對教材中人類認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)歷程的行文質(zhì)疑與相關(guān)史料考證

張建波

摘要： 對上?？萍及娓咭换瘜W(xué)教材中人類認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)歷程的部分行文提出質(zhì)疑，認(rèn)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(yīng)的修改建議。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)教材; 惠施; 湯姆孫; 原子結(jié)構(gòu)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(xiàn)標(biāo)識碼： B

1 行文質(zhì)疑

上?？萍及娓咭换瘜W(xué)教材[1]開篇提到人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識經(jīng)歷了幾個(gè)歷史階段，涉及中國戰(zhàn)國時(shí)期諸子的物質(zhì)構(gòu)成思想、歐洲古希臘哲人的思考以及19世紀(jì)末20世紀(jì)初的諸多科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)。細(xì)讀下來，發(fā)現(xiàn)有些地方存在行文邏輯問題，有些陳述與史料不符?，F(xiàn)將其中兩段原文摘錄如下，并提出行文質(zhì)疑。

1.1 涉及中國戰(zhàn)國諸子思想的教材原文和行文質(zhì)疑

教材原文：“我國戰(zhàn)國時(shí)期的惠施說過： ‘一尺之棰，日取其半，萬世不竭。他認(rèn)為物質(zhì)是無限可分的?！?/p>

教材編寫者認(rèn)為這句話是惠施說的，并由此認(rèn)定惠施的觀點(diǎn)是物質(zhì)無限可分。

經(jīng)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(yīng)，終生無窮”。根據(jù)上、下文可以推理出這句話應(yīng)該是某位“辯者”提出來與惠施的觀點(diǎn)相辯駁的，并非惠施的觀點(diǎn)。具體可進(jìn)一步考證。

教材同時(shí)提到墨子認(rèn)為“物質(zhì)被分割是有條件的……這種不能再分割的部分，他稱其為‘端”?；菔┦且晃荒撸拥脑賯鞯茏樱駠麑W(xué)者錢穆先生認(rèn)為他屬“中原墨派”，并是“對墨家新哲學(xué)上最有貢獻(xiàn)的一個(gè)人”[3]。如果按教材的寫法，惠施認(rèn)為“物質(zhì)無限可分”的話，那么，作為墨徒的惠施與墨子觀點(diǎn)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(jì)末20世紀(jì)初原子結(jié)構(gòu)科學(xué)探索過程的教材原文和行文質(zhì)疑

教材原文：“由于人們對原子結(jié)構(gòu)的探索很快進(jìn)入了新的階段，湯姆孫提出的原子模型還未被大多數(shù)科學(xué)家了解就棄置一旁了，但這個(gè)模型指出了原子是有結(jié)構(gòu)的。人們對原子結(jié)構(gòu)的探索在發(fā)現(xiàn)X射線后才取得新的突破?！?/p>

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(fā)現(xiàn)，才導(dǎo)致人類對原子結(jié)構(gòu)的探索取得新的突破。

查閱物理學(xué)史可知，19世紀(jì)末20世紀(jì)初，有三個(gè)重大科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，即1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線，1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射性和1897年J.J.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子。在此基礎(chǔ)上，湯姆孫于1904年提出葡萄干面包原子結(jié)構(gòu)模型。從時(shí)間順序上看，必定是發(fā)現(xiàn)X射線在先，湯姆孫原子模型提出在后。教材行文在時(shí)間關(guān)系上明顯與史實(shí)不符，表述上存在一定的邏輯問題，并導(dǎo)致歧義。

另外，筆者認(rèn)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(dāng)時(shí)的處境，也甚為不妥。從湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子從而確證原子可分之后，當(dāng)時(shí)的“物理學(xué)家們根據(jù)自己的實(shí)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(rèn)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?！拔镔|(zhì)對α、 β粒子的散射和原子構(gòu)造”論文的發(fā)表，之間有六、七年的時(shí)間，在當(dāng)時(shí)那個(gè)一年就有一個(gè)重大實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的、群星璀璨的世紀(jì)之交，這個(gè)時(shí)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(shù)科學(xué)家了解”、并被“棄置一旁”，可進(jìn)一步考證。

2 史料考證

2.1 關(guān)于“一尺之棰，日取其半，萬世不竭”觀點(diǎn)提出者的考證

惠施有自己的哲學(xué)觀點(diǎn)，即《莊子》中提到的“歷物之意”[6]，錢穆先生也認(rèn)為“歷物之意者，實(shí)惠施學(xué)說之結(jié)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(diǎn)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(dāng)時(shí)的辯者也就經(jīng)常與惠施展開觀點(diǎn)辯論，以此為樂?！爱?dāng)時(shí)妙辯的風(fēng)氣，是惠施開的端”[11]?！俺唛⒅疇帯北闶钱?dāng)時(shí)最有名的辯題之一，要知道惠施對這個(gè)辯題的觀點(diǎn)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(nèi)，謂之小一”，仔細(xì)體會(huì)，“小一”的概念不就是指“物質(zhì)可分割到一定的限度而不能再分”[12]的意思嗎？這個(gè)觀點(diǎn)與墨子的“非半弗斫，則不動(dòng)，說在端”幾乎就是一個(gè)意思。由此可推知，惠施不是那個(gè)提出“物質(zhì)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(xué)院科學(xué)史研究院研究員戴念祖先生在人大版《物理學(xué)史》[13]一書的譯后記中提出是戰(zhàn)國時(shí)代公孫龍（即提出“白馬非馬”觀點(diǎn)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(shí)候，公孫龍也就10歲左右，錢穆先生也認(rèn)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(yīng)，終身無窮”[16]，說明與惠施作“尺棰之爭”的辯者應(yīng)是與惠施同時(shí)代的、能互相辯論得起來的人，而不應(yīng)該是一個(gè)尚處于童年的公孫龍?！肚f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(jié)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(diǎn)的惠施，也不是當(dāng)時(shí)年紀(jì)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(guān)于湯姆孫原子模型的提出及當(dāng)時(shí)科學(xué)家圍繞這個(gè)原子模型開展相關(guān)科學(xué)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(xué)史》[19]中有以下記載：

1904年，J.J.湯姆孫發(fā)表論文“論原子的結(jié)構(gòu)： 關(guān)于沿一圓周等距分布的一些例子的穩(wěn)定性和振蕩周期的研究”。在這篇論文里，他運(yùn)用經(jīng)典力學(xué)理論，……，求證電子穩(wěn)定分布所應(yīng)處的狀態(tài)。他假設(shè)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(nèi)，而負(fù)電子則嵌在軀體的某些固定位置。湯姆孫為此進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)（梅尼磁針實(shí)驗(yàn)）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(nèi)的電子數(shù)。為此，湯姆孫設(shè)計(jì)了X射線和β射線的散射實(shí)驗(yàn)，希望通過射線和原子中電子的相互作用，探明原子內(nèi)部電子的數(shù)目。

2.2.2 當(dāng)時(shí)科學(xué)家圍繞湯姆孫原子模型開展的相關(guān)科學(xué)研究

清華版《物理學(xué)史》[20]中有以下記載：

巴克拉（C.G. Barkla）進(jìn)行了X射線散射實(shí)驗(yàn)，測定了原子中的電子數(shù)n與原子量A的關(guān)系為n≈2A。據(jù)此湯姆孫判定n與A同數(shù)量級。1910年，克勞瑟根據(jù)湯姆孫的β散射理論，推證得出n=3A，而盧瑟福從α散射實(shí)驗(yàn)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(shí)，發(fā)現(xiàn)金箔的散射作用比鋁箔強(qiáng)。盧瑟福建議蓋革系統(tǒng)地考察不同物質(zhì)的散射作用，并讓學(xué)生馬斯登協(xié)助工作……。他們發(fā)現(xiàn)在閃鋅屏上總出現(xiàn)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(dǎo)致了馬斯登觀察到α粒子碰撞金屬箔產(chǎn)生的大角度散射的驚人結(jié)果。

當(dāng)盧瑟福知道這個(gè)結(jié)果時(shí)，他覺得實(shí)在難以置信，因?yàn)檫@無法用湯姆孫的原子模型和散射理論解釋。盧瑟福對這個(gè)問題苦思了好幾個(gè)星期，終于在1910年底，經(jīng)過數(shù)學(xué)推算，證明“只有假設(shè)正電球的直徑小于原子作用球的直徑，α粒子穿越單個(gè)原子時(shí)，才有可能產(chǎn)生大角度散射”。并于1911年在《哲學(xué)雜志》上發(fā)表了題為“物質(zhì)對α、 β粒子的散射和原子構(gòu)造”的論文。

1910年，奧地利物理學(xué)家哈斯（A.E. Haas， 1884～1941）在湯姆孫原子模型的基礎(chǔ)上，首次嘗試將量子假說運(yùn)用于原子結(jié)構(gòu)的分析[21]。

2.2.3 考證結(jié)論說明

根據(jù)以上史實(shí)，我們可以得出兩點(diǎn)結(jié)論：

（1） 從1904年，湯姆孫提出原子模型，到1911年盧瑟福發(fā)表原子有核模型的論文，這七年的時(shí)間里，物理學(xué)家分別從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)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(xué)生們對原子結(jié)構(gòu)開展的系列散射研究導(dǎo)致了α大角度散射實(shí)驗(yàn)，從而證實(shí)了原子核的存在。

（2） 盧瑟福在知道α粒子碰撞金屬箔產(chǎn)生的大角度散射的結(jié)果后，覺得“驚人”、“反?！?，正是因?yàn)樗栽噲D用湯姆孫原子模型和散射理論去解釋這個(gè)現(xiàn)象，在“實(shí)在難以置信”、理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)“結(jié)果相差太遠(yuǎn)”后，才苦思幾周，重新推算，提出新的假設(shè)。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(guān)理論在當(dāng)時(shí)的影響力，確實(shí)在“1910年之前是影響最大的一種”。

繼續(xù)查閱相關(guān)事實(shí)，還能發(fā)現(xiàn)：

1911年，第一屆索爾威國際物理研討會(huì)，盧瑟福參加了，但在會(huì)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(shí)，沒有提到有核模型（請注意： 此時(shí)還是由湯姆孫在做原子結(jié)構(gòu)方面的講座，顯然此時(shí)他的模型還是主要的研究基礎(chǔ)）。有人查過當(dāng)年的報(bào)刊文獻(xiàn)，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(shí)驗(yàn)又作了許多改進(jìn)，發(fā)表了全面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步肯定了盧瑟福的理論。同年，玻爾將量子學(xué)說應(yīng)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(rèn)[24]。

從上述史料可以看出，從1904年湯姆孫提出他的原子結(jié)構(gòu)模型，一直到1913年蓋革和馬斯登的α大角度散射實(shí)驗(yàn)的全面數(shù)據(jù)發(fā)表，這將近十年的時(shí)間里，湯姆孫模型一直是最重要的模型。因此，湯姆孫原子結(jié)構(gòu)模型既不是“很快”、更不是“被棄置一邊”，而正是從這個(gè)模型的提出開始，為進(jìn)一步探索原子結(jié)構(gòu)指出了一條道路，有力地推動(dòng)了盧瑟福有核模型的發(fā)現(xiàn)，人類對原子結(jié)構(gòu)的探索才取得了新的突破。

3 關(guān)于教材修改建議

教材是師生開展教學(xué)活動(dòng)的重要文本依據(jù)，行文表述和史料引用都要體現(xiàn)出必要的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

3.1 關(guān)于“尺棰之爭”的觀點(diǎn)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(rèn)為物質(zhì)是無限可分的?！?/p>

3.2 關(guān)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(jié)構(gòu)的。人們對原子結(jié)構(gòu)的探索在觀察到α射線大角度散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后又取得了新的突破?！?/p>

并將原文中介紹倫琴發(fā)現(xiàn)X射線和貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射性的相關(guān)內(nèi)容，移至湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子和提出原子結(jié)構(gòu)模型之前，以符合科學(xué)發(fā)現(xiàn)史。

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