通过动态认识过程的方法

正如高级运动形式不能简单地还原为低级运动形式那样。物质的运动过程也不能简单地还原为静止状态的迭加。例如研究催化反应过程，如果把脱离反应过程的催化剂性质与脱离催化剂的反应过程性质加以综合，那么将会得到与催化反应的真实过程毫不相干的结论。因为物质处于静态时所受到的各种因素的影响要远远小于它在运动过程中所受到的各种因素的牵制。所以，运动过程与静止状态的性质具有差别。虽然人们可以通过静态去认识过程，然而这只能是一种有限的趋近，并不能反映过程的全部真实情况。因而，只要认识条件允许，人们就应努力从通过静态认识过程上升到通过动态认识过程。人们通过分子运动认识化学过程的理想化方法就是利用实验手段追踪化学反应。相当于运动着的研究者同步认识化学过程。
     例如目前人们综合利用交叉分子束技术和激光技术已经可以认识时间间隔为 10^-12秒的微观化学过程。①这无疑是一种最乐观的认识方法。然而，这种方法也具有局限性。因为激光技术受“测不准原理”的限制，时间间隔越短，测量精度越差。所以，事实上有许多化学过程还不能利用这种方法加以认识。因此，还需要有新的认识方法。在系统工程方法论中有所谓黑箱方法或灰箱方法，即在完全不了解或不完全了解系统性质的情况下，可以建立功能相似的模型模拟系统功能，通过研究模型的结构和性质，达到揭示系统的结构和性质的目的。同样道理，如果把复杂的化学过程当作打不开的“黑箱”，建立功能相似的模型，那么，通过研究模型，就可以揭示化学过程。这是认识化学过程的“黑箱方法”。这种方法目前已经被人们所应用，例如70年代国际上对固氮酶的研究出现的高潮就是如此。我国在这一领域已处于领先地位，特别是1978 年我国科学家提出了孪合双网兜型的原子簇结构②和骈联双座活口双立方烷型原子簇结构③模型也是运用了这一方法。这些模型具有与天然固氮酶铁钼辅基相似的催化活性和选择性，可以模拟固氮酶铁钼辅基的化学过程。化学家通过对这些模型的研究，提出了固氮酶中腺苷三磷酸（ATP）驱动的电子传递机理。
     由此可见，在化学中运用“黑箱方法”研究化学过程具有重要的意义，尤其是研究催化化学过程。另外，1970年福井谦一（Fukui）提出内禀反应坐标法②，把化学反应放在黎曼空间的超曲面上来处理，一旦得到过渡态的结构，不需整个势能面，就可以得到一系列反应动力学信息。这种方法关键在于利用了黎曼空间，而黎曼空间不同于欧氏空间，它可以通过曲面的不同曲率表示出变化。应用变化的空间来计算化学变化，在方法上达到了从动态认识过程的目的。这种方法正在被更多的化学家所接受。1972 年，法国拓朴学家托姆（R·Thom）提出用曲面的奇点理论来解释突变现象的突变理论。③根据该理论可以用七种基本的突变模型来描述形形色色的突变现象。内禀坐标法可以说为使用突变理论研究化学过程提供了可行性范例。因此，从通过动态研究过程的方法论角度来看，使用突变理论也许可以成为研究化学过程的一个重要的研究方法。总之，尽管通过动态认识过程的方法在实际应用中还有许多问题有待解决，但这毕竟是一种现实性的可能，必将为人类对化学过程的认识深化开辟道路。“工欲善，必先利其器”。研究复杂的化学过程必然需要各种各样的认识方法。因此，在今后的化学发展中，研究认识化学过程的方法与研究化学过程本身的工作不仅具有同样重要的意义，而且还具有相互促进、相互制约的统一关系。