前些天见到科学网博客上有文章说起杂化轨道，我想起了“盲人摸象”，因为过去给学生讲价键理论与分子轨道理论的比较时我总是说起这个成语。

盲人摸象是人人皆知的成语，出自佛教经典《大般涅槃经》。这个故事经常被用来讽刺人们对事物只知一偏，不作全面了解。但是，仔细想想，在纷繁复杂的世界面前，我们比盲人又能够高明多少？

拿对于原子如何相互成键构成分子、晶体、非晶体以组成我们的物质世界来说，我们的了解过程就正是如盲人摸象。

现在，我们用x光衍射、核磁共振等方法可以测得分子的空间结构，键长、键角、二面角等，但是我们看不见电子，无法直接知道电子是如何使两个原子核保持在一定的距离范围之内，也就是说，我们无法直接看到原子之间存在的键。为了解释原子之间的成键情况，人们在20世纪30年代就提出了杂化轨道理论。我们把正则的原子轨道作线性组合，组成了原子的杂化轨道。作为价键理论的一个基础，应用杂化轨道顺利地解释了甲烷的正四面体结构、乙烯的平面结构、乙炔的线性结构等问题。

但是，杂化轨道理论却不能解释电子光谱，例如光电子能谱的结果显示，甲烷的成键电子分布在两种不同的能级上，有3个能量较高的简并轨道和一个能量较低的轨道。这原因很简单，杂化轨道理论并非为解释电子光谱而设计，杂化轨道也不是原子中单电子能量算符的本征函数，所以根本就没有能级的问题。也就是说，定域在原子之间的键与离域于整个分子的能级轨道是完全不同的两码事。

对于分子的电子光谱，用分子轨道理论却能够较好的解释。

建立在分子轨道理论基础上的能量计算，不但能够较好地解释电子光谱，也能够解释分子的空间结构，例如，通过改变分子空间结构以达到能量的最小化，能够优化出甲烷的基态构型是正四面体。

但是，对于分子的化学反应性质，由于涉及能量的精确计算，对于大多数化学反应，一定要考虑电子相关。然而，一旦考虑了电子相关，实际上就放弃了单电子近似，严格地说，所谓分子轨道就失去了意义。

另一方面，分子的许多化学反应性质，往往只与分子的局部性质即所谓官能团相关，而分子轨道往往是离域在整个分子上的。分子轨道理论的计算，对于几个、几十个、甚至百十多个原子组成的分子的结构虽然可以进行，但是分子越大，计算越困难。相反，对于分子的局域性质，用杂化轨道理论却能够很容易清晰地作定性的解释。也正因为这个原因，杂化轨道理论被广大化学工作者所熟知，所熟用。

我们的每一项实验，每一种实验方法，只能探知事物的某一个方面的性质。我们提出的某一种理论，也往往只能解释某一部分实验的观察结果。在这种意义下，我们的科学研究就如同盲人摸象。

盲人摸象的问题并不在于他们的“观察”，他们的“观察”都是正确的。他们的问题在于每一个盲人只是“执着”于自己的“观察”结果，没有倾听和接受其他人的观察结果，从而不能提出全面的理论。

我们做科学研究的人，应该从盲人摸象中得到一点教训。我们虽然做一种实验只能得到一个方面的观察，但是当我们把实验结果上升到理论的时候，不可只拘泥于某一方面的实验结果。如果我们的理论只能解释某一方面的实验，我们就应当知道这种理论的适用范围，而不可以超出这个范围。

拿杂化轨道理论来说，它就是对化合物的成键情况、局部形状等性质作近似解释的理论，它一定只是近似的。可是，有些学校的青年教师不了解其局限，往往花很大精力，企图把所谓不等性杂化搞得很精确，结果花了冤枉功夫。过去，我多次审阅过这样的“论文”。

对于分子轨道理论亦是如此，它与实验光谱的符合程度一定只是近似的。因为分子轨道是单电子近似下的结果，是作了种种近似才得到的，算得的分子轨道能够与实验光谱大致相符就不错了。有些理论计算与实验结果符合得太好，使人不得不生疑。

我们做科学研究、提出科学理论，要比摸象的盲人高明一点的地方，就是我们的理论要能够更加全面一点，要照顾到各种实验的观察结果。就像我们现在都知道的，上面说到的价键理论和分子轨道理论，就是体系定态薛定谔方程的严格解在不同近似下的结果。从定量的角度上，如果价键理论的计算考虑了足够多的共振态，分子轨道理论计算考虑了足够多的电子相关，二者能够得到同样的结果。定态薛定谔方程的精确解，就比价键法和分子轨道法的结果更加全面而准确地反映客观的实在。

但是，即使是定态薛定谔方程的精确解，仍然是盲人摸象的产物。它仍然不能给出化学反应体系的全部信息。

所以，我们不要看不起盲人，不要完全否定盲人摸象，我们自己比盲人并不高明多少。科学家与盲人之间只是五十步与百步之差。

庄子曰：“吾生也有涯，而知也无涯 。”这是千真万确的。不但我们某一个人的“生”有涯，就是我们所有人的“生”之总和从而我们全人类的知识总和也有涯，而客观世界包含的知识真的是无涯。然而，对他老人家所说的“以有涯随无涯，殆已！”则窃以为不然，至少是不甘心。人们总还要做点儿事情的吧。

附：《大般涅槃经·三二》：“譬如有王告一大臣。汝牵一象以示盲者。尔时大臣受王敕已。多集众盲以象示之。时彼众盲各以手触。大臣即还而白王言。臣已示竟。尔时大王。即唤众盲各各问言。汝见象耶。众盲各言。我已得见。王言。象为何类。其触牙者即言象形如芦菔根。其触耳者言象如箕。其触头者言象如石。其触鼻者言象如杵。其触脚者言象如木臼。其触脊者言象如床。其触腹者言象如瓮。其触尾者言象如绳。”