原子論的演變及啟示*

馮一兵

(信陽師范學院物理與電子工程學院 河南 信陽 464000)

1 原子論提出的背景

世界的本原，即宇宙萬物由何而生，是一個古老的話題.在中國古代，有萬物源于“道”、“易”、“太極”、“陰陽”、“五行”、“理”等等的本原觀念.

在古希臘時代，米利都學派的泰勒斯首先提出“水”是世界的本原.泰勒斯之后，他的同鄉(xiāng)和學生阿那克西曼德認為萬物的本原是“無限者”.而阿那克西米尼認為是“氣”，赫拉克利特說是“火”，畢達哥拉斯則別出心裁地說是“數(shù)”，巴門尼德認為是無限的“一”，等等.世界如此復雜，它的本原到底是一個還是多個呢？米利都學派認為只有一個.那么，此時就涉及到另外一個問題，即“一”又是如何轉化成萬物的呢？這就是哲學上的“一”與“多”和“變”與“不變”的問題.阿那克西曼德首先表達了此為運動的必然性.赫拉克利特則認為“一切皆流，萬物常新”.但巴門尼德卻認為實在是永恒不變的，變化只不過是感官的虛構.

為了解決赫拉克利特和巴門尼德的對立，公元前5世紀，恩培多克勒提出世界的本原由土、氣、火、水四種元素構成，由此改變了前人的一元論，進入了多元論，從而引發(fā)了一元論和多元論的對立.阿那克薩哥拉認為世界的本原是一種叫“種子”(或稱胚種)的東西，“種子”是萬物之源，是永恒存在的，沒有產生，沒有消滅，各類種子數(shù)量無限，種類無限，不能互相生成和轉化，可以無限分割，“沒有最小，總有更小”.“種子”在“奴斯”的推動下結合或分離，生出萬物.“四元素說”和“種子說”均把世界的本原看成是物質的，并歸結為物質微粒，從而天才地觸及到了物體的內部結構，為古希臘原子論學說的產生奠定了思想基礎[1].

2 古代原子論的提出

在前期各種物質始原學說的基礎上，古希臘哲學家留基伯和德謨克利特開創(chuàng)了原子唯物論哲學.一般認為，原子論的最早提出者是留基伯.德謨克利特是留基伯的學生，他繼承和發(fā)展了原子論學說.所以，他們二人常常被相提并論.事實上兩人關于原子論的論述已經無法分清楚了，通常把留基伯與德謨克利特合稱為最早的原子論者[2].

原子論認為萬物的本原是原子和虛空.原子是一種最后的不可分割的物質微粒，它的基本屬性是“充實性”，每個原子都是毫無空隙的;虛空的性質是空曠，原子得以在其間活動，給原子提供了運動的條件和空間.原子的數(shù)目是無窮的，彼此之間沒有性質的區(qū)別，只有形狀、體積和序列的不同.運動是原子固有的屬性，原子永遠運動于無限的虛空之中，它們互相結合起來，就產生了各種不同的復合物，原子分離，物體便歸于消滅.原子論者甚至認為人的靈魂也是由原子構成的，但那是最精細的原子，當構成靈魂的原子分散時，生命滅亡了，靈魂也就消失了.世間萬物的多姿多彩是因為原子的形狀、位置、排列方式不同罷了，即“萬物歸一，且多姿多彩”.原子論者認為存在產生于存在;實在是永恒不變的，變化只不過是感官的虛構.與此同時，他們認為也不能否認變化正在進行，萬物不斷運動，運動是原子的本質特征之一.這就保持了赫拉克利特萬物流變的思想.至于原子為什么能運動，此時的原子論者未能做出最終解釋.

原子論者還解釋了宇宙的演化.原子沉重而下墜，其中較大者下墜得更快，從而迫使輕者上升，這種作用造成回旋運動.具有同樣大小和重量的原子集合在一起，于是分別構成空氣、水和土，其中較輕者散向周圍，構成星體和以太.這樣就產生了許多世界，且各有其中心，并形成球形體.這便是漩渦運動說，后來康德的星云假說就與此有著許多相同內容.

3 近代科學原子論的誕生

古羅馬帝國衰亡之后，歐洲進入了中世紀的千年黑暗時期.如同整個古希臘文明留在歷史的記憶里一樣，原子論哲學也被遺忘在歷史典籍里.到了近代初期，隨著文藝復興運動的興起，古希臘文明又奇跡般的復蘇，原子論也隨之復興，并對當時的科學產生了廣泛而深遠的理論影響.玻意耳的“火粒說”，貝歇爾和施塔爾的“燃素說”，玻意耳“化學元素”的定義,牛頓的“微粒說”以及之后的“熱質說”等，也都明顯受到古希臘原子論的影響.隨后，古希臘原子論最終孕育出了道爾頓近代科學的化學原子論.

1803年10月，在曼徹斯特的一次活動中，道爾頓第一次闡述了他的科學原子論.他提出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(wěn)定的狀態(tài);同類原子的屬性是一致的.道爾頓原子理論是人類第一次依據(jù)科學實驗的證據(jù)，系統(tǒng)地闡述了微觀物質世界，是人類對物質世界認識上的一次深刻的、具有飛躍性的成就.具體來說，其要點是：(1)化學元素由不可分的微?！訕嫵?，它在一切化學變化中是不可再分的最小單位；(2)同種元素的原子性質和質量都相同，不同元素原子的性質和質量各不相同，原子質量是元素的基本特征之一；(3)不同元素化合時，原子以簡單整數(shù)比結合.

道爾頓就這樣把古希臘原子論發(fā)展成為近代科學的原子論，把元素和原子兩個概念聯(lián)系在一起，使每一種元素成為具有一定(質)量的同類原子.道爾頓的原子論給古希臘哲學中思辯的原子論思想賦予了可由實驗檢驗的內容，從而促進了唯物主義哲學的發(fā)展.此外，道爾頓的原子論作為一種物質觀，提供了一種新的認識論和方法論，即把復雜的宏觀現(xiàn)象歸結為微觀的簡單要素的認識方法.由于道爾頓運用理論思維方法確認了當時尚不能觀察到的原子的存在，即用科學抽象的方法發(fā)現(xiàn)了隱藏在現(xiàn)象背后的原子本質，從而促進了理論思維方法的應用，充實了方法論的內容.

4 現(xiàn)代原子結構理論

又經過相當長時期的探索，到了20世紀，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了原子內部的電子、質子、中子及其他基本粒子，從而通過物理途徑對道爾頓的化學原子本身的結構和內部運動規(guī)律又有了比較清楚的認識.之后逐步建立起現(xiàn)代的原子結構理論，這是對近代科學的化學原子論的進一步深入.

1897年，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了原子內的電子并相應地提出了原子的“果仁面包”模型.1911年，盧瑟福通過粒子散射實驗發(fā)現(xiàn)了原子核，提出原子的有核模型.1913年，玻爾在盧瑟福所提出的有核模型的基礎上，結合原子光譜的經驗規(guī)律，應用普朗克于1900年提出的量子假說和愛因斯坦于1905年提出的光子假說，提出了原子的軌道模型.1924年，德布羅意提出微觀粒子具有波粒二象性的假設;由此，薛定諤和海森伯等人于1925～1926年建立了原子的量子力學模型等.這些物理上的原子結構理論的提出和建立，大大推動了原子論哲學的進一步深入.

5 啟示

從思辨性的古代原子論到科學的化學原子論再到現(xiàn)代物理原子結構理論，原子論的演變歷程帶給人們諸多有益的啟示.

5.1 揭示了簡單性和還原性的思想淵源

縱觀原子論的演變歷程，可發(fā)現(xiàn)其思維方式中蘊含著兩個基本思想,簡單性和還原性[3,4].

所謂簡單性，即古希臘原子論哲學家所持有的一種信念，認為大自然是簡單的，自然界從不用麻煩而困難的方法去做那些用簡單的方法就可以完成的事情.由此，用以描述自然界的方式也應該是簡單的.原子論及其思維方式最大的優(yōu)勢就在于能通過這種簡單性清楚、精確、明晰地表達事物，并盡可能地擯棄主觀對認識過程的滲透和介入.

所謂還原性，是指古希臘原子論哲學家把物質世界看作是一架可以不斷拆卸、不斷分割的機器.宇宙可以被分解，直至分子、原子.還原性思想中包含有三個基本假設:第一，所有事物都可以分解還原為最基本的組成要素；第二，將所有要素加到一起，得到原物的整體；第三，如果解決了各個要素的問題，就相當于解決了整體的問題.這種認識實際上就是一種機械論，也是西方科學還原論思想的基礎.

5.2 發(fā)展出構成論與生成論兩種不同的本原說

科學思想是從探討宇宙的本原和秩序開始的.所謂本原意指一切存在物都由它構成，或一切存在物都由它生成.前一種觀點稱為構成論，而后一種觀點稱為生成論.構成論和生成論的不同在于，前者主張變化是不變要素的結合和分離，而后者則主張變化是“產生”和“消滅”或者轉化.這兩種觀點在古代東方和西方都產生過，但在西方構成論是主流，而在東方生成論是主流.構成論的思想經由古希臘原子論在近代科學中復活而深遠地影響著科學的產生和發(fā)展;而生成論的思想雖產生久遠但卻剛進入科學領域不久，目前還尚未得到科學家們的重視，但已引起了有關學者的注意和討論[5].

5.3 體現(xiàn)了科學思維和研究方法的重要性

原子論的演變歷程，乃至后來對科學的影響，充分地體現(xiàn)了科學思維方式和科學研究方法對科學發(fā)展的重要作用.從中可以得到以下結論：(1)哲學思辨是探索未知領域的重要方法之一；(2)實驗是科學理論建立和發(fā)展的動力和源泉；(3)辯證思維方法是現(xiàn)代科學研究的最基本的邏輯思維方式；(4)西方的還原論思想導致了不同于東方整體論思想所帶來的科學發(fā)展之路[6].

參考文獻

1 馬正兵，楊勝.從哲學思辨到科學實驗——原子論的發(fā)展歷程與啟示.湖南社會科學，2007(2)：24～26

2 鮑健強,樊亮,林思達.從原子理論發(fā)展看科學思維和研究方法的演變.浙江學刊，2009(3)：178～181

3 董光璧.從構成論到生成論——序關洪兄《現(xiàn)代原子論的演變》.科學文化評論，2007，4(4)：97～99

4 于秀彬.原子論認識模式之啟示.吉林師范大學學報(人文社會科學版)，2005(4)：19～21

5 彭湘慶.原子論認識模式發(fā)展的三個階段.湘潭大學學報(哲學社會科學版)，1997(6)：16～20

6 Richard P. Peynman. Science of atomism: a brief history. molecular imaging, 2009: 11～23