從另一維度重構化學

姜雪峰

人類百年發展史，是一部輝煌的勝利之歌：我們可以登上只有在古老神話里才可以想象的神秘星球；我們也可以潛入萬米海溝探索陽光與空氣都難以觸及的另類生態；我們可以描繪肉眼根本看不見的基因序列來解答生命的遺傳與變異；我們甚至可以用自己創造出來的分子消滅疾病、延長生命；我們幾乎用118種元素創造出了高度繁榮的現代文明世界。但，代價同樣是慘重的：全球變暖、海洋酸化、森林銳減、物種消亡、極端氣候頻現，堆砌成山的廢舊物品、無法降解的塑料垃圾、過量開采的資源枯竭、快速消耗的能源危機。間不容發，真的需要我們人類重新審視和思考發展的哲學與邏輯了。

耶魯大學的朱莉·齊默爾曼（Julie B. Zimmerman）教授在2020年初，這個對人類仿佛具有轉折意義的數字年份，以“綠色化學未來的藍圖”為題，在《科學》雜志上深刻地描述了她對可持續發展綠色化學的構思與建議，不得不說是具有深意的。

化學創造了現代人類的生活，這一點毫不夸張，衣食住行、生老病死，沒有一處可以離開化學。但是創造絕不僅僅意味著“產生”，還意味著“轉化再產生”。生命之所以神奇、自然之所以偉大，就是因為它們都是一個個循環，一個個物質與能量的循環。那么我們在進行化學設計與化工生產時，就必須考慮它的“閉環”：不但要考慮如何創造新材料來服務人類，還要考慮使用后的回收分解再利用；不但要考慮如何創制新藥來醫治疾病，還要考慮藥物制造過程的三廢產生可能引發新疾病的風險；不但要考慮如何獲得新的高效便捷能源，還要考慮新能源體系有可能帶來的潛在風險……總之，人類社會要想可持續性發展，根源本質必須要從科學上建立起“閉環思考”。“掌握弱相互作用作為設計工具，正如我們已經意識到的共價鍵一樣；設計復雜而非理想態的混合物，而不是合成單個分子來實現某種功能；在綜合的動態現實中而不是簡單的靜態快照中了解分子；了解與控制局部結構化學反應的遠程相互作用；并從一系列實驗數據分析發展到對大型多樣數據集的統計挖掘。從本質上講，‘廢物’的概念必須從我們的設計框架中消失，以便我們從物質和能量流的角度進行思考。”作者不僅僅從每個化學模型和化工生產的設計案例來廣泛分析，還提煉和歸納出了許多重要理念與哲學，值得我們每一個科技工作者審慎思考。

年初，這場席卷全球的新冠疫情是人類的災難，而這災難又何嘗不是為了喚醒我們放慢腳步重新審視發展的可持續性。有需求是否就一定馬上建立生產鏈？有生產是否就一定馬上建立供需鏈？有供需是否全面思考了“經濟閉環”背后更有長遠意義的“科學閉環”？而“小閉環”與“大閉環”的抉擇平衡不正是人類遠離災難的護身符嗎？

不識廬山真面目，只緣身在此山中。正如愛因斯坦所講，問題不能在產生問題的同一意識水平上得到解決，世事圣賢不斷地提醒我們要跳出自己熟知的領域，站在一個更高的視角去重新審視自我，我們才會發現平凡與偉大、生長與消亡、功能與平衡、前進與等待的本質規律。這一切多維度的思考，貌似旁逸斜出，卻是對科學最誠摯和最深切的熱愛所必備的全周期、全方位、全循環思考。2020全世界短暫地停頓之后，我們正從這場病毒的噩夢中蘇醒。疫過百花綻，欣榮競相漫，審慎燃新悟，循環再千萬。一幅綠色化學的嶄新藍圖正在向我們徐徐展開。