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这是探讨化学理论的演变与更替过程或“化学发展的逻辑”运用合理性方面的问题。应当看到,立足于化学发展历史的研究,依照化学活动的实际状况来描述化学理论的发展模式是合理的、有效的。美国科学哲学家库恩立足于科学史研究提出了如下科学发展模式:常规科学——科学危机——科学革命——新的常规科学——新的利学危机——新的科学革命……。在库恩看来,当常规科学家(例如普利斯特列)在旧规范(如“燃素说”)的指导下解决难题的活动(如金属燃烧增重、二氧化碳的发现、氧气的发现等)遇到困难和失败时,就会出现“反常”。当一次次的反常发展到严重地动摇人们对旧规范(如“燃素说”)的信心时,即出现了“危机”。一旦有人(如拉瓦锡)提出了对立的新规范时(如氧化说),危机就加深了,进而导致一场科学革命(对近代化学来说是第一次化学革命)。

这时,越来越多的科学家(如近代化学家)放弃旧规范而采纳新规范。在这里,库恩把包括化学在内的科学的发展不是看作单纯是知识在量上的积累,而看作是一种新规范代替旧规范的过程。这种看法虽然不无正确性,但是却相对忽视了科学发展中的累进性(或继承性),未能科学地说明新规范代替旧规范的原因,对常规科学的作用估计偏低。实际上,化学革命是变革与继承的结合、革命性和累进性的统一。化学的创新可以说是不间断的,点滴的创新积累到一定程度就突破了旧规范、旧传统,产生新规范、形成新传统。这就是化学革命的产生。化学发展的逻辑还体现在另一方面,那就是化学假说发展为化学理论。这里存在着两种基本类型:假说的肯定型发展和否定型发展。①上面已经提到的燃素说是化学假说否定型发展的一个明显例证。在燃素说的发展过程中,当金属煅烧后增重的实验事实被看成是对燃素说的否定性验证时(在承认燃素是物理实体的前提下),采用燃素具有“负重量”的观点进行特设性修改已不能挽救燃素说。而氧化说作为否定燃素说的新假说而被建立起来了。

在这里,需要强调的是,旧假说的这种自我否定是个辩证的否定;新假说是在扬弃的意义上作为旧假说的对立物而出现的,因而它包含着旧假说中合理的因素。例如,氧化说就吸取了燃素说中关于化学变化中物质转移的合理思想。只不过转移物发生了根本性的变化:在燃素说中是燃素的转移,而在氧化说中则是氧的转移。化学假说的肯定型发展大致有两种情况:一种是假说在发展过程中曾得到新的实验事实的支持和新的科学原理的论证,变得更为具体与精确,但它仍然是假说而未能最终转化为可靠的理论;另一种是假说的基本原理得到证实,而且假说的结构日臻完善,最终转化为可靠的理论。可以说,前一种情况是假说的量变发展形式,后一种则是假说的质变发展形式。关于化学假说的量变发展形式,可以举出“共振论”的形成和发展为例。鲍林在1928年首次提出“共振”概念时,其含义是指价电子在两个成键原子轨道之间的交换。这是把“电子共振”看作是真实的物理现象的假说。1932年,鲍林又根据价键方法线性变分原理,将“共振”设想为一种近似处理方法。

此时,共振结构已没有物理实在性。到 1938年,他将这两种观点作了总结并进一步加以阐发。此后,关于健长、能量等方面的实验研究和关于电负性、部分离子性、键级等方面的理论研究丰富发展了共振论的观点。但是,作为真实物理现象的“电子共振”并没有得到实验证实。从价键理论线性变分方法到共振论主要是作了经验性的直观外推,而这种外推使它远离了量子力学基础并降低了模型的精确程度。这表明共振论的体系结构有待进一步完善。因而,从总体上来说,共振论至今仍是个假说,在本质上是表征着价键理论的一个合理的历史发展阶段。至于元素周期律从假说转化为理论,则为我们提供了一个化学假说质变发展形式的实例。一般认为,这种转化(即质变)的标志是门捷列夫根据元素周期律作出的关于镓、钪、锗的预言得到了实验的肯定性验证。从假说自身的发展来看,导致这种质变的重要因素之一是元素周期律结构体系的日趋完善。此外,关于化学理论的发展还存在着一种复杂情况,那就是化学理论的淘汰和复兴相关联。所谓理论的“复兴”是指一个曾经被确证又被淘汰的理论,或一个未曾取得确证又未能继续发展的理论,在新的历史时期,由于种种原因它的确证度显著提高,于是人们就以新的形式重建原先的理论系统,并恢复一度中断的研究传统。诚然,理论的复兴并不是完全复旧,而是侧重于恢复其中被确证的部分。

①例如,1815—1816年,英国的普劳特(W·Prout)以当时测定的部分元素原子量为依据,提出了氢为元粒子的假说,认为“氢是母质,其它元素都是由不同数量的氢构成的。因此,各种元素的原子量都应当是氢原子量的整数倍。”这个大胆的普劳特假说没有得到同时代人的接受,并未能经受住验证。因为,随着原子量测定越趋精确,则越证明各元素的原子量并不是氢原子量的整数倍。因此,普劳特假说被拒斥了,几乎被淘汰了近半个世纪之久。直到20世纪初,随着放射性和同位素的发现,原子核的复杂性开始被认识,英国的索弟(F·Soady)于1910年提出了同位素假说,认为自然界存在有不同原子量和放射性的、而其它物理、化学性质又完全一样的化学元素变种,并在周期表中居于同一位置上。该假说,经阿斯顿的进一步实验研究得到确证。这样,普劳特的假说就被人们在新的历史条件下接受了。它得到了复兴。总之,化学理论的复兴问题,表明化学理论的竞争及其发展的道路是复杂而又曲折的;人们对于化学理论发展的逻辑评价也是复杂的认识的历史过程。