郭貴春,余 朋

(山西大學(xué) 科學(xué)技術(shù)哲學(xué)研究中心,山西 太原 030006)

自然種類(natural kinds)的本質(zhì)主義將化學(xué)物質(zhì)(如化學(xué)元素)視為自然種類的天堂,在化學(xué)哲學(xué)中引起了廣泛討論。2020年,被“學(xué)術(shù)影響”(Academic Influence)評(píng)為2010—2020年間最具影響力的十位化學(xué)家之一的埃里克·塞瑞(Eric Scerri)在采訪中談到自然種類研究的一個(gè)新進(jìn)展:“人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到自然種類與人們所考慮的任何領(lǐng)域都是相關(guān)的。例如,如果人們像從物理學(xué)的角度那樣把原子還原為質(zhì)子、中子和電子,那么化學(xué)元素就可能不再是自然種類……自然種類不再僅僅被視為一個(gè)本體論問題?！盵1]自然種類論題能夠在化學(xué)哲學(xué)中掀起討論,是基于這樣兩個(gè)背景:其一,化學(xué)哲學(xué)家們不滿于一些哲學(xué)家濫用化學(xué)案例的行為,例如索爾·克里普克(Saul Kripke)、希拉里·普特南(Hilary Putnam)等人對(duì)水、金案例的濫用。其中以塞瑞為首的化學(xué)哲學(xué)家試圖從化學(xué)史或化學(xué)實(shí)踐的角度對(duì)自然種類的相關(guān)哲學(xué)問題展開重新討論。其二,盡管“本質(zhì)與自然種類”相關(guān)問題被19世紀(jì)末和20世紀(jì)上半葉的邏輯經(jīng)驗(yàn)主義當(dāng)做無經(jīng)驗(yàn)意義的形而上學(xué)加以拒斥,但隨著邏輯經(jīng)驗(yàn)主義的衰落以及英語世界本體論研究的興起,本質(zhì)與自然種類概念在奎因?qū)w納悖論的研究中以及克里普克可能世界語義學(xué)的方法中得以復(fù)興[2]?；谶@兩個(gè)背景,化學(xué)哲學(xué)中出現(xiàn)了涉及自然種類論題的微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義(microstructural essentialism)、反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義(anti-microstructural essentialism)和新微觀結(jié)構(gòu)主義三種不同主張。本文擬梳理并指出它們各自所面臨的困難,并嘗試在語境視域下對(duì)化學(xué)種類進(jìn)行分析,表明“微觀結(jié)構(gòu)特性”并未淪為本質(zhì)主義的“陪葬品”,而化學(xué)種類(chemical kinds)并非自然種類的天堂。

一、傳統(tǒng)的自然種類觀——微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義

水、金是科學(xué)哲學(xué)家們討論自然種類論題的常用案例,而將水或金的微觀結(jié)構(gòu)特性視為本質(zhì)的看法構(gòu)成了微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的經(jīng)典觀點(diǎn)。普特南的孿生地球(Twin Earth)思想實(shí)驗(yàn)展開了微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的討論。普特南認(rèn)為,如果一種物質(zhì)具有水的所有可觀察到的特性,但在另一個(gè)星球上發(fā)現(xiàn)的水沒有化學(xué)分子式H2O,那么稱這種物質(zhì)為“水”是不合適的[3]。按照普特南的觀點(diǎn),H2O分子決定了水這個(gè)自然種類。克里普克在《命名與必然性》中也闡述了類似的微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義思想,“據(jù)證明當(dāng)且僅當(dāng)一種物質(zhì)對(duì)象包含的惟一的元素是原子序數(shù)為79的元素的話,這種物質(zhì)對(duì)象就是(純)黃金”[4]。當(dāng)代活躍的化學(xué)哲學(xué)家羅賓·亨德里(Robin Hendry)在愛思唯爾《化學(xué)哲學(xué)手冊(cè)》中提到:“克里普克和普特南分別選擇了金和水作為范例,認(rèn)為對(duì)這些自然種類的語義獲取可以獨(dú)立于它們的詳細(xì)理論知識(shí),從而使它們(對(duì)普特南而言)成為科學(xué)史上連續(xù)理論的中立主題,即使是那些對(duì)同一種類做出互不相容的主張的人。其目的是展示如何發(fā)現(xiàn)自然種類,而不是強(qiáng)加于自然?！盵5]30-31基于此,人們普遍認(rèn)為自然種類的本質(zhì)主義是克里普克和普特南關(guān)于指稱的語義論證結(jié)果,即自然種類應(yīng)該依據(jù)微觀結(jié)構(gòu)的性質(zhì)進(jìn)行劃分,并且事物的某種內(nèi)在微觀結(jié)構(gòu)決定了自然種類的本性。

在化學(xué)哲學(xué)的自然種類論述中,上述觀點(diǎn)被稱為微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義或微觀結(jié)構(gòu)主義,其主要代表人物有普特南、克里普克、泰德·尤金·威爾克森(Ted Eugene Wilkerson)、亨德里、布萊恩·埃利斯(Brian Ellis)等人。微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義主張內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)決定了化學(xué)種類的外延,分類是基于微觀結(jié)構(gòu)的本質(zhì)來進(jìn)行的,并且獨(dú)立于人們的興趣和智力活動(dòng)。微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的典型代表亨德里認(rèn)為:“關(guān)于自然種類的微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義是指,這一種類的成員資格是由微觀結(jié)構(gòu)屬性授予的?！盵6]喬治敦大學(xué)化學(xué)教授約瑟夫·厄利(Joseph Earley)將微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的觀點(diǎn)概述為:“微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義假定微觀結(jié)構(gòu)特性是(化學(xué))物質(zhì)之間相似性和差異性的基礎(chǔ)。我們能觀察到的核電荷和電子狀態(tài)在很大程度上決定了化學(xué)變化的范例,這可能表明原子序數(shù)是特定基本物質(zhì)的本質(zhì)(定義性的特征)。”[7]因而按照微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義,微觀結(jié)構(gòu)特性使得自然種類事物能夠保持自身的同一性,而這些內(nèi)在的微觀結(jié)構(gòu)是由科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的。例如,金的微觀結(jié)構(gòu)特征“原子序數(shù)為79”構(gòu)成了金的本質(zhì);水的微觀結(jié)構(gòu)特征“氫元素和氧元素的原子比2∶1或分子式為H2O”構(gòu)成了水的本質(zhì)。換言之,金的本質(zhì)就是原子序數(shù)為79,水的本質(zhì)就是H2O。

微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義與本質(zhì)主義(essentialism)有著密切聯(lián)系,從寬泛意義上講,本質(zhì)主義所呼吁的形而上學(xué)本質(zhì)可以等同于微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的微觀結(jié)構(gòu)特性。本質(zhì)主義最早可以追溯至亞里士多德。亞里士多德認(rèn)為事物的本質(zhì)就是一類事物具有的共同形式,一個(gè)種類之所以成為該種類是由于具有其他種類所不具備的本質(zhì)屬性。亞里士多德在《論題篇》中談到:“一種特性的被設(shè)定或者是由于本質(zhì)的,或者是永恒的,或者是相關(guān)于他物的,或者是暫時(shí)的。例如,‘人在本性上就是一種文明的動(dòng)物’就是本質(zhì)特性?！盵8]亞里士多德主張同類事物下的所有成員都具有相同的本質(zhì)特征,并且本質(zhì)可以通過對(duì)事物的定義來體現(xiàn)。換言之,自然種類是其所是就在于它具有某種本質(zhì)特性,正是這種本質(zhì)特性決定了某物的種類。這一思想對(duì)后世產(chǎn)生了重要的影響,直到17世紀(jì),英國經(jīng)驗(yàn)主義哲學(xué)家洛克首次對(duì)亞里士多德的本質(zhì)觀進(jìn)行了猛烈的抨擊。洛克區(qū)分了兩種本質(zhì),“實(shí)在的(real)和名義的(nominal)本質(zhì),在簡單的觀念和情狀方面是同一的,在實(shí)體方面是差異的——我們既把本質(zhì)分為名義的和實(shí)在的兩種,因此,我們可以進(jìn)一步說,在簡單觀念和情狀方面,它們永遠(yuǎn)是同一的,在實(shí)體方面,它們是永遠(yuǎn)差異的”[9]。洛克認(rèn)為一種實(shí)體的名義本質(zhì)就是某種具有確定特征的復(fù)雜抽象觀念,即通過第二性的質(zhì)而形成的。相應(yīng)的,實(shí)在本質(zhì)就是事物是其所是的本質(zhì),通過對(duì)象本身所具有的第一性的質(zhì)形成的。但洛克對(duì)實(shí)在本質(zhì)持不可知的態(tài)度,認(rèn)為事物內(nèi)在微觀結(jié)構(gòu)的本質(zhì)知識(shí)是建立在一個(gè)非常高的標(biāo)準(zhǔn)之上的,我們根本不可能達(dá)到這種標(biāo)準(zhǔn),更不可能擁有關(guān)于它們的知識(shí)。當(dāng)代新本質(zhì)主義代表埃利斯構(gòu)建了科學(xué)形而上學(xué)的統(tǒng)一解釋,提出對(duì)自然種類的高度限定性(restrictive)觀點(diǎn),認(rèn)為化學(xué)種類是不同于生物種類的,化學(xué)種類的層級(jí)化(hierarchy)、離散性(discreteness)和獨(dú)立性使得化學(xué)家們擁有自然種類最明顯的例子——元素(元素周期表)[10]。

克里普克、普特南和本質(zhì)主義哲學(xué)家對(duì)自然種類的態(tài)度基本上是一致的(就化學(xué)種類而言):(1)化學(xué)種類的本質(zhì)是其微觀結(jié)構(gòu)(如水的本質(zhì)是H2O),類成員具有共同的本質(zhì);(2)微觀結(jié)構(gòu)決定化學(xué)種類的外延,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)種類進(jìn)行明晰的分類;(3)微觀結(jié)構(gòu)決定了化學(xué)種類的本性(如金的原子結(jié)構(gòu)是金在一定溫度下熔化的原因),它使得化學(xué)種類事物能夠保持自身的同一性,成為解釋和預(yù)測的基礎(chǔ)。

然而,微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義所呼吁的微觀結(jié)構(gòu)在化學(xué)中并不具有它所希望的效力,在化學(xué)中涉及微觀結(jié)構(gòu)的相關(guān)概念也并不支持微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的主張?；瘜W(xué)中涉及微觀結(jié)構(gòu)的相關(guān)概念主要有化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)等。1861年,俄國化學(xué)家亞歷山大·布特列洛夫(Aleksandr Butlerov)在《論物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)》報(bào)告中明確提出“化學(xué)結(jié)構(gòu)”這一概念:“假定兩個(gè)化學(xué)原子之間具有一定的和有限的化學(xué)親合力,化學(xué)原子借這種化學(xué)力形成物體,那么,我擬將這種化學(xué)關(guān)系或者叫做復(fù)雜物體中的各原子相互結(jié)合的方式,稱之為化學(xué)結(jié)構(gòu)”[11],并強(qiáng)調(diào)有機(jī)化合物的化學(xué)性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)之間存在著依賴關(guān)系。在化學(xué)上,化學(xué)結(jié)構(gòu)概念的建立主要以布特列洛夫-凱庫勒-范霍夫三人形成的分子結(jié)構(gòu)理論、劉易斯的化學(xué)鍵理論和分子波動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)。所謂的化學(xué)結(jié)構(gòu),在今天更多地被表述為“分子結(jié)構(gòu)”:“分子是由組成的原子按照一定的排列順序,相互影響相互作用而結(jié)合在一起的整體,這種排列順序和相互關(guān)系成為分子結(jié)構(gòu)”[12],討論分子結(jié)構(gòu)就是討論原子如何結(jié)合成分子、原子的連接順序、分子的大小及立體形狀,以及電子在分子中的分布問題。布特列洛夫關(guān)于化學(xué)結(jié)構(gòu)的論述以及大部分化學(xué)教材涉及的分子結(jié)構(gòu)定義暗含了這樣一個(gè)假設(shè):分子具有確定形狀和結(jié)構(gòu)的物理實(shí)體,分子結(jié)構(gòu)是認(rèn)識(shí)和理解化學(xué)的中心或基礎(chǔ)。這一觀念貫穿于無數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)教科書中,成為經(jīng)典分子模型背后的重要假設(shè)之一。然而,1978年,蓋伊·伍利(Guy Woolley)在《分子必須具有形狀嗎?》一文中率先質(zhì)疑了布特列洛夫式的分子結(jié)構(gòu)舊觀念,認(rèn)為這種觀念已經(jīng)成為分子科學(xué)的中心教條[13]。隨后,陸續(xù)有學(xué)者認(rèn)同伍利的看法,分別發(fā)表了類似的觀點(diǎn)。例如,1998年,朱塞佩·戴爾·雷(Giuseppe Del Re)將分子結(jié)構(gòu)視為一種由于類推和邏輯證據(jù)而存在的實(shí)體[14]。2000年,帕維爾·蔡德勒(Pawel Zeidler)認(rèn)為將分子結(jié)構(gòu)視為分子固有的、不變的分子特性是毫無意義的[15]。2017年,落合博史(Ochiai Hirofumi)以量子化學(xué)的研究為依據(jù),斷言分子的形狀與結(jié)構(gòu)并非經(jīng)典化學(xué)理解的那種存在,而是呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)的量子狀態(tài)[16]。事實(shí)上,分子具有確定的形狀和結(jié)構(gòu)這一假設(shè)的科學(xué)合法性已隨著量子力學(xué)或量子化學(xué)的發(fā)展而備受質(zhì)疑。在今天看來,分子結(jié)構(gòu)的經(jīng)典概念已經(jīng)不適用了,不能被繼續(xù)當(dāng)作認(rèn)識(shí)和理解化學(xué)的堅(jiān)實(shí)支架。既然分子具有確定的形狀和結(jié)構(gòu)這一假設(shè)的科學(xué)合法性存在問題,那么包括分子結(jié)構(gòu)在內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)特性的本質(zhì)地位便隨之削弱,而微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義將微觀結(jié)構(gòu)特性視為本質(zhì)的看法也必然遭遇困難。因此,在化學(xué)中涉及微觀結(jié)構(gòu)的相關(guān)概念并不支持微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的主張。

首先,微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義所主張的“微觀結(jié)構(gòu)特性”是單一的、固定的、靜態(tài)的“結(jié)構(gòu)”,與現(xiàn)代化學(xué)知識(shí)相矛盾?；瘜W(xué)種類的本性不能僅僅由單一的微觀結(jié)構(gòu)特性來表征,例如水的微觀結(jié)構(gòu)并不簡單等同于H2O。其次,微觀結(jié)構(gòu)特性與自然種類的外延并非充分必要關(guān)系。盡管宏觀性質(zhì)和功能在一定程度上依賴于微觀結(jié)構(gòu)特性,但并不能說只要弄清楚微觀結(jié)構(gòu)特性就可以將宏觀性質(zhì)一覽無余了,并且化學(xué)理論也并不總是基于微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的,某一化學(xué)種類的成員資格不一定是由微觀結(jié)構(gòu)性質(zhì)賦予的,例如酸堿理論。再次,化學(xué)中不只存在上向因果關(guān)系,還存在下向因果關(guān)系。例如,固態(tài)氧在高壓下變成金屬形態(tài),而在極低的溫度下還會(huì)變成超導(dǎo)體。最后,化學(xué)種類并非如埃利斯所言是層級(jí)化的、離散的自然種類。例如,微觀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)并不能為非化學(xué)計(jì)量化合物(Non-stoichiometric compound)匹配精確的分子式從而對(duì)之進(jìn)行所謂層級(jí)化分類,因?yàn)樵谝欢ǚ秶鷥?nèi),原子可以在不干擾晶格結(jié)構(gòu)的情況下在晶格內(nèi)相互替換。

在今天來看,微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義意義上的微觀結(jié)構(gòu)概念已經(jīng)不再適用,無法再繼續(xù)充當(dāng)認(rèn)識(shí)和理解化學(xué)的堅(jiān)實(shí)支架,而語境化的微觀結(jié)構(gòu)概念或許更能適應(yīng)于現(xiàn)代化學(xué)的要求。

二、傳統(tǒng)自然種類觀面臨的挑戰(zhàn)——反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義

在化學(xué)哲學(xué)的自然種類論述中,另外一些學(xué)者反對(duì)克里普克、普特南、亨德里等人的微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義,形成了反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的陣營。反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義粗略地說是一種反還原主義、反本質(zhì)主義、約定主義、建構(gòu)主義,主張化學(xué)種類沒有微觀上的本質(zhì),而分類是依賴于化學(xué)家的智力活動(dòng)和不同目的,或更多的是基于熱力學(xué)數(shù)據(jù)而非微觀結(jié)構(gòu)特性。其主要代表人物有弗蘭蒂舍克·瓦爾德(Franti?ek Wald)、威廉·奧斯特瓦爾德(Wilhelm Ostwald)、亞普·范·布拉克爾(Jaap van Brakel)、保羅·尼達(dá)姆(Paul Needham)、約瑟夫·拉波特(Joseph Laporte)、霍利·范德沃爾(Holly VandeWall)、塞瑞等人。

反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義(通過熱力學(xué)數(shù)據(jù)的宏觀標(biāo)準(zhǔn))可以追溯到捷克化學(xué)家瓦爾德和物理化學(xué)之父奧斯特瓦爾德。19世紀(jì)末,瓦爾德力圖發(fā)展一種基于相概念的現(xiàn)象主義方法來構(gòu)建一種在當(dāng)時(shí)反原子論的化學(xué)認(rèn)識(shí)論圖景。他關(guān)于化學(xué)個(gè)體(chemical individuals)的定義基本上與微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的主張相反:“化學(xué)個(gè)體是建立在至少有一個(gè)獨(dú)立變化的相體系中的相位,并且在與相體系的守恒無關(guān)的所有變化中其組分顯著地保持恒定不變?！盵5]129與瓦爾德一樣,奧斯特瓦爾德只接受原子論作為假設(shè)的初步陳述,主張物質(zhì)和原子、分子的概念都是多余的,用“能量”而不是“物質(zhì)”來構(gòu)建化學(xué)認(rèn)識(shí)論圖景。對(duì)于奧斯特瓦爾德而言,雖然基于微觀力學(xué)假設(shè)的微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義方法在許多問題上進(jìn)展甚微,但非機(jī)械論的、以能量為基礎(chǔ)的方法卻取得了巨大的成功,“只有能量才是真實(shí)存在的東西”[5]110。實(shí)際上,經(jīng)典熱力學(xué)與微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的信念在一定程度上是相悖的,因?yàn)榻?jīng)典熱力學(xué)的假設(shè)并不基于微觀粒子。經(jīng)典熱力學(xué)理論并未從原子或分子結(jié)構(gòu)出發(fā),或者說在熱力學(xué)定律或理論框架中沒有表示原子或分子的結(jié)構(gòu),即它并非依賴于物質(zhì)性質(zhì)假設(shè)的理論。因而,經(jīng)典熱力學(xué)在科學(xué)中存在一個(gè)悖論:一個(gè)不能認(rèn)識(shí)物質(zhì)本質(zhì)的理論卻對(duì)理解物質(zhì)的行為產(chǎn)生了重大的影響[5]468。當(dāng)然,這種悖論在反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義者看來并不算悖論。當(dāng)代化學(xué)哲學(xué)學(xué)者尼達(dá)姆繼承于奧斯特瓦爾德和瓦爾德以熱力學(xué)或相律為基礎(chǔ)的自下而上策略,認(rèn)為利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)比利用微觀結(jié)構(gòu)能更好地識(shí)別化學(xué)物質(zhì),而純物質(zhì)的傳統(tǒng)微觀結(jié)構(gòu)概念有讓位于相概念的趨勢[17]。根據(jù)尼達(dá)姆,典型的純物質(zhì)可以根據(jù)存在于固相、液相和氣相中的一個(gè)單組分相圖并“連接”這些相的三相點(diǎn)來定義或識(shí)別化學(xué)物質(zhì),從而不用訴諸微觀結(jié)構(gòu)的概念。如果說微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的信條是“自下而上”的微觀結(jié)構(gòu)論,那么反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的信條就是“自上而下”的宏觀標(biāo)準(zhǔn)論。相比微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義,這種承襲于瓦爾德和奧斯特瓦爾德的反原子論傳統(tǒng)、后經(jīng)尼達(dá)姆等人重新發(fā)展的反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義主張,化學(xué)種類的分類是基于熱力學(xué)數(shù)據(jù)而非微觀特性。

反微觀結(jié)構(gòu)主義者通過斥責(zé)哲學(xué)家們?yōu)E用化學(xué)案例的行為,拒絕將化學(xué)種類視為自然種類的范例。按照微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義,水的微觀結(jié)構(gòu)(或分子結(jié)構(gòu))H2O決定了水這個(gè)自然種類,并且能夠解釋和預(yù)測水的各種宏觀性質(zhì)。然而,反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義者尼達(dá)姆[17]和范德沃爾[18]認(rèn)為決定化學(xué)種類同一性的是物質(zhì)的宏觀特征而非微觀結(jié)構(gòu),理由是水分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部具有復(fù)雜的大規(guī)模運(yùn)動(dòng),而在極時(shí)間內(nèi)難以確定水分子結(jié)構(gòu)的事實(shí)無法為微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義提供任何支持;另一方面,拉波特[19]、塞瑞[20]和布拉克爾[21]均從化學(xué)史或化學(xué)實(shí)踐的角度出發(fā),反對(duì)普特南、克里普克、埃利斯等人關(guān)于自然種類本質(zhì)主義的論述,認(rèn)為無法給出任何本質(zhì)主義的定義。對(duì)于化學(xué)元素而言,塞瑞同意英國化學(xué)家弗里德里希·帕內(nèi)特(Friedrich Paneth)認(rèn)為的元素具有實(shí)在性和抽象性(1)即簡單物質(zhì)(simple substances)和基本物質(zhì)(grundstoff)的雙重意義。,從而反對(duì)埃利斯將元素作為自然種類的絕佳范例。

經(jīng)典熱力學(xué)的假設(shè)并不基于微觀粒子,它通過“犧牲”微觀結(jié)構(gòu)的差異性而最大限度地獲取對(duì)整體性的把握。利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)也能在一定程度上對(duì)物質(zhì)進(jìn)行識(shí)別,其合理性在于低層級(jí)的微觀粒子及其相互作用過程會(huì)受到高層次規(guī)律的約束。不過,反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的宏觀標(biāo)準(zhǔn)論仍然存在一定問題。如果說微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義還保留了微觀結(jié)構(gòu)特性概念在化學(xué)中的認(rèn)識(shí)論地位的話,反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義已經(jīng)直接放棄了微觀結(jié)構(gòu)的概念,而代之以熱力學(xué)數(shù)據(jù)。這動(dòng)搖了分子結(jié)構(gòu)在化學(xué)解釋與預(yù)測中的基礎(chǔ),使得微觀結(jié)構(gòu)特性失去了在化學(xué)中的認(rèn)識(shí)論地位。盡管化學(xué)種類的本性不能僅由單一的微觀結(jié)構(gòu)特性來表征(例如水不能僅僅由H2O分子來表征),但“微觀結(jié)構(gòu)特性”還不至于淪為形而上本質(zhì)觀念的“陪葬品”。尼達(dá)姆認(rèn)為利用熱力學(xué)數(shù)據(jù)能比利用微觀結(jié)構(gòu)更好地識(shí)別物質(zhì),亨德里則反駁說,所謂的熱力學(xué)宏觀標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)是松弛的,化學(xué)物質(zhì)的差異性必須訴諸微觀結(jié)構(gòu)。因?yàn)槠渌^的熱力學(xué)宏觀標(biāo)準(zhǔn)中混合熵的非零(nonzero)情況太多,無法為化學(xué)物質(zhì)的差異性提供標(biāo)準(zhǔn)。例如正交量子態(tài)中的相同原子(Indentical Atoms in Orthogonal Quantum States)以不同的物理狀態(tài)混合也仍然是同一物質(zhì),宏觀信息卻將其處理為不同物質(zhì)[22]。如此看來,反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的宏觀標(biāo)準(zhǔn)論也存在一定問題。

對(duì)于“自上而下”的反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義而言,微觀上任何兩個(gè)個(gè)體之間的差異并不重要,宏觀上的差異更重要;相反,“自下而上”的微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義更強(qiáng)調(diào)微觀層面上任何實(shí)體之間的差異,而這些微觀層面上的差異正是化學(xué)上解釋和預(yù)測的基礎(chǔ)。

三、新的發(fā)展——新微觀結(jié)構(gòu)主義

面對(duì)反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的詰難,傳統(tǒng)的自然種類觀(微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義)已經(jīng)不能“完滿地”適用于化學(xué)種類。曾被視為自然種類絕佳范例的化學(xué)種類被證明比想象中還要混亂,并且遭到了部分哲學(xué)家的濫用。一些學(xué)者并未因此放棄微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義并倒向反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的陣營,相反,他們通過主張一種新形式的微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義來試圖拯救與改造傳統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義。為了與微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義相區(qū)別,我們將這種新形式的微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義稱為新微觀結(jié)構(gòu)主義。新微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義是對(duì)微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的發(fā)展和修正,在弱化本質(zhì)的基礎(chǔ)上重申微觀結(jié)構(gòu)在化學(xué)中的認(rèn)識(shí)論地位。主要代表學(xué)者有朱莉婭·伯士頓(Julia Bursten)、喬伊斯·哈夫斯塔德(Joyce Havstad)、艾瑪·托賓(Emma Tobin)等人。

新微觀結(jié)構(gòu)主義主張對(duì)原有微觀結(jié)構(gòu)特性的概念進(jìn)行拓展,即除了分子結(jié)構(gòu)、原子序數(shù)、分子組成等微觀結(jié)構(gòu)概念以外,還應(yīng)包括分子密度、多重晶格結(jié)構(gòu)、典型組分、標(biāo)準(zhǔn)比例、可變區(qū)氨基酸序列、分子幾何形狀、微觀尺寸和空間排列等微觀結(jié)構(gòu)概念。例如,新微觀結(jié)構(gòu)主義的典型代表伯士頓側(cè)重于擺脫對(duì)“本質(zhì)”的束縛,提出了基于化學(xué)反應(yīng)性的化學(xué)種類個(gè)體化(individuation)解釋,旨在協(xié)調(diào)微觀結(jié)構(gòu)解釋與宏觀解釋之間的爭論以及重申微觀結(jié)構(gòu)特性對(duì)化學(xué)種類和科學(xué)解釋的重要性[23];哈夫斯塔德主張對(duì)傳統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義進(jìn)行拯救與改造,將微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的單一式微觀結(jié)構(gòu)特性概念進(jìn)行拓展,以化學(xué)鍵的種類(例如離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵)來作為替代性方案[24];托賓以兼職蛋白(moonlighting proteins)為例,主張微觀結(jié)構(gòu)主義還應(yīng)該根據(jù)分子、化合物和大分子的組成原子性質(zhì)來描述更高層次的化學(xué)種類[25]。

傳統(tǒng)的自然種類觀(微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義)認(rèn)為原子序數(shù)為6決定了碳這個(gè)自然種類,換言之,原子序數(shù)為6就是碳的微觀結(jié)構(gòu)。但是,到目前為止,碳有三種常見的同素異形體,即石墨、金剛石和富勒烯(C60)。因此,原子序數(shù)為6不一定就是石墨,也可能是金剛石或富勒烯。再比如,按照傳統(tǒng)微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的解釋,水的本質(zhì)是H2O,即H2O決定了水這個(gè)自然種類的外延,并且可以通過H2O(或H原子和O原子之比為2∶1)分子來對(duì)之進(jìn)行識(shí)別和分類以及科學(xué)解釋和預(yù)測。顯然,這與現(xiàn)代化學(xué)知識(shí)相矛盾,因?yàn)樗粌H僅是H2O,還有氫離子(H+)、氫氧根離子(OH-)、水合氫離子(H3O+)和其他雜質(zhì)離子等。為此,伯士頓建議將微觀結(jié)構(gòu)特性的概念進(jìn)行拓展以適應(yīng)于現(xiàn)代化學(xué)知識(shí),即微觀結(jié)構(gòu)特性應(yīng)當(dāng)將分子幾何形狀、微觀尺寸和空間排列等概念囊括進(jìn)來。因此,對(duì)于石墨和金剛石而言,若要通過微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行識(shí)別和分類,就需根據(jù)石墨和金剛石的不同成鍵方式來補(bǔ)足更詳細(xì)的空間結(jié)構(gòu)信息。也就是說,我們可以根據(jù)“六邊形的排列方式”這個(gè)空間結(jié)構(gòu)信息將其劃分為石墨,或者根據(jù)“高度穩(wěn)定的正四面體”這個(gè)空間結(jié)構(gòu)信息將其劃分為金剛石。同理,富勒烯和水也是一樣。

盡管伯士頓等人的新微觀結(jié)構(gòu)主義是對(duì)傳統(tǒng)微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的發(fā)展與延伸,但是有兩點(diǎn)區(qū)別需要注意:其一,本質(zhì)觀上的不同:傳統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義認(rèn)同強(qiáng)本質(zhì)主義,而新微觀結(jié)構(gòu)主義拒絕走向本質(zhì)主義;其二,“微觀結(jié)構(gòu)”一詞的涵義不同:微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義意義上的“微觀結(jié)構(gòu)”涵義與現(xiàn)代化學(xué)知識(shí)相悖,而新微觀結(jié)構(gòu)主義意義上的“微觀結(jié)構(gòu)”涵義與現(xiàn)代化學(xué)知識(shí)相吻合。雖然新微觀結(jié)構(gòu)主義擴(kuò)展了微觀結(jié)構(gòu)的概念,保留了微觀結(jié)構(gòu)特性在化學(xué)中的認(rèn)識(shí)論地位,特別是伯士頓通過化學(xué)微觀結(jié)構(gòu)特性解釋反應(yīng)性的差異,提供了一種更具靈活性的分類機(jī)制,從而使得微觀結(jié)構(gòu)特性的重要性在化學(xué)認(rèn)識(shí)論圖景中得以存續(xù),但關(guān)于化學(xué)中存在的并非基于微觀結(jié)構(gòu)定義的反例以及塞瑞對(duì)化學(xué)元素雙重含義的論述所體現(xiàn)出來的“建構(gòu)性”,我們卻無法忽視。此外,對(duì)于微觀結(jié)構(gòu)特性與宏觀性質(zhì)之間的關(guān)系究竟是布特列洛夫式的上向因果關(guān)系還是下向因果關(guān)系,抑或兼而有之,伯士頓的解釋比較曖昧:“……不存在一個(gè)反應(yīng)性特性和一個(gè)平行的微觀結(jié)構(gòu)特性之間一對(duì)一的映射,我所主張的關(guān)系更為溫和”[23]。也許伯士頓想像理查德·博伊德(Richard Boyd)的HPC理論(homeostatic property cluster)那樣將這種所謂溫和的關(guān)系表述為多重實(shí)現(xiàn)的或者其他的,但他并未作更多說明。

新微觀結(jié)構(gòu)主義抓住了微觀結(jié)構(gòu)概念這根“救命稻草”,試圖挽救微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義,但由于化學(xué)反應(yīng)性和微觀結(jié)構(gòu)特性之間的關(guān)系并未被闡述清晰,因此新微觀結(jié)構(gòu)主義不可能走向徹底的反本質(zhì)主義,而更適合在本質(zhì)主義與反本質(zhì)主義之間探尋一條中間道路。

四、語境視域下的自然種類觀

如果堅(jiān)持微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義的主張,那么微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義意義上的微觀結(jié)構(gòu)涵義與現(xiàn)代化學(xué)知識(shí)相悖且無法兼容化學(xué)中的下向因果關(guān)系。同時(shí),基于微觀結(jié)構(gòu)特性的定義也無法涵蓋所有化學(xué)物質(zhì)。如果堅(jiān)持新微觀結(jié)構(gòu)主義,那么擴(kuò)展后的微觀結(jié)構(gòu)特性概念雖然能與現(xiàn)代化學(xué)知識(shí)相適應(yīng),卻仍然面臨分子結(jié)構(gòu)概念并不能從量子力學(xué)計(jì)算中推導(dǎo)出來的困難,因?yàn)樾挛⒂^結(jié)構(gòu)主義必須使用分子結(jié)構(gòu)的概念,否則就無法為堅(jiān)持微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)論地位提供理由。而且,新微觀結(jié)構(gòu)主義對(duì)微觀結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)性之間關(guān)系的闡述過于曖昧,既想擺脫本質(zhì)的束縛,又沒有博伊德的HPC理論走得徹底。微觀結(jié)構(gòu)特性與化學(xué)反應(yīng)性究竟是何種映射關(guān)系并未得到清晰的闡明。反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義主張的熱力學(xué)宏觀標(biāo)準(zhǔn)同樣無法涵蓋所有化學(xué)物質(zhì),單單憑借熱力學(xué)數(shù)據(jù)無法為化學(xué)物質(zhì)的差異性提供一個(gè)更優(yōu)于微觀結(jié)構(gòu)特性的標(biāo)準(zhǔn)。面對(duì)化學(xué)哲學(xué)中微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義、反微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義和新微觀結(jié)構(gòu)主義三者之間的分歧,如何在保證化學(xué)微觀結(jié)構(gòu)特性的認(rèn)識(shí)論地位的同時(shí),很好地回答“自然科學(xué)理論中的種類是否滿足了形而上學(xué)家提出的自然種類理論”這一問題,是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

我們嘗試運(yùn)用語境視域來解決這一問題?！霸谌我惶囟ǖ恼Z境中,對(duì)象是語境化了的對(duì)象,語境是對(duì)象化了的語境。對(duì)象不能超越語境;語境不能獨(dú)立于對(duì)象?！盵26]語境化的分子實(shí)體不再像經(jīng)典化學(xué)那樣是具有確定形狀和結(jié)構(gòu)的物理實(shí)體,而是呈現(xiàn)為一種依賴于背景條件的動(dòng)態(tài)語境化實(shí)體,因而化學(xué)種類的命名和分類也要在特定的語境中談?wù)摬庞幸饬x?；瘜W(xué)中非化學(xué)計(jì)量化合物的存在,例如Fe1-xS (X = 0 to 0.2)[黃鐵礦]、YBa2Cu3O7-x(X≤0.1)[鈣鈦礦型非整比化合物]等,其原子在一定范圍內(nèi)可以在不干擾晶格結(jié)構(gòu)的情況下在晶格內(nèi)相互替換的事實(shí),違背了自然種類的本質(zhì)主義關(guān)于純物質(zhì)以微觀結(jié)構(gòu)特性作為本質(zhì)的充分必要主張。非化學(xué)計(jì)量化合物的存在使得化學(xué)計(jì)量化合物、非化學(xué)計(jì)量化合物和溶液之間的界限更加模糊,對(duì)于這些自然種類術(shù)語而言,在這里的對(duì)象已經(jīng)超越語境,而超越于語境的對(duì)象只會(huì)使分類的界限更不明朗。無論是基于微觀個(gè)體差異還是宏觀個(gè)體差異,本身都沒有問題,但超越語境談?wù)搶?duì)象就無法確定其是基于微觀個(gè)體差異還是宏觀個(gè)體差異。與微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義不同,依賴于語境的化學(xué)實(shí)體是作為化學(xué)表征的必要條件,不再作為充分條件。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的產(chǎn)生是由于與環(huán)境的相互作用,周圍環(huán)境在“對(duì)稱性破缺”“抑制EPR關(guān)聯(lián)”和“退相干”等方面有著不同的解釋[5]223。換句話說,環(huán)境至少和化學(xué)實(shí)體一樣重要。因此就需要對(duì)化學(xué)種類所涉及的類成員、對(duì)象、細(xì)節(jié)和背景等條件有一個(gè)整體性把握,這樣才能更好地進(jìn)行命名和分類。

首先,在語境視域下,“微觀結(jié)構(gòu)特性”對(duì)于化學(xué)種類的命名和分類仍然具有舉足輕重的作用,微觀結(jié)構(gòu)特性并未淪為本質(zhì)主義的“陪葬品”。在語境視域下,水的微觀結(jié)構(gòu)特性被表述為(特定溫度和特定壓強(qiáng)下):(a)水的組成是H2O、OH-、H+、H3O+等;(b)組成比為:氫原子與氧原子數(shù)量之比為2∶1;(c)幾何形狀或空間構(gòu)型:水中氧原子為“sp3”雜化構(gòu)型,水的H-O-H鍵角為109.28度,水為“V”型分子構(gòu)型等。而其所涉及的微觀結(jié)構(gòu)特性是依賴于語境的,并非獨(dú)立于語境而存在。雖然自然種類可能根據(jù)水的這些屬性來區(qū)分,但它們并不是由這些屬性構(gòu)成的,而是由它們的類成員、對(duì)象、細(xì)節(jié)和背景條件等整體所構(gòu)成的。此外,微觀結(jié)構(gòu)特性是整個(gè)化學(xué)表征的決定性因素,整個(gè)化學(xué)表征依賴于對(duì)微觀層面信息的認(rèn)識(shí)與重建。在化學(xué)物質(zhì)的鑒定中,常用的紅外光譜、紫外光譜、核磁共振、X射線衍射等表征手段仍是基于化學(xué)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)特性的。因此,“微觀結(jié)構(gòu)特性”對(duì)于化學(xué)種類的命名和分類仍然是不可或缺的。這體現(xiàn)了從“絕對(duì)確定的”微觀結(jié)構(gòu)特性到“語境依賴的”微觀結(jié)構(gòu)特性的轉(zhuǎn)變。

其次,在語境視域下,化學(xué)表征的性質(zhì)(chemically characterized properties)和實(shí)體在某種程度上可以被描述為一種隨附性(supervenience)的腳手架結(jié)構(gòu),或者說微觀結(jié)構(gòu)特性與宏觀現(xiàn)象之間呈現(xiàn)出一種狹義上的隨附關(guān)系,具有協(xié)變性、非還原性、可預(yù)測性等特征。也就是說,將伯士頓所說的化學(xué)反應(yīng)性與微觀結(jié)構(gòu)特性之間的溫和關(guān)系進(jìn)一步明確地表述為狹義上的隨附關(guān)系?；瘜W(xué)哲學(xué)的兩位先驅(qū)塞瑞和李·麥金太爾(Lee McIntyre)率先在化學(xué)哲學(xué)中提到隨附性[27],但沒有再進(jìn)一步討論。后來,米卡·紐曼(Micah Newman)才旗幟鮮明地主張將這種隨附性的形而上學(xué)關(guān)系應(yīng)用于化學(xué)領(lǐng)域,理由是整個(gè)化學(xué)表征(chemical characterization)大廈就是一個(gè)單一而具體的附隨性論題[28]。例如,對(duì)于錯(cuò)綜復(fù)雜的化學(xué)系統(tǒng)表征而言,在一定的平均動(dòng)能范圍內(nèi),液態(tài)水隨附于任何H2O分子的連接而產(chǎn)生。在語境視域下來看,這體現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)性與微觀結(jié)構(gòu)特性之間關(guān)系從舊有的一對(duì)一映射到隨附關(guān)系的轉(zhuǎn)變。

再次,在語境視域下,化學(xué)種類的命名和分類因不同的語境而具有不同的命名和分類標(biāo)準(zhǔn),不同分類標(biāo)準(zhǔn)可以在不同語境中體現(xiàn)不同價(jià)值?；瘜W(xué)種類的本質(zhì)只具有相對(duì)確定性,沒有微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義所主張的那樣強(qiáng)的充分必要本質(zhì)。單憑自下而上的方式不能涵蓋整合化學(xué)種類,同樣,單憑自上而下的方式企圖涵蓋所有化學(xué)種類的想法也是失敗的。擁有單一的微觀結(jié)構(gòu)性質(zhì)或一對(duì)等價(jià)性質(zhì)并不能直接授予水的化學(xué)性質(zhì),同樣,單憑熱力學(xué)的宏觀標(biāo)準(zhǔn)也無法授予水的全部化學(xué)性質(zhì)?；瘜W(xué)種類是否能夠作為自然種類不僅要看哲學(xué)家關(guān)于自然種類的理論,還要看化學(xué)家或化學(xué)共同體對(duì)化學(xué)對(duì)象的理解,而依賴于背景條件的語境化實(shí)體更加符合化學(xué)家對(duì)化學(xué)對(duì)象的理解。試圖以獨(dú)立實(shí)體的方式或某種先驗(yàn)的形而上學(xué)理論來理解自然種類問題是不完備的,依賴于背景條件的語境實(shí)體注重用化學(xué)實(shí)踐的方式來探究和思考自然種類問題。語境視域下的化學(xué)種類能夠支持微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義所不支持的非化學(xué)計(jì)量化合物等反例,因?yàn)橐蕾囉诒尘皸l件的語境實(shí)體不會(huì)像微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)主義那樣以一種單一的微觀結(jié)構(gòu)屬性去劃分,而是更加依賴于背景條件的彈性分類。因此,在語境視域下來看,化學(xué)種類的命名和分類是依賴于特定語境的,是在特定的語境中得以確立和實(shí)現(xiàn)的。

化學(xué)中每一次確立的命名和分類,都伴隨著新語境的建立,從而為化學(xué)種類更合理的命名與分類開拓了新的平臺(tái)。伴隨著理論的不同背景環(huán)境、不同研究者的認(rèn)知條件、不同的社會(huì)和歷史因素,形成了不同階段語境化的命名和分類模式。紛繁復(fù)雜的有機(jī)化合物的命名憑借IUPAC命名法(2)IUPAC命名法是系統(tǒng)命名有機(jī)化合物的方法,由國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)制定。走向系統(tǒng)化;各種各樣的元素憑借周期表井然有序地排布于其中——但這恰恰并不能成為自然種類范例的佐證?；瘜W(xué)種類表現(xiàn)出的有序性、明晰性和規(guī)律性是建立在一定語境基礎(chǔ)上的,如有機(jī)化合物的命名是由國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)制定的,最近一次的修訂是在1993年;元素周期表是基于特定的歷史語境而被“制定”的,并且元素周期表的形式并不唯一,除了教科書式的門捷列夫元素周期表,還有左階元素周期表(3)查爾斯·珍妮特(Charles Janet)于1929年首次提出“左階元素周期表”(left-step periodic table)。等其他形式的元素周期表。當(dāng)然,這并不是說它們完全是依賴于科學(xué)家的旨趣、智力活動(dòng)或歷史發(fā)展而形成的,我們更應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到由于微觀結(jié)構(gòu)特性的差異性而表現(xiàn)出的宏觀上的有序性、明晰性和規(guī)律性。

綜上所述,語境視域下的化學(xué)種類,首先憑借依賴于背景條件的語境實(shí)體,使“微觀結(jié)構(gòu)特性”在化學(xué)中的認(rèn)識(shí)論地位得以保留,繼續(xù)成為認(rèn)識(shí)和理解化學(xué)的堅(jiān)實(shí)支架,而不至于淪為形而上本質(zhì)觀念的“陪葬品”;其次,化學(xué)反應(yīng)性與微觀結(jié)構(gòu)特性之間的溫和關(guān)系被進(jìn)一步表述為具有協(xié)變性、非還原性、可預(yù)測性的隨附關(guān)系,更符合化學(xué)表征的訴求;最后,化學(xué)種類的命名和分類因不同的語境而具有不同的命名和分類標(biāo)準(zhǔn),不同分類標(biāo)準(zhǔn)可以在不同語境中體現(xiàn)不同價(jià)值?？傊?化學(xué)種類不是完全獨(dú)立于人們的興趣或智力活動(dòng)的真正的自然種類,化學(xué)種類的命名和分類是依賴于特定語境的,是在特定的語境中得以確立和實(shí)現(xiàn)的,撇開語境來討論化學(xué)中自然種類的問題是不現(xiàn)實(shí)的。