五、古代原子論的優缺點
在德謨克利特的哲學中,所有原子均由同樣的實體組成,現代物理學的觀點在這方面非常接近於赫拉克利特的觀點。德謨克利特認為原子是物質的永恆的、不可毀滅的單位,它們決不能相互轉化;這顯然是錯誤的,對此現代物理學採取了明確地反對德謨克利特。基本粒子的確不是永恆的、不可毀滅的物質單位,它們實際上能夠相互轉化。事實上,如果兩個這樣的粒子以很高的動能在空間中運動,並且互相碰撞,那麼,從有效能量可以產生許多新的基本粒子,而原來的兩個粒子可以在碰撞中消失。德謨克利特認為原子不可再分,也被證明是錯誤的。德謨克利特的原子理論雖然存在著錯誤和不完善,但對後世物質理論的形成仍具有先導作用,為現代原子科學的發展奠定了基石。
六、古代原子論的積極影響
對量子力學的先驅們來說,古希臘的原子論是可敬的,比如量子力學的創始人之一維爾納·海森堡曾反覆強調古希臘原子論的先導地位。另一位量子力學先驅沃爾夫岡·泡利則稱古希臘的原子論為“理性思維模式的勝利”。而美國物理學家理查德·費曼則說過許多關於原子的金句,比如這句“天文學中最卓越的發現在於造就群星的原子與地球上的原子相同”。
另外,他在《費曼物理學講義》的開篇語中曾對原子論的這種強大的定性解釋能力作了令人印象深刻的概括:“假如,在某種大災難中,所有科學知識都將被毀,只能有一句話傳於後世,什麼話能用最少的詞彙包含最多的資訊?我相信是原子假設,即萬物皆由原子—一些永恆運動著的、稍稍分離時相互吸引、彼此擠壓時相互排斥的微小粒子—組成。你們將會看到,在那樣一句話裡,只要用上一點點想象和思考,就有著關於世界的巨量資訊。”
只要將古希臘的原子論與費曼這段話作一個比較,就不難發現,費曼提到的“萬物皆由原子組成”、原子“永恆運動著”“彼此擠壓時相互排斥”以及“微小粒子”等性質都已在很大程度上被古希臘的原子論涵蓋了。
七、近代原子論的前導
原子的英文名是從希臘語轉化而來,原意為不可切分的;大約2700年前古希臘和古印度的哲學家就提出了原子的不可切分的概念。17和18世紀時,化學家發現了物理學的根據:對於某些物質,不能透過化學手段將其繼續的分解。1789年,法國化學家拉瓦錫定義了原子一詞,表示化學變化中最小的單位。
近代德國哲學家戈特弗裡德·威廉·萊布尼茨(1646-1716,歷史上少見的通才,被譽為十七世紀的亞里士多德)認為,單子是能動的、不能分割的精神實體,是構成事物的基礎和最後單位。單子是獨立的、封閉的,然而,它們透過神彼此互相發生作用,並且其中每個單子都反映著、代表著整個的世界。萊布尼茨的單子論包含了比較豐富的辯證法思想,揭示出人類意識的本性、機能和發展過程;這些思想為後來的德國古典哲學家所繼承,也受到了馬克思、恩格斯的肯定。
18世紀,克羅埃西亞數學家、天文學家、物理學家羅傑·約瑟夫·博什科維奇(1711-1787)基於牛頓的粒子說和力的概念以及萊布尼茨的單子論提出了他的原子論。他提出了原子間的相互作用力與它們間距離的波動關係,並提出了相互作用力的數學模型。博什科維奇的原子論被後世廣泛運用,例如對於構成化合物的粒子為何能被分開的解釋。博斯科維奇試圖以沒有大小、只有力學作用的原子模型來說明所有已知的物理現象,這為後來的氣體分子運動論打下了基礎。
八、道爾頓提出近代原子論
在近代原子論的建立中,英國化學家約翰·道爾頓(1766-1844)做出了不可磨滅的貢獻,他通常被看成是科學原子論之父。1803年9月,道爾頓繼承古希臘樸素原子論和牛頓微粒說,基於波義耳、拉瓦錫、萊布尼茨和博什科維奇的研究成果,即化學元素是用已知的化學方法不能進一步分析的物質,同古代原子論的觀點結合起來,提出了近代原子論。他指出,有多少種不同的化學元素,就有多少種不同的原子;同一種元素的原子在質量、形態等方面完全相同。他還強調查清原子的相對重量以及組成一個化合物的原子的基本數目極為重要。關於原子組成化合物的方式,道爾頓認為這是每個原子在牛頓萬有引力作用下簡單地並列在一起形成的,在化學反應後,原子仍保持自身不變。
道爾頓的原子論不僅成功地解釋了許多化學現象和化學倍比定律,還進一步揭示了它們的內在聯絡,使古代樸素的原子論思想進化為科學的原子論。但由於實驗證據的缺乏和道爾頓表述的不力,當時原子論並沒有立即被廣大化學家所理解和接受。當時,既有相當多的化學家利用原子論解釋問題,也有不少化學家討厭道爾頓的原子論。道爾頓原子論的觀點直到20世紀初才被廣泛接受。儘管現代科學的發展在一定程度上修正了原子本身的物理不可分和萬有引力將原子連線在一起的觀點,但是道爾頓對原子的定義卻被廣泛地接受下來。
對原子論進行了最有力宣傳的並不是道爾頓,而是曾在格拉斯哥大學任教授的化學家托馬斯·湯姆遜(1773-1852);他是英國第一個公開讚賞道爾頓原子論的化學家。道爾頓也受到湯姆遜的啟發,將原子論的研究重點由原來的物理方面轉向了化學方面。
道爾頓原子論認為,物質世界的最小單位是原子,原子是單一的、獨立的、不可被分割的,在化學變化中保持著穩定的狀態,同類原子的屬性也是一致的。道爾頓揭示出了一切化學現象的本質都是原子運動,提出了較系統的化學原子學說,引入了原子和原子量,認為所有化學元素都是由原子組成的。他使用原子理論解釋無水鹽溶解時體積不發生變化的現象,率先給出了容量分析法原理的描述,做出了開拓性的貢獻。他最先從事測定原子量工作,提出用相對比較的辦法求取各元素的原子量,並發表第一張原子量表,為後來測定元素原子量工作開闢了光輝前景。
道爾頓原子理論是人類第一次依據科學實驗的證據,把原子學說第一次從推測轉變為科學概念;他系統地闡述了微觀物質世界,是人類認識物質世界的一次深刻的具有飛躍性的成就。在哲學思想上,道爾頓的原子論揭示了化學反應現象與本質的關係,繼天體演化學說誕生以後,又一次衝擊了當時僵化的自然觀,為科學方法論的發展、辯證自然觀的形成及整個哲學認識論的發展具重要意義。恩格斯指出,化學新時代是從原子論開始的,道爾頓被稱為“近代化學之父”。