化学发现方法的运用

这里主要是探讨化学发现活动范围的合理性问题，或“化学发现的逻辑”的运用问题。化学的发现从广义上说，应包含化学理论的发现、化学事实的发现和化工技术的发现。但就其中心内容来说应该是指化学理论的发现。从历史的角度来看，化学发现存在着两种模式：一种是强调演绎的逻辑功能，另一种是强调归纳的逻辑功能。前者在近代化学诞生之前占优势，后者在近代化学时期占优势。这两种不同倾向的化学发现模式，如同总的科学发现模式一样，都可以溯源到亚里士多德。因为他首先建立了一个关于科学研究的归纳—演绎模式（程序的理论）。但是他过于强调的还是演绎法，认为任何一门科学都应当是通过一系列演绎证明而构成的命题系统，当然化学也不例外。而其中作为一切证明的出发点的是一般性程度最高的“第一原理”。其它的一般性程度较低的命题都是由第一原理演绎出来的。也就是说，主要是把科学方法归结为演绎逻辑，似乎科学发现只是通过演绎程序来实现的。亚里士多德的四元素说和原性说，对于古代化学来说可以看作是“第一原理”。因为由它演绎出了较低层次的化学元素观念、物质结构观念以至一整套炼金术的理论。应该肯定，“亚里士多德是形式上确凿无疑的形式逻辑及其三段论（即演绎法）的创立人。”①他把这个发现运用到科学理论上来，也作出了相当大的贡献。但是，也应该看到他所强调的演绎法存在着明显的局限性。这种方法只能实现真理的转移，而不能实现真理的综合。包括化学史在内的科学史已经证明，科学理论、原理的发现不能仅仅归结为演绎的功能。
     如果说，亚里士多德的演绎法对于数学学科（尤其是几何学）是起了巨大作用的话，那么对于包括化学在内的实验科学来说，其推进作用是相当微小的。因为，实验科学所追求的主要目的是发现，而不是从公认的前提得出的形式证明。例如，“从元素不能再分割为更简单的物体”的前提出发，在1890年以前未尝不可得出一个正确的已知元素表；但是到1920 年以后再运用这个前提就会把所有放射性元素排除在外。从波义耳开始，与近代化学一齐前进的则是探讨归纳逻辑与强调归纳法对于化学理论发现的意义。众所周知，以培根、穆勒为代表的学者继承了亚里士多德的归纳—演绎模式，又重点发展了归纳方法，十分强调科学理论是依靠归纳法从事实材料推导出来的。培根提出，归纳程序的理论应作为“新科学方法”，并认为科学发现是通过归纳程序来实现的。波义耳深受培根的科学方法论和机械论的微粒哲学的影响。在他的化学和物理学研究中，十分强调实验和归纳法的逻辑功能。同时，非常严格地遵循机械论解释的原则。由此建立了他的归纳法和微粒哲学，为构筑近代化学理论体系奠定了基石，并开始把化学确立为科学。
     无疑，归纳法对近代化学的作用是重大的，但由此认为一切化学发现是通过归纳程序来实现的，则是片面的，不符合化学史实的。实际上，化学理论的发现是一种复杂的创造性思维的结果。化学理论的建立固然要依据于化学经验，但却不能由经验逻辑地导出。在这里，不仅需要多种逻辑方法的运用（归纳、演绎、分析、综合、比较、分类以及类比等），而且还需要逻辑和直觉的互补。化学理论发现过程的起点是问题，而终点是找到能够解答问题的理论。在该过程中并没有普遍有效的固定模式或发现程序，其中有逻辑途径也有非逻辑途径（或称直觉思维）。前苏联学者B·M·凯德洛夫认为，若按化学发现的获得过程是否符合科学认识运动的正常进程，可以把它们划分为以下两大类①：第一类的化学发现是指基本上按照科学认识活动的正常进程得到的发现，即主要是通过正常的逻辑途径而得到的。例如，采用契合法（又称求同法）和差异法发现了燃烧、呼吸和氧气的关系；采用共变法发现了气体的波义耳定律、道尔顿分压定律以及法拉第电解定律；运用剩余法（本生和基尔霍夫）在光谱分析实验中发现了铷和铯等。这些都是采用一般归纳法总结的发现。又如：元素周期律的发现是综合性理论总结的发现。在该创造活动过程中，门捷列夫尽管受到直觉思维的重要启迪，但他主要是通过把归纳法与演绎法相结合，并运用比较—综合法而完成了这一科学勋业。
     再如：在理论解释的发现中往往起主要作用的是模型法。人们所熟悉的化学键理论，它之所以能获得重大发展的关键就在于提出了更多更好的能够解释新的化学实验事实的新的分子模型。第二类的化学发现是指以不符合科学认识发展的正常进程的方式而得到的发现。这类化学发现主要是通过非逻辑途径而得到的。也就是说，在这类化学发现中直觉、想象力等常常起着关键作用。由于这类化学发现必须冲破已有的错误认识、错误方法及传统思想等束缚，必须提出崭新的观点、概念或理论。因此，要使这类创造活动得以实现，往往需要思维过程的中断与飞跃，需要某种远离经验的思维方式来填补现实的空白。这就要借助于科学的直觉和丰富的想象力。我们可以在固体多肽合成、苯环结构的设想、电离理论的建立、惰性元素氩的发现及其在周期系中位置的确定等化学创造活动中，看到这种非逻辑思维方式的关键作用。总之，在化学理论发现的活动中，逻辑思维和直觉思维的运用是十分重要的，而且它们在不同类型的创造思维过程中所发挥的作用，又有所不同。正是直觉和逻辑的关联和互补才赋予一个化学家以深厚的创造力，使得他们在化学发现的道路上不断建树。可以看出，随着现代化学的发展，这种趋向将越来越明显。