從Nature看化學科學的發展——為《〈自然〉學科經典系列：化學的進程》的出版而作

文/白春禮

中國科學院 北京 100864

2008年，為紀念和表彰化學科學對科學進步和經濟發展做出的重要貢獻，聯合國通過決議將2011年確定為“國際化學年”，主題為“化學——我們的生活，我們的未來”。作為向“國際化學年”的獻禮，外語教學與研究出版社、麥克米倫出版集團和自然出版集團聯合出版了《〈自然〉學科經典系列》第一卷——《化學的進程》。作為2009年首發的《〈自然〉百年科學經典》叢書的姊妹篇，《〈自然〉學科經典系列》仍由諾貝爾物理學獎得主李政道先生擔任總顧問，中科院前任院長路甬祥院士、《自然》雜志的前任主編約翰·馬多克斯(John Maddox)和現任主編菲利普·坎貝爾（Philip Campbell）分別擔任中、英方總主編，其中《化學的進程》一卷由中科院化學所前任所長朱道本院士、現任所長萬立駿院士以及《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）分別擔任中、英方主編。《化學的進程》收錄了國際著名科學雜志《自然》自1869年創刊以來化學及相關的交叉科學領域的97篇重要文章，并以中、英雙語的形式展現給讀者，見證了化學自19世紀末到21世紀初的發展歷程。

化學是研究物質的結構、性能和轉化過程的科學，也是創造新物質并發展新應用的科學。化學學科的發展與人類社會的進步息息相關，它對于科學的進步以及人類物質生活水平的提高都發揮了不可替代的作用。作為世界知名的綜合科學雜志，《自然》發表過一些對科學事業發展有著舉足輕重影響的研究論文。《化學的進程》一書選取了其中多篇與化學科學研究相關的有重要影響的研究論文，以發表時間為序編輯成卷，這一安排對于展現化學科學的發展趨勢頗有裨益。我們可以看到，在1913—1940年間，與原子的結構以及核反應相關的研究獲得了持續而長足的進步，這其中包括了波粒二象性的實驗驗證，索迪對同位素的闡述，波爾的原子結構模型，查德威克發現中子，人工放射性以及核裂變的發現；而從1931年開始，化學被引入了生物領域，生物化學得到了廣泛的關注，其中包括對蛋白質變性的描述，一系列維生素的結構及其生理活性的研究，誘發癌癥的化學物質，青霉素和阿司匹林的作用機理，鈣離子與肌肉收縮的關系；1953年，《自然》雜志發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的雙螺旋結構，隨后作為結構化學與生物學的交叉學科，結構生物學誕生了，并產生了一系列頗具影響的研究成果，比如肌紅蛋白結構的解析，抗原－抗體復合物的三維結構，植物光系統反應中心的三維結構，鉀離子通道的發現等；而從20世紀80年代起，納米科技開始進入人們的視野，C60、碳納米管及單壁碳納米管相繼被發現，人們通過掃描隧道顯微鏡（STM）實現對單原子的定位與操縱，DNA的自組裝以及基于DNA實現的納米顆粒組裝，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，與化學科學相關的核物理和核化學、生物化學、結構生物學以及納米科技這些當時的熱點領域的發展趨勢和成就，這其中有些領域至今仍是研究的熱點。

熱點領域的發展，更多的是在許多研究組的共同努力下對科學問題進行探討，并最終形成完備的科學理論。但在科學的發展中，也有很多開創性的工作是由少數甚至某一科學家獨立完成的。文集中也收錄了一些這類當時并非學科的熱點，但卻開創了化學研究新領域的研究，比如拉曼散射的發現使得拉曼光譜的廣泛應用成為可能；使用同步輻射作為X射線衍射光源的研究大大促進了結構生物學的發展；染料敏化太陽能電池的發明為廉價地使用太陽能提供了新的可能；化學反應的飛秒激光控制開創了分子反應動力學；手性分子篩的合成極大地推動了不對稱合成的發展。

如果將化學科學的發展比喻成一條河流，各個時期的熱點領域構成了它的干流，而那些非學科熱點但卻能夠開創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科學長河。

過去的100多年是科學技術空前輝煌和科學理性充分發展的世紀，人類創造了歷史上前所未有的科學成就和物質財富。在全世界科學技術飛速發展的100多年里，我國作為發展中大國正逐步建立起現代科學技術體系，并在人工合成牛胰島素、哥德巴赫猜想、高溫超導、納米材料、生物醫學、超級雜交水稻等前沿科學技術方面取得了重要突破。這一切都清楚地表明,中國已經成為世界科技格局中的一支重要力量。而化學作為中國的傳統優勢學科，在化學家們的共同努力下，已縮短了與美國、日本、德國等化學強國的距離，如何在目前的基礎上提高原創能力，凝練目標形成我國化學發展的特色已成為當今的挑戰。

《化學的進程》回顧展現了化學科學的發展歷程，滿載對化學科學發展具有劃時代意義的成果，也包含了許多化學科學與其他學科成功交叉的研究案例。這對中國科學家不斷挑戰世界科學前沿，不斷滿足國家重大戰略需求具有借鑒作用。我很高興看到像外語教學與研究出版社這樣的大型出版單位在科學出版方面做出的有益嘗試，通過國際交流把影響深遠且經典的科學研究成果介紹給廣大讀者，特別是介紹給廣大青年朋友，激勵他們不斷地為國家的發展和強盛做出更大的貢獻，相信該文集能夠得到更廣泛、更持久的參閱與欣賞。