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这样，道尔顿的化学原子论即由此正式问世。
道尔顿的原子论的建立，是继拉瓦锡的氧化学说建立以后，在理论化学
中所取得的最重大的进步，它对当时的科学和哲学都具有重大的意义。在科
学上，原子论首次揭示出了原子这一化学现象的物质载体，揭示出了一切化
学现象不过是原子的运动这一化学本质。由于原子论揭示了化学的这一核心
和本质，化学才真正明确自己的研究对象，才真正奠定自己的科学基础，化
学也才真正成为科学。在哲学上，由于原子论以元素的原子量为元素的本质
属性，这就初步揭示出了化学变化中的质与量的关系，揭示出了化学反应中
的本质与现象的关系，并由此初步揭示出元素的内在联系及其相互关系。因
此，在继天体演化学说诞生之后，原子论又一次冲击了当时僵化的自然观，
同时，对于科学方法论的发展，对于辩证自然观的形成，乃至对后来的整个
哲学认识论的发展，也都具有重要意义。
原子论的建立，极大地推动了化学以及与化学相关的一些学科的发展，
自此以后，化学及相关学科发展迅速。由于原子论的建立，导致了意大利物
理学家阿佛加德罗（1776—1856年）的分子论的建立；导致了瑞典化学家贝
齐力乌斯（1779—1848年）等人所进行的元素的原子量的测定工作；导致了
后来门捷列夫 （1834—1907年）的元素周期律的发现。因此，原子论为 19
世纪初理论化学进入新的发展时期的一个伟大的开端。正如恩格斯所说：“化
学中的新时代是随原子论开始的。”①
原子论提出后不久，法国化学家盖——吕萨克（1778—1850年）研究了
① 《自然辩证法》，人民出版社1971年版，第269页。
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各种气体物质反应时的体积关系，他发现，气体物质化合时，体积上有简单
的整数比关系，如：氢与氧化合成水时，体积比为2：1；一氧化碳和氧气化
合时，体积比为2：1；氮气与氢气化合时体积比为1：3；氨与氯化氢化合时，
体积比为1：1等。1808年，他根据原子论所揭示的“化学反应中的各种元
素的原子以简单数目相化合”这一结论作出如下推论：不同的气体在同等体
积中所含有原子数成简单的整数比；而不同的气体在化合时，它们的体积也
成简单的数值比；在相等的体积中，气体元素的重量正比于它的原子量。
吕萨克认为，自己所发现的气体反应的体积定律是对道尔顿的原子论的
一次有力论证，而道尔顿却反对他的定律，认为如果按照吕萨克的定律，在
相同体积中不同气体的原子数目相同，那么既然1体积氮与1体积氧化合生
成 2体积的氧化氮，则每一氧化氮原子中就应只含半个氧原子和半个氮原
子，这与原子论中“简单原子不可分割”是完全对立的。道尔顿认为，这是
吕萨克定律的实验基础不够确切。而证明吕萨克的气体反应的体积定律正确
无误的是意大利物理学家阿佛加德罗。
阿佛加德罗于1811年发表了一篇论文，论述了关于原子量和化学式的问
题，他以吕萨克的实验为基础，进行了合理的推理，首次引入了一个与原子
概念既有联系又有区别的分子概念。他认为，所谓原子是参加化学反应时的
最小质点，所谓分子是在游离状态下单质或化合物能独立存在的最小质点。
分子是由原子组成的。同种元素的原子结合成的分子即为单质，而不同元素
的原子结合的分子即为化合物。在分子概念的基础上，他提出了分子论，主
要内容是：①分子是物质具有独特性质的物质结构的最小单位，是物质结构
中的一个基本层次，无论是单质还是化合物，在其不断被分割的过程中，都
有一个分子阶段。②单质的分子可由多个原子组成。③在同温同压下，同等
体积的气体含有同等数目的分子。他的分子论使道尔顿的原子论与吕萨克的
气体反应的体积定律在新的理论基础上统一起来，从而成为化学和物理学的
统一的理论基础的原子——分子论。
阿佛加德罗以原子——分子论为依据，测定了气体物质的原子量和分子
量，并确定了化合物中各种原子的数目。他根据气体反应时的体积比，确定
了氨分子的组成为NH（道尔顿错误地定为NH），水分子的组成为HO（道尔
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顿错误地定为HO），这些结论都是正确的。但他的正确思想并未被当时的化
学界和物理学界所承认和重视，反而被冷落了大约半个世纪，主要原因是由
于当时的科学的发展还不足以对分子作出系统的、明确的论证。
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七、地质学
1。近代地质学的兴起
近代地质学是一门起步较晚的科学。因为在近代科学发展的初期，工场
手工业尚不发达，社会对金属矿产和其他矿产的需要量不大，因此使采矿业
还只处于最初的发展之中，这样使得人们对地球的地质状况缺乏了解，但随
着手工工场在 17世纪的进一步发展，社会对于煤和金属矿产的需求逐渐增
加，到了17世纪中后期，采矿业与采煤业迅速发展起来，因此人们的地质知
识也就逐渐丰富起来，特别是由于不同地层中的大量化石的发现，直接推动
了近代地质学的诞生。
17世纪中后期，第一个真正属于近代类型的地质学家，是意大利医学
家、比较解剖学的先驱斯台诺（1638—1687年）。斯台诺原是丹麦人，青年
时期留学于意大利后，即留居意大利任佛罗伦萨宫廷的御医。在行医之余，
他通过解剖学研究走向了对化石的研究。在解剖研究中，他把现代鲨鱼和狗
鱼与当时已经发现的一种化石作了比较，发现它们之间有相似之处。因此他
认为，那种化石是现代鲨鱼和狗鱼的祖先，并由此得出化石是古生物遗迹的
结论。通过对化石的研究，斯台诺不仅奠定了比较解剖学和古生物学的最初
基础，而且还由此走向了地质学的研究。
在地质学中，斯台诺以化石鉴别为基本内容和主要方法，对地层学进行
了初步的研究。他认为，化石是鉴别地层的主要依据，而含化石的地层则是
地层演化史的直接记录。他指出，若某一地区的地层中的化石生物与现代海
洋生物相似，则可以证明该地区的地层为海洋沉积；若某一地区的地层中化
石生物与现代陆地生物相似，则可证明该地区的地层为陆地沉积，这样，斯
台诺就以化石鉴别为实验基础，建立起了地层学的基本原理。而由于实验方
法的初步引入，属于近代科学范畴的近代地质学，也才产生了自己的萌芽。
斯台诺把实验方法初步引入地层学之后，还对地层演变规律进行了初步
探讨。通过对化石的鉴别和佛罗伦萨郊外的考察，他提出了地层演变三定律：
迭加定律、原始连续性定律、原始水平性定律。他在三定律中指出，若地层
未经变动，则下层地层老于上层地层，而上层地层新于下层地层，这是迭加
定律；若地层未经变动，则地层应呈现连续性减薄，这是原始连续性定律；
若地层未经变动，则地层应呈现出水平或接近水平的产状，这是原始水平性
定律。他认为，运用他所提出的地层三定律，就可以从未经变动的地层产状
来鉴别发生过地层变动的地层演变。
在提出地层演变三定律的基础上，斯台诺还对地史学进行了最早的研
究。他通过对佛罗伦萨郊外的托斯卡纳地区的地层考察，把这一地区的地质
史划分为六个演变时期，亦即六个地质幕：第一幕，沉降而接受沉积；第二
幕，抬升为陆；第三幕，发生断裂与岩层倾斜；第四幕，再次沉降接受沉积，
并出现化石生物；第五幕，重新抬升为陆，成为滨海平原；第六幕，在流水
①
和地下火的联合作用下，相继形成河谷和峭壁，构成现今地貌 。可见，斯台
诺所编制的该地区的这个地质史年代表中，已孕育着近代最初的地质演化思
想。
① 孙荣圭：《地质科学史纲》，北京大学出版社1984年版，第8页。
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斯台诺不仅在化石学、地层学和地史学等方面为近代地质学的诞生作了
开拓性的工作，而且开创了近代地质学的一些主要科学方法，如化石比较法、
历史分析方法等。因此，就他的地质学成就与地质学方法而言，他不愧为近
代地质学的伟大先驱。1669年，斯台诺在他的著名论文《天然固体中的坚强
物》以及其他一些论文中，阐述了他的地质学理论。自此以后，早期地质学
开始萌芽，进入最初的生长期。
2。水火之争
（1）早期水火之争
①伍德沃德与早期水成论。当早期地质学最先在意大利萌芽时，它也在
手工工场发展比较迅速的英国产生了萌芽。在英国，由于采煤场与采矿场的
迅速发展，化石的发现也日趋增多，引起人们对地质现象的关注。
在英国，最早对化石进行认真研究的代表人物，是剑桥大学的牧师、著
名的植物学教授约翰·雷伊（1627—1705年）。他早年在剑桥大学进行植物
教学与植物分类学研究，并在 1660年首创植物分类的自然分类法体系。此
后，雷伊又与英国地质学家维路比（1635—1672年）一起进行过广泛的生物
和地质考察，开始致力于动物分类的自然分类法体系的建立，在此过程中，
雷伊研究了动物的比较解剖学，并由此走向了对生物化石的研究。
在对化石的看法上，当时的英国仍普遍受神学自然观的影响，即认为化
石是上帝创世留下的废品，那些在高山上发现的海生生物化石，是由于《圣
经》中所说的摩西洪水的作用，对于这种对化石成因的神学解释，雷伊在1660
年以后发表的一些论文中提出了质疑，雷伊指出，化石并非上帝创世时留下
的废品，而是古生物的遗迹。至于海生生物的化石出现在高山地层之中，他
觉得那是难以用《圣经》中的摩西洪水说解释的。
当时，水成论尚未明显地形成一种学说，只是由于《圣经》中有关于摩
西洪水的传说，而早期地质学先驱斯台诺在论述地质作用时，即提到过“地
下火”的作用，又提到过水成作用，因此早期的水成论似乎既有神学背景，
又有科学依据。因此它比早期的火成论似乎更有影响。反之，当植物学家雷
伊在批驳水成论时，他也尚未形成系统的火成论思想。
雷伊在对早期水成论提出质疑时，虽然尚未形成系统的火成论，但是他
对水成论的质疑却引来了一些对化石与地质持有神学见解的人的不满，并因
此对雷伊的非神学见解提出了反驳。其中，对雷伊反驳得最起劲的人物，要
数格雷山姆学院的医学教授、英国早期地质学的先驱伍德沃德 （1665—1728
年）。
伍德沃德早年学医，后因医学化学的关系，转为研究早期的矿物化学，
并因此进行过一些地质考察。他考察了一些在水成作用下生成的地层及其化
石，形成了较系统的水成论见解。他曾向剑桥大学赠送了一批能证明水成作
用的化石，以示向雷伊证实水成论的正确性。1695年，他出版了他的地质学
著作《地球自然历史试探》，论述了他的水成论思想。
对于地质的变化原因，伍德沃德以《圣经》的摩西洪水为依据，论述了
地质变化中的水成作用。他认为，摩西洪水之大，比雷伊所设想的规模还要
大得多。他说：“那时整个地球被洪水冲得土崩瓦解，而我们现在看见的地
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①
层都是从混杂东西中沉积而成的，就像含土液体中的沉淀一样。”这说明，
伍德沃德是把 《圣经》中的摩西洪水说作为地层变化的主要原因的。
对于地层的变化过程，伍德沃德也阐述了他的一套比较系统的水成论的
见解，他认为，摩西洪水作用于地层变化的过程，基本上可分为两个过程：
破坏过程与沉积过程。在破坏过程中，摩西洪水不但毁灭了地球上大部分生
物，而且粉碎了地表构造，使地表的岩石、土壤、杂物以及各种无机物全部
被冲击起来，整个地球就成了一片包括人体、生物遗体、岩石，以及各种杂
物在内的沉渣泛起的汪洋。他认为，在水成作用下的地层变化的第二个过程
是沉积过程，他认为，在摩西洪水的后期，洪水慢慢澄清。最重要的金属矿
产、骨头化石先沉积到最底层；海生动物的遗骸沉积到白垩层；而最轻的人
体和高等动物的遗骸则沉积古沙土层。由于动植物遗体被卷入了整个沉积过
程，因此在地层最深处也能见到生物化石。至于海生生物中的贝壳化石之所
以在高山地层中出现，那是由于它们比较轻的缘故。
在论述地层变化原因与变化过程的基础上，伍德沃德指出：地层中的所
有生物化石，都是古代曾经有过的生物的遗骸。只不过是由于摩西洪水所造
成的弥天之灾，使其中的某些物种绝迹了。无论是仍然流传下来的生物化石，
还是已经完全绝灭的生物的化石，他认为它们都是《圣经》中所提到的摩西
洪水的见证。
以伍德沃德为代表的早期水成论，虽含有浓厚的神学色彩，但也确实含
有一定的科学成分，因此，英国不少科学家也持有类同于水成论的见解，如
牛顿、哈雷等。
②雷伊与早期火成论。伍德沃德的水成论著作发表之后，雷伊即著文反
驳，并在反驳中较为系统地提出了他的火成论学说。
1693年，雷伊在他的最初的比较解剖学研究的基础上，建立起了动物分
类的自然分类法系统。在建立动物的自然分类系统的过程中，雷伊通过对不
同地层的化石的考察，朦胧地发现了生物化石在地层中的新老迭加现象。他
认为，含有不同化石的地层的一层一层地堆积现象，用水成论的摩西洪水的
一次破坏和一次沉积作用是无法解释的，因此他也根据人们当时所关心的地
质的变化原因和地质的变化过程这两个基本问题，阐述了他的火成论见解。
对于地层变化的原因，雷伊认为，岩石和地层的形成，化石在不同的地
层中的分布，并不是摩西洪水的作用，而是地球内部的火运动的结果，即火
山运动的结果。而地球内部的火的运动，乃是出于上帝的命令。在上帝的指
令下，由于地球内部火的作用，山岳和陆地便从大海深处升起，最后升出水
面形成现在的地层与地表构造。
对于地质变化的过程，雷伊认为，地球内部的火在持续的运动中，因此
使火山不断爆发，生物不断死亡，这样就使火山熔岩与生物遗体混杂在一起，
一层一层地堆积起来，于是在不断的堆积中形成现在的新老迭加堆积的地层
产状。如果说，伍德沃德的水成论把地质变化过程看作是水成作用的一次沉
积过程的话，那么雷伊则把地质变化过程看作是火成作用的多次堆积过程。
对于化石的成因和分布，雷伊也运用他的火成论进行了解释。雷伊认为，
化石是在火山爆发时被毁坏的生物遗体与火山熔岩混杂堆积的结果。而高山
地层中之所以出现贝壳化石之类的海生生物化石，说明该地区在漫长的地质
① ［英＇斯蒂芬·F·梅森： 《自然科学史》，上海译文出版社1980年版，第370页。
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