從Nature看化學(xué)科學(xué)的發(fā)展
——為《〈自然〉學(xué)科經(jīng)典系列：化學(xué)的進(jìn)程》的出版而作
中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng) 中國(guó)科學(xué)院院士 白春禮
2008年，為紀(jì)念和表彰化學(xué)科學(xué)對(duì)科學(xué)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出的重要貢獻(xiàn)，聯(lián)合國(guó)通過決議將2011年確定為“國(guó)際化學(xué)年”，主題為“化學(xué)——我們的生活，我們的未來”。作為向“國(guó)際化學(xué)年”的獻(xiàn)禮，外語教學(xué)與研究出版社、麥克米倫出版集團(tuán)和自然出版集團(tuán)聯(lián)合出版了《〈自然〉學(xué)科經(jīng)典系列》第一卷《化學(xué)的進(jìn)程》。作為2009年首發(fā)的《〈自然〉百年科學(xué)經(jīng)典》叢書的姊妹篇，《〈自然〉學(xué)科經(jīng)典系列》仍由諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主李政道先生擔(dān)任總顧問，中科院前任院長(zhǎng)路甬祥院士、《自然》雜志的前任主編約翰·馬多克斯(John Maddox)和現(xiàn)任主編菲利普·坎貝爾（Philip Campbell）分別擔(dān)任中、英方總主編，其中《化學(xué)的進(jìn)程》一卷由中科院化學(xué)所前任所長(zhǎng)朱道本院士、現(xiàn)任所長(zhǎng)萬立駿院士以及《自然》雜志的資深顧問編輯、著名的科普作家菲利普·鮑爾（Philip Ball）分別擔(dān)任中、英方主編。《化學(xué)的進(jìn)程》收錄了國(guó)際著名科學(xué)雜志《自然》自1869年創(chuàng)刊以來化學(xué)及相關(guān)的交叉科學(xué)領(lǐng)域的97篇重要文章，并以中、英雙語的形式展現(xiàn)給讀者，見證了化學(xué)自19世紀(jì)末到21世紀(jì)初的發(fā)展歷程。
化學(xué)是研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性能和轉(zhuǎn)化過程的科學(xué)，也是創(chuàng)造新物質(zhì)并發(fā)展新應(yīng)用的科學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)科的發(fā)展與人類社會(huì)的進(jìn)步息息相關(guān)，它對(duì)于科學(xué)的進(jìn)步以及人類物質(zhì)生活水平的提高都發(fā)揮了不可替代的作用。作為世界知名的綜合科學(xué)雜志，《自然》發(fā)表過一些對(duì)科學(xué)事業(yè)發(fā)展有著舉足輕重影響的研究論文?！痘瘜W(xué)的進(jìn)程》一書選取了其中多篇與化學(xué)科學(xué)研究相關(guān)的有重要影響的研究論文，以發(fā)表時(shí)間為序編輯成卷，這一安排對(duì)于展現(xiàn)化學(xué)科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)頗有裨益。我們可以看到，在1913-1940年間，與原子的結(jié)構(gòu)以及核反應(yīng)相關(guān)的研究獲得了持續(xù)而長(zhǎng)足的進(jìn)步，這其中包括了波粒二象性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，索迪對(duì)同位素的闡述，波爾的原子結(jié)構(gòu)模型，查德威克發(fā)現(xiàn)中子，人工放射性以及核裂變的發(fā)現(xiàn)；而從1931年開始，化學(xué)被引入了生物領(lǐng)域，生物化學(xué)得到了廣泛的關(guān)注，其中包括對(duì)蛋白質(zhì)變性的描述，一系列維生素的結(jié)構(gòu)及其生理活性的研究，誘發(fā)癌癥的化學(xué)物質(zhì)，青霉素和阿司匹林的作用機(jī)理，鈣離子與肌肉收縮的關(guān)系；1953年，《自然》雜志發(fā)表了其有史以來最具影響力的一篇文章——沃森和克里克提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，隨后作為結(jié)構(gòu)化學(xué)與生物學(xué)的交叉學(xué)科，結(jié)構(gòu)生物學(xué)誕生了，并產(chǎn)生了一系列頗具影響的研究成果，比如肌紅蛋白結(jié)構(gòu)的解析，抗原-抗體復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，植物光系統(tǒng)反應(yīng)中心的三維結(jié)構(gòu)，鉀離子通道的發(fā)現(xiàn)等；而從20世紀(jì)80年代起，納米科技開始進(jìn)入人們的視野，C60、碳納米管及單壁碳納米管相繼被發(fā)現(xiàn)，人們通過掃描隧道顯微鏡(STM)實(shí)現(xiàn)對(duì)單原子的定位與操縱，DNA的自組裝以及基于DNA實(shí)現(xiàn)的納米顆粒組裝，介孔分子篩的合成，以及近期石墨烯的相關(guān)研究都表明，納米科技正在引起人們的深厚興趣。從上述論文中我們可以清晰地看出，與化學(xué)科學(xué)相關(guān)的核物理和核化學(xué)、生物化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)以及納米科技等這些當(dāng)時(shí)的熱點(diǎn)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和成就，這其中有些領(lǐng)域至今仍是研究的熱點(diǎn)。
熱點(diǎn)領(lǐng)域的發(fā)展，更多的是在許多研究組的共同努力下對(duì)科學(xué)問題進(jìn)行探討，并最終形成完備的科學(xué)理論。但在科學(xué)的發(fā)展中，也有很多開創(chuàng)性的工作是由少數(shù)甚至某一科學(xué)家獨(dú)立完成的。文集中也收錄了一些這類當(dāng)時(shí)并非學(xué)科的熱點(diǎn)，但卻開創(chuàng)了化學(xué)研究新領(lǐng)域的研究，比如拉曼散射的發(fā)現(xiàn)使得拉曼光譜的廣泛應(yīng)用成為可能；使用同步輻射作為X射線衍射光源的研究大大促進(jìn)了結(jié)構(gòu)生物學(xué)的發(fā)展；染料敏化太陽能電池的發(fā)明為廉價(jià)地使用太陽能提供了新的可能；化學(xué)反應(yīng)的飛秒激光控制開創(chuàng)了分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；手性分子篩的合成極大地推動(dòng)了不對(duì)稱合成的發(fā)展。
如果將化學(xué)科學(xué)的發(fā)展比喻成一條河流，各個(gè)時(shí)期的熱點(diǎn)領(lǐng)域構(gòu)成了它的干流，而那些非學(xué)科熱點(diǎn)但卻能夠開創(chuàng)先河的研究就如同不斷地注入其中的條條支流，它們共同匯成了這條洶涌澎湃的化學(xué)科學(xué)長(zhǎng)河。
過去的100多年是科學(xué)技術(shù)空前輝煌和科學(xué)理性充分發(fā)展的世紀(jì)，人類創(chuàng)造了歷史上前所未有的科學(xué)成就和物質(zhì)財(cái)富。在全世界科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的100多年里，我國(guó)作為發(fā)展中大國(guó)正逐步建立起現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系，并在人工合成牛胰島素、哥德巴赫猜想、高溫超導(dǎo)、納米材料、生物醫(yī)學(xué)、超級(jí)雜交水稻等前沿科學(xué)技術(shù)方面取得了重要突破。這一切都清楚地表明，中國(guó)已經(jīng)成為世界科技格局中的一支重要力量。而化學(xué)作為中國(guó)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)學(xué)科，在化學(xué)家們的共同努力下，已經(jīng)縮短了與美國(guó)、日本、德國(guó)等化學(xué)強(qiáng)國(guó)的距離，如何在目前的基礎(chǔ)上提高原創(chuàng)能力，凝練目標(biāo)形成我國(guó)化學(xué)發(fā)展的特色已成為當(dāng)今的挑戰(zhàn)。
《化學(xué)的進(jìn)程》回顧展現(xiàn)了化學(xué)科學(xué)的發(fā)展歷程，滿載對(duì)化學(xué)科學(xué)發(fā)展具有劃時(shí)代意義的成果，也包含了許多化學(xué)科學(xué)與其它學(xué)科成功交叉的研究案例。這對(duì)中國(guó)科學(xué)家不斷挑戰(zhàn)世界科學(xué)前沿，不斷滿足國(guó)家重大戰(zhàn)略需求具有借鑒作用。我很高興看到像外語教學(xué)與研究出版社這樣的大型出版單位能在科學(xué)出版方面做出有益嘗試，通過國(guó)際交流把影響深遠(yuǎn)且經(jīng)典的科學(xué)研究成果介紹給廣大的讀者，特別是介紹給廣大青年朋友，激勵(lì)他們不斷地為國(guó)家的發(fā)展和強(qiáng)盛做出更大的貢獻(xiàn)，相信該文集能夠得到更廣泛、更持久的參閱與欣賞。
(本文發(fā)表于《中國(guó)科學(xué)院院刊》2012年第4期)
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