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本科生科研指南(63):气体定律之燃素说的时代性及其终结 精选

已有 2715 次阅读 2020-9-25 09:14 |个人分类:本科科研|系统分类:教学心得| 本科生, 科研, 创新思维

 

本科生科研指南(63):气体定律之燃素说的时代性及其终结

 

张宇宁

华北电力大学(北京)

 

没有科学想象,就不可能有所创造。

---范特霍夫(Jacobus Hendricus Van't Hoff, 1852-1911)

 

 

实践是检验真理的唯一标准。对于这句话,很多同学都是耳熟能详的。通常情况下,一个科学理论需要被实验观察所证实之后方能得到同行的广泛认可。在科学史上,有为数不少的理论在当时很流行,并获得了广泛的赞誉,但后来却被证实是错误的。相反,部分有真知灼见的理论在科学家所处的时代却遗憾地被埋没,直到过了很多年方才被发现具有重大的科学价值。本期,笔者以科学史上显赫一时的“燃素说为例对此进行说明,以期向同学们展示科学的价值和真理可能会被一时掩盖,但永远不会被埋没

 

一、燃素说的时代性

 

虽然“燃素说”及其所得到的结论并不是正确的,但“燃素说”的存在有它较为显著的时代意义。下面,从“燃素说”所处的时代的视角出发,我们进一步探讨其所处的时代背景及当时的知识水平

在当时的条件下,人们对于化学、气体等等均存在着较为局限的认识,以下列举几个例子。

首先,与物质相关的基本概念尚未建立。很多今天我们所熟知的基本物质的分类、定义及其他相关的知识在当时并没有得到充分的认识。在当时的历史条件下,人们并不知道混合物、化合物、单质等等概念及其区别。例如,对于空气,大部分人一直沿袭古代哲学家的观点将其看成是一种物质,而不是多种气体的混合,更遑论氧气、氮气、二氧化碳等等气体及其性质等等。对于气体本身性质的研究(例如,氧气的助燃特性及氧化反应),自然也非常匮乏。

其次,化学学科及化学反应的概念尚未建立。在当时的时代下,人们对于物理及其所涉及的运动刚刚有所了解。但对于化学,人们却知之甚少,尚未形成一门独立的学科。大部分化学反应都被涵盖在炼金术等职业之中,尚未形成较为科学的研究手段和方法。对于我们今天所熟知的各类氧化反应更是无从解释。

再次,能量守恒等基本物理学定律尚未被确立。在那个时代,人们对于能量的本质及相关概念尚缺少理解。因此,对于燃烧过程中的各种发光、发热的现象,人们更是无从理解。

最后,基于当时的科技水平和认知,无法针对“燃素说”理论及其推论开展有效性检验。因为缺少必要的检验手段和实验数据,科学无法取得实质性的突破和进展。

因此,在当时的时代背景下,“燃素说”得到了大批的学者的拥护和信奉,流传甚广。值得一提的是,“燃素说”是历史上较早用于解释各类化学现象的系统性理论。从引导化学学科发展的意义上讲,“燃素说”具有一定的历史意义。

 

二、燃素说走向终结

 

“燃素说”走向终结的标志性事件是拉瓦锡的氧化理论。通过实验观察,拉瓦锡敏锐地发现了“燃素说”存在的漏洞。在封闭的容器中加热金属之时,金属表面因为氧气参与了金属氧化反应从而生成了一层氧化层而变重,但是整个容器的重量并未改变。根据这个事实,拉瓦锡推断一定是空气中的某种物质参与了反应。后来证实,这种物质便是氧气。因此,基于这些事实,拉瓦锡提出了氧化理论并建立了新的化学学说。1783年,拉瓦锡关于氧化理论论文的发表宣告了“燃素说”的终结。

 

三、给本科生的建议

 

首先,本科生应更为重视科学家在科学研究过程中所展现出来的独特思想从科学史的视角来看,科学的发展正是一代代科学家不断努力的结果。从这个视角来看,用观点的对错来衡量科学家的影响和贡献是不够全面的,甚至是有失偏颇的。虽然部分科学家的观点是错误的,但他们提出了很多与众不同的、超越时代的研究方法和视角,这些思想对于后继者反而有着极为深刻的影响。例如,赫尔蒙特极为重视实验研究,他的“柳树实验”(虽然结论是错误的)使得科学研究摆脱了单纯的哲学思考,转而通过实验提出观点并予以验证

其次,结合科学家及科学理论所处的时代,有助于本科生了解科研创新的客观规律及重要理论的形成背景。例如,“燃素说”来自于人们围绕燃烧现象的长期观察和思考的过程之中,有其历史的必然性。随着科学的进步和测试手段的发展,“燃素说”终结于科学家对于空气、氧气认知水平的提升和对于化学反应的深入理解,也是一种历史的必然。

最后,本科生应时刻保持对于科学本身的客观和理性,不要盲目地迷信流行的理论和学术权威所提出的学说。虽然“燃素说”在历史上曾得到过大量知名学者的拥护,但是因为该理论的错误性,最终被新的理论所取代。在推翻“燃素说”的过程中,拉瓦锡功勋卓著,但其后续建立的“热质说”又将科学引入了另一个死胡同。

 




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