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，甚至對立的化學(xué)假說之間的相互論爭,有助于揭示各種假說中存在的問題，并相互補充乃至發(fā)展出新的化學(xué)假說，從而有利于在化學(xué)實踐的基礎(chǔ)上，使人們對化學(xué)現(xiàn)象的認識不斷深化。
為了解釋許多元素 的原子量接近整數(shù)這一現(xiàn)象，1815年，英國的普勞特(W.Prout,1785~ 1850)提出一個假說， 認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化學(xué)家斯塔司對普勞特假說持否定觀點。他們在精確測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，認識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，英國的阿斯頓發(fā)現(xiàn)集些元素的原子量比普勞特假說估計的結(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 了一場長達三年的學(xué)術(shù)論爭。論爭一方是法國化學(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，他認為化合物組成不確定，反對化合物有固定組成的思想。雙方在法國《物理)雜志上展開批評與反批評，擺實驗事實.進行分析論證。這場持對立觀點的化學(xué)假說之間的論爭結(jié)果，不僅確立了定比定律,而且促進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世紀化學(xué)的進步可以說是與氧化說和燃素說之間的論爭密切相關(guān)的。正是在這場論爭中,以氧為中心的燃燒理論取代了以燃素為中心的錯誤假說;系統(tǒng)定量的實驗研究方法開始成為化學(xué)研究的基本方法。這場論爭的結(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:(1)它反映了客觀世界中的什么,準確程度多大。(2)它揭示了科學(xué)認識進一步發(fā)展的哪些遠景。同時第二點又取決于第點看一個假說是否有效，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)對象客觀上正確的知識，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)實踐證明的種錯誤的假說， 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? 由此引出這樣一個重要問題:如何科學(xué)地看待錯誤假說的作用? 為了分析這個問題，需要運用“作業(yè)假說”的概念，“人們通常把對現(xiàn)象的最早些在當時那個時代可用來作為進一步研究對象工具的解釋之一.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識價值，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現(xiàn)象或過程的解釋正確與香，而是它能為我們進步分析這一現(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致深刻地研究現(xiàn)象或過程。
根據(jù)這種觀點， 可以認為:燃素說是適用于18世紀化學(xué)發(fā)展狀況的種作業(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對立物，因而推翻了全部的燃素說“D。可見，燃素說能在定歷史時 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些。”作業(yè)假說“對當時那個科學(xué)發(fā)展的時代是適用的“，它們能激起人們的鉆研精神，只不過由于這種假說遠離現(xiàn)實，而在進一步研究時被拋棄。
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的.而是具有相對性。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)認識過程中轉(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等效單健和碳原子基態(tài)電子構(gòu)型(1s22s2p2 )之間的矛盾及價鍵的方向性問題，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)，它標志著雜化假說由作業(yè)假說轉(zhuǎn)化為科學(xué)假說。這是因為，在該論文中,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)原理進行理論分析，又引用了大量的實驗資料進行驗證，同時，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 一個原子的兩個軌道都能和另一個原子的-個軌道相重疊，則重疊較多的將與那個原子形成較強的鍵，而且這個給定軌道的鍵將傾向于排布于這個軌道集中的方向上。”S從此，雜化假說不僅成為一種簡化的量子 力學(xué)計算方法，而且還是依據(jù)最大重疊原理對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,假說中的推測具有四個特點:“第一，這種推測乃是認識對象及其本質(zhì)聯(lián)系和規(guī)律性的手段:第二，包含在這種推測中的知識具有或然性:第三，在論證和發(fā)展假說過程中，這一推測應(yīng)該要么以某種形式得到證明，要么就被否定而為另一個推測所替代:第四，在這推測基礎(chǔ) 上建立起來的知識體系,使我們有可能發(fā)現(xiàn)新的事實和規(guī)律性,因而它就成為認識運動的工具。"
需要強調(diào)的是:或然性是 與確實性相對應(yīng)的范疇，它們在科學(xué)假說中處于某種邏輯聯(lián)系之中:或然性是對命題論證程度的估價，而不是對命題客觀內(nèi)容的評定:或然性可以是對個別命題而言，但假說的客觀真理性卻只能對整個知識體系而言。因此,判明假說中推測的或然性程度并不等于解決了整個假說的真假問題。在燃素說統(tǒng)治化學(xué)的時期，就當時的情形看，它獲得了很高程度的或然性的支持;但它畢競是錯誤的假說,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)表文章充實補充他的分子論，文章的題目是《論單質(zhì)的相對分子量，推測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，被埋沒了半個世紀。但真理是壓制不住的。1860 年,康尼查羅在德國卡爾斯魯厄國際化學(xué)會上.散發(fā)(化學(xué)哲學(xué)提要)詳細論證分子學(xué)說，至此，埋沒了49年的分子假說終于被廣泛確認。這說明，正確戰(zhàn)勝謬誤也需要時間。無數(shù)史實說明，假說的曲直真?zhèn)危罱K判據(jù)是事實，是科學(xué)實驗和科學(xué)實踐。
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