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§但化学作为中心学科的形象反而被其交叉学科的成就所埋没
但化学家非常谦虚,在交叉学科中放弃冠名权。例如“生物化学”被称为“分子生物学”,“生物大分子的结构化学”被称为“结构生物学”,“生物大分子的物理化学”被称为“生物物理学”,“固体化学”被称为“凝聚态物理学”,溶液理论、胶体化学被称为“软物质物理学”,量子化学被称为“原子分子物理学”等。又如人类基因计划的主要内容实际上是基因测序的分析化学和凝胶色层等分离化学,但社会上只知道基因学,看不到化学家在其中有什么作用。
再如分子芯片、分子马达、分子导线、分子计算机等都是化学家开始研究的,但开创这方面研究的化学家却不提出“化学器件学”这一新名词,而微电子学专家马上看出这些研究的发展远景,并称之为分子电子学。内行人知道分子生物学正是生物化学的发展。在这个交叉领域里化学家与生物学家共同作战,把科学推向前进。但在中学生或外行看来,“分子生物学”中“化学”一词消失了,觉得化学的领域越来越小,几乎要在生物学与物理学的夹缝中消亡。
这样化学这门重要的中心科学(Centralscience)反而被社会看作是伴娘科学(Bridesmaidscience)而不受重视(参见前引Nature社论),化学家居然不喊不叫也不抱怨。化学家的谦虚本是美德,但因此而在社会上造成化学是落日科学(Sunsetscience)的印象,吸引不到优秀的年轻学生,这个问题就大了。
§化学有没有理论?
有人说:化学没有理论,这也是化学不被认同的理由之一。对于这个问题,唐敖庆先生有很好的回答(引自江福康、封继康根据唐老师于2019年12月23日在吉林大学理论化学与计算国家重点实验室的二届学术委员会上的发言记录整理稿)。唐先生说19世纪的化学有三大理论成就(1)经典原子分子论,包括建筑在定比、倍比定律基础上的道尔顿原子论,和以碳4价及开库勒等的工作为中心内容的分子结构和原子价理论。(2)周期律(3)化学反应的质量作用定律。
20世纪也有三大理论成就:
(1)化学热力学,可以判断化学反应的方向,提出化学平衡和相平衡理论
(2)量子化学和化学键理论,生物学的DNA模型就是在氢键理论和蛋白质的分子结构的基础上提出来的
(3)上世纪60年代发展起来的分子反应动态学。
到了21世纪,数学家提出七大难题,物理学家提出五大难题,生物学家提出四大难题。但化学家又比较谦虚,好像没有人明确提出哪些是化学要解决的世纪难题。其实化学家心目中是有自已的奋斗目标的,只是不愿多说。但这又造成“化学无理论”的错误印象。本文不揣冒昧,提出21世纪化学要解决的四大难题,因为这正是理论化学家的主攻目标。当否请批评指正。
§理论化学在现代化学的发展中起了非常重要的作用
2019年,诺贝尔化学奖授予量子化学家科恩和玻普耳。陈敏伯教授在《科学》(上海科技出版社)发表的的文章中提到:瑞典皇家科学院2019年,诺贝尔化学奖授予量子化学家科恩和玻普耳。陈敏伯在颁奖公报中说:(1)“量子化学已经发展成为广大化学家所使用的工具,将化学带入一个新时代,在这个新时代里实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质。化学不再是纯实验科学了”。(2)“当接近90年代快结束的时候,我们看到化学理论和计算的研究有了很大的进展,其结果使整个化学正在经历着一场革命性的变化”。
(3)“这项突破被广泛地公认为最近一、二十年来化学学科中最重要的成果之一”。这次颁奖宣告了“化学的两大支柱是实验和形式理论”的时代已经来临。所以21世纪的化学将是理论和实验互相结合互相渗透的科学。国外有些著名大学早已把理论化学从物理化学中独立出来,成为二级学科。希望国家和社会进一步加强对理论化学的支持,鼓励优秀的大学毕业生来考量子化学的研究生。这对整个化学的发展是有利的。
§吉林大学是我国理论化学的发源地
理论化学在我国的起步比较早,是和唐敖庆卢嘉锡等先生的倡导分不开的。我国早在1952年就把物质结构列入大学本科生的教学计划,当时世界上只有不到20所一流大学为本科生开设类似课程。在1956年的“国家12年科学规划”中,按照周总理的指示和唐卢等的建议,增加了第56项“物质结构的研究”,对推动我国现代化学的发展起了重要的作用,使我国大学的优秀毕业生能直接进入世界最优秀的一流大学研究生院,并在研究生中名列前茅。