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化学

2020年7月18日  来源:世界观:现代人必须要懂的科学哲学和科学史 作者:(美)理查德·德威特 提供人:heidong86......

化学

现代化学的起源通常追溯到18世纪晚期,以安东尼·拉瓦锡(1743—1794)的研究为标志。要理解为什么这是现代化学的起源,首先了解一下17世纪以前的化学研究将很有帮助。

今天,当我们谈到化学时,通常所想到的,很大程度上说是一个以定量研究为主的学科。如果你在高中或大学上过包括实验的化学课,那么你无疑对化学的定量研究有过一些体会。今天的实验室工作通常都涉及对重量、体积、温度等因素的精确测量。简言之,今天的化学基本上是一门定量学科。

而在17世纪以前,情况并非如此。相比之下,当时的化学更多地被认为是一门定性科学。也就是说,化学家所关心的主要是定性的变化,比如颜色的变化。炼金师将铅变成黄金的目标众所周知,可以作为范例来说明这一点。定性地说,铅和黄金相当相似。两者都是密度很高、具有高度延展性的金属。事实上,铅和黄金主要质的区别在于颜色,铅是暗灰色,而黄金是闪亮的淡黄色。

如果你可以让铅发生一个相对较小的质变,具体来说,就是将黄金的淡黄色性质引入铅中,那么所得结果应该就是黄金(至少按照当时已有的观点是如此)。由于有合理的理由认为与燃烧有关的元素都和淡黄色性质有关联(比如,火本身就是淡黄色的),因此出现了用火把黄色性质传递给铅的想法。

以上是对炼金师所进行的部分活动的简化描述,不过,请注意其中对定性的强调。顺带提一下,炼金师的方法从化学的角度看来可能相当原始,至少按照现代标准是如此。但是,如果考虑到化学在当时的发展情况,他们的工作就合理了(牛顿也是炼金术的研究人员之一,他在这一领域做了相当多的研究)。我们现在最前沿的科学如果放到500年以后,按照那时的标准,可能看起来也很原始。也就是,你只能利用自己所处时代的全部知识来尽自己之所能。

不管怎样,化学的定性研究方法在18世纪晚期发生了巨大变化。安东尼·拉瓦锡开始以天平作为主要实验工具来进行大量化学研究。通过这种做法,拉瓦锡提出了新的观点,这些观点的解释和预言能力要优于当时现有理论,很快,他的定量研究方法就开始成为化学研究的主流。

到了19世纪早期,化学家已经可以明确阐述许多定量规律。举个例子,此时,约翰·道尔顿(1766—1844)构建了他的原子理论,这是一个基本都在牛顿科学体系内的理论。道尔顿认为理解气体运动模式最好的方法是把它们看作是粒子因互斥力而相互作用的结果。请注意这种研究方法与牛顿研究方法之间的相似之处。比如,牛顿认为行星的运动是天体受外力影响的结果。类似地,道尔顿认为气体的运动从根本上说,所涉及的就是物体和作用于物体上的力。

这些相互作用可以用(过去确实也是用)定量的规律来描述,最终,这些规律都通过数学表达出来。在这里,我们看到化学被纳入了特色鲜明的牛顿科学方法,也就是把物体受外力影响的思路运用到化学中,并且用数学对其中的外力进行了描述。最终,在整个19世纪以及20世纪初,通过运用牛顿方法,化学研究取得了卓著成果,化学的某些分支甚至逐渐变成了物理学的分支,从而使物理学和化学不再是两个完全分离的学科,而是在不同层级来研究这个世界的方法。不管是化学还是物理学,它们所研究的世界基本上都被构建为一个可用牛顿科学体系来探究的世界,也就是在这个世界中,物体都受到外力影响,而这些外力都可以通过数学法则来精确描述。

牛顿世界观

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