果的分析和整理，從中總結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。科學史、科學哲學家托馬斯·庫恩(ThomasS.Kuhn，1922～1996)曾指出“化學家從道爾頓那里得到的并不是新的實驗定律，而是一種從事化學研究的新途徑”[21]。

　　2對物質本原解讀的相同點和區(qū)分

　　波義耳在《形式與性質的起源》(TheOriginofFormsandQualities)一文中闡述了他的微粒哲學觀點:世界上存在無數(shù)的，不可見的微粒“自然最小質”(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合在一起形成了我們可見的各種物質[22]。

　　有學者將波義耳的微粒哲學的核心內容總結為:(1)構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”或稱為“同質粒子”;(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)上述同質粒子可凝結為“第一凝結物”(第一級微粒)，繼而可繼續(xù)凝結為“第二凝結物”，并通過進一步凝結形成更復雜的微粒乃至物質;(4)在一般化學或物理變化過程中，只有較大的微粒或微粒團能夠發(fā)生結構變化，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)生化學或物理變化過程中其內部結構不會發(fā)生變化，從而保持其性質或特征;(5)物體的某些性質，比如:顏色、氣味、溶解性乃至于化學反應性能都取決于物質微粒的組成形式或結構。兩種物質之所以發(fā)生化學反應是因為他們在結構上具有一定的“適配性”[23]。

　　道爾頓的《化學哲學新體系》(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成...在化學作用范圍內，物質既不能創(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的規(guī)律性，對原子論思想作了進一步闡發(fā)。那么，道爾頓的原子論可以總結為:(1)化學元素由非常微小的、不可再分的物質粒子———原子組成，原子在所有化學變化中均保持自己的獨特性質;(2)同一元素的所有的原子，各方面性質，特別是質量，都完全相同，不同元素的原子質量不同。原子的質量是每一個元素的特征性質;(3)有簡單數(shù)值比的元素的原子相結合時，就發(fā)生化合[1]。

　　波義耳微粒哲學中最基本單位“自然最小質”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同是源自于公元前5世紀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”屬于同質粒子，所有物質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成，各元素原子都有自己獨特的性質，其中區(qū)別不同元素原子最主要的標準就是原子的質量;(2)波義耳微粒哲學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量。因此波義耳微粒哲學中物質本原是同質不可分粒子，而道爾頓原子論的物質本原則是異質不可分粒子。

　　3對物質層次性的認識及物質變化原因的說明

　　3.1對物質層次性認識的對比

　　從微觀粒子到宏觀物質需要一定的層次結構，現(xiàn)如今的化學學科具有明確的也是最基礎的物質層次:“原子-分子-物質”或“原子-物質”。事實上，在波義耳微粒哲學和道爾頓原子論中同樣也有這樣類似的構造層次。波義耳在《形式與性質的起源》中詳細論述了這一過程:“自然最小質”通過運動相互碰撞聚集結合在一起形成“微粒集合體”(Corpuscles)即“第二級微粒”或“第三級微粒”，它們是各種物質及其性質變化的基礎，按一定的排列方式結合在一起形成了我們可見的各種物質。由于微粒組合在一起的結構不同，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，而這種變化的原因也是由于微粒(內部的和外部的)的運動而產生[22]。

　　在波義耳的微粒哲學體系中，他將萬物的最基本粒子稱為“自然最小質”，由基本粒子進一步凝結形成“微粒集合體”(Corpuscles)，這樣的微粒集合體可能經過了多次凝結形成“第三級微粒”、“第四級微粒”或者更多，最終構成宏觀物質。在道爾頓原子論體系中單元素物質由相應的原子構成，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合成復合原子的形式存在，更加復雜的化合物則存在一個復合原子與一個簡單原子結合或者兩個復合原子結合，而不是多個簡單原子在同一瞬間結合[16]。

　　4結語

　　波義耳微粒哲學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和方法論基礎的差異。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，提倡運用微粒哲學來解釋物質的組成和性質，又將機械論哲學思想注入微粒哲學中，從而形成了萬物基礎粒子相同且物質性質的體現(xiàn)歸結于微粒組成結構的論斷。

　　道爾頓則是在繼承自古希臘原子論思想的層面上，在化學學科研究綱領趨于穩(wěn)定的背景下進行化學研究，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，進而形成科學原子論。二者思想基礎受到當時時代背景的影響而有重大差異，繼而思想基礎和方法論基礎的不同必然導致對萬物本原、物質層次、物質變化原因的不同認識。以現(xiàn)在的科學視角反觀波義耳微粒哲學和道爾頓原子論，道爾頓原子論更加趨近于現(xiàn)代理論，波義耳微粒哲學又早于道爾頓原子論。不同的時代背景會對科學家的思想產生影響，思想基礎在科學理論的發(fā)展過程中具有一定的指導作用，那么科學的進步亦代表著時代的發(fā)展。

　　參考文獻

　　[1]J.R.柏廷頓著.胡作玄譯.化學簡史.北京:中國人民大學出版社，2010.

　　[2]張功耀，余剛.自然辯證法通訊，2003，(4):62～68.

　　[3]劉勁生.化學教育，1982，(2):61～62.

　　[4]陳仕丹，袁江洋.自然辯證法通訊，2018，40(10):1～6.

　　[5]盛根玉.自然雜志，1983，(11):863～868.

轉載請注明來自發(fā)表學術論文網(wǎng)：http:///wslw/22155.html