对教材中人类认识原子结构历程的行文质疑与相关史料考证

张建波

摘要： 对上海科技版高一化学教材中人类认识原子结构历程的部分行文提出质疑，认为有些地方存在行文逻辑问题，有些陈述与史料不符。通过史料考证与分析，提出相应的修改建议。

关键词： 化学教材; 惠施; 汤姆孙; 原子结构模型; 史料分析

文章编号： 1005-6629（2018）11-0094-03中图分类号： G633.8文献标识码： B

1 行文质疑

上海科技版高一化学教材[1]开篇提到人类对原子结构的认识经历了几个历史阶段，涉及中国战国时期诸子的物质构成思想、欧洲古希腊哲人的思考以及19世纪末20世纪初的诸多科学研究发现。细读下来，发现有些地方存在行文逻辑问题，有些陈述与史料不符。现将其中两段原文摘录如下，并提出行文质疑。

1.1 涉及中国战国诸子思想的教材原文和行文质疑

教材原文：“我国战国时期的惠施说过： ‘一尺之棰，日取其半，万世不竭。他认为物质是无限可分的。”

教材编写者认为这句话是惠施说的，并由此认定惠施的观点是物质无限可分。

经笔者查证，“一尺之棰，日取其半，万世不竭”出自《庄子·杂篇·天下》[2]（以下简称《庄子》），文中的下一句是“辩者以此与惠施相应，终生无穷”。根据上、下文可以推理出这句话应该是某位“辩者”提出来与惠施的观点相辩驳的，并非惠施的观点。具体可进一步考证。

教材同时提到墨子认为“物质被分割是有条件的……这种不能再分割的部分，他称其为‘端”。惠施是一位墨者（墨子的再传弟子），民国著名学者钱穆先生认为他属“中原墨派”，并是“对墨家新哲学上最有贡献的一个人”[3]。如果按教材的写法，惠施认为“物质无限可分”的话，那么，作为墨徒的惠施与墨子观点将完全相左，这在逻辑上也是说不通的。

1.2 涉及欧洲19世纪末20世纪初原子结构科学探索过程的教材原文和行文质疑

教材原文：“由于人们对原子结构的探索很快进入了新的阶段，汤姆孙提出的原子模型还未被大多数科学家了解就弃置一旁了，但这个模型指出了原子是有结构的。人们对原子结构的探索在发现X射线后才取得新的突破。”

教材行文中的表述，明显给人的感觉是，先有汤姆孙原子模型的被“弃置一旁”，再有X射线的发现，才导致人类对原子结构的探索取得新的突破。

查阅物理学史可知，19世纪末20世纪初，有三个重大科学实验发现，即1895年伦琴发现X射线，1896年贝克勒尔发现天然放射性和1897年J.J.汤姆孙发现电子。在此基础上，汤姆孙于1904年提出葡萄干面包原子结构模型。从时间顺序上看，必定是发现X射线在先，汤姆孙原子模型提出在后。教材行文在时间关系上明显与史实不符，表述上存在一定的逻辑问题，并导致歧义。

另外，笔者认为教材编写者用“很快”、“弃置一旁”等词语来形容汤姆孙原子模型在当时的处境，也甚为不妥。从汤姆孙发现电子从而确证原子可分之后，当时的“物理学家们根据自己的实践和见解从不同角度提出各种不同的模型”[4]，而汤姆孙的原子模型被认为是“在1910年之前影响最大的一种”[5]。从1904年汤姆孙原子模型的正式提出，到1911年卢瑟福“物质对α、 β粒子的散射和原子构造”论文的发表，之间有六、七年的时间，在当时那个一年就有一个重大实验发现的、群星璀璨的世纪之交，这个时间跨度，肯定不能说是“很快”。至于汤姆孙原子模型是否“还未被大多数科学家了解”、并被“弃置一旁”，可进一步考证。

2 史料考证

2.1 关于“一尺之棰，日取其半，万世不竭”觀点提出者的考证

惠施有自己的哲学观点，即《庄子》中提到的“历物之意”[6]，钱穆先生也认为“历物之意者，实惠施学说之结晶”[7]。“惠施以此为大，观于天下而晓辩者”[8]，可见惠施对自己的观点是很得意的，“自以为最，观照天下，晓示辩人也”[9]。而“天下之辩者相与乐之”[10]，当时的辩者也就经常与惠施展开观点辩论，以此为乐。“当时妙辩的风气，是惠施开的端”[11]。“尺棰之争”便是当时最有名的辩题之一，要知道惠施对这个辩题的观点究竟如何，最好就是从他的“历物之意”中去探寻。

《庄子》中提到惠施的“历物之意”，开头两句是：“至大无外，谓之大一;至小无内，谓之小一”，仔细体会，“小一”的概念不就是指“物质可分割到一定的限度而不能再分”[12]的意思吗？这个观点与墨子的“非半弗斫，则不动，说在端”几乎就是一个意思。由此可推知，惠施不是那个提出“物质无限可分”的人。

那么提出“一尺之棰，日取其半，万世不竭”这句话的“辩者”是谁呢？中国科学院科学史研究院研究员戴念祖先生在人大版《物理学史》[13]一书的译后记中提出是战国时代公孙龙（即提出“白马非马”观点的著名辩者）的论断。

对此，笔者也有不同的看法。戴先生在译后记中提到“惠施（约公元前370～前310），公孙龙（约公元前320～公元前250）”[14]，从二人的生卒年份看，惠施死的时候，公孙龙也就10岁左右，钱穆先生也认为“施、龙之年辈不相及，其未能相交游，亦已明矣”[15]。而《庄子》中记载：“辩者以此与惠施相应，终身无穷”[16]，说明与惠施作“尺棰之争”的辩者应是与惠施同时代的、能互相辩论得起来的人，而不应该是一个尚处于童年的公孙龙。《庄子》说“公孙龙，辩者之徒”[17]，钱穆先生“推其文义，公孙自是辩者之后起，庄子原文，亦并不谓公孙亲与惠施相辩也”[18]。由此，笔者得出结论，提出“一尺之棰，日取其半，万世不竭”这句话的既不是持“小一”（有限可分）观点的惠施，也不是当时年纪尚小的公孙龙，而是与惠施在辩论方面“相与乐之”的某位辩者。具体还有待考证。

另外，教材中将惠施这段写在年代比他更早的墨子之前，容易给人造成一种误解，以为惠施早于墨子，亦甚为不妥。

2.2 关于汤姆孙原子模型的提出及当时科学家围绕这个原子模型开展相关科学研究的考证

2.2.1 汤姆孙原子模型的提出及其自身所做的论证研究

清华版《物理学史》[19]中有以下记载：

1904年，J.J.汤姆孙发表论文“论原子的结构： 关于沿一圆周等距分布的一些例子的稳定性和振荡周期的研究”。在这篇论文里，他运用经典力学理论，……，求证电子稳定分布所应处的状态。他假设原子带正电的部分像“流体”一样均匀分布在球形的原子体积内，而负电子则嵌在躯体的某些固定位置。汤姆孙为此进行了模拟实验（梅尼磁针实验）证明自己理论的正确性。

在汤姆孙的原子模型中最重要的是原子内的电子数。为此，汤姆孙设计了X射线和β射线的散射实验，希望通过射线和原子中电子的相互作用，探明原子内部电子的数目。

2.2.2 当时科学家围绕汤姆孙原子模型开展的相关科学研究

清华版《物理学史》[20]中有以下记载：

巴克拉（C.G. Barkla）进行了X射线散射实验，测定了原子中的电子数n与原子量A的关系为n≈2A。据此汤姆孙判定n与A同数量级。1910年，克劳瑟根据汤姆孙的β散射理论，推证得出n=3A，而卢瑟福从α散射实验得到n≈12A。

1908年，卢瑟福的助手盖革在用闪烁法观测α散射时，发现金箔的散射作用比铝箔强。卢瑟福建议盖革系统地考察不同物质的散射作用，并让学生马斯登协助工作……。他们发现在闪锌屏上总出现不正常的闪光，为此，卢瑟福建议他们试试让α粒子从金属表面上直接反射，这就导致了马斯登观察到α粒子碰撞金属箔产生的大角度散射的惊人结果。

当卢瑟福知道这个结果时，他觉得实在难以置信，因为这无法用汤姆孙的原子模型和散射理论解释。卢瑟福对这个问题苦思了好几个星期，终于在1910年底，经过数学推算，证明“只有假设正电球的直径小于原子作用球的直径，α粒子穿越单个原子时，才有可能产生大角度散射”。并于1911年在《哲学杂志》上发表了题为“物质对α、 β粒子的散射和原子构造”的论文。

1910年，奥地利物理学家哈斯（A.E. Haas， 1884～1941）在汤姆孙原子模型的基础上，首次尝试将量子假说运用于原子结构的分析[21]。

2.2.3 考证结论说明

根据以上史实，我们可以得出两点结论：

（1） 从1904年，汤姆孙提出原子模型，到1911年卢瑟福发表原子有核模型的论文，这七年的时间里，物理学家分别从理论和实验两个角度对汤姆孙模型展开了深入的研究。更具重要意义的是，正是汤姆孙和他的学生们对原子结构开展的系列散射研究导致了α大角度散射实验，从而证实了原子核的存在。

（2） 卢瑟福在知道α粒子碰撞金属箔产生的大角度散射的结果后，觉得“惊人”、“反常”，正是因为他仍试图用汤姆孙原子模型和散射理论去解释这个现象，在“实在难以置信”、理论与实验事实“结果相差太远”后，才苦思几周，重新推算，提出新的假设。说明在1910年，仍没有其他可令卢瑟福信服的新模型或新理论，从而可证明，汤姆孙原子模型和相关理论在当时的影响力，确实在“1910年之前是影响最大的一种”。

继续查阅相关事实，还能发现：

1911年，第一届索尔威国际物理研讨会，卢瑟福参加了，但在会议记录中竟没有提到卢瑟福的新近工作[22]。

1913年，J.J.汤姆孙在做原子模型系列讲座时，没有提到有核模型（请注意： 此时还是由汤姆孙在做原子结构方面的讲座，显然此时他的模型还是主要的研究基础）。有人查过当年的报刊文献，对卢瑟福的原子模型理论几乎没有任何反响[23]。

直到，1913年，盖革和马斯登对α散射实验又作了许多改进，发表了全面的实验数据，进一步肯定了卢瑟福的理论。同年，玻尔将量子学说应用于有核模型，并成功解释了氢原子光谱。到1914～1915年，卢瑟福的有核理论终于得到了世人的公认[24]。

从上述史料可以看出，从1904年汤姆孙提出他的原子结构模型，一直到1913年盖革和马斯登的α大角度散射实验的全面数据发表，这将近十年的时间里，汤姆孙模型一直是最重要的模型。因此，汤姆孙原子结构模型既不是“很快”、更不是“被弃置一边”，而正是从这个模型的提出开始，为进一步探索原子结构指出了一条道路，有力地推动了卢瑟福有核模型的发现，人类对原子结构的探索才取得了新的突破。

3 关于教材修改建议

教材是师生开展教学活动的重要文本依据，行文表述和史料引用都要体现出必要的科学性和严谨性。

3.1 关于“尺棰之争”的观点表述修改

建议将原文改为：“我国古代有人提出： ‘一尺之棰，日取其半，万世不竭，认为物质是无限可分的。”

3.2 关于汤姆孙原子模型历史影响的表述修改

建议将原文改为：“汤姆孙提出的原子模型指出了原子是有结构的。人们对原子结构的探索在观察到α射线大角度散射实验现象后又取得了新的突破。”

并将原文中介绍伦琴发现X射线和贝克勒尔发现天然放射性的相关内容，移至汤姆孙发现电子和提出原子结构模型之前，以符合科学发现史。

参考文献：

[1]姚子鹏主编.高级中学课本·化学（高中一年级第一学期）（试用本）（第1版）[M].上海： 上海科学技术出版社， 2007：3～4.

[2][6][8][9][10][16][17]郭象注，成玄英疏.庄子注疏（第1版）[M].北京： 中华书局， 2011： 571～574.

[3][7][11][15][18]钱穆著.墨子惠施公孙龙（第1版）[M].北京： 九州出版社， 2011： 54～55，44.

[4][5][19][20][21][22][23][24]郭奕玲，沈慧君编著.物理学史（第2版）[M].北京： 清华大学出版社， 2005： 224～231.

[12][13][14]弗·卡約里著.戴念祖译.物理学史（第1版）[M].北京： 中国人民大学出版社， 2010： 299.