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27-呼唤新型“门氏风格研究”(三)

时间:2015-06-08     作者:时栗芳 春雨【转载】   阅读


    内容提要:“门氏风格研究”的历史走向:从“机械论科学观”到“量子论科学观”

  在科学史上,元素在周期表上排列的理论依据,已有过三大进展——“原子量依据论”、“核电荷依据论”与“核外电子构型依据论”;后两大进展颠覆了门捷列夫信守的“原子不变、不可分”的基本观念。

  那么,它们是否颠覆了门捷列夫周期律与周期表呢?

  1 门捷列夫1869年创立的“原子量依据论”,其理论基础是经典物理学

  牛顿自然观(又称“机械论科学观”)的“核心是自然界的绝对不变性。”因此,“原子也必然是绝对不变”的。门氏终生信守此观念,甚至在大量实验证明元素可变的事实面前,仍一再坚定表示——“元素不能变的观念……是元素周期律得以成立的前提。”

  2 摩斯莱1913年确立的“核电荷依据论”,其理论基础是原子物理学等

  (1)19世纪末,物理学家和化学家共同“向原子进攻、揭示原子内部结构的秘密”,揭开了现代物理学革命的序幕。“原子结构理论”始于汤姆逊“西瓜模型”,此模型设想——原子为—个带正电的、有重量的球,许多细小的电子象“瓜子”分布在“西瓜瓤”里。

  虽然这模型完全“不符合原子内部结构的客观实在”,因而“连最起码的元素的光谱实验事实都不能解释”; 但却展示出一个历史性的重大研究方向与领域——探索“原子内部结构”,创立“原子结构理论”!

  (2)1911年,卢瑟福敏锐地觉察到他老师的“西瓜模型”的缺陷;创立了“行星模型”(又称“原子核式模型”)。此模型设想——原子中心是一个极小但几乎集中整个原子质量的、带正电的核,周围旋转着一些带负电荷的电子,图景有如“行星绕日”。

  卢瑟福对“原子核”和“电子层”的区分,奠定了“原子模型”的基础,也导致了“原子结构理论”从“静态的模型”到“动态的模型”的重大进展。

  (3)1913年,在上述进展之基础上,荷兰物理学家范德布洛克提出“核电荷依据论”假设,此后不久,英国物理学家摩斯莱根据大量实验事实作出结论——周期表上元素排列序数的客观依据是核电荷数,而不是原子量。

  富有传奇的是,卢瑟福提出的“原子嬗变理论”、“原子行星模型”,颠覆了“原子不变、不可分”的观念,但却不仅没有颠覆元素周期律,而是在更深一层的“物质结构层次”上破译了周期律的奥妙,由此在更高认识水平上建立了周期律的更为扎实的科学基础。

  3 玻尔1913年提出的“核外电子构型依据论”,其理论基础是量子物理学等

  (1)丹麦物理学家玻尔很快认识到他老师的“行星模型的深刻含义和所存在的问题”,1913年在长篇论文《论原子构造和分子构造》中创立了新的“原子结构理论”(后来被称为“玻尔理论”),由此为20世纪原子物理学开辟了道路,与卢瑟福共创了原子科学的新时代,同时还为日后量子力学的发展“打下了良好的基础”。

  (2)玻尔理论在综合普朗克的量子理论、爱因斯坦的光子理论和卢瑟福的“原子行星模型”的基础上,提出原子“电子壳层模型”,展示了“原子的电子壳层结构图象”,并据此最终确立了“核外电子构型依据论”,从而获得1922年诺贝尔物理奖。

  富于神奇的是,玻尔周期系理论在更深刻地颠覆了门氏科学观的同时,却又更精细地说明了周期系与周期律的本质;从而,更为有力地说明——元素周期律的确是准确反映了“物质微观世界实际”的重要自然规律。

  上述彪炳史册、占有极大篇章的三大进展,虽然导致了周期表的科学观基础一再被颠覆、被更新,但周期表的形式结构的基本原理(即方法论),却从来没有被改变、被突破。正因如此,虽然史称玻尔创立了新型的周期系理论,但周期律和周期表却仍只能与门捷列夫的名字联系在一起。

  那么,门捷列夫周期律与周期表的基本框架是否就无法突破了呢?门捷列夫周期律与周期表新风格的本质特征究竟是什么呢?在门捷列夫的故乡,素以“大国情结”著称的俄罗斯人会怎样研究“门氏风格”呢?他们有何高招呢?

  (系列“报道性论文”之二十七)



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