从原子的哲学观念到科学概念

一、古希腊的原子观念
　　
　　关于物质本源的看法，古代哲学家有各种不同的观点。而为后人所推崇的要算古希腊唯物主义哲学家留基伯（公元前５００－４００年）和他的学生德谟克利特（公元前４６０－３７０年），共同创立了哲学的原子论。其所以能形成正确的原子观念，在于他们善于观察现象，善于分析现象，善于抽象概括。看到屋檐滴水的时间长了就会滴穿石头，手上的戒指带的时间久了就会变薄，铁犁耕地多了就会磨损，铜像的手跟人握的次数多了就会变小。这些东西是怎样损耗的呢？他们分析思考之后认为，这些损耗虽然人们看不见，也感觉不到，但可以肯定是一点点地损耗的。所说的这一点无疑极小极小，小到人们无法看见，也无法感觉。尽管看不见，感觉不到，但可以判断它们是由极小的粒子构成的，否则这些现象就很难解释。既然这些东西是由极小的粒子构成的，由此可以推知自然界所有的物质都是由极小的粒子构成的。他们观察到太阳光射进屋子里的时候，可以看到许多小粒子（尘埃）以各种运动的形式活跃于光亮的房间，好象打仗似的，互相冲撞，互相追逐，时聚时散，永不休止。他们根据这些现象思考，并作出推论：构成物质的粒子不是静止的而是运动的。为了说明这个观点，他们讲了一个很有意义的比喻：大群白羊在山上争吃青草，奔跑跳跃，嬉戏角逐。如果我们远远地观看，就好象一座万分沉静的青山，点缀着许多小小的白点。我们看见整块的物质是静止的，其实构成物质的粒子正象青山上的羊群是极其活跃的。德谟克利特等哲学家把这些看不见的、运动着的粒子叫做原子，这是唯物论哲学家最早提出的原子观念。尽管水滴石穿、铜手变小、戒指变薄、铁犁磨损等现象，表面上都是互不相关的，风马牛不相及的现象，德谟克利特却锐敏地把这些现象集中起来，概括出一个能反映事物本质的共同问题作为思考的对象，因而能得出正确的结论。这个分析推理的过程，无论对研究或学习都具有指导意义。
　　
　　二、近代化学之父──道尔顿
　　
　　英国化学家道尔顿（Dalton,J.1766-1844），出生于英国西部一个文化极其落后的农村，父亲务农，子女６人，家境相当贫困。因此，道尔顿从１２岁开始办私塾，以帮助家庭。他１５岁应附近城市寄宿学校之约担任助理教员。从此，他走上了边教学、边自学、边研究、边写作的道路，一直走了６０年。道尔顿终身过着单身生活，没有结婚。他自己说没有时间交女友、谈恋爱。他不仅幼年时过着贫穷的日子，在享有盛名后经济仍不富裕。到１８３３年，由于科学界的呼吁，英国政府才给他养老金。１８５３年曼切斯特市举行了一次市政集会，捐了一大笔钱，在曼彻斯特大学设立了道尔顿奖学金，鼓励学习化学成绩优秀的青年。
　　
　　１７８１年秋，道尔顿到肯代尔城当教师，学校拨给他一间陈设很简陋的住房，可是他却觉得象住在皇宫里一样了。该校图书馆藏书丰富，是道尔顿学习很好的条件。他一方面博览群书，一方面研究自己喜爱的气象观测。他认为自然界不解之谜还很多哩，应该探索打开自然界奥秘之门的钥匙。从什么地方入手呢？从物理学、医学、化学，还是从气象入手呢？当正在思考的时候，大红公鸡站在木板墙上喔喔地大声啼叫，惊人准确的预报着下雨或风暴。对此道尔顿很苦恼，为什么公鸡能预报天气而我们却不能呢？他把多年精心收集的气象资料进行研究，对空气的温度和压力进行分析比较，试图探索气候的秘密。为此，他决心去肯代尔城拜访一位有名的约翰·豪夫先生。“你是豪夫先生吗？”道尔顿走进房内很有礼貌地问道。
　　
　　“是我”。豪夫先生回答。但仍然背着道尔顿坐着，只能看见他那波浪似的垂肩白发。“请你走近些，把手伸给我。你是谁？”
　　
　　“道尔顿，教友学校的数学老师。”道尔顿把手伸向豪夫，才发现他原来是个盲人。
　　
　　“握着你的手，我觉得你心情很激动。因为我眼瞎，大概使你感到很窘呢！”
　　
　　“对不起！听说你是一位了不起的实验家。真是把我弄糊涂了。”道尔顿说。
　　
　　“亲爱的道尔顿先生，你亲眼看见的东西，和那些能够从理性上认识的东西相比，是微不足道的。”
　　
　　“我完全同意你的意见。但你究竟怎样进行实验呢？”
　　
　　豪夫先生马上给他看，怎样安装仪器，怎样把容器装满后不溢出一滴溶液，并且不碰倒也不打碎，操作十分熟练。
　　
　　道尔顿看到这一切，大为折服，使他认识到坚强意志的伟大威力。以后道尔顿在豪夫先生那里学习拉丁文、希腊文和科学知识，受到极大的教益。
　　
　　道尔顿自２１岁时起就开始气象研究，坚持气象记录达５７年之久。他从观察气象开始，进而研究空气的性质和组成，研究蒸汽压，混合气体的分压、气体扩散等问题。他研究气体时从实验中得出这样的结论：混合气体的总压等于组成它的各种气体的分压之和。这就是他有名的气体分压定律。从这个研究结果可以推论出空气是由不同的颗粒混合成的。道尔顿还研究了许多地区的空气组成，又得出一个结论：各地的空气都是由氧气、氮气、二氧化碳和水蒸汽四要物质的无数个小颗粒混合起来的。他应用希腊哲学上的名词，叫这些小颗粒为原子。由于当时他还不理解原子和分子的区别，所以无论元素的小颗粒或化合物的小颗粒，都一律叫做原子。
　　
　　道尔顿并不满足于这个成果，还在不断地沉思，我们研究的原子实质上是什么呢？它们在自然界中是不是，或者最多不过是一种哲学范畴？如果原子确实存在，那么就应该根据原子的理论来解释物质的一切性质和各种规律。沉醉于新思想的道尔顿顽强地进行工作。去实验室，跑图书馆，在工作台旁与理论总结，都必须对原子开展深入地研究。原子的特点是什么？一种元素的原子和另一种元素的原子是否有区别？尽管原子极小肉眼看不见，但是有没有办法可以确定它们的重量、形态、大小呢？
　　
　　“最后，我想总结一下我的学说的基本论点。在我之前的各种关于微粒的学说，其共同点在于都认为微粒乃是一些在小相同的小球。而我认为，同一种元素的原子彼此之间是相同的，但它们不同于别种元素的原子。目前对原子的大小还一无所知，那么，关于它们的基本物理性质却是可以说明的──原子是具有重量的。为了证明这一点，请允许我宣读一下我的第二篇论文：《第一张关于物体的最小质点的相对重量表》。原子不可再分，也无法称量。如果认为原子是按照最简单的比例关系互相化合的，并对一些复杂的物质进行分析之后，再将其中最轻的元素的重量百分数同其它元素的重量百分数比较一下，就可以得出很有趣的数值。这些数据表明，一种元素的原子总是比最轻的元素的原子要重多少倍。请注意一下原子相对重量表，现在这张表正放在你们的前面。最轻的元素显然就是氢。这就意味着，应当把氢的原子量相对地规定为１……”这是１８０３年１０月道尔顿在曼彻斯特学会上所作的关于原子学说报告的几个论点。
　　
　　道尔顿不愧为原子学说的奠基人，尽管一百多年来原子理论已有很大的发展，但他最初建立的科学原子论的基础这一伟大功绩是永存的。所以恩格斯赞美道尔顿说：“化学中的新时代是随着原子论开始的（所以，近代化学之父不是拉瓦锡，而是道尔顿）。”