百年化学，什么样的成就才堪称“革命性”？

20世纪的化学风起云涌，新贡献新成果层出不穷，发展速度有目共睹。其中，一些突破性成就对化学甚至整个自然科学的发展都产生了深远的影响。然而，回顾这百年历史，什么样的化学研究成就才够格被称为“革命性成就”呢？这不仅仅是一个“煮酒论英雄”式的饭后谈资，更是科学史和科学哲学领域需要面对的重大研究命题。关于这个命题的深度思考能帮助有理想有抱负的青年才俊和处于职业生涯巅峰期的有为化学家更好地规划自己下一步的职业生涯，也能帮助管理机构更科学地评价科研成果。

近日，美国著名的科学哲学和科学史家Jeffrey I. Seeman在JACS Au 杂志撰文，以20世纪化学史上六个重要的突破性成就为例（仪器革命、Hückel分子轨道理论、Hückel 4n + 2 规则、Woodward–Hoffmann规则、量子化学、逆合成分析），结合20世纪著名科学哲学家Thomas Samuel Kuhn（图1）的科学革命和范式理论，使用他最近发表的定义方案，探讨了“化学革命（revolutions in chemistry）”的定义与评价。

图1. 著名科学哲学家Thomas Samuel Kuhn  图片来源：网络

在对六个候选成就进行“神仙打架”式的评价之前，Seeman首先探讨了一个问题：科学革命存在吗？他列出了人们所认知的四种科学进展模式（如下图）：（A）科学逐步、正常地发展，并积累新知识，不存在科学革命；（B）正常的科学进步在某个时期，被一系列罕见且颠覆性事件打断，进而导致科学革命；（C和D）导致科学革命的一系列颠覆性事件中，有一个引发（C）或加速（D）的重大步骤。Seeman认为，科学史和科学哲学家们撰写的相关文献，为科学革命的存在提供了事实上有力的证据。在审慎评估科学革命中的时间因素时，他倾向于“社会时间”而非“日历时间”。

图2. 知识成长的4种模式。图片来源：JACS Au

Seeman以Thomas Samuel Kuhn理论为基础，设计了一个包含6组因素共13个特征的表格（下表），用于评价化学革命。第1组因素是化学革命的成因和起源，包含：特征1，个人和科学共同体层面对当前理论产生失望情绪；特征2，科学共同体内部产生危机。第2组因素是新旧科学之间的关系，包含：特征3，在革命时期发展出不连续性特征；特征4，旧理论与新理论（和/或获得的范式）之间不可相提并论；特征5，化学家个体的观点和见解发生不可逆的变化；特征6，科学共同体的观点和共享标准发生不可逆的变化。第3组因素是化学革命中具体观念和概念性质，包含：特征7，随着新范式、新概念的发展，异常、失望、危机得到解决，具体问题也得到解决；特征8，实验和理论结果及解释之间发生不可逆的分类学和词汇学变化；特征9，新研究问题和项目出现，需解释的新现象变得明晰，新的看世界的方式得到发展，新的预测出现。第4组因素涉及仪器及方法论的工作人员，包含：特征10，新的仪器、使用方式被发明出来。第5组因素是社会影响和实践结果，包含：特征11，化学革命对社会和文化也产生了革命性的影响，新的组织结构和新的学科分支出现，这些支持了新理论和新范式的运用；特征12，不可逆的教育方法出现。第6组因素涉及正面评价，包含：特征13，参与者、观察者和研究这些革命的学者做出正面评价（图3）。

图3. 化学革命中的13条特征，归纳到6组因素中。图片来源：JACS Au

Seeman通过以上表格评价了上述六个20世纪化学史上重要的突破性成就。这里只列出结果，具体分析比较长，感兴趣的读者请参考原文。Seeman认为“仪器革命”是一场化学革命，几乎拥有全部13个特征。新仪器的设计、制造、测试、使用和最终商业化，不仅带来了各式各样的仪器设备，还带来了化学多个分支领域研究方法及范式的不可逆改变，此外，这一过程还使得科学共同体层面的知识获得巨大增长。“Hückel分子轨道理论”和“Hückel 4n + 2 规则”拥有的特征较少，不能算作是化学革命，而是被认为是参与了“量子化学”这一拥有全部13个特征的化学革命。同样拥有全部13个特征的还有“Woodward-Hoffmann规则”，它被认为促成了量子化学革命。而“逆合成分析”只拥有7个特征（3个还略有不足），不应被视为化学革命。

图4. 1932年至2022年，通过SciFinderⁿ检索分子轨道理论（“mol. orbital”上图和“molecular orbital”下图）命中的文献数目。图片来源：JACS Au

Seeman对表格使用的方法、范围和价值也进行了阐释。他认为，这个表格在研究科学进展、科学计划甚至评估科学基金项目时，是一个有用的工具。在评估个人各种科学成就的特征，以及这些成就对科学、科学家和科学社会建构的影响时，可以使用这个表格，或表格的增强版。他认为，灵活、弹性使用这个表格，不仅能分析过去的科学成就，还可以研究现在和将来的成就。一个科学革命可以激发出另一个科学革命，对于化学来说，18世纪也许只有一场革命，随着20世纪化学的蓬勃发展，出现了两场或更多场革命，以这样的趋势去看，21世纪的化学革命也许更多。那么21世纪的化学发展趋势是怎样的呢？Seeman认为化学与生命科学、人工智能、神经网络和大数据挖掘等学科技术的融合，以及应对能源问题、全球变暖、新型药物需求等社会驱动因素，是化学革命的诱因。

换句话说，我们正处于一场化学革命之中。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Revolutions in Chemistry: Assessment of Six 20th Century Candidates (The Instrumental Revolution; Hückel Molecular Orbital Theory; Hückel’s 4n + 2 Rule; the Woodward–Hoffmann Rules; Quantum Chemistry; and Retrosynthetic Analysis)

Jeffrey I. Seeman*

JACS Au, 2023, 3, 2378–2401, DOI: 10.1021/jacsau.3c00278

（本文由天生西南供稿）