十九世纪的化学家不久就发现许多化合物是不可能用一种简单的,可以解释所有他们已知反应的公式来阐明一个公式说明了的一种特定反应。而另一个公式则解释另一种不同的反应,一个化学家也许用一种化合物的四种或五种不同的分子模型就可以说明那种化合物的所有已知的反应,但这种方法只是增加困难:常识向化学家们表明,任何物质应该具有一种特定形状的分子,这种分子可以由模型来复制的。但从几何学上来说,只有用一定数量的方法才可以构成一个分子的特定模型,而这些方法中却没有一种方法可以解释那种特殊物质的所有反应。这就是现在许多化合的情况,最熟悉的是苯。
当凯库勒草拟了一直用来说明芳香族化合物起点的简单六角形时,他立即就碰到了键的位置问题,凯库勒认为碳原子是四价的,所以每个碳原子都有一个未经证明的键,凯库勒采用了可供选择的单键和双键的概念:
苯键前后移动的解释多年来满足了化学家们的要求,以往的化学史在这一点上往往随着苯的历史而中断,但是化学家们发现,相反的碳原子之间的必然存在着连接或者在对位之间必然存在着键令:
这种公式原先是由詹姆斯 · 杜瓦爵士(Jarmes Dewar)提出的,他想用它来补充先两种凯库勒的结构。现在苯有三种公式,而想象的“旋转的”仓库大门的各就日益变得困难了。此外,还增加了其他变体。显然,最复杂的是在苯的分子中,实际上并没发生单键构型之间的移动。
—九三O年左右由L. 鲍林(Linus Pawling)所提出,并进而由G. W. 惠仑待(G. W. Wheland)所发展的价的共振论就是一种用来解释像苯这样分子结构的尝试。按惠仑特的说法,共振论的意义在于“它认为一个分子的真实状态可能与由任何典型的单价键结构所表示的状态不相同,但却是两个或更多不同价键结构所表示的那些结构之间的中间状态。”这样一种中间结构称为“共振混合物”(resonance hybrid)。
根据共振论,苯的碳原子之间的键即不是单键,又不是双键,而是一种处于两者之间的键的形式,大致上或许可以说明1?或1?的键。这种说法为电子衍射和红外光谱学试验所证实,试验证明,在以单键联结的碳原子之间的距离约为1.54埃,而双键联结的碳原子之间的距离为1.33埃时,苯键的对则为介于双键联结的碳原子之间的距离和单键联结的碳原子之间的距离之间的1.40埃。
正如鲍林所强调的,虽然共振论在其概念上并不依据量子力学,但在计算分子的某些特性,例如计算反应时的稳定性时,即使用了量子力学的计算方法,波函数或薛定锷方程就是为每种理想结构或共振结构而写的。因此,波函数是以纯线性进行组合的,即用一种适用于每个方程的加权因子来进行组合的,而每个方程根据“影响”的量使每种理想结构进行运算。
共振论和鲍林关于这一理论的详尽论述,在苏联这在第二次世界大战之间就已众所周知了;在化学键理论引入特别注意之前已过了许多年,共振论在苏联化学家之间已很流行,杰出的化学家如A. N. 涅斯米雅诺夫(A. N. Nesmeianov),R. Kh. 弗莱特里娜(R. Kh. Freidlina),D. N. 库尔莎诺夫(D. N. Kursanov),E. N. 普里莱查也娃(F. N. prilezhaeua),M. I. 卡巴奇尼克(M. I. Kabachnik)和许多其他的化学家在他们的研究工作中和在他们发表的著作中都使用了共振论,在一九四六年,我们听得较多的两位苏联化学家La. K. 苏尔金(la、K. Syrkin)及M. E. 杰亚特金娜在《分子的化学键和结构》—书中详细论述了共振现象,鲍林称该书为一本“优秀的著作”。他进而又说,在他看来,苏尔金和杰亚特金娜是“今日苏联最有才干的化学家”。这两位作者所写的书已被苏联高教部定为大学化学系学习用的辅助教材,并广为发行,后来该书因为要在美国使用而被译成英文,在他们出版了自己著作之后的那年,苏尔金及杰亚特金娜将鲍林的《化学键的性质》译成了俄文;第二年他们又一起翻译了惠仑特的《共振论及其在有机化学中的应用》这时苏尔金担任编辑,而杰亚特金娜担任译者。
共振论的论战首先是由热心,干劲十足但并不出名的化学家G,V. 契林采夫(Gennadi V. Chelintsev)引起的,他后来被指控像T. D. 李森科(Trefim. D. Lysenks)在生物学中所取得胜利那样,企图在化学中夺取最高地位,虽然论战的最终结局与契林采夫当初所指望的完全不同,他在以后九年的整个讨论过程中都是一个主要人物。
在苏联思想交锋时刻,契林采夫 ~ 书的出版将共振论推到了哲学讨论的讲台上,契林采夫称之为机械论的共振论多种理想结构的应用使理论看来好像容易受哲学原理批判的影响。
V. M.塔杰夫斯基(V. M. Tatevskii)和M. I. 沙赫巴拉诺夫(M. I. Shakhparanov)在他们于1949年秋写的一篇题为《论化学中的马赫主义理论及其宣传者》文章中已说清楚。除了契林采夫之外,对其他著作来说,共振论在哲学上被认为是站不住脚的。这两位作者选择了一个人为的概念来批判恵仑特对共振论的描述。这种人为的概念“并不符合分子本身的固有特性,而仅仅是物理学家或化学家为了他们自己的方便,故意创造出来的一种数学工具。”很可能,人们宁愿将批评集中在这种声明的哲学涵义上,而不是集中在共振论本身上。人们根据唯实论的哲学,很容易认为共振结构与分子的实际结构有某种,也许是相当曲折的关系,但这种关系仍是模糊不清的。在获得较多关于实际结构的信息之前,人们无需赞同惠仑特的哲学评语。就可使用共振论。反之,塔杰夫斯基和沙赫巴拉诺夫则断言,用物理学上不可解释的理想结构来描述分子,在哲学上是不正确的。根据作者们的看法,共振论的主要缺点就是它使用了一种以上的结构,并认为形式之间不会发生来回变换。因此,共振论已变得“脱离了现实”塔杰夫斯基和沙赫巴拉诺夫强调指出,惠仑特和鲍林企图用一种含有伪哲学假设的机智的创造来掩饰他们对分子真实性负的无知。
—九五O年二月二——七日科学院有机化学研究所举行了有关现代化有机化学理论的讨论会。由七位其他化学家组成的委员会和会议主席D. N. 库尔萨诺夫(D. N. Kursanov)根据这次讨论写了一个题为《化学结构理论的现状》的报告。后来,契林采夫批判了其中大多数人。
在这个报告和当时发表的其他几篇文章中,主要的似乎有四点:① 布特列罗夫是化学结构理论真正的奠基人;② 共振论是唯心主义的,所以是无法接受的:③ 虽然共振现象必须加以抛弃,但量子力学对于科学研究来讲是必不可少的,而且在共振论和量子力学理论之间可以划一条明确的界限④ G. V. 契林采夫并不是一个有才能的科学家。随着时间的推移,第三、和第四点变得日益显著。到一九五O年,已明显地不信任契林采夫了,同时,又要团结许多科学家尽可能来捍卫化学中的量子力学计算方法。
1953年一月以后,为一篇偶然的重新肯定目前官方对于共振论立场的文章所打断,它指出论战还没有被忘却,争论出现了相对沉寂的阶段,在普通化学杂志1953年10月的一期上刊登了一篇纪念布特列罗夫(A. M. Butlerov)诞辰125周年的文章,但只是扼要地提到了布特列罗夫观点和共振论之间的矛盾,而提到切林采夫(Chelintsev),很像是要用沉默的手段来窒息契林采夫的尝试。
到1954年,少数触及到共振论的文章看得出来调子已经变了,也许是斯大林逝世后出现了讨论的自由空气的缘故,但是这种变化是一个微妙的变化,甚至没有人会意识到应该重新审议共振论的正确性。一些在1949年——1950年期间谴责为有思想错误的科学家开始在他们的文章中进行反击,例如在普通化学1954年1月份的那一期上卡兰杰雅(A. A,Kalandiia)指出了他早先的评论家奇奇勃维利(G. B. Tsitsisbvili)的事实。
在他涉及到如此重要的化合物化学结构论题的所有著作中,不仅从来也没有考虑过布特列罗夫的化学结构理论,而且关于现有的布特列罗夫理论保持着全面缄默的态度。根据奇奇勃维利的著作的要旨以及他近来关于我的工作的交往都会促使人们得出结论,奇奇勃维利试图建立他是一位“共振论”的反对者的印象,从而分散了对他自己在方法论上是有缺陷的马赫主义——唯心论概念的注意力。
然而,共振论至少在名称上仍然是禁用的。1951年8月,契林采夫重复着他所有的老的指责,又稍稍地出现了,他将他的批判目标针对曾经在1954年发表过,并且在内容上与1951年6月会议上捷列宁教授宣读过的报告很少有什么不同的科学院化学分组关于化学结构的报告。
1958年,在沙赫巴拉诺夫写的小册子《辩证唯物主义和物理与化学方面的几个问题》中,出现了对共振论的相当全面的批判。沙赫巴拉诺夫是在即将展开论战时期,协助塔杰夫斯基在《哲学问题》杂志上发表论文的同一位化学家,有一个时期利用过共振论。沙赫巴拉诺夫的小册子由于两方面的原因受到人们的注意:他贬低了在哲学上批判共振论的重要性,认为由于明显的科学上的理由就可以证明它是不正确的。他对于理论还提出了略有不同的在哲学上的异议。
1959年8月,苏尔金是早期论战中受到最尖锐批判的两位化学家中之一,他在《化学的进展》杂志上发表了一篇题目为《原子价问题的现状》的文章。在论战之后,苏尔金曾经中断过结构化学方面的工作,但在50年代末期又返回原来的工作领域。在这篇文章中,苏尔金没有提出新观点,只限于对描绘化合物的分子轨道法作了适度热情的叙述,并没有想确定具体的键的位置。
当我在1960 ~ 1961学年期间在莫斯科大学参加学习时,我发现那时化学家提起论战时好像已经过去似的,但我又注意到“共振论”这个专门名词在关于原子价的化学讲义中不再使用了,在结构化学方面的权威课本中仍继续回避共振论。在很多场合,这些小心谨慎也仅仅限于作些专门名词方面的修正而已。
在60年代初期,对于共振论的看法在苏联继续发展,1961年11月,鲍林在莫斯科的有机化学学会上向大约1200听众作了关于共振问题的讲演,无疑地,大量听众是为一种强烈对立的性格所吸引着的:鲍林在苏联由于他在和平和原子武器方面的见解,受到许多人的尊敬,但因为他的共振论的作者身份,就他作为一个科学家的形象来说,当然在苏联亦曾是严厉批判的对象。后来,鲍林注意到他的演讲是得到好评的。
在本书中所描述的在苏联所有的有关科学与哲学的讨论中,关于共振论的讨论已变得最为沉寂的了,它已经几乎完全消失了。不过,到了1969年,苏联中学化学教师用的教科书直截了当地回避提到共振论,尽管详细叙述了经典结构图式是不妥当的。这种对于中等水平的教师来说是很深的一种课本,包含有分子轨道法和“原子价组合的叠加法”,后者是一种常常用于描述共振方法理论的用语,而没有使用实际名词。苏联的作者舍林斯基(G. I. Shelinkii)十分敏锐地察觉到叠加法很曲折地接近于电子电荷,而离开了原来位置的那样问题,他批判了“费加法”。他着重指出目前化学家们谈论得越来越多的是“电子式”而不是“键”的问题;他又进一步评论说,对于像蒽那样的化合物来说,要保持原来的键的图式几乎是不可能的,因为描绘一种化合物要用到数以百计的图式。这样就连通常赞成它要作为直观教具这种理由的优点也丧失了。当舍林斯基想去从事于较复杂的完全依赖于分子轨道法的教学描述的分子的研究工作时,他宁愿完全放弃图解的模型,他显然没有对哲学涵义作出评论。微观世界不能用客观世界中的模型来描述这个事实无疑地并不是不存在微观世界的依据。所以舍林斯基的观点显示了一些苏联以往讨论中难以区分的特色——特别是避免了“共振”这个词——但这种观点是一种意识形态上取守势的论点,是各地化学家完全可以理解的。
在最近的著作中仍然有着这种倾向。布德雷科(N. A. Budreiko)在其1970年出版题为《化学的哲学问题》的书中主要集中于诸如“化学”和“化学元素”专门名词的定义问题,门捷列夫周期表的哲学意义问题和在化学中的自然辩证法问题。不幸的是,布德雷科的书是多少年来有点初步的和机械论的。他在化学方面易懂的辩证法概念反映了自然哲学的某些面貌。其他最近出版的比较有价值的书仍涉及到了在化学史上的某些重要问题,如道尔顿、吉布斯以及门捷列夫的原子观问题。
到目前为止,近年来苏联知名化学家写的最有影响的哲学著作是谢苗诺夫(N. N. Semenov)在1968发表的题为《马列主义者的哲学和自然科学问题》一文,谢苗诺夫是1956年的诺贝尔奖金获得者,可能是目前苏联在世的所有化学家中最为著名的化学家。他最近的文章已经在科学哲学方面显示了深刻的影响。并且他坚决地捍卫了唯物辩证法,他在他于1968年发表的文章中谈到,由于唯物辩证法是人类认识事物的方法,是人类思维的方法,所以它是促进所有科学即促进社会科学和自然科学两者的发展所适用的方法。
谢苗诺夫写道,哲学只有当其在其他科学之间带有它的细微描绘出来的题材和占有单独和可限定的位置时才能够适当地起到他的作用。他又继续说,这种哲学题材不可能像许多哲学家所坚持的是“整个世界”,因为整个世界是要用自然科学与社会科学的全部方法而不是用哲学来进行研究的。如果试图用哲学来研究整个世界那实际上就会一事无成。此外,谢苗诺夫又继续说,这样一种尝试会使科学本身受到限制,例如谴责共振论就是一个例子,因此,应该将着眼点集中到逻辑学和认识论的问题上来。
[Science and Phihosophy in the Soviet Union,1972年]
————————
① 题目为译者所加。——编者