我们化学上学的理论是错误的吗?
不光是化学,除了数学比较特殊,基本其他学科的所有理论都有其应用局限性啊,理想的大一统理论还有待于搞数学和物理的同胞们艰苦奋斗呢~这些理论的局限性并不被看作是错误,而是对于同一事物的不同观察角度的限制。就像题主说的价键理论和分子轨道理论对于特殊事例的解释问题,这两个理论都是人们抽象出的理论模型,都是从一个特定的角度观察原子/分子电子结构,但这不代表原子/分子的电子结构就和这两个模型一样,非此即彼。就像光具有波粒二象性,用不同的方法观测会分别体现出“波”和“粒子”这两个理论模型的特点,但你不能说光要么是波要么是粒子,另一个是错的。因为我们要了解一个事物必须通过观察的手段,而观察世界的方法是有局限的,所以我们对事物的描述和定义也就具有局限性。所以,光“既是波,也是粒子”。说白了就是书上的那个例子,盲人摸象。因为没法直接看到全部的“象”,所以说“象”是“像柱子一样的东西”、“像扇子一样的东西”、“像管子一样的东西”。。。的集合。这个说法也没错吧,只是有局限性而已。
它局限,但不代表它不够伟大就跟你现在能造出一个灯泡不稀奇,但是第一个造出能发亮的灯泡的人就是伟大的。虽然你家里面现在用的都是节能灯,你说白炽灯那么伤眼睛那么费电,但是你不能否认它照亮了全世界人黑暗夜晚的那一百多年。在现今观测能力的条件下做出的最符合实验的解释,这就是最科学的态度。正是因为技术的不断发展,不断查缺补漏,我们才越来越接近世界的真相。那些亘古不变的,诞生之初就是正确无比不容置疑的?你是在讨论上帝么?
体系越宏观复杂度越高可以计算并且解释的理论越少。现在凝聚态理论困难重重的各种问题并不能简单的简化成reductionism而去解决。到了化学这个尺度,原子电子的行为非常复杂,各种盘根错节的作用,如果要等一切都从基本理论出发搞清楚了再去做任何事情,人类估计早就灭绝了。很多时候我们不需要这么精确。模糊的正确更加重要。不正确并不代表它就是错的也不会是无用的。
不是错误,而是简化后。包括LCAO,也是一个简化后的东西,哪有那么多简单线性叠加。VESPR的结论,你也是可以用量子力学方法算出来的。每个简单规则都会有一些涵盖不到的地方,这时候为了提高它的完备性,就不得不增加它的复杂性,或者换一个数学物理上更先进的体系。与此同时,我们的观察能力/验证理论的理论远远强于这些理论诞生时候了,这就导致这么一大坨实验数据你要搞个理论把它解释的全部很好,这个理论不可避免的很复杂/很难。比如量子力学对于单个电子在静电场里解释的好吧?上一节课就懂了吧?那从薛定谔方程把1s到4g的波函数算一遍试试?然后加上其他电子的扰动试试?然后加几个核?现在你是一个有机狗,你需要知道这个反应靠不靠谱,你是从这开始算呢,还是靠VESPR蒙一个呢?答案显而易见啊。化学系大部分同学的智商水平和数学物理知识储备以及专业应用的方向决定了大家教学中一直以来都是从简单规则到复杂规则,看专业决定你要多接近理论,比如VESPR更多是个用来给你判断分子长啥样的规则,作为理论非常不完备,但是对我这种只在嘴上用化学的人来说,能帮我迅速得出很多东西的大差不差的结论,其实也就够了。
为什么要学习错误的理论?因为它们在某些时刻可以解释某些现象。其实有很多人看待化学理论的方式是“它有好多东西不能解释”。但这种思路是不对的。为什么?任何一个能解释一定现象的化学理论一定是抓住了这些现象的“共性”,例如价键理论就抓住了电子希望成对(这也被电子自旋实验所验证)。当一个理论不能解释现象的时候,不代表它是“错误”的,它只是我们向更general的理论进发的一个steppingstone。从它其中得到的insight以及knowledge会帮助我们更好的理解化学,从而创造出可以解释更多现象的理论。所以,学习“错误”的理论,不仅是必要的,而且是必须的。只有这样,才能站在巨人的肩膀上,看到他们看不到的未来的美丽世界。
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