化學(xué)研究中的假說方法在研究中的深化作用
化學(xué)先生 / 2019-08-16
同類化學(xué)現(xiàn)象的多種不同的化學(xué)假說，甚至對(duì)立的化學(xué)假說之間的相互論爭(zhēng),有助于揭示各種假說中存在的問題，并相互補(bǔ)充乃至發(fā)展出新的化學(xué)假說，從而有利于在化學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，使人們對(duì)化學(xué)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)不斷深化。
為了解釋許多元素 的原子量接近整數(shù)這一現(xiàn)象，1815年，英國(guó)的普勞特(W.Prout,1785~ 1850)提出一個(gè)假說， 認(rèn)為一切元素都是由數(shù)目不同的氫原子構(gòu)成的。但是，貝采利烏斯和比利時(shí)化學(xué)家斯塔司對(duì)普勞特假說持否定觀點(diǎn)。他們?cè)诰_測(cè)定了很多元素的原子量后發(fā)現(xiàn)，它們并不是氫原子量的整數(shù)倍。到了1912年，人們發(fā)現(xiàn)了同位素，認(rèn)識(shí)到元素的同位素原子量各不相同，但都恰好是氫原子量的整數(shù)倍。一系列研究結(jié)果表明，那些原子量不是氨原子量整數(shù)倍的元素都是由兩種以上的同位素混合而成的。因此，從根本上看各種元素可以說都是由氫構(gòu)成的。這樣，井勞特假說被復(fù)興丁.并有了更為深刻的意義。1927年，英國(guó)的阿斯頓發(fā)現(xiàn)集些元素的原子量比普勞特假說估計(jì)的結(jié)果稍輕些或稍重些。這些偏離稱為“斂集率”,它是元素穩(wěn)定程度的一種標(biāo)志。這種根據(jù)現(xiàn)代科學(xué)成果而加以修改的普勞特假說，可以用來說明原子結(jié)構(gòu)中許多復(fù)雜現(xiàn)象，具有重要的理論意義。
1804-1807 年，圍繞 著定比定律的假說是否成立發(fā)生 了一場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)三年的學(xué)術(shù)論爭(zhēng)。論爭(zhēng)一方是法國(guó)化學(xué)家普魯斯特，他主張每種化合物都有固定的組成:另一方是貝托雷，他認(rèn)為化合物組成不確定，反對(duì)化合物有固定組成的思想。雙方在法國(guó)《物理)雜志上展開批評(píng)與反批評(píng)，擺實(shí)驗(yàn)事實(shí).進(jìn)行分析論證。這場(chǎng)持對(duì)立觀點(diǎn)的化學(xué)假說之間的論爭(zhēng)結(jié)果，不僅確立了定比定律,而且促進(jìn)了道爾頓原子論的普及，科學(xué)地區(qū)分了化合物與混合物,并且為之后質(zhì)量作用定律的發(fā)現(xiàn)開了先河。
18世紀(jì)化學(xué)的進(jìn)步可以說是與氧化說和燃素說之間的論爭(zhēng)密切相關(guān)的。正是在這場(chǎng)論爭(zhēng)中,以氧為中心的燃燒理論取代了以燃素為中心的錯(cuò)誤假說;系統(tǒng)定量的實(shí)驗(yàn)研究方法開始成為化學(xué)研究的基本方法。這場(chǎng)論爭(zhēng)的結(jié)果使得化學(xué)的基本理論和基本研究方法發(fā)生了根本性的變革，實(shí)現(xiàn)了一次真正的化學(xué)革命。
上述關(guān)于假說在化學(xué)研究中的三種作用，實(shí)際 上體現(xiàn)了假說所特有的有效性。而這種有效性的基礎(chǔ)則在于其客觀真理性。正如俄羅斯著名學(xué)者柯普寧所指出的:“任何假說都應(yīng)該區(qū)別兩點(diǎn):(1)它反映了客觀世界中的什么,準(zhǔn)確程度多大。(2)它揭示了科學(xué)認(rèn)識(shí)進(jìn)一步發(fā)展的哪些遠(yuǎn)景。同時(shí)第二點(diǎn)又取決于第點(diǎn)看一個(gè)假說是否有效，能否解決問題，皆取決于其客觀真理性的程度。假說中客觀內(nèi)容愈多，它就愈有成效:反之，如果假說不包含有足夠多有關(guān)對(duì)象客觀上正確的知識(shí)，它就無法為科學(xué)的發(fā)展開辟廣闊天地,也無法為發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律性提供應(yīng)有的基礎(chǔ)。"
照此看來燃素說作為經(jīng)實(shí)踐證明的種錯(cuò)誤的假說， 按理是缺乏客觀真理性的，其有效性也是成問題的。但它為什么仍具有假說的一些作用呢? 由此引出這樣一個(gè)重要問題:如何科學(xué)地看待錯(cuò)誤假說的作用? 為了分析這個(gè)問題，需要運(yùn)用“作業(yè)假說”的概念，“人們通常把對(duì)現(xiàn)象的最早些在當(dāng)時(shí)那個(gè)時(shí)代可用來作為進(jìn)一步研究對(duì)象工具的解釋之一.稱之為“作業(yè)假說’。“哈作業(yè)假說概念的提出，是為了區(qū)分各種不同假說的認(rèn)識(shí)價(jià)值，作業(yè)假說與科學(xué)假說(又稱理論假說)不同，建立種作業(yè)假說主要井不是它對(duì)現(xiàn)象或過程的解釋正確與香，而是它能為我們進(jìn)步分析這一現(xiàn)象或過程提供什么材料，如何幫助我們把自己的思想引向更細(xì)致深刻地研究現(xiàn)象或過程。
根據(jù)這種觀點(diǎn)， 可以認(rèn)為:燃素說是適用于18世紀(jì)化學(xué)發(fā)展?fàn)顩r的種作業(yè)假說，它為人們研究燃燒現(xiàn)象提供r豐富的材料，并把化學(xué)家的思想引向?qū)θ紵F(xiàn)象的更深人細(xì)致的研究。眾所周知，正是“借助于這些材料，拉瓦錫才能在普里斯特利制出的氧中發(fā)現(xiàn)了幻想的燃素的真實(shí)對(duì)立物，因而推翻了全部的燃素說“D?？梢?，燃素說能在定歷史時(shí) 期內(nèi)起著假說的某種作用，有著 一定的有效性， 盡管這種有效性后來隨著實(shí)踐的發(fā)展面最終喪失。正如門捷列夫所說:“持有一種后來發(fā)現(xiàn)是謬誤的假說也比沒有任何假說要強(qiáng)些。”作業(yè)假說“對(duì)當(dāng)時(shí)那個(gè)科學(xué)發(fā)展的時(shí)代是適用的“，它們能激起人們的鉆研精神，只不過由于這種假說遠(yuǎn)離現(xiàn)實(shí)，而在進(jìn)一步研究時(shí)被拋棄。
作業(yè)假說和科學(xué)假說兩者 在有效性方面存在著 顯著差別，但這種差別并不是絕對(duì)的.而是具有相對(duì)性。在通常情況下，科學(xué)假說比作業(yè)假說的有效性大得多:但也存在著一種情況，某些作業(yè)假說可以在科學(xué)認(rèn)識(shí)過程中轉(zhuǎn)化為科學(xué)假說。例如:鮑林和斯萊特(]. C. Slater, 1900~ 1976)最初只是為了解決碳原子有四個(gè)等效單健和碳原子基態(tài)電子構(gòu)型(1s22s2p2 )之間的矛盾及價(jià)鍵的方向性問題，而提出了“雜化”的作業(yè)假說。后來，鮑林發(fā)表了論文《把量子力學(xué)和順磁化率理論的研究成果應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu))(1931年4月)，它標(biāo)志著雜化假說由作業(yè)假說轉(zhuǎn)化為科學(xué)假說。這是因?yàn)椋谠撜撐闹?鮑林求得了sp3雜化和sp2雜化的定量表示用中心離子(或原子)的雜化軌道和配位體形成的化學(xué)鍵來說明絡(luò)離子的空間構(gòu)型及磁性問題。他既利用了量子力學(xué)原理進(jìn)行理論分析，又引用了大量的實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)，他還提出了一條能引出較多滿意結(jié)果的合理假定一最大重疊原理:“若 一個(gè)原子的兩個(gè)軌道都能和另一個(gè)原子的-個(gè)軌道相重疊，則重疊較多的將與那個(gè)原子形成較強(qiáng)的鍵，而且這個(gè)給定軌道的鍵將傾向于排布于這個(gè)軌道集中的方向上。”S從此，雜化假說不僅成為一種簡(jiǎn)化的量子 力學(xué)計(jì)算方法，而且還是依據(jù)最大重疊原理對(duì)分子的幾何形狀作直觀研究的有效工具。
前已述及,假說是科學(xué)性和假定性的結(jié)合。以上關(guān)于假說的有效性及其基礎(chǔ)客觀真理性的論述，實(shí)際上是從一定角度闡述了假說的科學(xué)性。假說都存在假定性方面,假說中的推測(cè)具有四個(gè)特點(diǎn):“第一，這種推測(cè)乃是認(rèn)識(shí)對(duì)象及其本質(zhì)聯(lián)系和規(guī)律性的手段:第二，包含在這種推測(cè)中的知識(shí)具有或然性:第三，在論證和發(fā)展假說過程中，這一推測(cè)應(yīng)該要么以某種形式得到證明，要么就被否定而為另一個(gè)推測(cè)所替代:第四，在這推測(cè)基礎(chǔ) 上建立起來的知識(shí)體系,使我們有可能發(fā)現(xiàn)新的事實(shí)和規(guī)律性,因而它就成為認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)的工具。"
需要強(qiáng)調(diào)的是:或然性是 與確實(shí)性相對(duì)應(yīng)的范疇，它們?cè)诳茖W(xué)假說中處于某種邏輯聯(lián)系之中:或然性是對(duì)命題論證程度的估價(jià)，而不是對(duì)命題客觀內(nèi)容的評(píng)定:或然性可以是對(duì)個(gè)別命題而言，但假說的客觀真理性卻只能對(duì)整個(gè)知識(shí)體系而言。因此,判明假說中推測(cè)的或然性程度并不等于解決了整個(gè)假說的真假問題。在燃素說統(tǒng)治化學(xué)的時(shí)期，就當(dāng)時(shí)的情形看，它獲得了很高程度的或然性的支持;但它畢競(jìng)是錯(cuò)誤的假說,這是無論多高程度的或然性也無法改變的。分子假說提出之初，對(duì)它或然性支持的程度很低，但這絲毫不影響它的客觀真理性。需要補(bǔ)充說明的是，分子論提出之初,并不被學(xué)術(shù)界接受，但阿伏加德羅沒有灰心，也沒有停止研究。1814年2月，阿伏加德羅又發(fā)表文章充實(shí)補(bǔ)充他的分子論，文章的題目是《論單質(zhì)的相對(duì)分子量，推測(cè)氣體密度和某些化合物的構(gòu)造》。阿伏加德羅的分子論受到極不公正的待遇，被埋沒了半個(gè)世紀(jì)。但真理是壓制不住的。1860 年,康尼查羅在德國(guó)卡爾斯魯厄國(guó)際化學(xué)會(huì)上.散發(fā)(化學(xué)哲學(xué)提要)詳細(xì)論證分子學(xué)說，至此，埋沒了49年的分子假說終于被廣泛確認(rèn)。這說明，正確戰(zhàn)勝謬誤也需要時(shí)間。無數(shù)史實(shí)說明，假說的曲直真?zhèn)?，最終判據(jù)是事實(shí)，是科學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)實(shí)踐。
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