「化学就是实验」,这句话对吗?

先放结论,本是先贤大无畏的探索精神,却成了不学无术者的遮羞布与挡箭牌。

首先,先贤警句共勉!

化学家的“元素组成”应当是 C3H3 。即:Clear Head(清醒的头脑)+ Clever Hands(灵巧的双手)+Clean Habits(洁净的习惯)。——卢嘉锡


1、源流出处

我曾尝试考据 chemistry means "chem is try" 这句话的出处,很遗憾的是并没有找到任何有用的信息,哪怕是相关的讨论和传说都没发现。但此短句流传之广,众多科普网站、夏令营、专业论坛都以此为 slogen(第一届“chem is try”化学主题活动“大手拉小手”一起走进“Chem Is Try”化学奇妙日Chem-is-TRY! T-Shirt)。单单知乎用户中就有几十个以此为个人说明。

「化学就是实验」,这句话对吗?

而唯一找到的正统资料则是 2012 年出版的《Organic Chemistry - Breakthroughs and Perspectives》,第 15 章的标题:Chem Is Try Computationally and Experimentally: How Will Computational Organic Chemistry Impact Organic Theories, Mechanisms, and Synthesis in the Twenty-First Century? 显然,这不可能是最早表述。另有博客 Chem is try_bogerliu 提及麻生明院士曾在课上使用此句,而博客发布时间为 2006 年。

而检索之前,脑子里一直是以为"chem is try" 是源于某位诺贝尔化学奖得主的发言稿,但倘真如此,不至于检索不到。如此看来,可能只是我记忆错乱了吧。

以下是 杨子微 的评论

这句话本来就是一句 joke,你非要查出处就很无聊了。我一看到你引用的那句“Chem Is Try Computationally and Experimentally”我就知道肯定是北大余志祥教授的言论,因为在他的课上提到过无数次了,而且是在那篇文章发表数年之前就不厌其烦的讲了。而且他上课提到这个说法的时候也说过 Chem Is Try 这个说法在很久之前就在流行了,而且他说这个事情也是自嘲说身为一个理论化学的人,经常被实验化学的人嘲笑说化学是“Chem Is Try”,也就是说只有实验化学才是王道,所以他才在后面加上说“实验和计算都是 TRY”。而且他说据他所知这个说法应该是中国人提出的,虽然不知道具体是那个人原创的。他跟外国人做报告的时候,每次提到这个说法老外表示都很新鲜——除了韩国人,韩国人认为“Chem Is Try”这个说法是他们韩国人最先提出的......

2、古典解读

一般认为化学发源于炼金术,而将道尔顿的原子论作为现代化学的开端。《绝命毒师》中老白曾说“Chemistry is the science of change”。世界是复杂的、规律是隐匿的,从原始人掌握使用火的方法,到以无机物合成有机物,再到海葵毒素的成功合成,人类从来没有停止探索物质世界的转化规律。化学知识贯穿了人类文明,在人类发展的方方面面都有着无可替代的重要贡献。可以说早在现代科学思想尚未诞生时,人类就已经开始使用化学知识了。而随着科学体系的发展,才诞生了化学这一重要的自然科学分支。而此前积累的大量实践经验与知识被不断的规整化到科学的系统中,并以此为基础进一步探索、发现、整理和构筑化学的基本理论。但直至今日,化学理论依然落后于实验研究。在这种情况下,“chem is try” 便成了对化学家们筚路蓝缕,开拓进取,勇于实践、勇于发现,大无畏探索精神的最好诠释。如同 “神农尝百草”那样,甚至不惜亲自品尝新发现的化合物以确定其味道,前辈们作出了许多杰出的成就、积累了丰富的知识。

在不断的探索研究,化学家总结整理了许多规律,比如质量守恒、勒沙特列原理、复分解反应规则、金属活动顺序表等等。虽然没法与同时期的物理研究中短小精干的公式一较高下,却真真正正地让化学研究成果更加便于理解传播,最终服务于生产生活。

而纵观科学发展史,化学的发展惯用归纳总结;而数学和物理却非常擅长推理演绎。这一方面源于整个学科发展中深入骨髓的实用主义传统,而最根本的问题则在于研究对象的差异。按照现代科学的分类方式,数学是形式科学,而物理与化学同属于自然科学。那么截取一段维基百科中对科学自然科学的论述。

自然科学是指应用经验和科学的方法来研究宇宙以便阐明支配自然世界的规则的科学学科。“自然科学”这个名称是用来与社会科学和形式科学相区分。自然科学的根本目的在于寻找隐藏在自然现象背后的规律,但是自然科学的工作尚不包括研究为什么会存在这些规律。自然科学认为超自然的、随意的和自相矛盾的现象是不存在的。自然科学的最重要的两个支柱是观察逻辑推理

所有的学科都要观察自己的研究对象,但何以化学和物理的研究风格如此差异巨大呢?

因为在相当漫长的时间里,化学研究缺少直接观测所研究对象的能力,而且知道今天这一技能依然惨不忍睹。而物理学突飞猛进的时代恰恰正是人们能够精确观测和度量的时代。化学虽然本质上是研究原子分子的行为,但只能在宏观的层面上实验和观测,直到光谱、质谱等现代技术诞生才得以观测大量原子和分子整体信息,而单原子、单分子水平的实验至今仍是凤毛麟角。说得直观一点就是,化学家要研究氯离子与银离子的沉淀反应,是没有办法直接控制和观察这两种离子的,而只能使用两种溶液混合这种方式让两种离子相遇然后发生反应,而观察的到现象则是产生沉淀,而这种沉淀是氯化银。如此盲人摸象般的研究方式注定了化学必须大量使用归纳法。

而一旦我们有能力对所研究对象精确地施行实验并准确地观测,我们完全有信心建立起整饬森严的理论系统。就拿电化学的金属活动顺序表为例,由早期化学的经验总结而来,如今则变成了能斯特方程、标准电极电势。翻开一本电化学课本,几乎每页都会有微积分公式,根本不是某些小白想象中的玄学。想稍作了解的可移步 一句话描述电化学_极简电化学

那么现代物理研究已经深入到亚原子领域,控制和观测原子分子也已经可以实现,是不是化学就可以顺风顺水了呢?然而很不幸的是,化学依然面临困境,即所谓的 more is different. 即便已然完全了解了水分子,我们依旧无法明了一杯水的性质和行为。

这部分内容不再细说,感兴趣的请阅读以下内容。

【译文】More Is Different(Philip W. Anderson) tingweichen:是什么割裂了物理学和化学? 博丽灵梦:物理学是不是可以解释所有化学现象?如果是,那物理如何去解释 是什么割裂了物理学和化学?

所以说,化学家使用总结归纳而非推理演绎,只是因为推理演绎不好用。今年荣迁复旦大学的、麻院士的爱徒施老师曾在研究生招生讲座时说:“计算能算出来的,我都能做出来”,真真是实干家的万丈豪情。化学家从来都不吝于尝试,面对那些只能依靠试验才能解决的难题,化学家总是最富有实干精神。而碰到能使用现代物理和数学工具的领域,比如化学反应动力学、晶体结构、电化学等等,自然也会乐见其成。物理学最闪耀的几块阵地牛顿力学、麦克斯韦电磁学、相对论,皆大量发展和使用数学工具,而这些领域恰好都是对称性原理还有效的地方。若要了解对称性在物理理论中的重要性,可读一读。而对称性开始失效的领域,比如说流体力学,其发展状况并不比化学的惨状强多少,当人们无力构筑普适的理论时,实用主义自然会占上风。

此外,在科学发展中,众多概念、术语的发明和使用是先于实体的。最典型的例子就是孟德尔研究遗传规律时只依靠对实验结果的统计学分析即提出了基因的概念,但直到 DNA 的发现才切实呈现了基因的真容。在化学的发展中,这种事情也是十分常见的。比如原子论早在古希腊时期即已发端。而且化学发展中素来重实用轻理论,其最大的危害却是难以整合已有的研究成果,尤其是令初学者困扰。比如说有机化学中非常基本的亲核试剂、亲电试剂的概念,在课本中仍然还是含混不清、缺少实感,可偏偏这种术语又大量使用,导致学习交流中的各种混乱。模糊的概念必然无法支撑严谨的思维,最终导致逻辑混乱。而且科学研究中另一条基本规则:尽可能使用测量所得的数据而非直接比较(比如说物体 A 比 B 重,不该简单的记作 A 重于 B,而是应该测量两者的重量,并分别记录相应数据为 ma 和 mb,而 ma>mb 是显而易见的数学),在化学尤其是有机化学中并没有良好执行,模糊、唯象的表述大行其道。其中固然有一定的原因是这么做的成本太高,但更多的是实用主义的流毒。回到亲核性的例子上,我们可以看看引入福井函数使用定量的理论计算后清晰的化学图景。(千张:如何判断亲核反应、亲电反应的难易程度?

我们可以认定,在化学发展的早期,chem is try 几乎是唯一的一条路,但时至今日,我们有了更多的选择。

3、现今的误解

“Chem is try” 在大多时候都只是化学工作者的自嘲和在实验频频失败不得不继续搬砖时的自宽之语。近年来却在一部分不学无术者的鼓吹宣传下,仿佛成了化学的金科玉律。

正如 到处挖坑蒋玉成 所言,

现阶段,这句话已经事实上成了化学研究领域,盛行的学术反智主义风气的遮羞布。

化学毕竟是实验科学,所研究的是客观规律,尊重实验结果乃是科研最根本的原则。但有必要区分一下实验和试验的差别。确认某个反应是否 work 只能算是试验,即 a try。化学领域,尤其是有机化学方法学领域,对待实验的态度存在着如下两种。第一种是:talk is cheap, show me the data. 姑且先命名为唯实验论。而另一种则是:talk is cheap, shut up and run the reactions. 与前一种似是而非,则命名为唯搬砖论。巧的是这两种人都喜欢推销“chem is try”,但表达的却是不同的意味。唯实验论者更接近老一辈的想法,探索、尝试、尊重事实。而唯搬砖论者则洋溢着反智主义风气,他要表达是:化学没有道理可讲、不要想、不要问、安心搬砖完成任务,目标就在这,清清楚楚,你去把它做出来,至于怎么做,我不管。不求甚解、不学无术、撞大运、瞎指挥。这些人通过否定化学的科学性和科学研究的基本规律,试图说服学生安心于做一名操作工,忠实地按照他的命令干活,企图用大量重复性的劳动来弥补课题设计中的不合理。

此外还有一部分人宣扬信奉“chem is try”,其中以对化学一知半解的高中生本科生居多。他们往往认为化学的美即在于在这个学科里理论并非万能,总是存在特例和偶然。以前一直不理解为何会有人反而会喜欢一个学科有瑕疵。直到我看到一篇文章,我才明白了其中的奥妙。

这本讲一个疯子乘木筏横渡太平洋的书,海子死之前为什么要把它带在身上?

回忆起来,表面上八十年代是充满了理想的时代,但其实那也是一个充斥着气功、朦胧诗与完全无法弄懂的西方哲学名著的时代,最为时髦的北京高校的西方
哲学讲座里(与带功报告也差不多),主讲人熄灭所有照明设备,点着蜡烛影影绰绰地给大家讲尼采,各专业的学生听得热血沸腾,回到宿舍久久不能入睡,以为听
到了全世界最重要的秘密。
《孤筏重洋》这本书曾经有的“热”,符合了那个时候人们的心态,对于所有外国的先进技术来讲,咱们既然都是外行,所以咱们就是要用外行的精神打败专家。所谓外行的精神是什么呢?依靠谁也不懂的神秘力量去击败技术精湛的对手
以前,《孤筏重洋》这个故事里具备的专业精神被忽略了,业余态度反而得到了最大的赞赏。

涉世未深的高中生和本科生往往都无比渴望证明自己,同时又深陷于自卑之中。若一个学科公认需要卓绝的智力和高超的技巧,贸然投身其中又怎么可能迅速建功立业呢?而化学领域里,新手搞个大新闻却仿佛很容易,依靠谁也不懂的神秘力量去击败技术精湛的对手。而要做的居然只是不断尝试!所谓的 “chem is try try tryyyyyyy.” 这正好迎合年轻人不敢面对未知,避免与他人比拼智力和学识,寄希望于运气,一厢情愿地以为化学研究中可以无脑胡乱尝试、科研成果会随机掉落的臆想。

4、个人看法

在科普和初高中教学中使用“chem is try”并无不可,但要注意不要过度解读。以免喧宾夺主破坏了化学本身的科学性。此时强调“try”,旨在鼓励受众勇于尝试新事物,了解、体会、学习化学知识。但不该把化学等同为“不断尝试、不停地做试验”。化学是实验学科是指化学是自然学科、它以基本的实验事实为基础,而不是说化学就是做“试验”(偏离科学定义的实验Experiment - Wikipedia),忽略了思辨和科学研究的基本方法与准则。

任何一个学科的科学研究中,尝试都是必不可少的,甚至可以说实验即是尝试。但根本犯不上强调“尝试”。哈工大 史雷 教授的《我的“有机”梦》中提到,

有机化学在研究的策略和方法上有点类似于工科研究,同时有机化学作为理论、实践与理性思维的完美结合,体现出高超的科学性、艺术性、挑战性,很多非直接相关学科也从中汲取灵感。

而所谓工科研究,大家看看锂离子电池的研发就能大致明白了,没有捷径,只能不断的尝试(或者说试验),直到试出满意的结果为止。电池技术为什么如此高深莫测,以至于一直是手机等相关行业的短板?手机电池的发展遇到了什么瓶颈?现在出现了比较靠谱的新技术吗?

但我们不该止步于此,这种惨状是因为过去和现在我们都没有更好的办法,才不得不如此。一旦发现更好的办法,科学家才不会傻乎乎地墨守旧法呢。

“Chem Is Try Computationally and Experimentally” 便尝试结合传统实验研究和计算化学,以期更好地理解和运用化学知识。这方面其实有很多成功的例子,但很可惜的是有许多搞有机的人傲慢自大,看不清计算化学,视之为马后炮。

北大学术新锐之刘文剑:扎根基础 行走前沿

从“Chem is try”到“Rational try” ……
“数学中的问题是最清楚的,物理中的问题也比较清楚,相比之下化学领域的问题有时候是不清楚的,‘化学就是尝试’(Chem is try)。然而,不断追求‘清楚’是科学研究的信念,必须发展相应的理论体系来解释化学领域的问题,从根源上揭示化学反应的奥秘。从而在理论的指引下更好地进行‘合理的尝试’(Rational try)。这就是量子化学乃至理论化学的意义所在。”
在刘文剑教授看来,一个好的理论体系必须满足三个要求:要足够简单(simplicity),计算要有足够的精确度(accuracy),同时计算量要足够小(efficiency)。

实验是要做的,尝试也在所难免,但也要讲求方式方法,就比如下面这篇,几天时间内运行及鉴定约 75,000 种可能的反应。

Hartwig 组 Science:如何高通量、自动化地发现新型反应?- X-MOL 资讯

「化学就是实验」,这句话对吗?

至于如何看待尝试和失败,exoto 发布于化学吧的一文中表达了“不畏失败、勇于探索、重视发现、积累知识”的实验思想。

【图片】有机合成的真实一面 -- 失败与改进(本帖长期更新)【化学吧】_百度贴吧

“Chemical synthesis always has some element of planning in it. But, the planning should never be too rigid. Because, in fact, the specific objective which the synthetic chemist uses as the excuse for his activity is often not of special importance in the general sense; rather, the important things are those that he finds out in the course of attempting to reach his objective”
“化学合成常有计划的成分在里头。但是,这样的计划永远不宜过于严格。因为实际上合成学家为其对目标产物的合成研究工作找的理由并不具有传统意义上的特殊重要性。反之,真正重要的东西,是在通往合成目标的道路上的那些发现。”---R B Woodward
化学,作为实验科学,目的不仅仅是合成某个特定的产物,而同时也是在探索中不断学习,实现科学的根本目的 -- 探索未知。
因此,实验室中的失败虽然令人沮丧,但是也会给人类带来新的化学知识,这在众多现代全合成中已经有所体现了。大量的新反应,新的可靠合成学,方法学就是从那一次次失败之中诞生的。我的意思是,有机合成远非万能,而恰恰相反的是,失败仍然是常见的,没错,在现代合成中,失败仍然是常见的。但是失败的意义却是巨大的,它们推进了有机合成的发展,使得有机合成愈发蓬勃。

而这一切努力的最终目标,则是为了解开大自然神秘的面纱,让物质转化的规律呈现于我们面前。

徐光宪院士:21 世纪化学的四大难题

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