化学的中心学科形象被其交叉学科的巨大成就所埋没

　　化学在“数理化天地生”六门传统科学中是承上启下的中心科学。化学又是一门社会迫切需要的中心科学，化学与人们的生活有非常紧密的联系。化学是与信息、生命、材料、环境、能源、资源、地球、海洋、空间和核科学等十大新兴或朝阳科学都有紧密联系、交叉和渗透的中心科学。

　　化学与十大朝阳科学和六大基础学科之间产生了许多重要的交叉学科，但化学家非常谦虚，在交叉学科中放弃冠名权。例如“化学生物学”被称为“分子生物学”，“生物大分子的结构化学”被称为“结构生物学”，“生物大分子的物理化学”被称为“生物物理学”，“固体化学”、“液体化学”、“溶液理论”被称为“凝聚态物理学”，“高分子物理化学”被称为“软物质物理学”等。

　　这样化学这门重要的中心科学（Central science）反而被社会看做是配角，是伴娘科学（Bridesmaid science）而不受重视。世界著名的《自然》杂志也为化学家鸣不平，在2001年发表了评论。评论中提到“当其他学科从自己的成就中声名远扬时，化学往往发现本学科中最辉煌的成就的名声被其他学科所占有”。哈佛大学教授George Whitesides也说：“许多化学中最有趣的部分往往被称作别的名字。我从来没弄清化学家们是怎么回事，他们总是过于谦虚和本分。他们发现了这些有趣的技术，别人把它们拿走了，他们居然不喊不叫也不抱怨。你从来不会发现一位生物学家会容忍别人把他们所做的东西这样拿走。”化学家的谦虚本是美德，但因此吸引不到优秀的年轻学生。化学缺少优秀生源，就会影响到十大前沿新兴科学的发展，这个问题就大了。

　　第六次科技革命的核心内涵

　　第六次科技革命的核心内容，按照重要性大小的次序是：1. 大化学（广义分子科学）与技术革命；2. 生命科学与技术革命；3. 大成智慧革命；4.物理科学革命。

　　1.大化学与技术革命

　　大化学与技术革命的内涵，首先要为中国和世界当前迫切需要解决的问题服务。例如在前面提到的14个问题中的前10个问题都与大化学有关。为了直接解决前三个问题，化学科学和技术必须进行彻底的革命。

　　（1）有机化学将从碳氢化合物及其衍生物的化学向碳水化合物及其衍生物的化学转变，化工流程都要完全改变，教科书要重写。

　　20世纪有机化合物的原料主要从石油和煤焦油来，所以有机化学定义为碳氢化合物及其衍生物的化学。按照现在的消耗速度，世界石油储量将在几十年内耗竭，煤炭将在一二百年内耗竭。这样有机化合物的原料不得不改为可以再生的植物资源，有机化学也将改为碳水化合物及其衍生物的化学。这是革命性的变化。

　　（2）绿色化学、原子经济化学和循环化学的革命。

　　20世纪的化工企业造成严重的环境污染，这种情况必须彻底改变。要大力发展原子经济的循环化工流程。人们敬而远之的化工企业要改造成为花园式的绿色企业。

　　（3）新药物和人工器官的合成及组装导致新医药革命。

　　（4）稀土风能发电机、稀土节能灯、新光电转换材料、海底可燃冰开发和利用、重水聚变和月球He-3的开发等，将引起新能源革命。

　　（5）天然植物中只有豆科植物的根瘤能够吸收利用空气中的氮，别的农作物如水稻、小麦必须使用氮肥。如果人工合成固氮酶成功，则可以不用化肥，直接利用空气中的氮。这将引起农业革命。上世纪50年代有远见的化学家卢嘉锡院士、唐敖庆院士、蔡启瑞院士等提出固氮酶课题，他们先从理论着手，提出固氮酶的“福州模型”和“厦门模型”，和后来国外学者从天然固氮酶中提出的结晶非常相似，进一步准备人工合成固氮酶，但因没有得到大力支持而中断。

　　（6）化学的繁荣将推动化学生物学和分子生物学的大发展，从而促进生命科学和医学的大发展，大幅度延长人类寿命。

　　2. 生命科学与技术革命

　　生命科学和技术是第六次科技革命的核心内涵，这是极大多数学者的共识。

　　（1）新的生物学是在分子水平上建立的生物学，而化学是研究分子的科学，所以大化学革命是生命科学革命的重要基础。

　　（2）新的生物学革命将是以分子生物学为基础，把传统的宏观生物学、生物分类学、遗传生物学、思维和神经科学等等整合成系统生物学，将进行仿生、创生、再生，直到永生的革命。

　　（3）通过新生物学革命，人类对自身的认识，将从无知到越来越明白自身的特点。人类基因组计划用了数十亿美元的资金。但由于近年快速基因化学测序法的发展，成本已降低到几百美元，所以每个人都有可能明白自己的遗传基因中有哪些致病基因，并加以预防和消除，加上新的、减少副作用抗癌药物和心血管药物的合成，新的再生医学技术的广泛临床应用将使人类的平均寿命大幅延长。

　　（4）中国人的平均寿命：1949年35岁，1978年68岁，1991年69岁，2010年74岁。建国61年增加39岁，平均年增0.64岁。新生物学革命将加快这一进程。保守估计，仍保持年增0.64岁的速度，则到2050年平均寿命应为100岁，到2100年应为132岁。

　　我们可以提出一个新的社会发展指数，称之为“人才的工作年限和教育年限比”。例如现在一个人从出生到大学毕业需23年，67岁退休，工作年龄44年。“工作与教育年限比”=44/23=1.91（2010年）。到了2050年，平均寿命达到100岁，退休年龄可到90岁，工作年龄67年，“工作与教育年限比”=67/23=2.91（2050年）。这样在40年中“工作与教育年限比”增长1.00，平均每年增长0.025，即2.5%。这个2.5%的增长，是最富有经验的人力增长。它将至少增加GDP 2.5%。这是了不起的贡献。

　　人类的平均寿命将从现在最高的八十余岁延长到本世纪末的150岁。有效工作年限将大幅提高，一生创造的财富和对社会的贡献将大幅提高，退休年龄每两年将至少提高一年。医学除疾病的治疗外，将关注预防和保健教育。

　　3.人机结合的大成智慧革命

　　大成智慧科学和大成智慧办公厅的设想是钱学森首先提出来的，是用人与计算机结合，来解决中国和世界这个复杂开放的巨系统的自然界和社会的各种问题。它涉及数学、系统科学、信息科学、计算科学、虚拟现实、网络技术、云计算技术和大数据库技术，天气、地震和灾害预报，经济危机预报和消解，消除第三次世界大战的风险等众多科技和社会问题的新方法。

　　4. 物理科学的革命

　　19世纪与20世纪之交，物理学的上空产生了几朵乌云，导致少数具有非凡天才的科学家，如爱因斯坦、波尔、薛定谔、Heisenberg、Dirac 等创建相对论和量子力学，引起20世纪科学的革命。

　　20世纪和21世纪之交，物理学上空同样有几朵乌云，例如相对论和量子力学如何统一？什么力量引起宇宙的加速膨胀？什么是暗能量？两者之间有没有关系？要解决这些问题很难，只有少数超人智商的人才可能去探索解决这些理论难题。它的影响可能在22世纪。

　　紧急呼吁教育部在高等学校自主招生理科考试中保留化学：

　　最近获悉，从今年开始，教育部将实行高等学校自主招生理科考试不考化学，只考数理两门。这将严重削弱化学科学的中等教育，严重加深社会人士、中学生和家长们对化学的轻视和误解，减少大学化学系的优秀生源，严重伤害中国做第六次科技革命的领头羊，也会影响中华复兴的大业。美国SAT考试相当于中国高考，其中化学的分量很重，还包含化学实验。为了减轻高中生的负担，我们可以借鉴美国的办法，让高中二年级的学生也能参加高考中1至3门课程的考试，如果获得满意成绩，三年级考试可以免考已考过的课程，避免了“一试定终身”的巨大压力。

　　作者简介：

　　徐光宪，中国科学院院士，北京大学化学与分子工程学院教授。