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(yàn)和訓(xùn)練,有可能在頭腦中產(chǎn)生的獨(dú)創(chuàng)性的科學(xué)設(shè)想。獨(dú)創(chuàng)性的設(shè)想是指某種新的聯(lián)想和獨(dú)到的見解,有時(shí)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(cè)。這種獨(dú)創(chuàng)性的設(shè)想還在于發(fā)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上研究對(duì)象間的聯(lián)系。想象還常常以形象化構(gòu)思方式來表達(dá)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(cái)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(guó)天文學(xué)家詹遜在印度觀察日全食時(shí)，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)上有一條與鈉的譜線相似的黃色D譜線但D絕對(duì)不是鈉的譜線，這時(shí)詹遜就大膽想象:D是太陽(yáng)上獨(dú)有的“太陽(yáng)元素”。25年以后，美國(guó)礦物學(xué)家希爾布德在用無機(jī)鹽處理瀝青鈾礦時(shí)，獲得一種新氣體后經(jīng)拉姆塞、克魯克斯證實(shí)，該氣體就是“太陽(yáng)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(dòng)中的地位與作用，英國(guó)物理學(xué)家丁達(dá)爾0. Tyndall1820~ 1893)發(fā)表過頗引人思考的意見。他認(rèn)為:“有了精確的實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)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(jì)師..根據(jù)化學(xué)的實(shí)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(shí)已經(jīng)證明:道爾頓是從氣象觀測(cè)出發(fā)，進(jìn)而研究空氣的組成、混合氣體的擴(kuò)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(shí)驗(yàn)測(cè)定原子的相對(duì)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(yán)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(shí)指出:“由于長(zhǎng)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(jiǎn)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(diǎn)有著時(shí)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(gè)均勻體，它與高度無美，也是值得懷疑的，因?yàn)?ldquo;當(dāng)一種氣體和另種氣體混 合時(shí)，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(chǎng)合下所看到的那樣激烈”。觀察和實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明了道爾頓的觀點(diǎn)，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(diǎn)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(dú)創(chuàng)的化學(xué)原子符號(hào)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(huì)導(dǎo)致整個(gè)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?yàn)檫@不符合觀察到的現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)的事實(shí)”。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(gè)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(dú)狀態(tài)時(shí)一樣，即每個(gè)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(shí).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(gè)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(duì)說明任何氣體在另一種氣體中的擴(kuò)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(shí)，道爾頓意識(shí)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(shí)驗(yàn)里發(fā)現(xiàn)，氣體相互擴(kuò)散是一個(gè)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(gè)問題時(shí)，我發(fā)覺我還沒有考慮到在彈性流體中質(zhì)點(diǎn)大小不同的影響...而如果大小不同，則按照排斥是熱這個(gè)假說，大小不同的質(zhì)點(diǎn)在彼此接近時(shí)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(dòng)力一這是道 爾頓的獨(dú)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(cè)定在一定體積內(nèi)原子的相對(duì)大小和重量,以及它們的相對(duì)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(shí)驗(yàn)事實(shí)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(hào)化、圖式化。在他的想象中，作為“終極質(zhì)點(diǎn)”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(dòng)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(yàn)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(jī)制的圖景。實(shí)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(jìn)行科學(xué)的假設(shè)或想象了。在整個(gè)研究過程中，不斷提出一個(gè)個(gè)設(shè)想，又一一次次地在實(shí)驗(yàn)中予以檢驗(yàn)?？梢哉f，在化學(xué)研究中.想象常常激勵(lì)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(yùn)。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(diǎn)。此外，在進(jìn)行想象時(shí).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(jìn)一步激發(fā)想象。道爾頓就是把原子符號(hào)化、圖式化，從而提供了用符號(hào)和式子表達(dá)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(shí)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(dòng)。它使得道爾頓抓住由實(shí)驗(yàn)提供的線索，運(yùn)用形象化構(gòu)思去把握原子的存在與運(yùn)動(dòng).從而建立了科學(xué)的原子論。對(duì)此.人們極表贊賞:道爾頓“似乎是用他的手開始做實(shí)驗(yàn)，然而卻是用他的頭腦來結(jié)束這些實(shí)驗(yàn)的"。作為一個(gè)化學(xué)研究工作者,基于豐富的化學(xué)經(jīng)驗(yàn)，自覺地培養(yǎng)自己具有道爾頓那樣的“用頭腦結(jié)東實(shí)驗(yàn)、用創(chuàng)造性思維來把握本質(zhì)"的科學(xué)素質(zhì)是很有實(shí)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)
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