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化学研究中移植方法的特点和化学边缘学科的开拓


化学先生 / 2019-08-19

     化学中的移植方法具有一般移植方法的两个特点,即"横贯性”和“杂交性”。例如由于化学运动和生命运动都包含着“热”这种物理运动形式,故热力学的概念、原理和方法:不仅是物理学的内容,而且被移植到化学和生物学中了。也就是说,之所以热力学可以向化学和生物学领城移植.是因为在供系(物理学)和受系(化学、生物学之间存在着一个横向性的“共关因素"对热运动的研究。可见,只要寻找出对象之间的“共关因素"并加以合理的选择,就可以在不同的对象之间寻找到解决问题的方法和途径。这就是移植方法所具有的“横贯性”的特点。还有,在前面的论述中已经提到.供系向受系提供移植内容时,必须着眼于受系具有应用上的方便,既要考虑移植内容的性质,又要考虑受系的特点,使移植内容与受系实行有机的结合。这就是移植方法所具有的“杂交性”的特点:前述行生型移植的概念(如"化学势”、“生物化学标准态"等)就是这种特点的一个明显例证。移植方法较早的成功例证,是1906年诺贝尔化学奖获奖项目,即法国化学家莫瓦桑(H. Moissan, 1852~-1907)制取单质氟的成就。但遗憾的是,化学家的事业是辉煌的,生命却是短暂的。莫奠瓦桑用电解法成功制出氟单质,但因为他长期与有毒的氟打交道,损坏了健康,只活了55岁。莫瓦桑去世后,他的儿子路易把他的遗产金部捐赠给巴黎大学,设立了两个奖,一个叫莫瓦桑化学奖,纪念他的父亲,一个叫路更药学奖,纪念他的母亲这充分显示了科学家的精神和科学世家的高贵气质。


     移植方法具有横贯性 和杂交性的特点,这不仅有本体论基础,而且还有其认识论根据。应当费同这样的见解“从移植的直接进程看,从供系到受系是从一个特殊到另一个特殊的过程,但从认识发展的进程看,它却经历了从特殊到一般,再从一般到特殊的全过程,这是一个完整的认识过程的循环。"试以热力学第一定律从物理学向化学的移植为例来说明该观点。从移植的直接进程看,热力学第定律是从物理学这个特殊的供系移植到化学这个特殊的受系。而从认识进程看,人们从物理学领城的热力学第一定律(特殊)出发,经过对化学、生物学等领城中都具有的热运动能量的考察、逐步获得了这样的认识:自然界中的一切能量转换都遵循守恒定律(一股)。这样,人们对热力学第- 定律的认识就从特殊过渡到了一般。既然如此,热力学第一定律应该适用于化学领城,于是可以被移植到化学(特殊)中去。这种移植使化学家认识到,原来的化学经验定律一盖斯定律 .基尔霍夫定律不过 是热力学第一定律从物理学移植到化学中的认识发展经历了一个从特殊到一般,又从一般到特辣的衢环过程,由此可见:一般性和特殊性在这里得到了一定程度的综合,这就是移植方法具有横贯性和杂交性的认识论根源。

    移植方法所具有的横贯性 和杂交性的特点使它成为促进科学整体化的重要方法论因素.井导致边缘学科的出现。从这个意义上说.边缘学科主要是移植方法的产物:正如两位俄罗斯学者所说:“它们主要是由于把一门科学的方法和思想转用于另一门科学而产生的。”从这个角度来考察,边缘学科的产生和发展至少需要具备如下三个条件:

    第一,在作为受系的学科中具有一个“问题背景”。即原有的研究方法不能有效地发挥作用,如在量子化学产生以前,化学家已感到以“化学亲合力”为基础的观点和方法无法解决化学键的本性问题;另外也可能是新的研究对象的出现急需新的研究方法;如DNA的结构一目成为生物学的研究内容后,就为晶体结构分析法的移入创造了客观条件。

    第二.作为供系的学科具有较为成熟的移植对象。 例如,在物质结构研究急需新的方法时,量子力学的理论体系已基本建立起来了,所以一旦把量子力学的概念、原理和方法移植到化学中去,就迅速产生了量子化学。同样,在DNA研究急需新的方法时,化学家对品体结构的研究已取得了重大成就,以致著名化学家鲍林等可以直接把晶体结构的研究成果及方法移植到生物学中去,从而为认识DNA的结构,促进分子生物学的诞生作出了贡献。

    第三 .作为从事科学研究主体的科学家,必须对问题背景和移植对象有足够的知识基础和洞察能力。人们所熟悉的对建立量子化学起了开创性作用的海特勒和伦敦以及前面提及的鲍林等人都是这方面的杰出代表。

    如果综合地分析上述三个条件,会得到这样的深刻印象:即使有受系的问题背景存在,但如果没有人能洞察它,也是没有意义的:即使有供系的成熟的移植对象,但倘若没有人能应用它,也就不可能移植到受系中去。因此,在上述三个条件中,第三条最为关键。从这个意义上说,化学中移植方法的应用和化学边缘学科的开拓,显然对化学人才的方法论教育提出了更高的要求。在这方面,斯莱特的如下见解颇有启发意义:“鉴于物理学家和化学家早期所受的是完全不同的课程训练,其结果造成他们几乎不能胜任任何一个化学物理分支的工作。 如果培养下一代科学人才,首先使他们在经验化学、物理化学冶金学晶体结构上得到训练:其次在理论物理,包括力学、电磁理论,特别是在量子论、波动力学原子和分子结构上受到培养;最后在热力学、统计力学以及我们称之为化学物理学上也得到训练,那他们将比现在只受到化学训练,或只受到物理训练的人,能成为更好的科学家。"

    总之,边缘学科产生 和发展的三个条件,对于我们认识化学边缘学科的产生和开拓具有普湘意义.但认识若仅限于此,那还是不够的。当我们把化学视为受系和供系来作一个综合的考察时,就会发现与化学相关的移植方法和相应的边缘学科星现出复杂的情况.认识到这点,对于我们能 动地开拓化学边缘学科具有特殊的意义首先:化学作为受系,主要接受r物理学和数学提供的移植对象:而且如前所述,物理学往往为特定的化学学科提供理论框架。因此,当化学作为供系而向其他领城提供移植对象时,这些移植对象往往是物理学和化学杂交的产物,而不是单纯的化学概念原理和方法等。这样,在生物化学、地球化学宇宙化学、海洋化学、药物化学及营养化学等边缘学科中,就既存在着从化学中移人的纯粹的化学概念、原理和方法,又存在着由化学转移进去的物理学慨念原理和方法。

    除了这种渗透性的移植外, 化学和物理学还存在着平行移人其他学科的情况,如物理生物化学、物理地球化学等边缘学科的产生就是例证。我们可以把化学同数学和其他自然科学基础学科之间通过移植方法形成的边缘学科图示如下:

 
    在我们深人探讨各学科通过移植而形成边缘学科的过程中,将会发现,确立所谓"接触点”或“边缘领域”的概念是相当重要的,因为它是我们把握移植方法与边缘学科之间关系的中介。关于这一点,恩格斯在论及“电化学”时曾指出:“电学家维德曼在说明电火花对化学分解和重新结合的影响时宣称:这宁可说是化学上的事情。在同一情况下,化学家也宣称:这倒不如说是物理学上的事情。这样,在分子科学和原子科学的接触点上,双方都宣称无能为力,但是恰恰就在这个地方可以期望取得最大的成果。”后来化学边缘学科电化学的产生和发展充分证实了恩格斯的预言。而且,科学实践还表明,化学和物理学的“接触点"远远不止一一个,而是存在着一个系列,以致相继形成了物理化学和化学物理学这两门边缘学科。可见,若能高度重视和合理选择存在于物理学和化学之间的“接触点”,那么,物理学慨念,原理和方法的移植,对于诸如物理化学这类边缘学科的产生就会起到重大的作用。以下史实将有助于我们充分认识到这一点:“1933年.化学和物理学边缘领域正处在定量描述的革命时期."那时量子力学已经成为分子光谱学和分子结构的理论基础;统计力学已经成为复杂系统在微观层次上的处理方法:而量子统计这时开始把原子、分子系统的量子力学描述和宏观系统的热力学描述沟通起来。然而,“这个转变并没有得到当时物理化学界科学家们的普遍重视。这样,他们中有的人就感到需要办一个比《物理杂志)更倾向于物理和化学的杂志。于是《化学物理杂志便应运而生了:它的诞生正好把《物理杂志)和(化学杂志)的中间缺口架接起来。”说得更确切一些,就是化学物理学的诞生比物理化学更进一步填补了物理学和化学的“中间缺口”。这里所谓“边缘领城”或“中间缺口”,其含义类似于恩格斯所说的“接触点”,有一-些学者又称之为“交叉点"(如J. D. Bernal)或“无人区”(如N. Wiener)。 总而言之,正是这些“接触点"或“边缘领城”为移植方法提供了用武之地,并通过移植方法而使有关的学科相互融合最终产生出边缘学科。在21世纪,科学高度分化,出现了许多新门类:科学的高度综合,又出现了科学-一体化。这两种倾向,都启示并需要人们充分注视交叉学科的研究。

    以上论述使我们看到,移植方法和边缘学科是紧密相关的:前者是后者的方法论基础,后者是前者的知识性成果。因此,关于化学研究中移植方法的探讨,对化学边缘学科的开拓具有方法论的意义:同样地,对化学边缘学科的探讨也有助于我们对化学研究中移植方法的深人探讨。

                         

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