對教材中人類認識原子結構歷程的行文質疑與相關史料考證

張建波

摘要： 對上海科技版高一化學教材中人類認識原子結構歷程的部分行文提出質疑，認為有些地方存在行文邏輯問題，有些陳述與史料不符。通過史料考證與分析，提出相應的修改建議。

關鍵詞： 化學教材; 惠施; 湯姆孫; 原子結構模型; 史料分析

文章編號： 1005-6629（2018）11-0094-03中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

1 行文質疑

上海科技版高一化學教材[1]開篇提到人類對原子結構的認識經歷了幾個歷史階段，涉及中國戰國時期諸子的物質構成思想、歐洲古希臘哲人的思考以及19世紀末20世紀初的諸多科學研究發現。細讀下來，發現有些地方存在行文邏輯問題，有些陳述與史料不符。現將其中兩段原文摘錄如下，并提出行文質疑。

1.1 涉及中國戰國諸子思想的教材原文和行文質疑

教材原文：“我國戰國時期的惠施說過： ‘一尺之棰，日取其半，萬世不竭。他認為物質是無限可分的。”

教材編寫者認為這句話是惠施說的，并由此認定惠施的觀點是物質無限可分。

經筆者查證，“一尺之棰，日取其半，萬世不竭”出自《莊子·雜篇·天下》[2]（以下簡稱《莊子》），文中的下一句是“辯者以此與惠施相應，終生無窮”。根據上、下文可以推理出這句話應該是某位“辯者”提出來與惠施的觀點相辯駁的，并非惠施的觀點。具體可進一步考證。

教材同時提到墨子認為“物質被分割是有條件的……這種不能再分割的部分，他稱其為‘端”。惠施是一位墨者（墨子的再傳弟子），民國著名學者錢穆先生認為他屬“中原墨派”，并是“對墨家新哲學上最有貢獻的一個人”[3]。如果按教材的寫法，惠施認為“物質無限可分”的話，那么，作為墨徒的惠施與墨子觀點將完全相左，這在邏輯上也是說不通的。

1.2 涉及歐洲19世紀末20世紀初原子結構科學探索過程的教材原文和行文質疑

教材原文：“由于人們對原子結構的探索很快進入了新的階段，湯姆孫提出的原子模型還未被大多數科學家了解就棄置一旁了，但這個模型指出了原子是有結構的。人們對原子結構的探索在發現X射線后才取得新的突破。”

教材行文中的表述，明顯給人的感覺是，先有湯姆孫原子模型的被“棄置一旁”，再有X射線的發現，才導致人類對原子結構的探索取得新的突破。

查閱物理學史可知，19世紀末20世紀初，有三個重大科學實驗發現，即1895年倫琴發現X射線，1896年貝克勒爾發現天然放射性和1897年J.J.湯姆孫發現電子。在此基礎上，湯姆孫于1904年提出葡萄干面包原子結構模型。從時間順序上看，必定是發現X射線在先，湯姆孫原子模型提出在后。教材行文在時間關系上明顯與史實不符，表述上存在一定的邏輯問題，并導致歧義。

另外，筆者認為教材編寫者用“很快”、“棄置一旁”等詞語來形容湯姆孫原子模型在當時的處境，也甚為不妥。從湯姆孫發現電子從而確證原子可分之后，當時的“物理學家們根據自己的實踐和見解從不同角度提出各種不同的模型”[4]，而湯姆孫的原子模型被認為是“在1910年之前影響最大的一種”[5]。從1904年湯姆孫原子模型的正式提出，到1911年盧瑟福“物質對α、 β粒子的散射和原子構造”論文的發表，之間有六、七年的時間，在當時那個一年就有一個重大實驗發現的、群星璀璨的世紀之交，這個時間跨度，肯定不能說是“很快”。至于湯姆孫原子模型是否“還未被大多數科學家了解”、并被“棄置一旁”，可進一步考證。

2 史料考證

2.1 關于“一尺之棰，日取其半，萬世不竭”觀點提出者的考證

惠施有自己的哲學觀點，即《莊子》中提到的“歷物之意”[6]，錢穆先生也認為“歷物之意者，實惠施學說之結晶”[7]。“惠施以此為大，觀于天下而曉辯者”[8]，可見惠施對自己的觀點是很得意的，“自以為最，觀照天下，曉示辯人也”[9]。而“天下之辯者相與樂之”[10]，當時的辯者也就經常與惠施展開觀點辯論，以此為樂。“當時妙辯的風氣，是惠施開的端”[11]。“尺棰之爭”便是當時最有名的辯題之一，要知道惠施對這個辯題的觀點究竟如何，最好就是從他的“歷物之意”中去探尋。

《莊子》中提到惠施的“歷物之意”，開頭兩句是：“至大無外，謂之大一;至小無內，謂之小一”，仔細體會，“小一”的概念不就是指“物質可分割到一定的限度而不能再分”[12]的意思嗎？這個觀點與墨子的“非半弗斫，則不動，說在端”幾乎就是一個意思。由此可推知，惠施不是那個提出“物質無限可分”的人。

那么提出“一尺之棰，日取其半，萬世不竭”這句話的“辯者”是誰呢？中國科學院科學史研究院研究員戴念祖先生在人大版《物理學史》[13]一書的譯后記中提出是戰國時代公孫龍（即提出“白馬非馬”觀點的著名辯者）的論斷。

對此，筆者也有不同的看法。戴先生在譯后記中提到“惠施（約公元前370～前310），公孫龍（約公元前320～公元前250）”[14]，從二人的生卒年份看，惠施死的時候，公孫龍也就10歲左右，錢穆先生也認為“施、龍之年輩不相及，其未能相交游，亦已明矣”[15]。而《莊子》中記載：“辯者以此與惠施相應，終身無窮”[16]，說明與惠施作“尺棰之爭”的辯者應是與惠施同時代的、能互相辯論得起來的人，而不應該是一個尚處于童年的公孫龍。《莊子》說“公孫龍，辯者之徒”[17]，錢穆先生“推其文義，公孫自是辯者之后起，莊子原文，亦并不謂公孫親與惠施相辯也”[18]。由此，筆者得出結論，提出“一尺之棰，日取其半，萬世不竭”這句話的既不是持“小一”（有限可分）觀點的惠施，也不是當時年紀尚小的公孫龍，而是與惠施在辯論方面“相與樂之”的某位辯者。具體還有待考證。

另外，教材中將惠施這段寫在年代比他更早的墨子之前，容易給人造成一種誤解，以為惠施早于墨子，亦甚為不妥。

2.2 關于湯姆孫原子模型的提出及當時科學家圍繞這個原子模型開展相關科學研究的考證

2.2.1 湯姆孫原子模型的提出及其自身所做的論證研究

清華版《物理學史》[19]中有以下記載：

1904年，J.J.湯姆孫發表論文“論原子的結構： 關于沿一圓周等距分布的一些例子的穩定性和振蕩周期的研究”。在這篇論文里，他運用經典力學理論，……，求證電子穩定分布所應處的狀態。他假設原子帶正電的部分像“流體”一樣均勻分布在球形的原子體積內，而負電子則嵌在軀體的某些固定位置。湯姆孫為此進行了模擬實驗（梅尼磁針實驗）證明自己理論的正確性。

在湯姆孫的原子模型中最重要的是原子內的電子數。為此，湯姆孫設計了X射線和β射線的散射實驗，希望通過射線和原子中電子的相互作用，探明原子內部電子的數目。

2.2.2 當時科學家圍繞湯姆孫原子模型開展的相關科學研究

清華版《物理學史》[20]中有以下記載：

巴克拉（C.G. Barkla）進行了X射線散射實驗，測定了原子中的電子數n與原子量A的關系為n≈2A。據此湯姆孫判定n與A同數量級。1910年，克勞瑟根據湯姆孫的β散射理論，推證得出n=3A，而盧瑟福從α散射實驗得到n≈12A。

1908年，盧瑟福的助手蓋革在用閃爍法觀測α散射時，發現金箔的散射作用比鋁箔強。盧瑟福建議蓋革系統地考察不同物質的散射作用，并讓學生馬斯登協助工作……。他們發現在閃鋅屏上總出現不正常的閃光，為此，盧瑟福建議他們試試讓α粒子從金屬表面上直接反射，這就導致了馬斯登觀察到α粒子碰撞金屬箔產生的大角度散射的驚人結果。

當盧瑟福知道這個結果時，他覺得實在難以置信，因為這無法用湯姆孫的原子模型和散射理論解釋。盧瑟福對這個問題苦思了好幾個星期，終于在1910年底，經過數學推算，證明“只有假設正電球的直徑小于原子作用球的直徑，α粒子穿越單個原子時，才有可能產生大角度散射”。并于1911年在《哲學雜志》上發表了題為“物質對α、 β粒子的散射和原子構造”的論文。

1910年，奧地利物理學家哈斯（A.E. Haas， 1884～1941）在湯姆孫原子模型的基礎上，首次嘗試將量子假說運用于原子結構的分析[21]。

2.2.3 考證結論說明

根據以上史實，我們可以得出兩點結論：

（1） 從1904年，湯姆孫提出原子模型，到1911年盧瑟福發表原子有核模型的論文，這七年的時間里，物理學家分別從理論和實驗兩個角度對湯姆孫模型展開了深入的研究。更具重要意義的是，正是湯姆孫和他的學生們對原子結構開展的系列散射研究導致了α大角度散射實驗，從而證實了原子核的存在。

（2） 盧瑟福在知道α粒子碰撞金屬箔產生的大角度散射的結果后，覺得“驚人”、“反常”，正是因為他仍試圖用湯姆孫原子模型和散射理論去解釋這個現象，在“實在難以置信”、理論與實驗事實“結果相差太遠”后，才苦思幾周，重新推算，提出新的假設。說明在1910年，仍沒有其他可令盧瑟福信服的新模型或新理論，從而可證明，湯姆孫原子模型和相關理論在當時的影響力，確實在“1910年之前是影響最大的一種”。

繼續查閱相關事實，還能發現：

1911年，第一屆索爾威國際物理研討會，盧瑟福參加了，但在會議記錄中竟沒有提到盧瑟福的新近工作[22]。

1913年，J.J.湯姆孫在做原子模型系列講座時，沒有提到有核模型（請注意： 此時還是由湯姆孫在做原子結構方面的講座，顯然此時他的模型還是主要的研究基礎）。有人查過當年的報刊文獻，對盧瑟福的原子模型理論幾乎沒有任何反響[23]。

直到，1913年，蓋革和馬斯登對α散射實驗又作了許多改進，發表了全面的實驗數據，進一步肯定了盧瑟福的理論。同年，玻爾將量子學說應用于有核模型，并成功解釋了氫原子光譜。到1914～1915年，盧瑟福的有核理論終于得到了世人的公認[24]。

從上述史料可以看出，從1904年湯姆孫提出他的原子結構模型，一直到1913年蓋革和馬斯登的α大角度散射實驗的全面數據發表，這將近十年的時間里，湯姆孫模型一直是最重要的模型。因此，湯姆孫原子結構模型既不是“很快”、更不是“被棄置一邊”，而正是從這個模型的提出開始，為進一步探索原子結構指出了一條道路，有力地推動了盧瑟福有核模型的發現，人類對原子結構的探索才取得了新的突破。

3 關于教材修改建議

教材是師生開展教學活動的重要文本依據，行文表述和史料引用都要體現出必要的科學性和嚴謹性。

3.1 關于“尺棰之爭”的觀點表述修改

建議將原文改為：“我國古代有人提出： ‘一尺之棰，日取其半，萬世不竭，認為物質是無限可分的。”

3.2 關于湯姆孫原子模型歷史影響的表述修改

建議將原文改為：“湯姆孫提出的原子模型指出了原子是有結構的。人們對原子結構的探索在觀察到α射線大角度散射實驗現象后又取得了新的突破。”

并將原文中介紹倫琴發現X射線和貝克勒爾發現天然放射性的相關內容，移至湯姆孫發現電子和提出原子結構模型之前，以符合科學發現史。

參考文獻：

[1]姚子鵬主編.高級中學課本·化學（高中一年級第一學期）（試用本）（第1版）[M].上海： 上海科學技術出版社， 2007：3～4.

[2][6][8][9][10][16][17]郭象注，成玄英疏.莊子注疏（第1版）[M].北京： 中華書局， 2011： 571～574.

[3][7][11][15][18]錢穆著.墨子惠施公孫龍（第1版）[M].北京： 九州出版社， 2011： 54～55，44.

[4][5][19][20][21][22][23][24]郭奕玲，沈慧君編著.物理學史（第2版）[M].北京： 清華大學出版社， 2005： 224～231.

[12][13][14]弗·卡約里著.戴念祖譯.物理學史（第1版）[M].北京： 中國人民大學出版社， 2010： 299.