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。
哈佛大学化学家乔治·怀特塞兹可能不认为自己是化学哲学家，但他正在迅速成为一名化学哲学家，他对该领域的未来及其从业者发表了发人深省的言论。他的最新思考是发表在《分析化学年度评论》上的一篇文章，题目颇具挑衅性，题为“关注分子是否过时？”，他在文章中以分析化学为借口，真正阐述了化学科学的现状和进展。在此过程中，他还为有抱负的化学家们提供了一些宝贵的建议。
怀特塞兹给年轻化学家的主要信息是停止关注分子。考虑到化学的性质，这个建议可能看起来很奇怪，甚至亵渎神灵。毕竟，分子一直是化学科学的核心和灵魂。对于化学家来说，对分子的关注体现在两个重要活动中——结构测定和合成。化学史本质上是发现分子结构和开发新的高效合成方法的过程。将这些分子投入新的用途是支撑我们现代世界的基础，但对于化学历史的大部分时间来说，这实际上是一个次要目标。怀特塞兹告诉我们，世界最重要科学问题的焦点正在从组成转向使用，从分子转向性质。因此，新一代化学家应该真正专注于创造性质，而不是创造分子。怀特塞兹传达信息的载体是分析化学的科学和艺术，传统上，分析化学致力于开发用于分析分子结构和性质的新仪器和方法。
当然，由于性质取决于结构，怀特塞兹并不是要我们放弃对更好、更清洁、更高效的合成技术的探索。相反，我认为他所说的可以理解为一种“平台独立性”。让我们花一点时间来谈谈平台独立性。正如物理学家利奥·卡达诺夫所证明的那样，你可以通过移动 1 和 0 或移动几桶水来构建一台计算机，其中装满水的桶基本上代表 1，空桶代表 0。这两种模型都可以产生计算。就像 1 和 0 仅仅是构建计算机的方便抽象移动部件一样，同样，某种分子应被视为仅仅是创造特定性质的方便载体。这种性质可以是任何东西，从“在全血中更好的稳定性”到“高效捕获太阳能”再到“抗拉强度”。合成产生特定性质的任何分子材料都很重要，但它应该是次要的；一种方便的手段，可以很容易地被另一种手段取代。怀特塞兹以他自己童年时的一个项目为例，描述了他父亲公司进行的一个项目，他的工作是确定不同煤焦油黑的粘度。确切的煤焦油黑种类很重要，但真正重要的是性质——粘度——而不是分子组成。
关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过 订阅来支持我们屡获殊荣的新闻报道。通过购买订阅，您正在帮助确保关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
对性质的关注伴随着对分子系统的关注，因为通常是不同分子的集合，而不是单一类型的分子，产生所需的性质。哪些问题将受益于分子系统方法？怀特塞兹确定了四个关键问题：医疗保健、环境管理、国家安全和特大城市管理。我们已经面临了前三个挑战，而第四个挑战正在地平线上隐约可见。
首先，医疗保健。目前，大部分医疗保健支出，尤其是在美国，都用于临终关怀。预防医学和诊断仍然被边缘化。降低医疗保健成本的最重要措施之一是关注预防，从而避免在癌症晚期对癌症等疾病发动的代价高昂且常常失败的全面战争。预防和诊断是化学可以发挥关键作用的领域。我们仍然缺乏能够快速、全面地分析全血中疾病标志物的方法，而这正是分析化学家和其他类型化学家可以产生巨大影响的领域。而且，如果诊断方法不便宜，就没有什么用处，所以很明显，化学也必须努力将材料成本降至最低，这也是它传统上擅长解决的另一个目标，尤其是在工业领域。
其次，环境。我们生活在一个气候变化和生物多样性丧失的潜在破坏性影响需要迅速而全面行动的时代。这种应对措施包括监测环境，并将局部监测参数与全局参数联系起来。就像我们仍然缺乏分析复杂全血组成的方法一样，我们也缺乏快速分析和比较世界不同地区大气、土壤和海水组成的方法。分析像大气这样具有不同相的非均质系统是一个棘手且典型的化学问题，化学家们需要努力使这种常规分析成为现实。
第三，国家安全。在这里，化学家将面临更大的挑战，因为解决方案既是政治和社会性的，也是科学性的。尽管如此，科学将在解决为使世界更加安全而必须应对的诸多挑战中发挥重要作用；这些挑战包括快速分析可疑液体、固体或气体的成分，不引人注意地找出特定人员是否在世界某些动荡地区逗留过或是否处理过某些材料，以及使用技术跟踪可疑人员在不同地点的活动。毫无疑问，化学必须与其他学科合作来解决这些问题，隐私问题至关重要，但毫无疑问，化学家传统上并没有过多参与此类工作，需要挺身而出，解决显然重要的安全问题。
第四，特大城市。随着我们加快步伐进入二十一世纪的第二个十年，我们面临的最大社会挑战之一是如何让收入水平和生活水平各异的大型、异质人群在广阔的土地上和平共处。这就是我们已经在世界各地目睹其最初迹象的特大城市的愿景。特大城市将遇到的问题包括监测空气、水和食品质量（见上文）。像分析废水中的多种复杂成分这样的任务，最好是定量每个成分并评估致癌性等基本质量的读数，将是非常宝贵的。毫无疑问，化学家可以在应对这些挑战中发挥不可或缺的作用。
以上对重大挑战的讨论使怀特塞兹关于远离分子的言论变得清晰。涵盖医疗保健、国家安全以及环境和特大城市管理的问题涉及分子，但它们真正的本质是分子与其他科学实体以及化学家与许多其他类型的专业科学家和政策制定者相互作用的拼贴。在某种意义上，怀特塞兹只是要求化学家离开他们熟悉的偏狭环境，实现多元化。化学家真正需要考虑的是嵌入到涉及其他学科和人类问题的广泛背景中的分子。
解决上述问题的一部分挑战将是如何对化学家进行适当的培训。化学与社会问题和公共政策的交叉需要跨学科和通用技能，怀特塞兹敦促化学家在通识领域而不是专业细分领域接受培训。传统上，应用数学和统计学、公共政策、城市规划、医疗保健管理和环境工程等课程在化学课程中缺失，化学家应该拓展并尽可能多地选修这些课程，这在要求严格的学术环境中是可行的。如果化学家想要解决社会最紧迫的问题，仅仅将自己限制在分析和合成上是不够的。最后，他们不必认为远离分子就等于放弃分子；相反，这是一个在比以往更大的画布上推动分子与人类世界互动的好机会。