本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
这篇博文源自林道诺贝尔在线社区，林道诺贝尔奖获得者会议的互动论坛。第63届林道诺贝尔奖获得者会议，专注于化学，将于2013年6月30日至7月5日在德国林道举行。届时将有35位诺贝尔奖获得者与来自大约80个国家的600多位青年研究人员会面。
阿舒托什（阿什）·乔加勒卡尔（Ashutosh (Ash) Jogalekar）是官方博客团队的成员。请在社区博客中查找他的所有帖子。
今年，我再次非常荣幸地在德国风景如画的林道市举行的2013年林道诺贝尔奖获得者会议上撰写博客，这次会议的重点是化学。我在2009年为该会议撰写了博客，并与诺贝尔奖获得者和来自世界各地的约600名精选学生进行了非常独特的互动。自1951年以来举行的会议的官方目的是代际之间的知识传递，该活动始终充分地达到了这一目的。
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作为6月30日开始的实际会议的序幕，我已开始在其由《自然》主办的网站上撰写一些帖子。在接下来的两周里，我将在本博客上交叉发布我的文章。我期待着年轻人和老年人之间进行令人兴奋的科学互动的一周。
我的第一篇文章谈到了多样性在化学科学中的核心作用。
化学与多样性：不可分割的伙伴
科学家有两种类型，统一者和多样化者。统一者试图找到不同现象背后的共同线索。多样化者试图找到更多不同的现象供统一者统一。有时，多样化者可能会戴上统一者的帽子，巩固他所知道的，而有时统一者可能会从他的宏伟目标中休息一下，沉浸在细节中，但总的来说，分界线是存在的。
正如科学史所证明的那样，多样化者和统一者对于新思想的产生和科学事业的发展都是必不可少的。但是，在某些时期和领域，一种或另一种类型的科学家一直占主导地位。物理学提供了一个特别有趣的案例，其中统一的目标推动该领域发展了几百年。从亚里士多德梦想通过四种“元素”的共同视角看待世界，到现代弦理论家梦想将支配宇宙的定律简化为一个抽象的数学对象，物理学对统一者来说一直特别富有成效。然而，也存在一些时期，例如19世纪早期的事实收集时代，当时多样化者占据主导地位。
如果说物理学主要由统一性驱动，那么化学主要就是多样化者的游戏。长期以来，所谓的“化学”包括对物质性质的事实积累，包括颜色、气味和物理状态等普通属性，以及对这些物质所经历的转变的日益增长的了解。尽管他们招致了不屑一顾，但炼金术士是伟大的多样化者，他们仔细地列出了他们将贱金属变成黄金的狂热劳动的成果，并创造了许多当今化学实验室的主要基本设备。
现代统一化的首次尝试是在18世纪末，当时安托万·拉瓦锡将物质分为元素、化合物和混合物。拉瓦锡开启了化学统一的伟大时代。大约三十年后，弗里德里希·维勒从普通的无机物质中合成了尿素，这是一个分水岭事件，统一了无机化学和生物化学。尿素的合成标志着有机化学的开端，也标志着生命力的倒退学说的终结。维勒的发现之后，由弗里德里希·凯库勒、贾斯蒂格·冯·李比希、阿奇博尔德·库珀和亚历山大·布特列洛夫等科学家发展了化学结构理论，该理论为迄今为止仅仅是占位符名称的东西赋予了具体的形式。现在，可以在纸上将化学物质表示为构成各种分子的离散原子集合。19世纪化学统一的顶峰是德米特里·门捷列夫，他基于原子量将不同元素的分类置于坚实的基础上。门捷列夫还证明了统一如何成为预测未知特性的有力工具。
20世纪是统一和多样化如何在化学中发挥关键作用的一个特别突出的例子。在此期间，化学统一的最大成就之一是莱纳斯·鲍林和其他科学家成功地建立了化学键理论，这一发展直接基于物理学中的量子力学革命。量子化学家的工作使得有可能对数千个不同的化学事实提出共同的解释。为什么有些物质是固体而另一些是液体？为什么有些化合物溶于水而另一些不溶？是什么样的键将无机化合物与有机化合物区分开来？是什么将生物分子的结构结合在一起？可以使用基本的化学键理论和一种强大的工具——X射线晶体学来回答数百个这样的问题。键理论提供了诱人的解释，但是晶体学使我们能够确认分子的共同来源和化学键的真实性质。美国化学家罗伯特·伯恩斯·伍德沃德领导了有机化学中一条平行的统一路线，他通过对复杂天然产物的壮观合成，证明了一些良好的化学原理可以发挥统一作用。
然而，我们看到量子化学并没有像量子物理学那样消除其他化学领域，量子化学也没有消除其他物理领域。仍然需要多样化者来进行实验。化学首先是一门实验科学，再多的理论也不能削弱简单实验揭示新现象的价值。量子化学方程在原则上可以解释，但在实践中它们太复杂而无法解释或预测最有趣的化学事实。我们仍然必须通过实验来确定花瓣颜色的性质、龙涎香气味的运作原理、阻止阿尔茨海默病残酷蔓延的药物、将导致电子领域下一个突破的半导体材料以及可以彻底改变太阳能实践的染料。理论家将帮助所有这些发现，但它们主要来自不同的实验者。
化学的另一个重要方面是通过统一创造多样性的能力。例如，伍德沃德可能在他的合成中运用了强大的统一原则，但他合成的物质的绝对多样性——从胆固醇到维生素 B12——是显而易见的。甚至伍德沃德的前辈维勒也自相矛盾地发起了一场朝着多样性的推进；通过证明生物物质实际上可能由简单的无机物质制成，他打开了一扇窗户，让我们欣赏到进化从有限的构建模块中创造出的惊人多样的分子。这实际上是一个反复出现的主题，这里还有两个例子：使用核磁共振（NMR）光谱探索分子结构的常见分子特征使我们能够探索分子之间的细微差异。在另一个案例中，您可以使用单一类型的反应，例如钯催化的铃木交叉偶联，来创建各种分子库。化学是一个特别引人注目的科学例子，其中多样性和统一性互相成就。
化学中多样化活动的范围也体现在过去几十年中涌现出的化学专业的数量上。它们的从业者给它们起了花哨的名字，例如化学生物学、神经化学、纳米化学和天体化学。所有这些学科之间都存在统一的主题——并且，人们怀疑，也有一些旧瓶装新酒的品牌推广——但这些学科的从业者认为他们自己足够独特，可以从事单独的研究领域。化学的多样性仍然活跃且蓬勃发展，尤其是在部门、会议和资金方面。
在另一个更深层次的意义上，化学比物理学更是一个多样性的世界。量子力学方程无法帮助我们理解大脑化学的运作方式，这不仅是因为它们太复杂而无法实时求解，还因为它们处理的是不同层次的抽象概念。20世纪最伟大的哲学范式之一是发现涌现现象是物理和生物系统的独特方面。这种范式表明，当我们从原子构建到分子再到细胞再到人时，每个层都包含其自身的根本定律，这些定律无法直接映射到其底层平台上。量子化学是量子物理学，但它不仅仅是量子物理学。生物化学当然是化学，但在预示着从无生命物质到生命的转变时，它表现出自身能够实现一些比简单化学所能实现的更多的东西。
多样性在使化学能够解释涌现现象方面起着主导作用。多样化者可以提供理论和实验手段来驾驭这些多层次理解的轮廓，但当涉及到实际揭示涌现的原始事实时，在目前历史阶段，实验远远领先于理论。在某个时候，我们将拥有一个具体的理论框架来解释例如生物和无生物物质之间的化学转变，但在那之前，实验必须引领方向。
化学已经将自身融入到世界多个层面的工作中，但在每个层面，它都需要独立的解释框架，这些框架本身都具有生命力。化学家面临的持久挑战之一是如何利用他们对基本化学原理的了解来捕捉各个层次问题解决中的多样性。利用他们的工具，多样化者将照亮诱人的黑暗角落。然后，统一者可以找到这些孤立点之间的联系，这将揭示宏伟的建筑。