化学发展的分期是关于化学发展的阶段划分的理论,即关于化学史分期 问题的理论。正如科学史的分期是科学史研究的纲领一样,化学史的分期也 是化学史研究的纲领。
一、化学发展分期的原则 由于化学科学的多层次结构和多方面特性,人们可以站在不同的角度,立足于不同的层次来考察化学的演化进程,探讨化学发展的规律。因此也就 得出了各种不同的划分依据和原则,建立了不同的分期理论。在以往的化学 史研究中,人们习惯于按照年代把化学发展分为古代、近代、现代几个时期(或阶段)。这种以化学事件发生的时间顺序为标准的划分方法,对于重在 搜集、整理、考证史料的化学史研究具有重要意义。但它难以体现化学发展 中重大的转折演变,也无法透视化学发展的内外因素之间的对流与互动。
化学的发展是通过化学家的活动来实现的。在化学史上确出现过划时代 的人物,由于他们的杰出贡献促进了化学的发展与变革。然而,仅就个人而 言,无论他的贡献多么巨大,都不可能全面反映那个时代化学发展的本质特 征。加之化学史研究者在评判历史人物时所表现出的主观性,也就使这种分 期方法带有很大的争议性。因而,按化学人物来对化学史进行分期,也有诸 多偏颇之处。
至于按社会经济形态或哲学发展阶段对化学发展进行分期,往往淡化了化学发展的自身特点和规律。社会经济标准和哲学标准是化学史分期的参照 因素,但不是主要依据。
综合借鉴以往的研究成果,可以认为,恰当的分期理论至少要考虑到以下诸因素: 第一,对化学发展阶段的科学划分应便于人们认识化学的本质特征和发展规律。因此,化学史的分期应当以化学发展的内在逻辑为主线和基本依据,即按照化学发展的自身特点来划分。以内史作为基本依据,以外史作为辅助 性的解释和说明。
第二,化学的发展是整个自然科学发展的一部分,化学发展史上的几次重大的突破和变革均得力于物理学的概念、理论和方法的移植和渗透。因此, 化学史的分期应在一定程度上折射出自然科学发展的阶段性。这样,就可以 为进一步探讨化学的社会运行以及科学中心的转移等问题提供较为全面的历 史参照系。
第三,依据我们对化学发展模式的建构,化学发展的阶段划分应以化学 实验方法的根本变革和化学理论方法的转换性突破以及它们相互关系的变换 为标志。
化学发展史是从纵向上考察化学发生、发展的过程及规律。人们可以从 知识论的角度根据化学实验的特点和化学理论的特征,划分出化学发展的不 同阶段;也可以从活动论的角度,以化学认识主体活动方式的变换为依据, 来划分化学发展的不同历史阶段。而化学认识主体活动方式的变换是以实验 方法的变革和理性思维方法的突破以及它们相互关系的重建为标志的。因 此,从方法论的角度,对化学史进行分期更能体现动态性的要求,人们通过 它不仅可以把握在化学发展的不同历史阶段上化学认识主体的实验活动水平 和思维活动特征,而且还可以进一步透视出化学发展不同历史阶段上理论与实验两大要素的关系特征。 第四,化学发展的有些历史阶段是以化学革命的发生为分界的。就化学革命与化学方法的相关性而言,化学革命总是伴随着方法的根本变革,即在 化学革命前后必然会使化学实验的探索和理论思维的方式发生更替。因此, 也就决定了它们是不同阶段的化学。
二、化学发展分期的尝试 依据以上原则,化学史大致可以分为三个时期: 前科学时期,从公元前到 17 世纪中叶,以逻辑方法、类实验方法的产生和应用以及它们的独立发展为标志,以定性、直观、笼统为基本特征; 近代科学时期,从 17 世纪中叶到 19 世纪末,以实验归纳法和假说演绎法的形成和综合应用为标志,以定量、还原、经验为基本特征; 现代化学时期,从 19 世纪末和 20 世纪初以来,以物理学方法、数学方法以及二次性仪器的广泛使用为标志,以整体性、微观性和理论化为特征。
1.前科学时期
在生产力不发达的古代,化学系统的两个基本要素——化学实验和化学 理论均未取得科学的形态。化学理论的雏型或者说化学理性方法的胚芽只是 孕育于古代自然哲学之中。古代原子论使用了理性思辨而不是实验操作的研 究自然现象及其本质规定的方法。这种方法不满足于对事物表象的认识,而 是要深入认识事物的本质。原子论者认为,对观察到的自然现象的解释,需 要从次一层的层次上去寻找原因,即用原子的不同组合去解释物体的不同性 状。古代原子论这种分析、还原的方法论思想在很大程度上规定了近代化学 家对物质的性质、组成、结构进行研究的思想路线。
化学实验的前身则是古代炼金术。炼金家在长达一千多年的实践中,虽然掌握了一定的实验技术,积累了大量的操作经验,但由于有浓厚的宗教色 彩,使其难以从错误方法的迷途中辨识方向,成为真正的科学实验。
古代化学时期,化学的理性思维与实验操作是各自独立发展的。自然哲学家的天才思辨由于缺少实验的推动,因而对于自然的认识只能是笼统的、 直观的。在其后的一千多年中也就没有能够结出真正的科学之果。炼金家们 的勤奋探索由于缺乏正确的理论指导,只能在错误的方法中徘徊或屡遭失 败。
2.近代化学时期
化学作为一门独立的自然科学学科出现是从波义耳开始的。波义耳继承 了化学前科学时期的两种研究传统,并在自身的实践中把它们有机结合起 来,为近代化学的形成和发展奠定了方法论基础。
波义耳认为,物质是由无数众多的微粒组成的,而原始物质只有一种, 其所以能够形成物质各异的元素质点,是由于各质点的大小、形状和运动的 不同。这样,他就继承了古代原子论层次还原的研究传统,即把宏观层次表 现出来的物体的化学性质,归结为微观的次一层次的化学基元要素——元素 的结合。同时也就确定了化学的研究对象——元素。那么化学家如何通过对 元素的研究进而把握物质的性质呢?波义耳认为,化学必须把理论的思辨同 对自然现象的实验变革结合起来,即把化学研究立足于严密的实验基础之 上,才能取得真正的成就。
18 世纪,由于严密的实验方法的发展使人们有可能对燃烧现象进行定量 研究,为从逻辑上批驳燃素学说提供了实验依据。18 世纪的化学革命标志着化学领域中实验——理论循环加速机制的形成。化学在 19 世纪的全面发展则 进一步表明,人们在大量实验事实的基础上概括出化学理论,如原子论、元 素周期律,又在化学理论指导下从事实验研究,如人们对未知元素的探索。
3.现代化学时期
如果说近代化学时期,化学家还只是借助于初等数学的工具,通过对反 应的始态和终态的定量研究,探讨物质的组成、结构和性质。那么,到了 19 世纪末和 20 世纪初,由于热力学理论引入了化学,化学家开始应用高等数学 工具,使研究从对静态的化学结构与组成的分析拓展到对化学变化的机理和 过程的追索。本世纪 20 年代,量子力学方法在化学中的广泛应用,使化学家 能从微观的角度描述分子中电子的运动状态,从而进一步阐明化学键的本 质,预测分子稳定性和反应活性。由于现代物理学和数学的实验手段、计算 方法向化学的广泛渗透,使化学的研究发生了由宏观到微观、从静态到动态、 从定性到定量、从平衡态到非平衡态、从简单体系到复杂系统的转变。现代 化学研究三大前沿——反应过程、催化机制和化学生物学的形成和进展表 明,化学正在向数学化、理论化的方向迈进。
从化学的实验部分和理论部分的关系方面看,现代化学与近代化学的差 别是相当明显的。近代化学时期,化学家是在大量实验的基础上归纳出经验 定律,再在这些定律指导下进行新的实验研究。在这两个环节中,理论对实 验的能动指导作用还比较微弱,实验归纳法在化学研究中占主要地位。现代 化学的发展,尤其是化学热力学和量子化学两大演绎体系的建立以及量子统 计力学对二者的综合,预示着化学演绎体系正在形成,意味着化学实验和化 学理论在更高水平上的结合。