重大的课题 广阔的视野——评《原子论与近现代科学》，本文主要内容关键词为：课题论文,广阔论文,近现代论文,视野论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在科学中有哪一种学说渊远流长，长盛不衰？有哪一种学说在研究物质的基本组成及其相互作用和运动规律方面深入透彻，既经受了历史的、科学的检验，又继续启示人们进一步钻研？有哪一种学说广泛地影响着许多学科包括物理、化学、生物、宇宙学、气象学、医学、哲学等等的发展，特别是在思维方法和研究方法上激励人们不断探索新的领域，建立许多新的学科？这恐怕非“原子论”莫属了。对于这样重大的课题，遗憾的是，过去人们的研究往往只局限于从德谟克利特到道尔顿的化学原子论，而极少从更广阔的视野来加以探讨。中科院自然科学史研究员阎康年先生积20年精心研究后出版的新著《原子论和近现代科学》（高等教育出版社，1993）正好填补了这一空白。作者不仅充分而严谨地论述了原子论本身发展的轨迹，而且以大量的第一手资料，研究了原子论与近现代科学的相互影响与促进，提出了原子论从突破经典框架到现代原子物理学的演变，原子论对非物质组成领域的广泛影响、有关原子论的种种争论、中西古代原子论思想的比较研究等等饶有兴趣的问题。
本书材料极丰，精彩纷呈，这里只简单介绍一些片断供读者鉴赏。
1 古希腊罗马原子论溯源
关于古代希腊、罗马的原子论、已有多种著述文献。阎康年先生在本书中将德谟克利特原子论的起源上溯到古希腊米利都学派泰勒斯的传人阿纳克萨哥拉（Anaxagoras，约公元前500—428），他主张从自然界内部去寻找万物的本原，一面认为“在小的东西中……总是还有更小的东西”，“气和以太这两种无限的物质压制着其他的一切”，一面又认为宇宙万物都是由无限多种的“种子”组成。这就是后来以太说与原子论的最初起源，作者顺此线索，分析了在不同时期作了这两派学说之间的发展、比较、争论与消长的分析，并以此贯穿全书，这是很有意义的。当然，从客观上说，他举出事实：伊壁鸠鲁学派是一直延续到古罗马时代从未间断的原子论学派。伊壁鸠鲁去世时留下遗嘱将财产捐赠给学派和学园，保证终生从事学派事业的学员“供其所需”，并说：“别了，请你们记住我的学说吧！”这种奉献精神和生活条件，使他的第八代传人卢克莱修写出著名的《物性论》长诗，用原子论来具体说明世界万象，并认为各种生物与非生物种子（seed），首先是由原子构成的。对后来原子论的宣传与发展起了很大的作用，为思辨型的原子论思想在战胜神创论与宗教迷信后转为科学学说奠定了自然哲学的基础。
2 牛顿原子论的历史地位
作者从浩瀚如海的史料中雄辩地提出：自然科学上唯物的原子论学派，应从牛顿开始，并命名为“牛顿原子论”。作者认为：“所谓的牛顿粒子说不过是原子论在科学上的具体体现”，正是牛顿“将原子论由哲学思辨转变成科学的假说，使原子论进入科学化和正统化的发展时期。”在分析整理大量史料的基础上，他考察了原子论每一时期代表人物的理论体系必须具备的八个方面，即原子的本原、特征（是否可分、可变）、物质（大小、形状、重量）、属性（次序、位置、颜色、硬度、广延性、不可入性、惯性等）、相互作用、与物质组成的关系、历史影响、代表作等，统称为原子论独立学说存在的八个判据。除详细说明外，他还列出简表来比较德谟克利特原子论、伊壁鸠鲁原子论、牛顿原子论，以及波斯考维奇原子论（见后）、道尔顿原子论和开尔文勋爵和泰特的“旋涡原子论”等。使读者能从纷乱杂陈的史实中，一目了然地抓住主要线索，并且通过比较，看出牛顿原子论的特殊历史地位，在于把思辨性的原子概念，初步发展为接近后来科学实验逐渐证明的原子或物质构成的科学假说。例如牛顿首次提出了由多层次粒子组成物质的思想：“由最小的粒子形成较大的粒子，……形成最大的粒子……然后形成可感知的物体”（《自然哲学的数学原理》序言）。牛顿在《光学》第2卷命题8中，把过去的三级粒子甚至发展成六级以上的多层次，并且承认“它们的内部结构到底是什么，对我们来说尚不太了解。”牛顿不仅认为物质粒子之间有万有引力这种可以定量求出的力，而且提出粒子之间的作用力有电力、磁力、重力、发酵作用（化学力）和发育作用（生物力）等（1675年12月7日给奥登伯格的信），并且说：“几乎一切自然现象将会取决于粒子的力，尽管吸引力和排斥力将使很多人不愉快”（《原理》的《结论》手稿）。他还预言“显微镜终究会被改进到使决定物体颜色的微粒得到发现的程度”。牛顿将他的原子论（粒子说）系统地应用到研究数学、动力学、光学、化学、物质嬗变机理、乃至全部自然哲学。他说：“一切物体的最小粒子也都是广延的、硬的、不可入的、可动的并赋予它们特有的惯性，这就是全部哲学的基础”。（《自然哲学的数学原理》）
此外，关于牛顿在原子论与以太说争论中的态度与作用问题（103—105页），关于牛顿提到的多种近程力（有强、弱之分并随距离变化有增减快慢之分）问题（77—79页）等，作者也作了一些有趣的引人深思的探讨和分析。
3 波斯考维奇原子论与道尔顿原子论
作者对大家不太熟悉的18世纪波斯考维奇原子论即数学、力学上较抽象的原子论学派以及影响作了专章研究。这是牛顿以后与道尔顿化学原子论分道扬镳的另一学派。波斯考维奇（Boscovich R.J.1711—1787）是南斯拉夫拉古萨出生的数学家、自然哲学家、天文学家。在他1758年出版的《自然哲学理论》一书中（连续出过五版），从原子观念、物质组成、相互作用和原子论的应用四个方面作出了独特的变革，并在一些物理学和化学家的研究中取得了一定成功。他吸取了莱布尼兹的“单子”思想和牛顿关于粒子相互作用力随其距离而变化并在某距离上引力与压力相互转变的思想，认为原子是无大小无形状，无广延性不可分但有质量的点。“物质分布在一个虚空中并在其中飘浮。”“质量有如构成特体的点数那样。”这种点原子的特点，鲜明地表现在两粒子的相互作用是远斥近吸并随距离呈周期性衰减，这是他研究现实弹性体振荡中心（弹性碰撞与弹簧振子）后得出的结论并附有数学证明。由于这种力的作用，他又设想出这些点原子按他的力一距离关系曲线结合成稳定的四面体晶性结构作为他的第一级粒子结构，并类推出其他层次结构。他利用这种数理化的原子论体系去说明内聚力，晶体原子的振荡，弹性体和摆的振荡，化合、混合与分解乃至富兰克林的电流体理论，并论证了在绝对时空中只有相对运动而没有绝对静止。这种原子论在当时由于其简明和可以简化为中心，因而受到开尔文、弹性力学奠其人、P.T.纳维（Navier，1712—1779）和圣维南（B.Saint.Venant）、托马斯·杨等物理学家、力学家和J.普列斯特列（Priestley）、H.戴维等化学家的推崇，特别是对法拉第和麦克斯韦的工作产生了不小的影响，因此当时波斯考维奇的著作被认为“是18世纪自然哲学中的主导性著作”，“是物理学家们的理想”（L.玻耳兹曼），“比牛顿搞得更深。”
但是，原子论在化学实验上取得的更大成功并真正应用到科学上，还是道尔顿（J.Dalton，1766—1844）的功绩。这方面作者用了第四、五两章“道尔顿原子论与近代化学的发展”、“亲和力和价键理论的发展”约六万字的巨大篇幅，详细给予论证和介绍。这里就不赘述了。
4 从经典原子论到现代原子论
近现代科学的发展日益博大精深，绚丽多彩，可以从不同的角度作不同的描述。作者选择了原子论的角度，就把历史和现实、理论与实验、各派的主要论战、各个名家的物理思想与哲学见解等等，象红线一样地串连起来，给读者以新鲜而深刻的印象。作者把18世纪迄今的这一发展，称之为从经典原子论的形成到现代原子论的演变。这里史实繁多，人物辈出，作者从第6章到第15章用全书一大半篇幅，重点阐述了“19世纪波粒说争论和原子论在物理学上的发展”，“法拉第的原子论思想的转变和场概念的起源”，“19世纪科学界关于原子论的争论”，“原子论对物质嬗变和元素演化思想的影响”，“电子的发现和物质的电子结构理论”，“原子模型”，“原子和分子存在的证实”，“经典原子论框架的突破和原子与元素转变的实现”，“原子论在其他领域中的扩展和影响”，“原子论与机械论和决定论”等等问题。从这些标题就可想象出作者在积累这些重要复杂的问题的资料并加以整理分析时要付出多么巨大的心血。
这里略举一二个例子。
关于法拉第场概念的来源，这是科学史家们在承认法拉第是场概念的倡导者的同时争论颇为激烈的话题。作者首先举出了W.伯克逊（Berkson）关于场概念起源于电磁感应的发现，J.丁铎尔关于起源于对磁力线在空间中的分布和变化的认识，J.阿伽西（Agassi）关于起源于磁力可以脱离物质而独立存在，R.拉明（Raming）关于起源于对物质导磁性和导电性机理的认识等四种观点，并分别加以评述和分析，然后从力场和实体场概念产生的必要条件，回顾法拉第形成力场概念的具体过程。从大量的史实中，作者廓清了这一问题。他认为，法拉第在早年直到1834年初，是相信牛顿和道尔顿的传统原子论的；1834—1844年间，他在用原子论解释电化学的化合与分解等问题时产生了怀疑，“谈论原子虽然很容易，然而却难以形成一个清晰的原子性质概念，特别在考虑化合物时”（《电的实验研究》，1834年1月），后来他回忆说：“我曾长期严密地思考引力理论和物质的粒子与分子，我想得越多（与实验结合），我的原子和粒子观念变得越不清楚”。（1860年一次讲演）。1844年1月19日，法拉第在皇家学院的聚会及其后1844年1月25日的信函中，提醒人们“原子这个词”“包括很多纯假设的含义”，它不能解释导电与绝缘现象，不能解释元素的原子之间结合的数量关系。最后他说：“波斯考维奇的原子对我而言好象比很通常的想法有着颇大的优点……他的原子仅仅是力或动力的中心，而不是动力存在于其中的物质粒子……它仅是一个数学点，”。而“粒子内和包围粒子的动力或力系”，“则是一族包围力心的力氛（atmosphere of force）”“因此，物质将到处是连续的……环绕中心的力给这些中心以物质的原子的性质。”“物质充满一切空间，或者至少可以说充满引力延伸（包括太阳和太阳系）的一切空间，因为引力是决定于某一种力的物质属性，正是这个力组成了物质。”（《电的实验研究》，英文版291—293页）在这封信发表后的论争中以及法拉第连续不断的实验（如磁致旋光效应，1845年11月4日），导致他后来多次提出“磁场”和“场”的概念。他说：“引力、凝聚力、电力和电化学作用都可以有一个共同的联系或起源。这样，在它们的超距作用上，都可以共同占有周知的某些作用所占有的无限空间范围。”（同上书，英文版450页）。1846年4月15日，他在给菲利浦斯的信中说：“我这样大胆地提出的观点认为，辐射是联接无数粒子以及很多物体块体在一起的力线的一种剧烈振动。力图摈弃以太，而不是摈弃振动”（同书，405—406页）。值得指出的是作者挖掘出这样一个史料。法拉第1832年3月12日就密存于英国皇家学会一封关于磁力传递方式的信，信中说：“我相信磁作用是行进的，并且需要时间……当一块磁铁作用在隔一个距离的磁铁或一块铁上，影响的原因（有时我称之为磁性）从磁体开始逐渐行进，并要求它有传递的时间，或许将会发现传递的时间是完全可以觉察到的。……电感应（带电压的）也是以类似的行进方式形成的。……我倾向于将振动理论用于这些现象上。……我愿意用把此文存留在皇家学会箱子中的办法，以便有朝一日取得……发现权。”这种近距作用的观点和上述电、磁及普遍物质性力场的概念是相通的。作者通过这一全面的研究，解答了过去科学史家们凭个别时期个别史料得出的不够全面的结论，并且凸现了法拉第在从传统原子观念向场概念跃进中的思想历程与历史作用。
此外，麦克斯韦用电磁场取代以太作为电磁波载体的概念，爱因斯坦否定以太，主张“借助大量的量子（奇点）能够构成一个矢量场”。“力场的叠加并共同组成波动场”，“电磁场的总能可以看作集中在这些奇点中”，从而继承和发展了法拉第的场概念，提出了光量子说和波粒二象性的概念。这些在书中都有比较详细的介绍。对于原子和分子存在的实验确认、原子物理与场论的进一步深化导致了核物理、量子力学、粒子物理等众所周知的近现代发展，作者都从物质组成及原子论对各个科学各个领域的扩展与影响的角度加以概括，并认真阐述了历史上多次著名的哲学问题争论的过程与实质（例如19世纪末关于原子论与唯能论的争论及其影响等），这些资料和观点对于读者可能有一定的参考作用。
5 几个问题的讨论
本书的特点是课题重大，视野广阔，材料丰富，观点鲜明。对于有兴趣的广大读者和科研、教学及科学史、哲学工作者，都可以作为一本充满原始资料的参考手册来阅读和参考。作者的许多观点自然是抛砖引玉，可供讨论。正象作者的许多其它科学史论著如《卢瑟福和现代科学发展》、《热力学史》、《牛顿的科学发现与科学思想》一样，作者的态度是严肃的，他最重视史料的考证、翔实和论据的可靠与严谨。当然。由于历史跨度太大，知识面涉猎很宽，浩浩巨著中难免有些问题不可能一一深入阐述。作为这本书的读者，我感到在本书提出的课题范围内有以下三个问题似乎还可进一步展开讨论。
（1）本书序言中谈到了原子论作为方法论以及西方的科学传统——先分析后综合的“原子主义”问题，但从全书来看，将原子论作为方法论来考察似乎着力不多，只在序言中提到及在书末第15章略为涉及，在第14章只列举了诸如量子、质点、细胞、基因、神经元、商品、热素、声包、能包等等原子能在各学科领域的影响，但从方法论上，作为历史长河象对本体论（物质构成）一样探讨就显得相当不够。而这一问题即分析方法（原子论的方法）还是整体方法（今天看来是系统论的方法）是不少读者关心原子论的一个重要方面，对这方面的史实许多同志也是知之不太详细和不太系统的。
（2）为什么原子论会在西方得到如此剧烈而成功的发展？而系统论、整体论的观点直到近年才出现？这里的历史因素、社会因素、科学的内在逻辑原因是什么？是否科学发展的必然规律？如果作者在其丰富的史料与长期的精心的研究基础上对这一问题作一总结性讨论，哪怕提出一些启发性的问题或结论，肯定会给本书生色不少。从全书看，似乎也缺少一个总结性的论述。
（3）关于中西比较问题，作者的第16章只限于“中国古代的原子论思想”，即论证墨家的“端”是原子论思想的发端，但在中国历史条件下未形成系统的原子论。如果作者在讨论（或者今后再讨论与研究）上述两个问题时比较一下，为什么中国恰恰相反，整体论的“元气说”一直占优势而原子论得不到发展，从中可以得到何许经验教训，或者中国科学技术方面由此又有自己的何种特点与优势（如农学、中医、体育科技等），这些问题也是非常引人入胜的。
这几个问题的讨论也许不应是本书的主题，但是作为读者，我希望这几个问题能在阎先生这本巨著的基础上有机会加以讨论。