感悟化學之美
——對近代化學發展史課程的感悟

于煥超 沈愛國 胡繼明

(武漢大學 湖北武漢 430072)

近現代以來，化學在自身學科構造和帶動其他領域發展方面取得了巨大成就。它不僅發展出包括無機化學、有機化學、物理化學、高分子化學和分析化學眾多分支的綜合學科體系，而且各分支學科又依據各自不同的研究重點，發展出次一級學科。與此同時，化學也帶動了能源、信息、材料、國防、交通、環境保護、醫藥衛生、資源利用等方面的進步[1]。在科學與社會的不斷進步和人類物質生活質量的不斷改善與提高都離不開化學的今天，是什么讓化學繼續保持著活力和理性，繼續向更深更遠的未來挺進？是精密的儀器？抑或是幾個偶發的、具有劃時代意義的實驗現象？還是現代化學工業的刺激？筆者認為，近現代化學高速發展的動因或許還有另外一種解釋，那就是與化學家思維上的“浪漫主義”和“現實主義”特征相關。

1 化學家思維中的“浪漫主義”特征解析

“浪漫主義”風格發端于《離騷》，其主要文學特征為文辭瑰麗，想象奇特。而對于這種文學風格的理解，在現今的美學語境下，更多的是偏向于解讀為人的個性、自由、創造性等現代社會價值[2]。而這種解讀，恰好與近現代以來偉大化學家所秉持和流露出的思維品質相契合，在一定程度上展現了化學家思維中的“浪漫主義”特征。具體細化來分析，可以將個性和自由的價值解讀為化學家堅持真理，排除學術謬誤和學術歧視的思維理念，將創造性價值解讀為化學家在具體的化學實驗和思考中展現的創新能力和思維張力。兩者相結合，才能較好地在宏觀和微觀兩個層面揭示化學家思維中的“浪漫主義”特征。

1.1 在真理、謬誤和學術歧視中的激烈抗爭

化學作為一門實踐性和理論性都很強的科學，內在的科學性決定了它在起步、構建和發展階段都會有諸多的理論問題和實驗問題需要解決，在這些問題的解決過程中，往往同時并存很多假說和設想。由于實驗方法和實驗器材的局限，認識能力的不足，很容易造成化學家在一定時期集體陷入謬誤之中。從對神學的崇拜到對無機物和有機物的認識以及后來的物質結構解析，化學每向前邁進一步都會付出巨大的代價。為什么在這樣艱難的建設階段，化學學科還能從煉金術和醫藥化學中擺脫出來，真正構建自己的科學體系呢？這離不開一大批偉大的化學家堅持獨立人格，捍衛學術自由的努力。

物質是什么？在這個看似簡單的問題后面，有著極為艱辛的認知過程[7]。從希臘學者思考的原初物質到四要素學說再到一系列的具體的假說，如巴拉塞爾士修正四元素學說而得出的鹽、硫磺、水銀構成身體的三要素學說，海爾孟批判亞里士多德和巴拉塞爾士而提出的空氣-水二元素學說[3]，以及后來玻義耳提出的微粒學說，道爾頓的原子學說，阿伏伽德羅的分子學說，整個認識過程充滿了批判和繼承，但毫無疑義的是這其中也充斥著學術謬誤和學術歧視對真理探究的壓制。如英國科學家道爾頓由于提出原子學說而在化學史上占有重要地位，但由于他晚年堅持原子不可分的想法，并極力反對蓋·呂薩克提出的“氣體反應體積簡比”定律，以及后來阿伏伽德羅提出的分子假說[4]，致使分子學說在很長一段時間不被化學界所接受。即便這樣，阿伏伽德羅和他的學生始終沒有放棄自己的見解，直到阿伏伽德羅去世，在他學生的努力下，才終于使學術界接受了分子學說，并最終確定了化學學科的基礎——原子-分子學說。再如，維勒在學術界一致認為不可能人工合成有機物的情況下，仍然執著地開展有關有機物的研究工作。他的老師兼好友貝采里烏斯得知后，還嘲笑他說：“能不能在實驗室里合成一個孩子？”當維勒終于合成尿素的時候，寫信給貝采里烏斯：“我無法再繼續懷疑我對尿素的化學合成了，我不得不宣布，我不用通過人或者狗的腎，就能夠制得尿素”[4]。同樣還有“物理化學三劍客”之一的阿倫尼烏斯，他提出了“電離學說”，但在最初的學說構想和正式提出階段卻遭到老師和其他化學界前輩的反對，他將電離學說作為博士論文提交，最后卻只得了個極為平常的成績。但是，深信自己理論正確性的阿倫尼烏斯向奧斯特瓦爾德和范托夫求教，在三人的共同努力下，電離學說這一重要的物理化學基礎理論才得以被學術界所承認和接受[8]。作為發現維生素先驅的艾克曼醫生，沒有固守專家認為腳氣病是由一種細菌引發的傳染病的看法，而是堅持自己的想法，最終發現了導致腳氣病的真正原因并發現了米糠的藥物作用[4]。莫斯科大學的創立者羅蒙諾索夫也敢于質疑自己的老師在燃素說上的錯誤，通過實驗最早證明了燃燒的本質[4-5]。

以上列舉的化學家都是在堅持自己正確學說的道路上絕不退讓，哪怕是對于當時的權威和泰斗也是如此。這種在真理和謬誤以及學術歧視上不斷抗爭的精神以及學術自由的品質，構成了化學家思維中敢于批評、反思以及正確對待權威的個性和自由的現代價值觀。

1.2 在化學實驗和化學理論中的創新能力和思維張力

如果說前一論述是宏觀的認識，那么這里我們將是從微觀層面上研討化學的創造性社會價值。這種微觀角度并非是對具體化學實驗過程的解讀，而是針對在化學實驗過程中產生的富有創造力的化學儀器和化學試驗方法以及在試驗中思考問題的維度予以解析，以抽離出附著在化學儀器和化學方法以及思考路徑上的創造性，展示思維的力量。

1.2.1 化學實驗儀器和方法的創新性

化學儀器的進步，直接推動了化學科學的進步。但是，每一時代的生產力水平決定了儀器的先進程度。因此，如何在現有的生產力水平下，選用正確的化學儀器成為化學家實驗成敗的決定要素之一。對于太陽光的研究，牛頓選用了三棱鏡和黑暗的屋子以及小孔；本生和基爾霍夫發明了原子光譜法，利用本生燈對原子進行光譜分析，就像解讀密碼一樣破解各種物質的元素構成[6]；湯姆生利用克魯克斯陰極射線管驗證了次原子級粒子——電子的存在[7]；莫瓦桑在制取單質氟的過程中使用了自制的電爐。化學家對于化學儀器的天生敏感性，使他們不僅善于選擇化學儀器，而且更善于根據實際的需要制備新的儀器；化學儀器的選用和制備不僅為化學研究提供了手段，而且為化學思維的實踐提供了物質載體。

對于化學方法而言，則更具特色。如何排列組合不同的儀器，以達到實驗目的，提高實驗效率，體現了智慧與工藝的完美結合。侯德榜先生簡化了索爾維制堿法，縮短了制堿流程；拉瓦錫的制氧裝置引入定量分析法；拉塞姆依靠不同的實驗裝置發現了惰性氣體。這種排列組合直接構成了一個個詳細而具體的實驗方案，而每一個實驗方案都是化學家邏輯的再現，是他們理論和智慧的物質外化。這種直觀外化的智慧具有可復制的特點，使得抽象邏輯真正能夠在實踐操作中得到再生。

1.2.2 化學思考路徑上的創新性

化學實驗在真正進入實驗階段之前，除了儀器，還有最初的理論思考。整個實驗的方案和進行正是基于這樣的思考準備。而思考的路徑是什么？思考的角度和方向在哪里？化學家給出的答案是各學科的交融以及豐富的想象力。將物理學方法引入化學實驗，這是電離學說成功的奧秘; 戴維電解出了金屬鉀; 范托夫利用數學方法整理分析實驗結果，首先推導出化學反應等溫式[4]；朗繆爾則將物理學知識和冶金學知識用在了表面化學的研究上。學科交融與互利，讓這些偉大化學家跨越了狹窄的專業領域，在思考的路徑上融入了其他學科的研究方法。

化學家思維路徑中還有人類最寶貴的資產——豐富的想象力。玻義耳說，“人們猜測性地構思若干線索，使我們能去破譯用密碼寫成的書”[4]。而這些“猜測性的構思”無疑促進了化學質的飛躍。正是一步步地從空氣—水—火—土的四元素說發展到微粒學說，才有了后來原子學說和分子理論的產生。人們最初是依靠經驗累積起來的想象來促進化學進步的。凱庫勒在“蛇咬尾的夢”中看到了苯原子構成的奧秘，完成了化學式的整理和規范；而沃森和克里克提出的DNA雙螺旋結構，更是揭開了人類遺傳信息的秘密。正如美國天文學家黑爾所說，“一個缺乏想象力的人，無論是從事工程技術還是美術、文藝和自然科學不會做出什么創造性的成績來”[4]。在思考的路徑上缺少了想象力的幫助，而單純依靠現有的認識和現象，是難以深入到化學領域深層的，因此，愛因斯坦強調，“想象力是科學研究中的實在因素”。

2 化學家思維中的“現實主義”特征解析

《詩經》首開“現實主義”的創作風格，其內容貼近生活，情感真誠淳樸。用于描述化學家思維之特征是指化學家執著嚴謹的品格、理論寓于實踐的踏實作風以及強烈的社會責任感。近現代以來，化學發展的動因，除了精妙的思維，還有那些在實驗室里不斷奮斗的化學家。有的化學家為此付出了生命的代價，但是一代又一代的化學家卻在這片屬于自己的天地里繼續勤勉工作，執著向前，在理論和實踐上見證了化學的奇跡。很少有一個地方能像實驗室一樣擁有如此多的驚喜，見證著諸多天才的執著和勤奮。他們踏實的工作風格帶給化學的不僅僅是一系列的成就和理論，更多的是世人對于化學家品格的贊美，人格的尊崇。在工作之外，他們還力圖在生活中實現化學的價值，一如老師所說，不應該讓化學成為一種深奧的理論抑或被少部分人所壟斷，而應該讓化學走向大眾，走向生活。

2.1 執著嚴謹的品格

在許多諾貝爾化學獎得主的獲獎感言中都會提到一個偉大的化學家——瑞典人貝采里烏斯；這位在無機化學領域做出杰出貢獻的化學家，在自己的婚禮上說，化學才是自己的第一位情人[5]。只有對化學癡愛至此，方能有此般執著。也正是出于對化學事業的熱愛，費舍爾成為了“滿身糞臭”的大學教授，盧瑟福成為了“光會挖土的野兔子”，而莫瓦桑才不顧4次中毒的教訓，執著地進行氟單質的提取。這些偉大的化學家都把化學當作自己的事業，當作自己的孩子和親人，甚至視為生命。一個人能去除雜念，在科學世界里自由地探索，這對于他們來說，就是生活的意義，生命的意義。而他們的嚴謹作風也是讓人慨嘆的。阿倫尼烏斯提出電離學說之前，在實驗室里進行了無數次的實驗和數據的記錄；費舍爾能同時進行5項化學實驗而沒有任何雜亂的跡象[5]；而奧斯特瓦爾德在收到阿倫尼烏斯有關電離學說的論文時，是通過實驗做出評價的；拉曼研究散射現象正是在細微不同的辨析中取得了突破，發現了拉曼散射；拉姆塞發現惰性氣體也是在試驗中基于對細微的光譜差異的分析而得到了啟發[4-7]。這些實例都表明化學家已將嚴謹作風固化為思維中必須遵循的準則；他們就像精妙的程序設計者一樣，邏輯縝密而有條不紊。正是這些嚴謹的工作程序和化學家的認真細致才得以使他們的創造力在實驗室里轉化為現實。

2.2 理論寓于實踐的踏實作風

許多化學家極力將化學推向生活，應用于實踐，同時他們也在實踐中實現了化學的突破。如1996年諾貝爾化學獎得主史莫利教授所說“需要來源更廉價的原子，我們才能增加效率”。現代的化學家不再單純地要創造出新的化合物，而是要思考和探求如何讓這些化合物更高效、更環保地造福于人類生活。如“尼龍王子”卡羅瑟斯在合成纖維上的研究直接推動了合成纖維和尼龍工業的崛起；尼龍改變的不單是化學史，而且改變了工業生產和現代生活。塑料的應用同樣如此，整個高分子化學，直接促進了新生活方式的產生。確實，化學的生命力應該根植于實踐的需要，而不僅僅只是理論和實驗室；它需要在實驗室萌芽，更需要在社會和生活中歷練和成長。我們無法考證倫琴在發現放射性的時候是否知道它將在醫學領域幫助無數的人，也無法考證居里夫人在由“鈾”走向“鐳”和“釙”的過程中是否預料到它們在人類抗拒疾病的道路上發揮重要作用，但是后來的歷史一再說明無論是有心還是無心，化學家的發明和發現都在生活中找到了自己的用武之地。

2.3 強烈的社會責任感

偉大的化學家之所以偉大就在于他們不僅僅要實現化學的價值，還有強烈的社會責任感。居里夫人的女婿弗雷德里克·約里奧·居里為了阻止法國核販子利用核武器對其他無核國家進行核威脅，毅然與法國的政客們展開了斗爭；勞厄在整個德國陷入納粹的狂熱中時，依舊清醒地拒絕用化學為納粹服務。這些有良知的化學家為了維護社會價值不惜斗爭到底而成為和平衛士。居里夫人不肯申請“鐳”的專利而將“鐳”奉獻給全世界，雅洛不肯申請“肽類激素的放射免疫分析法”的專利，堅持將這一發明奉獻給所有需要的人。這些科學家將化學的事業看成是全人類的事業，這樣的化學家因其高尚無私的品質，讓全人類走向了幸福。

在“浪漫主義”和“現實主義”思維特質的引導下，化學再也不是煉金士追求財富和長生的異術，真正成為了一門帶來社會進步和人類文明的科學。

參 考 文 獻

[1] 中國科學技術協會,中國化學會.化學學科發展報告.北京:中國科學技術出版社,2011

[2] 巴曾.古典的,浪漫的,現代的.南京:江蘇教育出版社,2005

[3] 柏廷頓 J R,胡作玄.化學簡史.北京:中國人民大學出版社,2010

[4] 沈玉華,謝安建.百合千分勝造化——化學發現與創造思維.合肥:安徽大學出版社,2007

[5] 廖正衡.中外著名化學家傳略.吉林:吉林教育出版社,1994

[6] 山岡望.化學史傳.北京:商務印書館,1995

[7] 亨利·M·萊斯特.化學的歷史背景.北京:商務出版社,1982

[8] 應禮文.大學化學,1987,2(5):55