证明原子和分子的存在异常困难

一个科学家思考的图像

来源:©Michael Villegas/Ikon Images

下次当你在研究分子结构时,停下来想一想分子是否存在

谈论原子、分子、化学键和反应在化学实践中是如此重要,以至于质疑它们的存在似乎是一件奇怪的事情。然而,这种化学物质是否真的存在,在哲学上是一个悬而未决的问题;一个难以回答的问题!

造成这种困难的主要原因在于,严格地说,化学实体是不可观测的。一般来说,一个人越是朝着非常小(和非常大)的能量、长度和时间尺度前进,就越难在实验上获得据称存在于这些尺度上的实体。观察这些实体并测量它们的性质需要对世界进行推测和推断。因此,为了建立化学实体的真实性,我们需要看看化学是如何(以及已经如何)完成的。除此之外,这包括评估科学家如何证明他们的理论,他们做出了什么样的近似和理想化,以及他们建立理论的预测和解释成功的标准。1

然而,研究化学实体的存在是一个非常有趣的项目。人们提出了不同的哲学论点,其中一些涉及一般的科学实体,而另一些则适用于化学实体的特定情况。

没有奇迹还是悲观?

支持科学实体存在的一个标准论证是所谓的“无奇迹论证”。希拉里·帕特南(Hilary Putnam)曾有过著名的表述,她声称,如果科学所假设的事物在世界上不存在,那么科学在预测、解释和操纵现象方面的成功将是奇迹。2为什么如此成功地解释我们所观察到的事物的实体不存在呢?不把化学的成功视为奇迹的最好解释是,化学是真实的,它假定的东西——比如原子——是真实的。

然而,许多哲学家反对这一立场。一个反对意见是悲观归纳论点。3.这说明在整个科学史上,建立良好的理论被认为是错误的,并被其他理论所取代。我们没有理由相信,在未来,事情会有任何不同:最有可能的是,我们目前最好的理论(以及它们所假定的实体)将再次被其他理论所取代。

量子力学的作用

化学实体是否存在也取决于量子力学的作用,正如我所说以前讨论的,是一个激烈争论的话题。

如果量子力学成功地从亚原子粒子及其相互作用的角度描述了原子和分子,那么这可能意味着没有原子和分子,只有组成它们的粒子。4只要化学实体和性质完全可以用这些物理实体来解释,就没有必要相信化学实体是存在的。在哲学术语中,这种观点通常被称为消除主义。(当然,如果悲观归纳论点也适用于物理学,那么你也会拒绝物理实体的存在——使这个论点变得多余。)

人们也可以援引量子力学来证明相反的观点——化学实体是存在的。量子力学在识别某些化学性质方面的失败可能表明,分子不仅仅是它们各部分的总和,就像一个拼图是由所有不同的部分组成的一样。相反,这是关于原子和分子如何解释某些现象,而这些现象不能仅由亚原子粒子来解释。有人可能会说,除非一个人也看到了整个谜题的特征,而不仅仅是每个部分的特征,否则这个谜题的画面永远不会被完全理解。如果是这样的话,那么人们就不必接受消除论,而可以坚持化学实体作为独立和自主的实体存在。

答案可能具有重要的含义

鉴于化学理论成功地为我们生活的许多不同方面做出了贡献,从医学到技术和食品工业,我很难相信它们与世界的实际情况相差甚远。然而,这并不能由此得出化学实体不是由组成它们的物理实体所决定的结论。在科学哲学中,最具挑战性的问题之一是,如何以一种与物理实体相一致的方式来捍卫化学实体的真实性。

化学实体的真实性本身就是一个有趣的问题。然而,我们认为我们的科学理论有多真实,会影响我们用于发展这些理论的资源。因此,我们对这个问题的答案可能具有重要的意义,超出了一个人对世界的好奇心。