被小朋友 吸引过来的。虽说看上去有钦定的感觉我还是要支持。
极端的例子有一个中医领域的类比:叶天士被请去给人治肺病。病人经过一个医生,没治好,更严重了。叶天士看了看前人的方子,增加一张落叶,病人“一服而愈”。旁的人感到很奇怪,问为何加一张枯叶就这么神奇?叶天士答:“现在是秋天,故以秋声引之”(鲁迅的《朝花夕拾》里的 )
而绘画、炒菜有什么理论呢?为啥大师炒的菜能卖出天价?一道清水白菜就上国宴?一幅鬼知道啥玩意的东西就几千万美子?整不明白的人肯定要来妖魔化了。
所以说,少年你是喜欢最后得到的亮闪闪的产品?还是产品背后的来龙去脉?你是想创造未来,还是创造金钱?动起手来,炸掉你们的实验室,思而不学则殆,Let's rockin' roll!
----山东大学有机化学教授,郝爱友
化学背后的理论属于是大量经验的总结,这叫做 。要是在实验室里泡的足够久,一个人可以忽视所有的理论。
如果想探索化学背后的 ,就需要严格系统地学习 。
----南京大学化学与化工学院,院长,理论化学家,黎叔华
又想起来一段历史:我高一的时候尝试理解“平衡常数”,有学习好的同学说,这就是一个动态平衡,某物的浓度变化了会引起其他化合物浓度的变化;我却想的是某些分子以一定概率发生了反应而另一些未反应,后来怎么也想不明白。直到读了“统计热力学”才发现自己想的是某种深层的东西。同学想的是正宗的化学或者说实验与应用研究的思维:理论中只出现可测量;关键是适当选取看问题的尺度,进行粗粒化。而我的想法则要“绕远”一些,想到了溶液中看不见摸不着的分子(据我所知目前还没有什么技术能给溶液中的溶质成像,如果有请告诉我),化学键的解离和形成显然决定了平衡常数,而化学键的性质又是量子力学决定的、从分子的微观性质到宏观的平衡常数又需要统计力学来研究。但是高中阶段甚至做实验的科研人员只需要在浓度层面上理解即可,平衡常数有手册可查,浓度又可以测定,应用上来说,不需要更深层次的计算。而深入理解“为什么会有这样一个平衡常数”之类的问题,就需要1)分子结构的知识;2)统计力学的知识
突然想起来我们做理论计算的也开始渗透进实验了。
所以说我隔壁的隔壁的材料基因组工程研究院的同事买了一台“自动实验机”,一次能做6-8个反应。再招来一个实验的学生,一周就能把一般人一年的实验做完,这下发文章再也不会有人说“你做理论计算没有实验结果支持”了。另一个做量子化学和AI的同事更厉害,直接开发“自动实验机”(貌似主要是芯片编程的活),一次自动做几百个实验,准备卖钱了。
给看到这的同学们一些bonus。
本文的重点是强调,学化学需要结合实验,由实验现象理解理论。因为化学理论是以归纳法为主,再演绎。比如,需要学生做过一些合成实验,再推测想要合成新的产物可以有哪些路径;需要学生做过一些元素性质反应,再推测分析一管溶液中包含哪些物质,如何设计相关的无机实验(徐佳宁,史苏华,无机化学例题与习题)。所以学化学一方面要动脑筋,另一方面要有一定的实验经验积累。实验教学有些学校比较欠缺,按图索骥很难学明白。再比如有机反应题,表面是需要背一些基本规则,合理的“猜”出题目中的组合;实际上如果有一定实验经验,就能看出除了答案的合成路线,大部分凭直觉或者照搬书本的推测都是实验上行不通的(樊杰,有机化学习题精选,北京大学出版社)。化学的理论通顺了,就有一种“能够像1+1=2那样随心所欲制备想要的产物”的感觉了(插播,虽然我做有机合成非常smooth,比如合成“三乙”产率达30%,但是这种推理还是不太擅长,所以决定职业生涯中不去做实验。还有我炒完菜不爱洗碗也对我的职业规划有影响。)。虽然做天然产物全合成会比较困难(听林国强院士讲他的八年和十五年合成一物的例子),合成常用的试剂不会造成太大困难(听厦门大学黄培强教授的报告的感觉)。
物理上的“热力学”和“统计力学”的关系就特别像化学和物理的关系。热力学唯象,放弃对物质深层次结构的讨论,直接基于四个基本定理,就可以推出大量有用的结论。这跟工程应用非常相似,工程师要解决问题,手头只有一大本物理常数表,一大册工厂测量的数据,应用一定的物理、数学模型,建模解决问题(可参考天津大学《物理化学》的习题、天津大学版《化工原理》)。统计力学就比较刨根究底,用更少的输入获得更多的输出(薛定谔,统计热力学),但是一旦用统计力学处理复杂体系,就必须放弃理论的纯、美,增加近似和参数。比如做维里展开,有时候需要算到4阶,公式就变得非常的丑陋了(J.
Mayer,统计力学)。不同层面的理论有不同的用武之地,各人的性格不同,喜欢不同层面的理论。但是,恐怕有些化学黑和无脑支持的人,既没有学好化学,对物理也是一知半解。而真正的科学家,比如我认识的几位还站在科研第一线的院士老爷爷们,则有清晰的认识,需要什么就拿出来什么,学的都很好,并不偏废(比如张统一院士、王崇愚院士)。让人赞叹于他们的几十年功力。最容易获得的例子就是彭桓武院士对量子化学的讲解、唐敖庆院士对量子力学的讲解、胡英院士对密度泛函的讲解。还有下面这篇小文:
最后友情提醒,大学里并不是光听听课、参加点竞赛、跟个导师做做科研就完事了,还要不断的去听各种报告、出去参加学术会议、泡图书馆博览群书、去海外高校交流学习,这样才能对所学专业有一点儿了解。