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在学科交叉点上创新――访物理化学家唐有祺院士

时间:2006-10-16 00:00来源:《科学与无神论》06.3 作者:辛仆 点击:
在寒冬已过,春意昂然的早春,《科学与无神论》杂志记者,访问了我国著名的物理化学家北京大学教授唐有祺院士。86岁的唐院士精神矍铄地接受了记者的采访,本来相约只有20分钟的采访,唐院士侃侃而谈一个多小时。话题是从19世纪末、20世纪初的物理化
  

       在寒冬已过,春意昂然的早春,《科学与无神论》杂志记者,访问了我国著名的物理化学家北京大学教授唐有祺院士。86岁的唐院士精神矍铄地接受了记者的采访,本来相约只有20分钟的采访,唐院士侃侃而谈一个多小时。话题是从19世纪末、20世纪初的物理化学革命谈起,不仅谈到了科学发现和创新的关系;还谈到了科学发展与人文环境;宣传科学精神;创建和谐社会等问题。

       一、创新思维是科学发展的源泉

       唐有祺院士1942年同济大学理学院化学系毕业后,1946年入美国加州理工学院主修化学、副修物理,1950年获博士学位,1951年回国后,长期从事物理化学和结构化学的科研、教学工作。由于他深厚的物理学、化学的功底和对物理学史和化学史的纯熟,唐先生便从19世纪末、20世纪初,被称之为物理化学“三剑客”引发的化学革命谈起。

       所谓物理化学“三剑客”,就是三位诺贝尔奖获得者:出生于荷兰,在荷兰乌特勒支大学获博士学位的物理化学家雅可比?亨利克?范霍夫;出生在瑞典,在瑞典乌普?拉大学获后补博士学位的物理化学家斯万特?奥古斯特?阿伦尼乌斯:出生在俄国,毕业于德国的多帕特大学,一直从事“离子论”研究的物理化学家威廉?奥斯特瓦尔德。他们分别于1901年、1903年和1909年获得诺贝尔奖。

       自18、19世纪近代科学的产生,使物理学和化学的发展都有了长足的进步。然而,当时,由于学科研究对象分工的明确性,使学科的进一步发展受到了极大限制。物理学家认为,物理学是研究物质不同运动形态变化发展的规律,不涉及物质的组成和变化;而化学家则认为化学学科则是要追究物质的组成。但随着物理学和化学学科研究和认识的不断深化,发现这两个学科是最密切相关的学科。两个学科的进一步的发展,都离不开彼此的科学发现成果。

       到了19世纪后期,物理学科和化学学科的交叉与融合,已经冲破了原来分工的界限,化学学科借用物理学的成果建立物理化学学科的条件越来越成熟。19世纪80年代,阿伦尼乌斯大胆地提出了溶液电离理论,认为盐(如氯化纳Nacl)溶入水后自发地分解为带正电的正离子和带负电的负离子。这个想法在当时是很难接受的。因为近代化学是起源于拉瓦锡提出的元素说和道尔顿提出的原子论的。即认为物质可分成分子,分子可分成原子,把原子理解成是一个没有内容和结构的圆球,几乎经历了半个多世纪。所以,阿氏的这个提法是极为大胆和创新的。但这个想法不是凭空而来的,阿氏除了自己从事研究电解质溶液积累的许多成果,同时也受到物理学家法拉第发现的电解理论的启发。法拉第在1832年就提出盐能在水中导电,必然存在着带电的粒子即电解质,并提出“离子”的概念。后来原子可分的思想,也是由物理学家汤姆逊首先提出的,他发现了带负电的电子,说明原子并不是一个不可分的圆球,它是有结构的。后来又陆续发现原子是由电子和原子核组成的;原子核中还有质子和中子,近而还发现氯化纳等晶体盐类中,氯(Cl)和钠(Na)原来就是以离子的形式存在着。

       范霍夫则更进一步在物理学领域的热力学第一定律与第二定律(这个成果大约在1860年前后完成的)的启发下,对于化学反应的内部机制,也作了开创性的阐述。到了19世纪中叶以后,对于化学反应是在亲合力(affinity)作用下而发生的这样一个认识,经历了近半个世纪并没有多大进展。这个亲合力究竟是什么?从定性和定量的意义上都说不清楚。热力学定律的发现,让化学家们认识到,化学反应作为一个涉及热与功相互转化、反应过程能否自发进行以及化学反应的最后所达到的平衡状态等问题的回答与解决,都要借助于热力学第一、第二定律。范霍夫不仅诠释了化学反应过程中,进行的方向和限度,同时也阐明了化学反应过程中温度、压力的变化如何导致平衡点转移的取向等。他还将热力学的工作,从气体扩展到稀溶液,并给出了定量的描述。之后,阿伦尼乌斯则更进一步地研究了化学反应速度和温度的递增关系,得出了反应速度的指数定律。

       奥斯特瓦尔德则又进一步的阐明了,在化学反应中催化作用及催化本质。1887年奥斯特瓦尔德与范霍夫一起创办了《物理化学》杂志。至此,物理化学便成了一门独立的学科,奥斯特瓦尔德也成了这门学科的重要代言人和组织者。

       物理化学“三剑客”的功绩,不仅在于他们共同创建了物理化学学科,更重要的是他们把握了相关学科的重大科学发现,在学科的交叉点上改革、创新,推动了化学领域的科学革命。物理化学学科的建立,促进了一系列化学革命的产生。此后,化学热力学、溶液理论、化学动力学、催化理论等一系列分支学科得到了迅速发展,使化学在20世纪成为一门理论基础可靠而完备的学科。

       二、创造良好的传播科学精神的环境

       唐老在谈论化学革命的过程中,一再强调创新是科学进步之本,他说,没有创新思想,科学就不可能往前走。就创新问题,唐老进一步阐述:创新就是科学精神的表现,培育科学研究的创新思想,就要从培育科学精神入手,为普及科学精神,就应创造良好的人文环境。

       现在我们党提出“以人为本、构建和谐社会”,这是科学研究传播、普及科学精神的大环境。但是我们现在的状态,有许多不合谐音符。其原因还是我们的科学工作做得不够好,科学方法还普及得很不够。现在社会上迷信、伪科学还很盛行,对它们的危害认识还很不够。当然,我们不能指望要社会上干干净净,这是不可能的。社会上没有苍蝇、蚊子可能吗?不可能。但我们也要防止让苍蝇、蚊子任其繁殖成了气候,那给社会带来危害就大了。到了“法轮功”那个状态,不解决就不行了。当前老百姓迷信有三个方面的原因:第一,科学还有许多说不清楚的问题;第二,老百姓有许多困惑、困难没有办法解决,企望自身之外的力量;第三,骗子利用迷信图财、害命。这些状况,就需要我们的科学工作做得好一点,不给迷信、伪科学、邪教留空间。但我们也不能企望科学什么都能解决,这就极端了,就不符合科学精神。但科学是可以帮助我们认识许多问题,解决许多问题。从科学史来看,科学每前进一步,都会逼着神秘的东西向后退让,甚至连宗教也不得不断地改变形式,上帝的含义,也不是原来的意义了。认识科学真理也是逐步的,不能走极端,不能无限夸大一个科学的新发现,认识是有阶段性的,许多科学? 窒蠖家?吹迷兑坏恪F┤纾?杂诳寺∥侍猓?钪娲蟊?ㄎ侍猓?W游尴蘅煞治侍獾鹊龋?疾灰?庇谧鹘崧邸4丛煲桓隽己玫目蒲Т?シ瘴Ш苤匾?N颐遣荒芟胂笤谝桓雒孕拧⑽笨蒲?僚埃?ХА⒀О院嵝械娜宋幕肪澈脱?趸肪忱铮?岢龀晒??  韩国的黄禹锡事件,给了我们很好的启示,在学术上好高骛远,急功近利,是绝对不会出成果的。学术上的假冒伪劣,其危害决不可小视,小则损害国家财产,破坏科学声誉;大则干扰科教兴国战略,这是搞科学工作的人最不愿意看到的。所以宣传科学精神也要有良好的人文环境。

    作者简介:辛仆,中国科普研究所研究员

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