化學(xué)家的創(chuàng)造性思維想象和化學(xué)理論構(gòu)思
化學(xué)先生 / 2019-08-16
作為創(chuàng)造性形象思維的想象是指，基于以往的經(jīng)驗和訓(xùn)練,有可能在頭腦中產(chǎn)生的獨創(chuàng)性的科學(xué)設(shè)想。獨創(chuàng)性的設(shè)想是指某種新的聯(lián)想和獨到的見解,有時也表現(xiàn)為某種大膽突破傳統(tǒng)思維方式的假設(shè)與推測。這種獨創(chuàng)性的設(shè)想還在于發(fā)現(xiàn)兩個或兩個以上研究對象間的聯(lián)系。想象還常常以形象化構(gòu)思方式來表達與描述發(fā)現(xiàn)。“科學(xué)家以很多方式從事他們的工作。許多科學(xué)家往往是靠極其豐富的想象力(卓越的新思想)來做出發(fā)現(xiàn)的”,著名化學(xué)家L.鮑林指出:“好奇心和活躍的想象能力是科學(xué)家的寶貴財富。"惰性氣體氨的發(fā)現(xiàn)，首先是靠化學(xué)家的想象力完成的，1868年8月16日,法國天文學(xué)家詹遜在印度觀察日全食時，發(fā)現(xiàn)太陽上有一條與鈉的譜線相似的黃色D譜線但D絕對不是鈉的譜線，這時詹遜就大膽想象:D是太陽上獨有的“太陽元素”。25年以后，美國礦物學(xué)家希爾布德在用無機鹽處理瀝青鈾礦時，獲得一種新氣體后經(jīng)拉姆塞、克魯克斯證實，該氣體就是“太陽元素”，命名為氮。
關(guān)于想象力在化學(xué)家的創(chuàng)造性思維活 動中的地位與作用，英國物理學(xué)家丁達爾0. Tyndall1820~ 1893)發(fā)表過頗引人思考的意見。他認為:“有了精確的實驗和觀測作為研究的依據(jù)想象力便成為自然科學(xué)理論的設(shè)計師..根據(jù)化學(xué)的實際，道爾頓富有建設(shè)性的想象形成了原子理論。"四化學(xué)史實已經(jīng)證明:道爾頓是從氣象觀測出發(fā)，進而研究空氣的組成、混合氣體的擴散和分壓，總結(jié)歸納出氣體分壓定律.井設(shè)想空氣由不同大小與重量的原子所組成;道爾頓還通過化學(xué)實驗測定原子的相對重量，并把原子概念從氣象學(xué)、物理學(xué)移人化學(xué)領(lǐng)域，創(chuàng)造性地把原子量引入化學(xué)研究并經(jīng)嚴格的邏輯推導(dǎo)，終于逐步建立起了科學(xué)的原子論體系。追湖這一理論構(gòu)思的過程，可以使我們看到“富有建設(shè)性的想象”是如何使道爾頓完成了他的創(chuàng)造偉業(yè)的。
道爾頓在回顧其科研歷程時指出:“由于長期做氣象記錄，思考大氣組分的性質(zhì)，我常常感到奇怪，為什么復(fù)合的大氣、兩種或更多的彈性流體(即指氣體和蒸汽)的混合物，竟能在外觀上構(gòu)成種均勻體， 在所有力學(xué)關(guān)系上都同簡單的大氣一樣?接著，他分析比較了牛頓的原子相互排斥的理論和貝托雷(C. L. Bertholle的e大氣化學(xué)結(jié)合假說，發(fā)現(xiàn)牛領(lǐng)的觀點有著時代的局限，沒有考慮到大氣是由幾種密度不同的氣體所構(gòu)成，面貝托雷用化學(xué)親和力來解釋大氣是個均勻體，它與高度無美，也是值得懷疑的，因為“當(dāng)一種氣體和另種氣體混 合時，并沒有明顯的化學(xué)結(jié)合的跡象，這種親和力是很微弱的，而不是像在其他大多數(shù)場合下所看到的那樣激烈”。觀察和實驗事實證明了道爾頓的觀點，但道爾頓并沒有輕易否定前人的假說，他要繼續(xù)思考。“為了使這種大氣的化學(xué)結(jié)合假說符合或適應(yīng)牛頓的原子相互排斥的理論，我開始在紙上書寫氧、氮和水的原子.陸續(xù)地把它們相互結(jié)合并在它們周圍施加以熱的作用因素....道爾頓設(shè)想是否可把牛頓的原子相互排斥的觀點與大氣的化學(xué)結(jié)合的見解協(xié)調(diào)起來，以解釋大氣混合組成的均勾性。他借助于獨創(chuàng)的化學(xué)原子符號和圖式來展開這種設(shè)想。結(jié)果他發(fā)現(xiàn)，這樣協(xié)調(diào)處理的結(jié)果會導(dǎo)致整個混合氣體的密度和氮的比重相同。道爾頓深知，“這種情況是刻也不能 允許的，因為這不符合觀察到的現(xiàn)象與實驗的事實”。最后道爾頓終于完全放棄了大氣的化學(xué)結(jié)合假說，并代之以另一種設(shè)想:把每個水原子、氧原子和氮原子均衡加熱，使它們分別成為排斥的中心，在混合狀態(tài)如同在單獨狀態(tài)時一樣，即每個原子都能排斥其他原子。但道爾頓經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):這種設(shè)想，當(dāng)氧已經(jīng)在最下面，而水在上面時.仍然是無用的。因此，如何闌明混合大氣的均勾性仍然面臨著理論上的困難。
1801 年,道爾頓又提出一個新設(shè)想,他說，“按照該設(shè)想，一種原子只能排斥與自己相同的原子，而不能排斥其他種類的原子。這種設(shè)想對說明任何氣體在另一種氣體中的擴散最為有用。不管它們的密度怎樣，都能使氣體的任何混合物與牛頓的理論完全協(xié)調(diào)一致。”但與此同時，道爾頓意識到，這種設(shè)想仍有不要之處,具體表現(xiàn)在:首先，氣體有多少種就要假定有多少種不同的排斥力，這就失去了統(tǒng)一性;其次，還要假設(shè)熱在任何一種情況下都不是排斥力，而這肯定是不大可能的:此外,道爾頓還指出:“我從一系列實驗里發(fā)現(xiàn)，氣體相互擴散是一個緩慢的過程，需要很大的作用力。”道爾頓又陷人了沉思:“在思考這個問題時，我發(fā)覺我還沒有考慮到在彈性流體中質(zhì)點大小不同的影響...而如果大小不同，則按照排斥是熱這個假說，大小不同的質(zhì)點在彼此接近時就不可能建立平衡。”這就是說，不同種類氣體的原子的大小都各不相同的話,那么由這種大小的不同所產(chǎn)生的不平衡才是造成混合氣體均勻性的重要推動力一這是道 爾頓的獨特設(shè)想， 也是一種巧妙的構(gòu)思，它是在1803年被提出的。道爾頓由此推論:“所有不同種類的氣體，它們的原子大小都各不相同。我們的目的就是測定在一定體積內(nèi)原子的相對大小和重量,以及它們的相對數(shù)目。這就引導(dǎo)到氣體的化合以及參加化合的原子數(shù)目”正是沿著這條思路的邏輯發(fā)展,結(jié)合大量的實驗事實和數(shù)據(jù),道爾頓發(fā)現(xiàn)了倍比定律,并建立起科學(xué)原子論的體系。
從道爾頓原子理論構(gòu)思過 程的考察分析中,我們可以得到啟示:道爾頓具有極其活躍的想象力，慣于用具體的形象和圖式來描繪神秘的自然力，如把原子符號化、圖式化。在他的想象中，作為“終極質(zhì)點”的原子是以數(shù)學(xué)的準(zhǔn)確性有條不紊地排列著;而用它們的不同組合和變動能解釋任何化學(xué)現(xiàn)象。一般來說，在化學(xué)物質(zhì)和反應(yīng)的研究中.并不是在化學(xué)經(jīng)驗材料十分完備以后，才去構(gòu)思其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機制的圖景。實際上.當(dāng)化學(xué)研究的問題或目標(biāo)在總體上明確以后，化學(xué)家就開始根據(jù)收集到的資料和線索，進行科學(xué)的假設(shè)或想象了。在整個研究過程中，不斷提出一個個設(shè)想，又一一次次地在實驗中予以檢驗。可以說，在化學(xué)研究中.想象常常激勵著化學(xué)家去探求物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)的底蘊。道爾頓把模糊的原子構(gòu)想，變成了愈來愈清晰的原子論圖景.就充分表明了這一點。此外，在進行想象時.常將設(shè)想在頭腦中構(gòu)成形象，從而更易于理解和把握,并進一步激發(fā)想象。道爾頓就是把原子符號化、圖式化，從而提供了用符號和式子表達任何化學(xué)物質(zhì)及其變化的可能性,并表示出化合物的實際組成與結(jié)構(gòu)。
總之，像道爾頓所具有的這 種建設(shè)性想象是一 種創(chuàng)造性思維活動。它使得道爾頓抓住由實驗提供的線索，運用形象化構(gòu)思去把握原子的存在與運動.從而建立了科學(xué)的原子論。對此.人們極表贊賞:道爾頓“似乎是用他的手開始做實驗，然而卻是用他的頭腦來結(jié)束這些實驗的"。作為一個化學(xué)研究工作者,基于豐富的化學(xué)經(jīng)驗，自覺地培養(yǎng)自己具有道爾頓那樣的“用頭腦結(jié)東實驗、用創(chuàng)造性思維來把握本質(zhì)"的科學(xué)素質(zhì)是很有實際意義的。
![1,8-二氮雜二環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯](images/201812/thumb_img/1103_thumb_G_1545291985569.jpg)
閩ICP備15011996號-4
|
閩公網(wǎng)安備35040002000218號
|