二、化学理论和物理学理论

归结论和独特论

一般地说，人们都承认化学是一门基础科学，它不仅对认识生物学的、地质学的、天体演化学的、宇宙化学的现象具有基本意义，而且在发展生产、国民经济和满足人们的日常需要方面起着非常基础性作用。可是，就是这样一门重要的科学，有人却要剥夺它拥有理论的权力。没有理论还成为科学吗？没有自己的理论的科学能够相对独立地存在吗？

早在半个多世纪之前，德国哲学家、逻辑经验主义的重要代表人物赖兴巴赫（H·Reichnbach）就曾提出，“我们有理由说，化学是物理学的一部分，就象热力学或电的学说一样”。①还有人提出，在日常看来是合理的意义上说，物理学和化学之间有明显的不同，但是若从现代原子物理学和核物理学的水平上讨论问题，这样的区别多半是不存在的，真正说来，在精密科学体系中没有化学的位置。②看来，确实存在着一种观点，试图取消化学，或者说把化学归结为物理学，把化学理论归结为物理学理论。我们暂且把这种观点称为“归结论”观点。

在这种“归结论”的挑战面前，一些化学家，特别是实验化学家，对引用物理学理论解决化学问题的可能性表示怀疑，或者对量子化学理论和计算表示不信任，他们希望在传统化学理论范围内进行研究工作，保持化学的独特性，相对于“归结论”，我们暂且将这种观点或思想叫做“独特论”。

化学发展的事实已经表明，量子化学理论和计算方法，对化学研究具有重要作用，对量子化学理论的轻视和怀疑已逐渐消失了。可是化学理论和物理学理论的关系问题并没有消失，仍然需要从理论上给予说明。这个问题实际上涉及化学理论的特点问题。那么，究竟应当如何看待这个问题呢？下面，我们试图从本体论、认识论和方法论三种角度对这个问题分别加以说明。

从本体论观点看问题，在物质结构方面，化学和物理学研究的物质客体有共同之点。化学研究的对象主要是分子，涉及原子、原子核和核外电子；物理学也研究分子，同时也研究原子、原子核和核外电子。物理学研究的物质结构层次比化学广泛得多，可以说，物理学研究的，上至宏观物体、地球和天体，下至基本粒子及更深的层次。在原子核和核外电子、原子、分子、聚集态这几个层次上，这两门科学研究的对象是相同的，或者说，这几个层次的物质共同为这两门科学所研究。

在相互作用方面，化学和物理学研究的内容也有相同点。从现代科学来看，自然界中的相互作用分成四类：引力、电磁力、弱力和强力。这四种力或四种相互作用都是物理学研究的内容，化学主要研究电磁相互作用。现代科学，主要是现代物理学的发展，已经否定了特殊的“化学力”的存在，也就是否定了特殊的“化学亲和力”的存在。化学亲和力在本质上是电磁力或电磁相互作用，从这点上说，化学相互作用实质上是物理相互作用。

有些化学文献试图区分物理相互作用和化学相互作用，区分的标准主要有两条：一条是能量标准，一条是形成什么样的体系标准。在这类文献的作

① 参见日丹诺夫：《唯物辩证法和化学进化问题》，载于前苏联《哲学问题》，1980 年第 1 期，第 59 页。

② 参见前苏联《哲学问题》1980 年第 1 期第 59 页。

者看来，化学中的相互作用是能够导致形成分子客体稳定体系的相互作用，其能量不低于 20—40 千焦耳/摩尔。可是，这样一来，把氢键也排除在化学相互作用之外了。况且，这里所说的化学相互作用，归根到底，还是电磁相互作用。

这就是说，无论从物质的层次结构还是从物质之间相互作用的本质来说，化学确实没有特殊的、根本不同于物理学的东西。在历史上形成的化学亲和力、化合价、化学键等概念，能够较好地解释化学经验事实，以这些化学概念为基础形成了化学理论。如今，现代物理学业已表明，原子之间确实没有特殊的、根本不同于物理相互作用的化学相互作用，化合价、化学键都可以基于电子的运动予以说明，也就是依据量子力学理论作出解释。这些事实意味着在本体论上，化学没有特殊的、根本不同于物理学理论的理论，从基础方面看，化学理论与物理学理论是相通的，甚至可以说，化学理论可以归结为物理学理论。

既然如此，化学有没有自己的理论，化学能不能作为一门相对独立的科学？要回答这个问题，就需要转向第二种观点，即认识论的观点。

从认识论观点看问题，对于同一的或相同的对象，可以从不同角度去认识，从而形成不同的理论。或者说，对于同一的或相同的对象，研究的重点不同，形成的理论也会具有不同的特点。

物理学无论是力学、电动力学、统计力学，还是热力学、量子力学，它们对自己研究对象进行研究时，侧重于一般化、抽象化或理想化。例如，力学研究质点，电动力学研究电磁场，统计力学研究系综，热力学研究系统，量子力学研究微观粒子。这里所说的质点、电磁场、系综、系统、微观粒子等，都具有理想化的特征。物理学从这种理想化的对象出发，揭示它们的运动规律，建立一般性方程，并对这些规律、方程进行解释，从而形成抽象化、数学化、形式化的理论。现代理论物理学中，充满了符号、公式，几乎通篇是符号、公式的推演。在一定意义上可以说，现代物理学理论是符号，公式及其推演过程所形成的体系。

化学不同于物理学，化学侧重于研究具体的、实际的东西。化学研究的分子，不是抽象化的分子，而是多种多样的、具体的分子及其结构、性质和化学反应，由此形成的化学理论具有体的内容，具体的形态。反过来说，基于具体的对象所形成的化学理论，要能够解释具体的、多种多样的化学经验事实。

化学理论和物理学理论的关系，表现为特殊和一般的关系。物理学研究电子、原子、分子的一般运动规律，形成普遍性理论；化学则将这种一般运动规律和普遍性理论与化学研究的具体内容结合起来，把这种普遍性理论应用于化学经验事实，形成能够解释化学经验事实并适用于化学的理论。这时，物理学中的理论发生“变形”，已经不再是原来形态的物理学理论而成为化学理论了。例如，热力学理论是研究能量相互转变所遵循的规律的理论，能量转变是普遍存在的，因此热力学理论的应用范围非常广泛。将热力学理论应用于化学，研究化学反应中的能量平衡和化学反应平衡条件，需要在热力学定律基础上导出适用于化学问题的函数。例如，内能 U 是基本函数，它表示了热力学第一定律的基本内容，本来有内能、功和热就可以解决问题，但是由于化学过程一般是在恒压下进行的，因此，在热力学定律之后还要导出适于恒压过程的热函。同样，熵 S 是热力学第二定律的基本函数，它表示了

第二定律的全部内容，完全可以解决自动过程进行的方向和限度问题，但是利用熵 S 判断恒压、恒容或恒温过程很不方便，在热力学第二定律之后还要导出新的状态函数：等温等容位和等温等压位。经过将热力学定律“变形”，导出一些新的函数，使之一步步适用于处理化学反应过程，由此形成了化学热力学理论。它具有了自己的存在形式和特点，具有了自身的特殊功能，它已经不是原来意义上的热力学理论，而是化学热力学理论了。

从本体论和认识论观点所作的分析中，自然可以引出方法论观点。从物理学理论到化学理论，也就是将物理学理论推广到化学领域，解决化学的实际问题，在一定意义上说，这是个演绎过程。然而，这种演绎过程不是形式逻辑所说的那种演绎推理过程，正如刚刚说过的，在演绎中使原来的理论发生了“变形”。反过来说，从化学理论到物理学理论，从方法论上看是还原过程。科学发展的实际情况表明，还原是一种重要方法，要认识一个层次的本质需要深入到下一个更深层次中去。正是在这个意义上，化学研究分子及其变化时，要研究原子的结构和原子中的电子运动规律。但是，还原不是为了还原而还原，不是为了取消被还原的问题或将被还原的问题归结为还原的问题上去，还原归根到底是为了说明所要说明的问题。因此，从追溯问题的实质上说，是需要还原的，甚至可以说需要“归结”，但是就具体内容而言，是不能完全还原，更不能归结的。

仅仅做了上述说明，似乎还没有完全解决化学理论和物理学理论的关系问题，因为仅仅从特殊和一般的关系上看，人们总还可以提出这样的问题：一般包含着特殊，物理学理论包含着化学理论。为了更深入探讨这个问题，让我们转换个角度，研究一下理论发展的规律，并从这种规律的角度，讨论物理学理论和化学理论的关系。