“物理化学发展的瓶颈与思路”论坛总结

物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao)

447 March

Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2007,23(3)：447-454

“物理化学发展的瓶颈与思路”论坛总结

国家自然科学基金委员会化学科学部“物理化学发展的瓶颈与思路”论坛秘书组

一、引言

化学的中心任务是按人们的意愿创造新的化学物质和控制化学过程。这一中心任务要求化学必须具有科学指导意义的核心方法、研究手段和理论基础。物理化学正是化学的核心方法、研究手段和理论基础,所以物理化学能否健康发展,影响甚至制约着整个化学学科的健康、协调发展。进入21世纪,物理化学不仅在化学,而且在生命、材料、能源和环境等重大科学领域中发挥着越来越不可替代的作用,同时也面临着前所未有的挑战。国家自然科学基金委员会化学科学部自成立以来,就一直关注物理化学学科的发展方向和研究前沿,曾经进行了多次的调研和研讨,其中最近一次是国家自然科学基金委员会化学科学部于2003年12月在吉林省长春市召开的“新世纪物理化学学科前沿与发展趋势”研讨会,该会议的成功召开对于认清学科发展前沿与趋势,促进我国物理化学的繁荣起到了积极的引导和推动作用,并于2005年出版了《新世纪物理化学学科前沿与发展趋势》一书。

值此国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)颁布之际,如何从国家需要和学科自身发展两方面,不断提出新的思路和战略思考,探寻我国物理化学进一步发展的契机和突破口,特别是在认真总结学科发展的经验,及时发现和修正目前物理化学学科繁荣的背后还可能存在的问题,同时探讨如何更好地发挥自然科学基金的政策导向作用,是十分必要的。经过反复酝酿,国家自然科学基金委员会化学科学部于2006年11月30日至12月3日组织召开了“物理化学发展的瓶颈与思路”论坛。该论坛由厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室承办,在厦门大学召开。

参加本次论坛的代表既有来自全国重点高校和中国科学院所属各部门从事物理化学研究的专家,也有来自无机化学、高分子化学以及分析化学等相关学科的专家,共计70余人。

和以往的研讨会不同,本次论坛的特色在于要求所有的报告人不是报告自己的科研进展,而是着眼于物理化学学科发展的趋势,以及我国物理化学学科的现状分析、所存在问题的根源和未来战略的布局。会议不设主席台,不称院士等头衔,提倡学术面前人人平等。会议共有56位专家做了主题发言。会议的形式从以往的“表扬与自我表扬”转变为“批评与自我批评”。学术争鸣是本次会议很强的特色。三天的会程自始至终充满了精彩的发言和热烈的讨论,甚至不乏针锋相对的争论。通过这次集思广益、百家争鸣的交流,为我国物理化学学科的发展,开拓了思路,总结了经验。

二、物理化学发展的瓶颈与思路

一个学科的内涵或核心内容,决定了其在科学知识和探索领域中的基本定位；而其外延,即其核心内容与相关学科之间的关系,则决定了其发展的空间和生命力。物理化学学科自19世纪末以来,逐步形成了以化学热力学、结构化学、化学动力学、催化化学、胶体化学、光化学、量子化学和电化学等为核心内容的知识体系。这些核心内容逐步发展和完善,在20世纪末已经达到了非常复杂和综合的程度,物理化学的实验方法和理论工具变得前所未有的强大。但这也为物理化学在21世纪中的发展前景提出了严峻挑战：是被淹没在已有的成功之中呢,还是探寻新的发展契机和动力？

448

Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2007Vol.23这一挑战的严峻程度在于物理化学研究前沿和新知识内容的变迁已经直接影响到了物理化学学科的教育和人才训练方式、人才结构。更为重要的是,已经影响到了从事物理化学前沿研究的方式和资助方式。这也正是国家自然科学基金委员会所最为关心的核心问题,即：以什么样的方式、资助什么样的人才、进行什么内容的研究,来应对物理化学学科所面对的挑战,从根本上推动本学科和相关学科的发展和进步。

以下便从物理化学的学科内容,研究手段和方法,人才和评价标准等方面进行总结。

1.物理化学学科的内涵和外延

(1)物理化学的研究范畴

物理化学是研究化学学科中的原理和方法、研究各种体系化学行为最一般规律和理论的学科,是化学的理论基础。具体来讲,物理化学是以物理的原理和实验技术为基础,从宏观唯象到微观分子层面研究物理变化(包括温度、压力、浓度、体积等)以及物理因素(如声、光、电、磁等)对化学过程的影响,发现并建立化学体系中一般规律的学科。因此,物理化学也是一切与分子科学相关科学问题的基础科学。物理化学是物理与化学交叉融合的产物,是联系物理与化学的纽带。

21世纪,随着各种实验和理论研究手段和研究方法的进步,化学的研究内容将更加丰富多彩,化学的研究层次将进一步拓宽,几乎渗透到了物质科学和生命科学研究、工业和国防技术发展、生命、健康和环境等社会可持续发展相关的研究和技术发展的各个方面。从目前化学的发展趋势上看,化学从传统的只注重研究原子层次和分子层次的反应和变化规律,发展到超分子层次、多分子聚集态层次,出现超分子化学、介观聚集态化学、宏观聚集态化学、复杂体系的化学等新分类。化学与生命科学交叉,出现化学生物学,与材料科学交叉,出现纳米(材料)化学,与资源和环境科学交叉,出现绿色化学,与数学、信息和生命科学交叉,出现化学信息学等。但作为联系物理与化学的纽带,物理化学的角色不会变,而且其内容将更丰富,作用将更大。

(2)学科交叉中的物理化学

21世纪被称为是生命的世纪,生命科学在20世纪后期已经发展成为带头学科。物理化学、甚至整个化学的作用从社会层面上看,有被“淡化”、“边缘化”和“模糊化”的趋势,人们认为化学正从认识、控制和改变客观世界的中心科学的地位退后。但与会专家指出,没有独立于化学物质之外的生命物质,也没有独立于化学过程之外的生命过程。21世纪的生物学将愈来愈需要化学,而化学也将愈来愈靠近生命科学。没有化学的介入,人类就永远无法了解生命的本质。

作为化学的理论基础,物理化学对化学的发展起着核心推动的作用,并成为许多其他学科攻坚科学难关的武器库。随着学科间的交流和渗透的日益密切,其他学科应用物理化学方法日益普遍,而物理化学已深入到其他学科,以其他学科的重大问题为自己的研究对象。有专家举例道,早在上世纪初,A.V.Hill将物理化学中表面吸附的Langmuir方程引入到药理学,推导出药物⁃受体相互作用的定量方程,即Hill⁃Langmuir方程。该方程是现代药(理)学的基础,Hill也由此获得1922年Nobel医学和生理学奖。

从诺贝尔化学奖颁发的一百多年的历史可以发现,和物理化学相关的课题占化学奖的大多数,物理化学家占了很大比例。由此可见,物理化学学科自身及其培养出来的人才,在重大科学发现中扮演了关键的角色。不只是物理学科,其它学科领域,如生命、能源、材料、环境等与化学的关联,往往也是在物理化学的层面上发生的。这些学科的发展都离不开物理化学在原子、分子水平上进行的结构化学、量子化学、分子反应动力学、化学热力学、催化化学、电化学、胶体化学与光化学等多种基础研究。因而,物理化学需持续不断地为相关学科提供新思想和新方法以及掌握这些思想方法的人才,发挥其对化学以及其他原子、分子层次上的学科的牵引与支撑作用。物理化学在不断地扩充化学研究领域的过程中,在促进相关学科发展、造就具有创新思维的人才的同时,日益强盛。

有代表指出,我国的物理化学工作者在研究生物、材料、环境等现实问题时,缺乏应有的创造力、想象力和表现力。目前,由于科研条件和经费的明显改善以及合作的便利,化学的各个分支学科的研究者们均有条件直接使用各类物理化学仪器,甚至有能力发展物理化学方法；物理学家也积极介入化学甚至跨跃化学直接进入生命领域,在生命科学的新研究方法的引进和新理论方法的建立上发挥作用。大家认为,物理化学工作