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科学方法漫话(11)冲破束缚 破旧立新——七谈科学创造:发现氧气的故事
 
这是关于科学创造的第七讲,着重讲述头脑僵化问题。讲一个关于发现氧气的故事,用以说明头脑僵化如何阻碍科学创造,而摆脱了旧观念的束缚后,又怎样导致科学创造。
上苍特别眷顾人类:在地球上,有我们赖以生存的空气和水。空气中的氧气约占二成,这是当今中学生也知道的常识,而氧元素的发现和认定,竟经历了一个世纪的风风雨雨。下面简要回顾一下这个历程[1,2]
 
         波义耳误入歧途,观念失当:1673年英国化学家波义耳进行了金属煅烧实验,发现铜铁锡铅煅烧后增重,在密闭容器中煅烧也是如此。得到错误结论:煅烧时容器外的火微粒穿壁而入,与金属块结合,使之增重。他的致命失误——没有去称容器的总重量(它保持不变),金属煅烧增重来自容器内的氧气。火微粒演变成燃素,产生燃素说,统治化学界100年;
         舍勒的墨守成规,功亏一篑:1771年瑞典化学家舍勒做了封闭容器里磷的燃烧实验,发现磷变成了磷酸酐,容器里空气的体积减少了1/5,剩下的4/5气体不能再使物质燃烧。若把波义耳的金属增重与舍勒的气体减重结合,就能揭示燃烧秘密,氧气就脱颖而出了,可惜舍勒头脑僵化,坚信燃素说,犯了类似的错误,没有去称磷酸酐的重量(恰好增加容器中的1/5气体的重量),从而功亏一篑。
         普里斯特利食古不化,失之交臂:177481,英国化学家普里斯特利做了氧化汞加热分解实验,人类第一次人工制备了氧气,它能助燃。普里斯特利实际上发现了新元素——氧,而他对此却浑然不觉。原来他是燃素说的忠实信徒,对燃素说膜拜到顽固不化的程度,他用燃素说解释他的实验,空气中燃素含量不同,就表现岀不同的形式。氧化汞分解所释放的是“无燃素气体”,对燃素很贪婪,所以最易燃烧。因此,头脑僵化使得普里斯特利与氧气的发现擦肩而过。正如恩格斯所说:“从歪曲的、片面的、错误的前提出发,循着错误的、弯曲的、不可靠的途径进行探索,往往当正确的东西碰到他的鼻尖上的时候,他(普里斯特利)还是没有得到正确的东西。”(《自然辩证法》,人民出版社,106页)。
         拉瓦锡冲破桎梏,修成正果:177410月到17759月,刚过而立之年的法国化学家拉瓦锡重复了波义耳、舍勒和普里斯特利的实验,分别同时称了金属、磷酸酐和容器的重量;并使普里斯特利的实验中的汞与氧化合重新变成氧化汞。拉瓦锡一向怀疑燃素说,在掌握了足够的证据后,勇敢地创造了新学说——氧化说,断定燃烧中参与金属化合的或氧化汞分解时产生的是一种新的气体元素,并称之为元氧(即后来的),1780年拉瓦锡出版《燃烧通论》,正式宣告氧的诞生和燃素说的寿终正寝。
         结论:尽管拉瓦锡的实验技巧并不比波义耳、舍勒、普里斯特利等人高明,工作也不比他们更勤奋,但是他创新意识超群,思维活跃,善于用正确的理论来指导、概括、分析实验结果,不为错误理论所惑,不把自己桎梏于传统的藩篱中,所以才有为后人所铭记的创造;而另外三位则或者建立或者迷信错误理论,头脑僵化,固步自封,结果是为他人做嫁衣裳。从科学方法论的角度看来,实在是很好的一课。耐人寻味的是:普里斯特利至死都抱住燃素说不放,1801年,即他辞世的前一年,他还出版了《论燃素说的成就并驳水是化合物》,坚持为燃素说辩护,深信水是一种元素,这时,拉瓦锡创立氧化学说已过去了四分之一个世纪。可见这位化学家头脑僵化到何种程度!
 
从以上的案例分析可以看到:
1.        头脑僵化是科学创造的大敌。要成为称职的科学工作者,首先要让自己的思想如天马行空,不为旧思想、旧概念所束缚;
2.        当新发现的事实已表明原有的理论或观点有错时,应用于提出新的概括、修正,乃至完全扬弃旧说;
3.        设计任何实验或计算过程时,应当兼顾事物的多个侧面,不为某些表面现象所惑;
4.        应该自觉地学习创造学,经常比照自己的科学实践,把运用科学方法论变成更为积极主动的行为。
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