從另一維度重構化學

姜雪峰

人類百年發(fā)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(tài)；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(chuàng)造出來的分子消滅疾病、延長生命；我們幾乎用118種元素創(chuàng)造出了高度繁榮的現(xiàn)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(xiàn)，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(fā)，真的需要我們人類重新審視和思考發(fā)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(shù)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(xù)發(fā)展綠色化學的構思與建議，不得不說是具有深意的。

化學創(chuàng)造了現(xiàn)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(chuàng)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(huán)，一個個物質與能量的循環(huán)。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(huán)”：不但要考慮如何創(chuàng)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(chuàng)制新藥來醫(yī)治疾病，還要考慮藥物制造過程的三廢產生可能引發(fā)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(xù)性發(fā)展，根源本質必須要從科學上建立起“閉環(huán)思考”?！罢莆杖跸嗷プ饔米鳛樵O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(tài)的混合物，而不是合成單個分子來實現(xiàn)某種功能；在綜合的動態(tài)現(xiàn)實中而不是簡單的靜態(tài)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(shù)據分析發(fā)展到對大型多樣數(shù)據集的統(tǒng)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(fā)展的可持續(xù)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(huán)”背后更有長遠意義的“科學閉環(huán)”？而“小閉環(huán)”與“大閉環(huán)”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(fā)現(xiàn)平凡與偉大、生長與消亡、功能與平衡、前進與等待的本質規(guī)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(huán)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(huán)再千萬。一幅綠色化學的嶄新藍圖正在向我們徐徐展開。