三、原子论和化学

原子论的真正复兴是从道尔顿提出化学原子论开始的。在化学确立为一门科学之前，人们相信“四元素说”，即任何物质都是由水、土、火、气这四种元素按照一定比例组合成的。炼金术在当时之所以流行，就在于人们相信可以通过改变贱金属中四种元素的组成，使贱金属转化为金银等贵重金属。波意耳把元素定义为“用一般化学方法不能再分解成更简单的某些实物”，指出了炼金术的荒谬性，把化学从炼金术中解放出来。波意耳认为在化学反应中元素是保持不变的，一种元素不可能转化为另一种元素。尽管波意耳提出了化学元素说，由于当时化学还处于启蒙阶段，他自己把空气、水等都当作基本元素看待，而不是今天我们所说的混合物或化合物。

在氧气发现之前，人们以燃素说来解释燃烧现象。拉瓦锡在研究燃烧现象后，提出了氧化说，推翻了燃素说。拉瓦锡认为，燃烧是可燃物质与空气中的氧气发生的化学反应。道尔顿在质量守恒定律、定比定律、倍比定律的基础上，提出了化学原子论，把化学元素归结到原子上，一种元素就是同一种原子的总称，化学反应就是原子的分离和组合。道尔顿把原子从一个哲学思辨的概念转变为化学变化中的实体，对此，恩格斯给予高度评价，认为道尔顿的原子论给整个科学创造一个中心，并给研究工作打下巩固基础的发现。后来阿夫加德罗在道尔顿的基础上提出了分子学说，从此，原子-分子论成为化学的理论基础，化学的发展从经验的积累上升到理论概括的新阶段。化学家不断地发现了新元素，测量元素的原子量，寻找元素之间的联系，进而在1869年门捷列夫发现了元素周期律。

化学变化不同于物理变化，在化学反应中，除了物质形态、外观、能量的变化外，还存在着旧物质的消亡和新物质的产生。而化学原子论把化学变化归结为原子的机械运动和组合，原子在整个过程中不发生变化，新物质和新属性的产生仅仅在于原子的组合方式的变化上。这本质上还是机械论的还原论，把高层次的化学变化还原为原子的机械运动，化学变化的整体性、层次性被取消了。对此，就连波意耳也表示过怀疑：“我建议的关于特性本源的微粒理论，其重大困难就在于自然物体中实际见到这样种类繁多的特性会起源于这样少的两种因素，而且简单到只是物质和位移运动，这是不能令人置信的。”10

黑格尔把整个自然界看作一个过程，对于化学变化，黑格尔认为它是无机自然界到有机自然界的过渡阶段，化学过程是无机自然界的顶峰，是在向生命过程过渡做准备。“化学过程假如能自动的继续进行下去，那就会成为生命。”11黑格尔反对化学原子论，反对把元素看做是化学过程中的固定不变的质料。“有人站在化学的立场上，以为必须把元素理解为物体的普遍组成部分，一切物体都被假定为是由一定数量的元素组成的，他们的出发点在于认为一切物体都是复合的，于是思想所关切的事情就是把质上得到无限多样的规定的、个体化的物体归结为少数非复合的、因而普遍的质。”12黑格尔认为化学反应是一个整体的过程，各种元素是整个变化过程中的不同环节的展现，元素不是凝固不变的，不是最终产物的固定组成部分。“物理过程具有各种元素相互转化的规定；有限物理学完全不认识这一点，它的知性总是坚持着长久不变的东西的抽象同一性，因而各种元素作为复合元素就仅仅在分解和分离，而不真正相互转化。”13

黑格尔认为化学原子论的错误在于：以静止的、凝固的观念来看待元素，不同元素在整个反应过程中是相互独立的存在物，不会相互转化，仅仅把化学变化归结为不同元素的原子在空间中的重新组合。“化学家认为，在这个或那个过程产生的僵死产物是应该加以描述的重要事实；但实际上过程及其阶序才是重要的事实，过程的进展是决定因素，物体个体的规定性只有在过程发展的不同阶段才有其意义。”14在黑格尔看来，化学反应是一个过程，元素不是在整个过程中始终保持不变的那种固定东西，所有元素都融合到过程的进展中，不同元素不是并列存在的互不相干的空间上的关系，而是相互转化统一到过程的时间序列中，不同的元素体现在过程的不同阶段上，后一种元素可能就把前一种元素包含在自身之内，最终产物也不是元素的组合，而是过程的产物。

黑格尔还引用了一个叫里特尔的化学家做的实验来驳斥化学原子论：取一根U形玻璃管，将水注入管内，在中段放上水银，把水分到玻璃管的两端。他用一根穿过水银的金属丝，使两部分水相互沟通，并把水与电联结起来，这时一部分水就变成氢气，另一部分水变成氧气，以致玻璃管的每一端只显示出一种气体。”15按照现在的化学理论来分析，假如水仅是氢氧两种元素组合成的，氢离子和氢氧根离子是不能通过水银柱而到达另一边的，而每一部分水都只产生一种气体，那么该部分水的另一种元素到哪里去了呢？显然无法解释。黑格尔认为，氢气与氧气反应生成水，但水不是两者的组合，在这个反应中空气是作为背景物质参与其中的，而空气决不是几种气体的混合物。水电解产生氧气和氢气，也有许多潜在的物质参与这个过程。所以不能仅仅根据可以观察到的物质的产生和消失来推断物质的组成成分。

在黑格尔时代，道尔顿的原子论提出不久，化学还处于初创阶段。尽管他大声疾呼，以他的辩证法批判化学中充斥的形而上学，反对把元素看做是物质普遍组成成分和在反应过程中始终保持不变的抽象同一性。但黑格尔的主张并没有得到化学家的响应。相反，在大多数化学家看来，黑格尔不亲自实践，以逻辑思辨来建构化学理论，才是真正的形而上学。

化学家沿着道尔顿指引的道路前进，不断寻找基本元素，测量元素的原子量。门捷利夫归纳总结出了元素周期律，揭示了元素性质与原子量之间的联系。对于元素周期表，人们给予高度的评价，认为它不仅揭示了不同元素之间的内在联系，还向人们展示了元素的质与量之间的相互关系，是对辩证法的质量互变原理的印证。

其实，按照唯物辩证法的质量互变规律，质变与量变是事物整个变化过程中的内在环节，质与量是统一到变化过程中的，过程是质与量互相转化的内在序列。而在元素周期表中，各元素之间是相互独立的，在化学反应中各元素始终保持不变，不会相互转化，它们各自独立地参与化学反应，只是空间上的一种并列存在的平行关系。只有各元素相互转化，统一到化学过程的时间序列中，反应进程中后一种元素把前一种元素作为内在环节包含在自身之中，元素的质与量才是真正的相互转化的关系，质与量的关系才是内在的、必然的。所以，元素周期表只反映了独立存在的各元素的性质和原子量之间的外在对应关系，不存在量与质之间的转化。即使后来把原子序数与元素的核电荷数联系起来，也只是主观建立起来的外在联系。

此外，由于化学原子论把元素固定化为不变的质料，没有认识到元素之间的转化和内在联系，元素周期律不仅没有揭示出元素质与量的内在联系，反而把元素的内在性质归结到外在的量上。例如，我们认为氮与氧的化学性质之所以不同，是因为它们的核电荷数不同，氮的原子核的质子数和中子数与氧原子核的质子数和中子数不同，而所有的质子之间，以及所有的中子之间都是没有差别的。好像只要给氮原子核增加一个质子和中子，氮就成了氧。既然认为元素的化学性质决定于核电荷数，这样元素内在的质的规定性就被外在的量取代了。

四、原子论的局限性

原子论与数学具有天然的一致性，它们是近现代科学赖以建立和发展的两个基石。每一学科都找到一个对应的粒子为对象，建立数学模型，写出数学表达式，从而实现定量描述和完成理论的建构工作。数学是反映纯粹空间关系和量的变化的一门基础科学，当把研究对象分割成粒子时，就是以粒子之间的外在空间关系和粒子的运动来描述对象的性质和变化规律。数学与原子论珠联璧合，推动了科学理论的发展，实现了科学的定量描述的内在要求。而各种整体观理论，因为不能与数学联姻，不能实现定量描述，而被科学拒之门外。

事物的发展总是呈现出否定之否定规律。随着非线性科学、复杂性科学如信息论、系统论、自组织理论的兴起，整体的观念、系统的观念开始流行，而原子论的还原论却遭受到前所未有的挑战。耗散结构理论的创始人普里高津批判经典物理甚至相对论、量子力学都只是关于存在的科学，而不是演化的科学。在这些理论中，时间只是变化过程的外部参量，而不是变化的内在尺度，时间是反演不变的。在混沌现象中，系统的变化呈现出对初始条件的敏感性，一个因素的微小扰动可能会产生意想不到的结果。原子论的还原论正遭遇这样的尴尬：越是想实现精确的定量描述，越要把事物分割成更小的单元，而理论的预测与现实差距越大。

原子论的还原论在处理非线性问题时无能为力，原子论能实现定量描述，但却不能反映事物的质变。因为当把研究对象分割成粒子时，就只有粒子运动速度的变化和粒子之间的空间关系的变化。而事物的变化是质变与量变的统一，量变超出一定尺度就引起质变，当事物发生质变后，量变不是按照原来的趋势进行，而是有了新的起点和新的规律。所以基于原子论的科学理论忽视了变化过程中的质变，必然也不能实现真正精确的定量描述。例如基于粒子运动而建立的金属电子论、超导理论、半导体理论在处理现实问题时往往只在一个有限的范围内有效。不同的物质存在一个不同的临界温度，达到这个温度物质就要发生质变。而把热的本质归结为分子的运动时，无论温度怎么变化，单个分子运动速度的变化和所有分子之间关系的变化都是基于一个外在空间的，这样的变化是外在的，没有回归分子，也没有回归到物体上。物体温度的变化没有反馈到物体自身，只有量变，没有质变，物体的温度只是物体一个抽象的外在属性。只有从物体与外界物质之间的联系来理解温度，物体温度的变化通过与他物的联系而反馈自身，使自身发身变化，这样的温度才是物体内在的属性。

原子论的还原论不仅排除了质变，还把时间从变化中排除出去。德谟克里特的原子需要以虚空的存在为前提，同样，当把事物孤立起来进行分割时，以粒子的运动和粒子之间的关系来描述事物的属性和变化规律，牛顿的绝对空间就复活了。在潜意识中，我们是以这样的绝对空间为背景来衡量单个粒子的运动，并为所有粒子建立一个外在的关系。这样的空间存在于物质之外，那么时间也从物质和物质的变化中分离出来。绝对空间存在的意义就是赋予所有独立存在的个体以一个外在的抽象同一性，使之建立一个外在的关系。在整体论的框架内，万物本来就是相互依存的整体，就不需要一个外在的空间从外面赋予万物以同一性，绝对空间才是多余的，时间也才是物质的内在变化尺度。

随着自然科学的发展，数学的地位被抬高到一个前所未有的高度。一门科学不能建立数学表达式实现定量描述，就不能作为一门真正意义上的科学。然而数学本身的局限性却被忽略了。数学是一门量的科学，可以反映粒子之间的空间关系和不同变量之间的函数关系。但事物的变化是质变与量变的统一，当事物发生质变时，不仅原有的属性之间的关系发生变化，而且还有新的规定性的产生。而数学方程一旦确定，其变量的个数是固定的，并且变量之间的关系也是不变的，即某个变量的变化只会分别引起其他变量的相应变化，而不会改变变量之间的关系，所以数学方程只能反映事物原有属性之间的量的变化关系，反映不出事物质的变化。数学方程跟不上事物变化的步伐，只能在事物变化的一定阶段内有效。万有引力定律和库仑定律在距离趋于零时失效，理想气体的状态方程只能在一定温度和压强下适用。奇怪的是，既然不存在引力灾难和电场力灾难，为什么要把瑞利-金斯公式推广到无限大的频率段而得出一个紫外灾难呢？大统一理论企图找到一个描述宇宙根本规律的物理方程，这是不切实际的幻想，因为任何方程都是有限的，而宇宙的发展是一个无限的过程。查里定律只在一定温度和压强下才近似精确，根据查里定律而推导出一个绝对零度和绝对温标，也是有问题的。

虽然事物的变化是由某个因素直接引起的，但事物的变化是整体性的，不是一个属性的变化直接导致其他属性变化，事物任何属性的改变都返回到整体中，是整体的变化同时表现为其他属性的变化。变化属于整体，唯有整体才是变化的主体。各个属性通过整体联系在一起，是一种内在的联系。而在函数y=f(x)和z=f(x,y)中，把一个或几个因素作为自变量，因变量完全依附于自变量，自变量独立变化，倒成了变化的主体了。在函数关系式中，对应法则f是始终不变的，函数完全从属于自变量的变化，那么对应法则只是反映从自变量到函数的一种外在的关系。

数学和原子论本身具有的局限性使得以二者为基础的科学理论并不能真正反映现实世界不同层次的变化规律，也不能实现真正精确的定量描述。科学无国界，各门基础科学理论在全世界是普及的，而发达国家和发展中国家的技术差距越来越大。技术发展的不均衡反映出科学在指导技术发明上往往显得软弱无力。技术的发展呈现出独立性，技术更多的是从实践中来，是经验的不断总结，这在固体物理学、材料学、半导体工程、生物工程中表现得尤为突出，例如液晶的发现就具有偶然性。假如物质真的是由粒子组成的，既然量子力学和粒子物理学已经对粒子的运动规律实现了精确的描述，那么对许多试验来说在没有实施之前就能精确预测出结果。然而事实并非如此，自然界要远比我们想象得复杂。掌握了经典力学，即使以相对论进行修正，也不代表能把卫星发射成功。欧洲人嘲笑日本人不注重基础研究，有技术而无科学，而日本的有些技术却让欧洲人望尘莫及，这些技术显然不能直接从基础理论中孕育出来。

按照现代科学的还原论，只有对研究对象进行分割，进而分割成粒子，对对象的认识才能不断深入。然而每一次分割，就把对象进一步还原为基于抽象空间的更深一层次粒子的运动和粒子之间的空间关系。随着分割的进行，粒子越来越小，其规定性也在走向虚无，事物的内在规定性逐渐被量化，质被量取代。在原子论的框架内，根本就没有质变的位置。

原子论的困难在于把物质与运动割裂开，粒子的运动和粒子之间的关系都基于一个外在空间，粒子的运动是外在的，即由粒子而指向外在的空间。粒子的运动只会改变它与外在空间的关系和粒子之间的空间关系，不会改变粒子自身，运动没有返回作为运动主体的粒子中。这样的粒子其实就是运动变化过程中的抽象同一性。我们总是习惯于先为运动找一个确定的主体，然后从外面把运动附加到该主体上，这样物质与运动就相分离了。物质与运动的统一性在于运动是内在于物质的，运动主体不只是运动的发出者，运动也不是从主体而指向外面的抽象空间，而是返回自身的，所以运动主体在时刻变化，但变化中又保持着同一性，主体就是运动过程中持存的同一性。黑格尔说：“虽然人们已习惯于把运动看做谓语或状态，但运动其实是自我，是作为主体的主语，并且恰恰是消失过程中的持久东西。运动表现为谓语，这恰恰是运动熄灭自身的直接必然性。”16。把物质看做是固定的东西，就只能从外面把运动附加到物质上。物质与运动的统一在于物质本身就是运动中的同一性，没有不运动的物质，在运动之外，不存在那种固定不移的抽象物质。

尽管量子力学引入了波粒二象性、不确定性原理，以概率论取代因果决定论，为事物变化的多样性和人的主观能动性预留了空间，但只要把事物的变化、属性依附到抽象的不变粒子上，就不能摆脱其机械论的局限性。只有取消仅仅作为运动发着者的粒子，把运动还给运动本身，在整体论的框架下建构科学理论，才能客观地反映事物的变化规律。

参考文献：

1亚里士多德 .《物理学》  100页  中国人民大学出版社

2亚里士多德 .《物理学》  147页  中国人民大学出版社

3亚里士多德 .《物理学》  101页  中国人民大学出版社

4黑格尔     《自然哲学》 126页  商务印书馆

5黑格尔     《自然哲学》 131页  商务印书馆

6黑格尔     《自然哲学》 129页  商务印书馆

7黑格尔     《自然哲学》 120页  商务印书馆

8黑格尔     《自然哲学》 121页  商务印书馆

9黑格尔     《自然哲学》 162页  商务印书馆

10转自《化学哲学基础》    207页  科学出版社

11黑格尔     《自然哲学》 326页  商务印书馆

12黑格尔     《自然哲学》 144页  商务印书馆

13黑格尔     《自然哲学》 157页  商务印书馆

14黑格尔     《自然哲学》 335页  商务印书馆

15黑格尔     《自然哲学》 159页  商务印书馆

16黑格尔     《自然哲学》 59页  商务印书馆