2020年7月11日,欣逢我國著名化學家、教育家、中國科學院院士、《物理化學學報》創刊主編、北京大學物理化學研究所創所所長、北京分子動態與穩態結構國家重點實驗室首任主任、北京大學化學與分子工程學院教授唐有祺先生百歲壽辰。唐先生是我國晶體化學的奠基人、化學生物學的倡導者、分子工程學的開創者。他在日本侵華戰爭的硝煙中輾轉完成大學學業;博士及博士后師從化學泰斗鮑林教授;之后沖破美國的重重封鎖,回到百廢待興的新中國。在歷史的風云中,他始終初心不改,信念不衰,為中國的教育和科研事業殫精竭慮;在化學學科的生死關頭力挽狂瀾,為中國化學的健康發展作出了卓越貢獻。唐有祺先生的百歲人生是記錄中國近代百年歷史和世界格局變遷的生動史書,是中國從戰亂走向富強的見證。唐先生親歷并推動了現代化學在中華大地的生根、萌芽、在磨難中發展、并終至崢嶸的歷史進程。當錢學森先生懷著“為什么我們的學校總是培養不出杰出人才”的疑問抱憾而去多年后,中國科學在唐先生屢次建言獻策下,已然人才輩出。他有幸親見了自己在古稀之年提出的“分子工程學”成為世界化學、生物、材料等領域共同的前沿。在“分子工程學”框架下,世界科學史上中國科學家的身影越來越多。值此先生百年華誕之際,我們謹以此文梳理先生的科學人生,致敬先生為中國化學和中國科學事業作出的杰出貢獻。
(一)一代英杰出古鎮
逢亂世,滿目山河恨
1920年7月11日,唐有祺出生于上海市南匯縣新場鎮的一戶小康人家。新場鎮是一個美麗富庶的江南水鄉,成陸于中唐。因為宋代兩浙鹽運司遷此設立新鹽場而得名。千年的歷史賦予小鎮厚重的文化底蘊,僅明清兩代就出了50余位進士。唐有祺的曾祖父亦曾讀書入仕,但因祖父早亡,家道中落。父親唐宗泰不得已輟學謀生,創立泰山堂藥店。至唐有祺出生時,唐家再度中興。唐有祺亦得以在小康的環境中度過無憂無慮的童年。
1925年,5歲的唐有祺進入新場小學接受正規教育。1931年8月,11歲的唐有祺離開新場,到南匯縣讀初中。這一次離開,不僅僅是離開了父母的照拂,更是離開了生活的平靜——此時的中國,不但內亂不絕,日本也在伺機侵略中國。1931年9月18日,日軍在東北制造了“九一八事變”;1932年1月28日,又在上海吳淞口等地制造了“一二八慘案”。所幸的是,盡管世道不平,一批愛國志士堅持辦教育,并辦出了具有國際水平、有“一柱中流海上”之稱的“上海中學”。1934年,唐有祺以優異的成績考入上海中學,成為班級最小的學生。當時的上海中學引入了國外的辦學理念,數理化方面幾乎都是采用程度偏高的英美課本。此外,學校經常邀請知名人士開設講座,請大學教授來講課,內容包括國內外政治和經濟問題、科學知識、藝術與學術討論等,以拓展學生的見聞和知識視野。在這樣的氛圍中,唐有祺不僅僅受到了現代科學的啟蒙,也對國際關系和政治問題有了基本的認知。而后者為他日后有勇有謀地突破美國重重封鎖,輾轉回到新中國,并在國內政治風云中處變不驚起到了重要作用。
1937年,唐有祺以優異的成績高中畢業。正當他躊躇滿志,準備報考清華大學時,抗日戰爭全面爆發,清華大學在上海的招生考試臨時取消。唐有祺只好報考了同濟大學。但此時的同濟也無法安放一張課桌。1937年8月13日,日本在上海制造了“八一三事變”,同濟大學在吳淞的校舍遭日本飛機轟炸,破壞嚴重,只好遷往上海的公共租界。誰料,戰事卻愈演愈烈,波及整個上海。學校決定離開上海遷往金華。1937年11月12日,上海淪陷,金華也遭到日軍空襲。無奈之下,同濟大學只好再度內遷至偏遠的江西贛州。在贛州上了8個月課后,1938年7月,九江危急,局勢突變,同濟大學第三次遷校,從贛州遷到廣西賀縣八步鎮。1938年10月,廣州淪陷。運抵八步鎮的第一批校產還未來得及卸下,學校決定第四次遷校至昆明。男同學組成步行隊,歷時半個月到達廣西柳州;休整一個月左右,再度步行至南寧,轉乘小船至龍州,出鎮南關借道河內,坐火車到昆明。1939年春節前,同濟大學師生終于分批到達昆明。當時,日軍雖未入侵西南,但昆明也頻頻遭遇空襲。唐有祺所在的理學院師生,冒著生命危險,堅持上課、做實驗。1940年10月,在昆明度過兩個春秋的同濟大學又從昆明遷至四川宜賓李莊,在一群廟宇中安定下來。待到1942年6月大學畢業時,他腳下已不是有著優越教學條件的上海吳淞,而是相去千里的一座蜀中寺廟。顛沛流離的大學,飽受戰火欺凌的故土山河,在青年唐有祺心中涂下了最暗的底色,使得后來的他無論遭逢多大變故,內心從來都有希望的光明耀亮。
(二)為報家國嘗百業
藝高處,看基礎
唐有祺大學畢業時,正值抗日戰爭進入白熱化階段。中華大地已經滿目瘡痍、生靈涂炭,國民經濟脆弱不堪。面對此情此景,唐有祺一心希望利用自己的知識、理論和技能,開發中國特色資源來服務國家。1942年7月,應大學時期老師顧敬心的邀請,他到昆明的兵工廠去參加制磷廠的籌備工作,6個月后轉到重慶渝鑫鋼鐵廠,從白云石中提取氧化鎂來做堿性耐高溫爐磚。后來,得知當時國內急需做電機和變壓器的電磁性矽鋼片,卻沒有技術生產,而進口又非常困難時,他決心致力于矽鋼片的國產化工作。由于當時德國的化學工業走在世界前列,加之他在同濟大學時期打下了深厚的德文基礎(同濟大學為德國人開辦的學校,從一年級就開始學習德語),他從德文資料中發現高純度的電解鐵片具有優異的電磁性能,可替代當時奇缺的矽鋼片。于是,1943年10月,他與人合營了一個試驗廠——重慶鐘聲電化冶煉廠,專門從事能夠替代矽鋼的電解鐵片研究。
1943年9月,唐有祺已經考上了鋼鐵廠附近的中央大學研究生。為了專心從事電解鐵片研究,他讀了幾個月就放棄了研究生學業。此后的1943年12月,國民黨考試院在春季組織的選拔赴美進修人才考試也傳來喜訊,唐有祺獲得了化工專業唯一的一個留學名額。由于這個考試是為了抗日戰爭勝利后培養建設人才而設的,入選的人到美國后應該去工業界實習或工作。但此時的唐有祺正滿腔熱情地進行國內奇缺的電解鐵片研究——他已經在用自己的知識和技術為自己的國家服務了。
就這樣,唐有祺遲遲沒有動身去美國,而是在重慶一心一意地守著他的鐘聲電化冶煉廠。他把粗糙的生鐵放在電解液中,在電解槽中作為一個陽極,把另外一個鐵片作為陰極,像電解銅一樣,將很純的電解鐵鍍到陰極鐵片上。經過不斷調整電解液組成和溫度等條件,終于能夠制備出電磁性能很好的高純電解鐵片。但由于電解條件還沒有完全摸清楚,成品率不高。此時,抗日戰爭已經接近勝利,繼續改進電解鐵片的時間不夠了,研究工作只好中斷。
1945年8月,持續八年的抗日戰爭終于勝利了。唐有祺輾轉從漢口乘船回到了闊別8年的上海,應賞識他的同濟大學理學院院長顧葆常教授之邀,到同濟大學醫學院教授化學。在醫學院工作時,他時常回顧大學畢業后從事實業時遇到的問題,深深地感受到將來要在技術方面做出突破,還需要更高的學識。而提高這種學識的有效途徑,則是加深基礎。特別是,要解決涉及材料的問題時,必須深入理解物質的結構與其性能之間的關系。他已經敏銳地意識到,關于物質的結構及其性能的關系,將是化學發展中具有重要前景的領域;而化學,將是功能材料的源頭。此后,這不僅成了他畢生的研究所在,也成為他不斷開拓化學前沿、屢次在中國化學危急時刻力挽狂瀾的信念基石。
(三)漂洋萬里拜名師
良駿逢伯樂,佳音至
大學畢業后從事實業及教學工作的曲折經歷,無疑是唐有祺在社會大學中接受的一次深刻教育。這讓唐有祺深深地意識到,只有掌握了足夠的學問才有能力服務于國家和社會。這時,他想到了自己在1943年12月獲得的赴美留學資格。按照規定,如果不及時赴美,他的留學名額就會作廢。到1944年底,要去美國留學的大部分人都已經出國了,只有唐有祺還留在國內。慶幸的是,同濟大學時的老師顧葆常當時到了國民黨的經濟部當司長。而這個出國選拔考試正是經濟部主管。雖然顧老師在唐有祺大學畢業后2年才到李莊接任同濟大學理學院院長一職,但唐有祺在大學期間的優異表現在學校廣為人知,顧葆常對這位沒有謀過面的學生有著深刻的印象。就這樣,他給唐有祺保留了這張珍貴的留學通行證。
在顧葆常老師的幫助下,1946年8月,唐有祺從上海登上“梅格斯將軍”號輪船,直航舊金山,同船的還有華羅庚、唐敖慶等人。這是第二次世界大戰后第二艘從上海開赴美國的客輪。它滿載著飽經戰火洗禮的生命,也滿載著中國科學未來的希望。
出國前,唐有祺已經從同濟大學的王葆仁教授處了解到,1930-1940年期間加州理工學院的鮑林把化學從一個主要基于現象的學科轉變為一個以扎實的結構和量子力學原理為基礎的學科。因為唐有祺已經敏銳意識到物質的結構與性能之間存在著重要的關系,抵美后他直接去找了鮑林。唐有祺對物理和化學的濃厚興趣及在這兩方面的扎實基礎深深地打動了鮑林。一番傾談之后,這位名滿天下的化學家爽快地答應了唐有祺師從他從事結構化學研究的申請,親自去加州理工學院研究生院為他申請名額,并幫他選課。拜師如此順利讓唐有祺喜出望外,也讓加州理工學院研究生院負責人覺得不可思議。
后來的事實證明,鮑林的確慧眼識珠。唐有祺不但以優異的成績通過了所有課程考試,還在研究工作中表現出卓越的能力。當時,唐有祺主攻X射線晶體學和化學健本質,旁及量子力學和統計力學。鮑林希望唐有祺解決兩個具有挑戰性的前沿問題,一個是精確確定合金的結構;另一個是弄清六次甲基四胺與金屬鹽形成沉淀的本質。前者因為儀器原因,國際上無法獲得準確結構。而后者,則是當時發現六次甲基四胺能夠跟很多無機物發生沉淀,卻沒人能弄清原因。此前,鮑林派了兩個研究生去解決這個問題,幾年下來,均無疾而終。這兩項任務的艱巨性可想而知。
對唐有祺而言,這兩項任務還需要他直面自己在國內沒有接觸過的儀器設計搭建工作。在挑戰面前,唐有祺的征服欲再度被點燃。他跟隨鮑林的第一個研究生、當時還是副教授的Sturdivant博士,從畫圖開始,到工廠中親手搭建自己設計的儀器。經過一次次的試驗、修正、提高,終于自己設計并搭建出研究所需的儀器。這不僅為他在鮑林組順利開展研究工作鋪平了道路,更為他回國后在缺乏設備的艱苦條件下,奠基中國的晶體化學研究、培養晶體化學人才打下了堅實的基礎。
搭建出儀器僅僅是為收集晶體衍射數據提供了物質條件。要真正解析出晶體結構,必須有高超的數學技巧,自己設計和利用計算工具,從衍射強度數據中找出數學規律。就這樣,藉著卓越的數理能力,唐有祺提出了合金中形成立方體“超結構”的觀點,首次揭示出六次甲基四胺與金屬鹽形成復合物的本質,拂去了這片長期籠罩在晶體學界的烏云,令鮑林非常高興。唐有祺所用的衍射數據收集方法、計算工具、以及求解結構的方法代表了當時晶體結構解析的先進水平。在1950年加州理工學院的年度總結中,鮑林把這項工作作為重要研究成果進行了匯報。
這兩項不凡的成就不僅讓唐有祺于1950年7月順利獲得博士學位,也讓鮑林對他更加刮目相看。因此,唐有祺博士畢業后,以Hale博士后的身份繼續留在鮑林組里從事研究工作。因為對唐有祺能力的期許,鮑林把國際上剛剛興起的用X射線解析蛋白質結構的重任交給了他。自此,唐有祺成為國際上首批接觸蛋白質晶體學及分子生物學的少數學者之一,為他后來在中國倡導化學生物學奠定了基礎。
(四)丹心一片赴歸程
智勇在胸,任它阻礙重重
在美國師從鮑林的5年,是唐有祺求學生涯中最為平靜的時期。這個生于亂世,在戰爭的陰影中顛沛求學的一代英才,在此時才能夠深耕科學的沃野,安心從事研究工作。正當他的蛋白質晶體研究進展日益順利,有望獲得重大成果的時候,國際形勢發生了重大變化。1949年10月1日新中國成立。百廢待興的土地急需各行各業人才。1950年1月27日,中國科協向海外留學生發出召喚:“諸學友各有專長,思想進步,政府方面亟盼能火速回國,參加工作。”此時距唐有祺完成博士論文答辯還有3個多月,距其獲得博士學位6個多月。博士畢業時已經掌握了結晶化學、結構化學前沿知識的唐有祺,原本希望通過一段博士后研究,攻下國際最前沿的蛋白質晶體學這座堡壘后再回國建功立業,但時局的變化讓他做出了中斷研究,盡早回國的決定。
唐有祺 攝于1951年回國前夕
1950年6月25日,美國悍然發動了朝鮮戰爭,并把戰火燒到中國東北邊境。襁褓之中的新中國被迫派出志愿軍,既是支援朝鮮人民,也是保家衛國。美國政府為了遏制新中國,開始極力阻撓中國留學生回國參加建設。1950年10月,美國司法移民局發布了“禁止中國留學生出境之命令”。1951年春,回國的正常途徑已被封鎖。
唐有祺著急了。從登臨“梅格斯將軍”號輪船,告別故土的那一刻起,他就盼著早日學成歸來,服務自己的國家,奉養在艱難的時局中悉心養育自己的母親。他不曾料想,待到學成之時,美國竟然要阻斷歸途。他熱愛蛋白質晶體研究,但這份愛怎能超越祖國和母親在他心中的分量!唐有祺果斷決定中斷研究,設法回國。面對進行得非常順利的蛋白質晶體研究,鮑林無限惋惜。如果堅持做下去,以他的天賦,唐有祺很有可能成為世界上第一個用X-射線衍射方法解出蛋白質晶體結構的人。登臨科學最高峰,這是多少科學家畢生的夢想。這樣一個有希望的年輕人,卻要在這條充滿光明的路上半途離去…….愛才心切的鮑林極力挽留,希望唐有祺好好考慮后留下來。但家國在胸的唐有祺去意已決。
盡管萬般不舍,熱愛和平、崇尚民主的導師鮑林,還是決定向唐有祺伸出援手。利用1951年7月國際晶體學會在瑞典斯德哥爾摩召開第二屆大會的機會,鮑林幫助唐有祺獲得了離開美國赴瑞典的簽證。歸國心切的唐有祺拿著這張離開美國的門票,細心規劃回國的行程。當時,從美國去瑞典沒有飛機,需要乘輪船繞道歐洲,途經英國、法國、德國、丹麥,最后才能到瑞典。但這正好有機會從英國申請去香港的簽證,能夠從法國乘船回國。雖然這番迂回國的路線要面臨一步步在歐洲各國間輾轉簽證的不確定性,但卻是唯一可能回國的途徑。懷著這樣的計劃,1951年5月初,唐有祺離開加州理工學院所在的帕薩迪納,帶著裝著幾箱子書的行李東行紐約,登臨橫渡大西洋的客輪,并把行李交給船舶公司,托運到法國。
輪船順利抵達英國,可從英國拿到香港簽證絕非易事。英國以唐有祺拿的是國民黨護照無法進入新中國為由,拒絕給他簽證。為此,清華大學發來電報,證明唐有祺是他們邀請回國的。但英國方面以不知電報真假為由,不予理會。后來,牛津大學教授出面幫助唐有祺介紹了英國有政治地位的人出來幫忙,也沒有打動簽證官。無奈之下,唐有祺向在國內東北石油化工部當司長的哥哥唐有祥求助。唐有祥曾與時任挪威、丹麥、瑞典三國大使的耿飚共同工作過。拿著哥哥的介紹信,唐有祺通過領事館輾轉聯系上耿飚。耿飚立即讓領事給他出了一張中華人民共和國的護照,寄到倫敦,英國人才同意給唐有祺發香港簽證。但因唐有祺在英國的時間不夠了,倫敦的外交部讓唐有祺先去巴黎,再從巴黎的英國大使館領取簽證。興奮的唐有祺立即在英國買好了從巴黎到香港的船票,準備在瑞典開完會后由巴黎乘船回國。可誰知,從瑞典去法國要獲得法國簽證,而法國因為接到美國通知,拒絕給回中國的留學生發簽證。唐有祺據理力爭,說:“你不讓我回去,我就留在瑞典!”最后,與中國有邦交的瑞典向唐有祺伸出了援手。瑞典外交部派出了一位女外交官,陪同唐有祺到法國駐瑞典大使館進行抗議。在瑞典的壓力與威懾下,法國終于給唐有祺發放了簽證。至此,唐有祺掃除了回國之旅的最后一塊障礙。他在法國馬賽接上了從美國托運而來的幾箱子書,終于登上了回國的客輪。滾滾浪花飛速后退;他和大洋彼岸的祖國母親之間,海闊天空,只有彼此的心弦隨著波濤同奏一曲回歸的壯歌。
(五)新星歸來爭相聘
駐清華,適初心
1951年8月,經過3個月跌宕起伏、阻礙重重的旅途,唐有祺終于回到闊別5年的上海,與母親團圓。9月,他孤身北上,來到高中時就非常渴望就讀的清華大學任教,被聘為副教授。
唐有祺與清華大學的淵源,始于1948年。當時,已是清華大學教授的黃子卿先生到美國去教書,聽說唐有祺在加州理工學院,就去加州理工看望他。那時,清華大學化學系云集了我國化學領域的頂尖人才,但還沒有學結構化學的人,更沒有鮑林的學生。黃子卿先生回到清華后,商同葉企孫、張子高先生,決定聘請唐有祺回國到清華大學工作。而導師鮑林也給唐有祺寫了一封推薦信。這封推薦信在清華大學引起了轟動。很多清華大學的師生,不論是文科還是理科,都知道鮑林給他的學生唐有祺寫了一封推薦信,推薦他到清華大學任職。
唐有祺回國的消息不脛而走。由于他的學識,浙江大學、大連綜合工業研究所(后稱大連化學物理研究所)都爭著聘請唐有祺。恩師王葆仁此時在浙江大學,力邀唐有祺到浙江大學任職,并承諾可以直接將唐有祺聘為教授。大連綜合工業研究所從美國回來的肖光炎、從清華大學畢業的張大煜專程跑到上海,極力邀請他去大連工作。張大煜甚至找到當時的清華大學校長、也是物理系教授的葉企孫,希望清華能放唐有祺去大連工作。葉企孫說,“不行,唐有祺還是要到清華來,清華化學系需要他。”(《根深方葉茂——唐有祺傳》,朱晶,葉青。中國科學技術出版社,2016年,p71)就這樣,唐有祺最終留在了清華大學。
唐有祺執教清華除了教授物理化學,還做了一件大事,就是開設“分子結構和化學鍵本質”這門新課。當時的中國科研條件普遍薄弱,即使是清華大學,也沒有合適的科研設備;學科設置中更缺少對國際前沿內容的安排。為了盡快改變中國化學落后的面貌,唐有祺當即決定,把國外的研究前沿通過開設課程的形式介紹給國內。當時,結構和結構分析是化學學科發展中最為活躍的方向之一。鮑林奠定了化學鍵本質這個理論化學方向之后,化學家對物質結構的研究與理解已經不可同日而語;晶體結構分析的儀器設備不斷改進。而這些進展,國內卻知之不多,更談不上將這些新興的手段應用于科學研究了。于是,唐有祺決心將結構化學與化學鍵方面的最新理論和方法介紹給國內。就這樣,1951年秋,清華大學化學系的學生們意外地發現,課表上多了一門新課程——分子結構和化學鍵本質。這門中國大地上前所未有的課程,是唐有祺對晶體化學、結構化學在中國的啟蒙開啟的第一步。此后多年,每當科研無法正常進行的時候,唐有祺根據實際工作的需要,利用一切條件給學生們講課。他多年積累的講義,經修訂整理,先后形成了多本教材及專著。
(六)院系調整遷北大
奠新學,嘔心育英華
唐有祺履新清華大學不到一年,他的從教生涯就出現了重大轉折。
1952春,全國范圍內院系開始調整;秋,唐有祺跟隨黃子卿先生遷入新北京大學化學系。此后半個多世紀,唐有祺的生活和命運與北京大學緊密相連。初到北京大學,唐有祺立即利用自己的專長,開設“結晶化學”課程。這門課程比在清華時開設的“分子結構和化學鍵本質”更加系統。盡管現代化學傳入中國已近半個世紀,但此前從未有過“結晶化學”這門課。不僅如此,世界范圍內也沒有這門專門的課程;結晶化學的內容都是分散在物理化學等課程中。唐有祺希望通過開設“結晶化學”,系統介紹1912年勞埃發現的X射線衍射方法及其帶來的化學研究領域的變革,把X射線晶體學的前沿知識帶到大學課堂,并決意從理論和實驗上深入開展物質結構研究。1953年2月,北京大學就今后發展工作重點問題向中共中央宣傳部、高等教育部呈送請示的報告中,化學專業的重點方向就包括物理化學專業的膠體化學、化學熱力學、分子結構及化學鍵。
唐有祺痛惜我國晶體學和結構化學幾乎空白的現狀,幾乎是在和時間賽跑來為新中國的晶體化學奠基。沒有教材,他自己編寫講義,根據課堂反饋不斷修改、增訂;不僅在北京大學開課系統培養學生,還在全國范圍內開設師資培訓班,推動晶體化學在全國綜合大學的普及。由教育部牽頭的首屆晶體學師資培訓班于1954年暑假在北京大學舉行,唐有祺和來自吉林大學的余瑞璜擔任主講;而課后輔導和模型實習由唐有祺剛剛在北京大學培養的學生桂琳琳負責。同時,他開始招收晶體學專業的研究生和進修教師。1956年春,他又為結構化學專業的本科生、研究生、進修教師開設了“X射線衍射和晶體結構分析”課程。他在“結晶化學”課堂上使用的講義,經過幾次試用后,受教育部委托,于1957年11月正式在高等教育出版社出版。《結晶化學》是我國學者自己編寫的第一批高等學校新教材。1958年,唐有祺又在化學系開設了“物質結構”課,主要講授分子結構和化學鍵本質,以及量子力學基礎和研究分子結構的方法和原理,依然是自己編寫講義。
(七)一肩挑起三重擔
始建,結構化學萬里江山
當時的中國,結構化學人才奇缺。結構化學建設的重任歷史地落在了唐有祺的雙肩。1955年,受X射線晶體學研究前輩陸學善先生的邀請,唐有祺到當時的中國科學院應用物理所(現稱物理研究所)兼職,籌組單晶結構分析工作。1956年,中國科學院化學研究所成立。唐有祺又受邀到化學所兼職,籌組結構化學研究工作。一心想建立中國自己的結構化學研究的唐有祺,利用在三家單位兼職的有利條件,和陸學善先生等一道將北京大學、中國科學院物理所、中國科學院化學所的人力和物力結合在一起,建成了新中國首個X射線結構測定實驗室。沒有自動設備,他們就利用可卸X光管,在感光膠片上目測衍射強度,并依靠抽紙條算傅立葉求和。憑著師從鮑林期間打下的扎實基礎,唐有祺帶領研究人員,硬是在嚴峻的條件下開啟了中國的結構化學研究,測定了中國第一批晶體結構,為新中國培養出一批結構化學人才,為我國后續解決豬胰島素晶體結構奠定了基礎。
根據中國的國情,唐有祺有的放矢地選擇研究課題。他深知化學研究中結構分析的重要性,但他更關注的是結構的規律與分子性能的聯系,期待把結構與性能的聯系規律反饋到化學中去,提高化學學科的水平,并為結構分析或解決結構問題提供更高的起點。帶著這些考量,唐有祺1956年以來測定的大批晶體結構中,很多是具有重要理論與實際意義的。例如,考慮到銻是中國的特色資源,他選擇了研究銻的三種硫化物的晶體結構,以便為礦產資源的開發利用服務。他們的研究更正了當時國際上關于銻的硫化物結構的錯誤認識,首次弄清只有三硫化二銻一種硫化物;其余兩種不過是單質硫溶于三硫化二銻形成的介穩體系。再如,考慮到中國擁有世界上最大的礬石礦,唐有祺和他的研究生對不同產地的礬石礦物相進行分離、鑒定。他們測定了鈉明礬石的點陣常數和結構參數,并根據點陣常數,推算了明礬石物相的含鉛率。再例如,當時的化學研究者都注意到丙烯醛之類的醛溶液遇到亞硫酸氫鈉會立即產生沉淀,但一個世紀以來,沒有人知道這個沉淀的結構和成分。唐有祺帶著他的研究生周公度和郝潤蓉把X射線衍射方法應用于該沉淀的結構測定,并結合對晶體對稱性的深刻理解,首次解析了原子數目與位置數目不匹配帶來的無序問題,成功給出了沉淀的確切結構。對這個問題非常關注的傅鷹教授因為這個突破性的工作對唐有祺特別進行了表揚。其實,唐有祺利用自己組建的裝置,在簡陋的條件下,已經做出了具有世界水平的科研成果。1958年,唐有祺和跟隨自己學習結構化學的北京地質學院的彭志忠,以及北京大學的學生周公度合作,通過對葡萄石晶體的研究,確定出一種新的硅酸鹽結構,發表在《化學學報》上。這是國際上首次測出葡萄石的結構,突破了國際研究晶體結構的學者20世紀30年代建立起來的硅酸鹽晶體結構分類體系,攻下了“沒有搞清楚的最后一個硅酸鹽結構”這一科學堡壘,被國際結晶學權威別洛夫院士評為“不尋常”的成就。(楊光榮,彭志忠。《中國地理》,1988年第二期,第32-33頁)更值得欣慰的是,這是彭志忠跟隨唐有祺學習結構后,在結構礦物學方面的處女作,標志著新中國自己培養的結構化學人才已經成長起來。1959年,彭志忠領導建立了中國第一個礦物晶體結構分析實驗室,領導團隊測出了10多種礦物的晶體結構。
(八)正盛風篷遇劫波
爭分奪秒,基地恨無多
唐有祺離開美國時,導師鮑林曾囑咐唐有祺:“一個國家新成立之時,做事可能是有些毛毛躁躁,但是具體的情況如何,還希望你先弄清楚問題。”正當唐有祺傾盡滿腔熱情大力推動中國結構化學教育與研究時,鮑林對新中國的擔憂一語成讖。1958年,席卷全國的大躍進開始了,唐有祺的科研活動被迫完全停止。9月,北京大學化學系950多名師生被派到廣西、湖北、京郊等地支援國家鋼鐵戰線;唐有祺則被派到清華大學講授《結晶化學》。12月底,學生陸續返校,唐有祺開始為學生們補課。
1962年,隨著新一屆6年制本科生進入實驗室,唐有祺的研究得以短暫恢復。這期間,他又爭分奪秒地展開了重要化合物的結構測定工作。唐有祺指導學生穆祥祺確定了抗血吸蟲病的藥物——吐酒石的結構,而這是一個百余年來沒有解決的問題。穆祥祺在唐有祺指導下打下的堅實晶體基礎,為他此后順利完成胰島素晶體結構測定工作埋下了伏筆。
在這一短暫的黃金時期,唐有祺也緊鑼密鼓地在中國推廣結構化學。1962年暑假,他去新疆烏魯木齊向當地的高校講授物質結構課;同年8月,他被聘為中華人民共和國科學技術委員會物理學組組員。更讓人驚喜的是,唐有祺著力推動的“物質結構和化學健理論”在1956年8月被國務院科學發展委員會列入《1956——1967年科技發展規劃》的重點發展項目后,迎來了具體落實的措施。1963年,國家科學技術委員會決定在吉林大學、福州大學和北京大學建立三個物質結構研究基地。3月28日,唐有祺、唐敖慶、盧嘉錫分別收到編寫計劃的任務書,唐有祺被任命為北京大學物質結構編制計劃任務書的召集人。1963年12月,經教育部批準,唐有祺、徐光憲、吳光磊等9名北京大學副教授晉升為教授。
風起,帆揚。這時的唐有祺,心中滿懷豪情。
誰能料到,這是又一場風雨的前夜。
1963年11月,“四清”運動開始了。1964年1月,滿心期待物質結構基地建設的唐有祺被派到門頭溝三家店參加清工分、清賬目、清倉庫和清財務的“四清”運動。國家科委九局局長趙石英心憂科技人才的浪費和物質結構基地建設,排除阻力讓唐有祺從“四清運動”中脫身出來,并勉勵他以“我不入地獄誰入地獄”的獻身精神來為基礎研究效力。唐有祺的心頓時被溫暖了,雄心壯志再度揚帆。他帶領畢業留校的學生桂琳琳等到上海的高校、科學院研究所等研究單位考察。此時的唐有祺,學術能力和科研組織能力已經得到了全國科技屆的一致認同。到1964年9月,已經身兼數職——中國科學院編譯出版社編委、中國科學院化學所研究員、九三學社中央委員、中國化學會物理化學專業委員會委員的唐有祺,又受邀加入中國物理學會晶體學專業委員會。1966年,物質結構研究基地已經初具規模,具備了正式承接國家重要研究課題的能力。
正當一切似乎都水到渠成時,持續十年的“文化大革命”爆發了。物質結構基地建設宛如南柯一夢,唐有祺的腦海中空留回響。
(九)因應大勢待時飛
解密胰島,身退心不退
盡管唐有祺建設物質結構基地的雄心壯志在“文化大革命”中化為泡影,但他心中的希望從未幻滅。他耐心地守護著心中夢想的種子,敏銳地守候適合發芽的時機。在“文化大革命”中,這時機就是“能為政治服務”的研究。
“文化大革命”爆發前的1965年,中國科學家經過六年零九個月的共產主義大協作,在世界上首次人工合成了結晶胰島素。這是世界上第一次用人工的方法合成了一種具有生物活性的蛋白質,讓國際科學界對新中國刮目相看。國務院副總理聶榮臻、國家科委副主任韓光等人決定要將胰島素工作一條龍接下來,再接再厲擴大戰果。1966年4月,國家科委主持召開了人工合成胰島素研究成果鑒定會。參加會議的唐有祺敏銳地捕捉到了科研的機會。他提議,接下來應該刻不容緩地用X射線衍射的方法測定胰島素的空間結構,此項工作可為研究蛋白質結構與功能的關系打開一個缺口。唐有祺有理有據的建議打動了有關領導,該建議被會議采納;唐有祺也因此被推舉為胰島素晶體結構測定的學術帶頭人。
唐有祺提出的測量胰島素晶體結構的構想無疑是非常宏大的。英國牛津大學杰出的化學家霍奇金早在20世紀30年代在劍橋大學時就開始了測定胰島素的工作;歷時30多年,雖然中間被維生素B的結構測定分去了大部分時間,但霍奇金一直沒有放棄測量胰島素的夢想。對于研究基礎還很薄弱的中國,要確定復雜生物大分子中各原子在空間的位置,難度可想而知。實際困難之一就是,尚不具備現成的設備來展開這一研究。因此,時任北京大學副校長的傅鷹,以及化學系的邢其毅,都曾私下對這個設想誠懇地提出過反對意見。但他們忽略的是,師從鮑林的五年里,唐有祺不僅掌握了使用現成的儀器做研究的本領,還領悟到了在沒有條件時創造條件的研究思路。其實,唐有祺回國以來,何嘗不是一直在不具備條件的情況下做研究!他早已明白,在當時的中國,要放棄完全依賴先進儀器的幻想,必須利用現有條件,充分發揮理論優勢,才能做出工作。因此,他帶領學生,依靠保干器測量蒸汽壓,竟然弄清了漂白粉物相與穩定性的關系;沒有自動記錄衍射強度的裝置,他帶領學生依靠目測強度,也獲得了準確的結果;他帶出的學生彭志忠,依靠一臺醫用X光機和手動計數方法,建成了國內首個礦物結構實驗室,取得了很多先進的成果。更何況,唐有祺已經知道,國際上測量蛋白質晶體結構的方法已然成熟,只是解析晶體結構還是一個巨大的難題。可唐有祺的眼中,何曾有過難題!回國旅途艱難,百轉千回,他回來了,并為以后歸國的留學生開創了一條曲線回國的道路!葡萄石的結構確定難,百年未解,唐有祺帶著他的學生做出來了!丙烯醛遇二氧化硫生成的沉淀結構難解,亦是百年之謎,唐有祺還是破解了……這世間,只有沒有機會才是通向成功的唯一困難啊!隱約中,唐有祺堅信:他,和他所培養的新中國晶體學人,有能力解開胰島素的晶體結構!
懷著這樣的自信,唐有祺開始組建研究隊伍。怎料,政治風雨又臨。
1966年7月30日晚,“四人幫”主要領導人在人民大會堂的科學界萬人大會上發表講話,高度評價了人工合成胰島素的成就。并表示,后續的胰島素結構測定,不能讓資產階級教授參加。(《根深方葉茂——唐有祺傳》朱晶,葉青,中國科學技術出版社,2016年,p 123)就這樣,除了從研究團隊中退出,“資產階級教授”唐有祺別無選擇。
但此時歷史展現了慈悲的一面。唐有祺為新中國培養的晶體化學人才,包括他的學生以及歷年從化學系畢業后留在北京大學化學系物質結構研究室的教師,共30余人成了這項工作的臺前主力,而唐有祺則在幕后指揮大方向。他告誡學生,必須先用重元素同晶置換的方法確定周相,才能將胰島素中多肽片段與二級結構一一對應起來…….胰島素神秘的面龐在年輕的中國晶體人面前漸漸浮現。就在研究工作已經取得一定成就的時候,“清理階級隊伍”運動開始了。1969年1月,“清理”完畢的隊伍集結于物理所,組建了一個胰島素晶體研究協作組。作為主要單位之一的北京大學只有穆祥祺等7人被允許繼續從事胰島素結構分析工作。
1969年11月,正當在政治風雨中損員折將嚴重的中國的胰島素晶體協作組努力制備重原子同晶置換晶體時,霍奇金等人在Nature雜志發表了論文《胰島素二鋅斜方六面體晶體的結構》,宣布測出了胰島素晶體的結構!
這一消息無疑是一枚重磅炸彈,在胰島素研究協作組中引起軒然大波。冷靜下來后,他們決定繼續推進自己的研究。由于已經獲得重原子同晶置換晶體,研究隊伍在1971年“七一”前夕,終于全面完成了豬胰島素的晶體結構測定,并獲得了比霍奇金小組更高的分辨率。與唐有祺情誼深厚的霍奇金得知中國研究團隊的結果后,特意在去日本的行程中插入北京之行,并多次在不同場合通過報告、撰文等方式大力向國際同行宣傳中國科研人員的研究成果,這為后來唐有祺在改革開放后推動中國順利加入國際晶體學會起到了巨大的作用。
(十)火烈難熔方寸心
專著頻出,科苑千古琴音
對科學研究的執著,對新中國的赤誠,使得唐有祺在從大躍進到“文化大革命”的漫長政治運動中無暇耽于外界的紛擾,內心始終有一方安寧的天地。正因如此,當他被剝奪從事研究的權利時,他就利用難得的“休閑”時光,整理自己上課用的講義,撰寫著作。
1961年春季以來,唐有祺在北京大學化學系為一些需要物理化學基礎較多的同學和研究生開過三次統計力學課。為了教學需要,他先后寫過兩次講義。1962-1963年,他將講義進行了整理和增訂,于1963年10月完成書稿《統計力學及其在物理化學中的應用》,并于1964年由科學出版社出版。在這本書中,唐有祺不但以他自己獨特的理解,通俗地闡釋了統計力學的原理和方法的邏輯性,還饒有興致地介紹了統計力學方法在實際中的應用。為了縮短初學者從掌握基本原理到熟練應用之間的距離,唐有祺還在書中精心安排了一定分量的習題。這本書首次將統計力學介紹到中國化學界,為中國化學的縱深發展起到了奠基作用。1988年,《統計力學及其在物理化學中的應用》獲得全國高校優秀教材獎。2012年,該書入選《北京大學百年化學經典》,并再版發行。
1968年冬,文化大革命仍如火如荼地進行,正常教學和研究工作都被迫中斷。賦閑在家的唐有祺沒有受到時局困擾,專心整理《對稱性原理》講義。在長期的教學實踐中,唐有祺注意到對稱性和原子在空間的分布一直是緊密結合在一起的。以群論為基礎的對稱性原理,已經成為學習化學和研究化學、特別是結構化學的一個得力工具。為此,唐有祺編寫了《對稱性原理》上、下兩部書稿,由科學出版社分別在1977、1979以一、二分冊的形式出版。后來,這本書被日本高分子學界推薦為重要化學參考書。2012年,這本教材也入選《北京大學百年化學經典》,再版發行。
除了這些與唐有祺的專業相關的著作,《化學動力學和反應器原理》及《相平衡、化學平衡和熱力學》完全不是唐有祺回國以來熟悉的結構與化學鍵專業。但因為唐有祺把每一個與科學技術相關的政治任務當作研究的重要契機,認真鉆研,因而體會頗深。1970年,中央批準北京大學招收工農兵學員。唐有祺被要求在政治上接受工人的再教育,在業務上向工人師傅學習的同時,還要開門辦學,給石油化工領域培養人才。為了給工農兵學員準備教材,唐有祺親自到化工廠,不辭辛苦地爬上爬下,考察裂解爐和各種工業反應器,了解各種石油化工過程,弄清反應器原理。同時,他結合國外新書和文獻,從物理化學的角度,以實例給學員講授原理,讓他們知其所以然,培養他們在實踐中解決實際問題的能力。在兩次教學實踐和總結經驗的基礎上,唐有祺將講義進行修訂,1973年9月形成《化學動力學和反應器原理》一書,1974年11月由科學出版社出版,1979年12月第二次印刷。這本書首次深入淺出地將宏觀動力學與反應器原理的精髓介紹給國內化學工作者,對后來我國研制高效聚乙烯、氧氯化和環氧乙烷催化劑等起到了重要的指導作用。1984年出版的《相平衡、化學平衡和熱力學》一書也是基于他在這一階段充分體驗生產實踐的基礎上編寫而成的。如今,這些教材不但在國內成為經典,也被哈佛、伯克利等國外著名學府的華語學者奉為經典參考書目。
(十一)雖經百折志不移
為國攻堅,舍我其誰
唐有祺在安心著書立說的時候,決不是懷著避世的心理。科技強國的夢想在胸,雖然身處逆境,但他一直密切關注著國家科技的發展,思考著結合當時的背景,利用自己的結構化學專長,為國家做點有用的事。新中國的化學工業基礎非常薄弱。周恩來總理提出要從日本和美國引進裝置,但我們自己必須對引進的裝置進行消化和應用,其中最重要的一環就是裝置中所用的催化劑的國產化。在這一背景下,1974年,石化部開始制定研制環氧乙烷銀催化劑的計劃。唐有祺感觸到機遇可貴,決定和他1956年畢業留校的學生林炳雄一起,利用北京大學在結構化學上的優勢,從理論上研究催化劑的機理。他們幾次到主管部門爭取參與,都因理科高校在這方面經驗不足而屢遭拒絕。他們看重的是同行業的研究單位。連續幾十天的奔波總是無功而返,林炳雄有些氣餒了。但唐有祺卻沒有放棄的打算。他深知,這個項目的工作難度和實際意義都非常重大,自己有責任在國家需要的時候挺身而出。而在文革期間下廠開門辦學的經歷讓他深切體會到,當時的中國科研基礎是多么薄弱。這樣一個高難度的研究項目,僅憑熱情是沒有出路的。他相信,自己深厚的結構化學和理論功底一定對項目的順利完成有重要的幫助。因此,就算山阻石攔,他也要義無反顧地展現出一個知識分子的擔當。
二十多年前迂回回國的經驗告訴他,當直接的道路被封鎖時,迂回前進還會有成功的希望。就這樣,這位奔向花甲之年的導師向被挫敗感籠罩的林炳雄建議了第二套方案,就是到有條件承接這個項目的燕山石化總廠研究院去展示自己的特點與實力,促使他們接受與合作。唐有祺承諾,他將自始至終毫無保留地支持林炳雄,親自出馬為他助威。唐先生百折不撓的進取精神深深地感染了林炳雄。新的希望,又在他的心頭升起。
在一個晴朗的早晨,經過一番準備的師生二人帶著兩個火燒向燕山石化進發了。(林炳雄:令我終身受益的老師。《唐有祺教授八軼華誕志慶集》,河北教育出版社,2000年,p203-204)一路上,他們仿佛沒有看到身邊擁擠的人群和充滿生氣的山巒田野,只是專注地對幾個小時后即將發生的事情不斷地進行猜測、推演。由于交通不暢,師生二人到達目的地時已近中午。對方接待他們的態度熱情而禮貌,但熟悉的不信任感在他們的言語間表露無疑。有備而來的唐有祺首先介紹了他在工廠“開門辦學”時做出的突出成績,以證明自己作為一個高校教師在生產實際面前的實戰能力;緊接著,他又表明自己此番前來,實在是源于一個知識分子在國家需要面前深深的責任意識。簡短的發言,迅速吸引了與會者的注意力;他們對眼前的老者不由得心生敬意。關于核心問題的討論隨即順利展開。按照事先準備好的資料和分工,唐有祺和林炳雄分別談了對這個課題的認識和打算。對方拋出了一個個問題,唐有祺和林炳雄一一周密作答。終于,對方被他們的理性思維所折服,表示盡快向主管領導建議接受北京大學作為這個項目的合作伙伴。最后,石化部終于把與引進裝置相配套的“環氧乙烷銀催化劑”部分研制任務下達給北京大學。唐有祺和林炳雄團隊終于不負眾望,經過刻苦攻關,研制出催化性能達到了預期指標的催化劑產品。研究成果引起了國際同行的廣泛關注,被國際同行當作經典的實例在報告中專門講述。1986年,“環氧乙烷銀催化劑”等研究成果被國家教委評為科技進步一等獎。
(十二)厚積薄發無功處
終成,單層分散史書
從事引進裝置配套催化劑的研究,是唐有祺的研究工作面向生產實際的良好起點。在研制環氧乙烷-銀催化劑時,石化廠的技術員向唐有祺請教高效催化劑問題。(《根深方葉茂--唐有祺傳》,朱晶、葉青,2016年,中國科學技術出版社,p48)當時國產催化劑效率比國外新出的催化劑效率低三個數量級。技術人員詢問唐有祺,是否能夠達到這么高的催化效率。唐有祺開始思考高效催化劑的問題。經過簡單估算,唐有祺認為,若TiCl3在載體表面分布成單分子層,暴露在表面的活性組分可增高三個數量級,催化效率就會提升1000倍。為了證實這一結論,他和謝有暢及其他同事們利用X-射線衍射法對負載于MgCl2表面的TiCl3進行了研究,發現研磨后的TiCl3在載體表面的確發生了單層分散。之后,唐有祺等又證實,氧化物和鹽類可以在遠低于熔點的情況下,在載體表面自發單層分散,并且單位面積載體有飽和分散量。由此,唐有祺確定了一個帶有普遍性的效應:當不超過閾值的晶態氧化物或鹽類與載體混合后,在不甚高的溫度下熱處理時,都能自發地單層分散到載體表面上。而超過的部分一定留在晶態中,不會在分散的表面單層發展為多層。這就是自發單層分散原理。正是由于從微觀結構的視角出發,在理解結構與性能之間關系的基礎上,運用結構化學的概念解決問題,自發單層分散原理后來成為設計和制備基于這一類體系的催化劑、吸附劑和固體電解質等功能體系的科學依據,受到國內外同行的廣泛贊譽。鑒于自發單層分散原理的重大科學貢獻及其巨大的應用價值,1987年,國家教委為唐有祺的科研團隊授予科技進步一等獎。后來,謝有暢的課題組根據這個原理繼續研究,得到了對CO有極高吸附容量和選擇性的高效吸附劑,并在擁有自主知識產權的基礎之上實現了大規模工業生產,年均產值數億元。該吸附劑性能居國際領先水平,獲中、美、加三國發明專利,獲國家級新產品證書,為我國煤化工產業提供了高純度CO這一基本原料,解決了低成本從半水煤氣等原料中分離高純CO的難題,為中國煤化工的發展和節能減排做出了重要貢獻。
催化劑的研究不僅讓唐有祺在“文化大革命”期間為石化行業解決了重要的技術問題,更為重要的是,他讓唐有祺為物理化學探索出了一個面向實際的科研方向,更是對日后“分子工程學”學術思想的形成起到了重要的催化作用。
(十三)一夜春風綠神州 生命,讓化學細說從頭
1978年,迎來了科學的春天。此時的唐有祺雖然已經年屆60,但他絲毫沒有覺察到年華的消逝。相反,他全身的活力被濃烈地激發出來。以他為負責人的北京大學物質結構研究室得以重整旗鼓。1979年,他引進了國內第一臺四圓衍射儀,晶體結構測定隨之順利展開。唐有祺不僅測重要的小分子的晶體結構,也恢復了在“文化大革命”中迫于無奈無法進行的蛋白質等生物大分子的結構測定。但唐有祺敏銳地意識到,隨著儀器越來越先進,小分子結構測定以后會面臨成為專門技術的尷尬境地。但是,解析空間結構與功能之間的相關性仍然大有可為。特別是對于蛋白質,其功能在很大程度上取決于空間結構。與此同時,生物工程的發展迫切需要從結構上來認識所研究的對象,從而有目的地對蛋白質進行改造。結構決定功能,那可否按照功能設計結構?帶著這樣的思索,唐有祺開創性地提出了蛋白質結構與功能設計這一新的研究方向。如今,這一方向已經成為蛋白質結構研究以及新藥設計的前沿領域。
在進行蛋白質研究時,對生物學體悟頗深的唐有祺敏銳意識到,進入分子水平的化學將在生物學的發展中發揮巨大的作用。由于歷史的原因,當國際上化學生物學已經有了幾十年蓬勃發展的歷史時,中國的生物與化學之間的關系卻一直沒有協調好。鑒于生命問題于人類的重要性,唐有祺認為必須在中國推動“化學生物學”研究。1989年11月26-28日在復旦大學舉行的“生命化學研討會上”他強調指出,化學研究者應該從分子水平研究生命現象,并就化學工作者如何參與這項工作提出了看法。1991年12月17日,在中山大學參加第二次高等學校生命化學研討會時,唐有祺就此專門作了報告。
適逢國家對基礎科學的重視提上日程。從1989年開始到1992年,經科學界的認真討論研究后遴選了30個國家基礎性研究重大關鍵課題,構成了攀登計劃的首批項目。為了正式推進化學生物學在中國的發展,1991年10月,唐有祺以“生命過程中的重要的化學問題研究”為題申請了首批國家攀登項目。他希望能夠以此項目為開端,拉開中國化學生物學研究的序幕。因此,唐有祺鼓勵了全國不同研究單位的一大批化學家轉向從事化學與生物學交叉研究。中國科學院有機化學研究所、感光化學研究所、細胞所、復旦大學遺傳所、吉林大學、北京醫科大學藥學院(現北京大學藥學院)等單位都加入到該項目中。在唐有祺的組織和規劃下,糖和核酸化學前沿、蛋白質結構與功能及其全新設計、具有催化活性的生物分子及其體系等重要的生命過程中的化學問題首次在中華大地得到系統研究和關注。近30年過去了,中國化學生物學已經成長起來。北京大學等高校和研究所紛紛成立了化學生物學系或化學生物學研究中心。在唐有祺的倡導下,化學生物學從化學方面為中國生命科學的研究和發展開創了新局面,同時也為化學推陳出新提供了動力。
1991年在重大項目結構化學驗收會上講話
(十四)百轉千回魂夢縈 分子工程,你是化學的新生命
與“生命過程中重要化學問題一樣”,“功能體系的分子工程學”是唐有祺開辟的又一個面向國際前沿的學術方向。
文革期間面向不同的學生群體講課的經歷使得唐有祺感受到了結構原理在分子設計中的魅力。他神采飛揚地給學生講如何設計出EDTA這樣的螯合劑分子,也對分子篩、直鏈烴-尿素包合物,以及冠醚等津津樂道。一次分析分離揮發性能相同的低共沸組分的教學經歷讓他發現,氫鍵的形成是實現萃取分離的關鍵因素。這些經歷讓唐有祺感到,分子的結構與功能之間有著密切的聯系,對分子結構的改造必然引起分子功能的變化。單層分散理論的發現讓他更加深深地體會到,物質的結構與性能之間有著重要的聯系。這讓他對傳統化學從大量分子中篩選出功能分子的做法進行了反思。“逆向而行”,根據功能需要對分子結構進行設計的研究思路在他頭腦中初現。1978年,在全國科學大會召開前夕,唐有祺在《現代科學技術簡述》中將長久以來的思考首次以“分子工程學”的形式見諸文字。
1987年,唐有祺大膽地提出,分子工程學可以作為一個學科來建設,而且應以功能為導向,逆向而行。在他的設想中,在起步階段,需要通過研制功能體系來帶動學科建設;然后更進一步按照功能體系的本質和原理的共性歸類,分片建設分子工程學。為了推進分子工程學研究,唐有祺先后完成了《分子工程學芻議》和《國家“八五”基礎研究重大項目建議書》,確立了建設分子工程學學科的目標和做法。這樣一個開創性的想法,不但在中國化學界引起了巨大的反響,也得到了兩彈一星元勛錢學森的高度認同。他致信唐有祺說:“分子工程這樣的課題,應該作為國家級尖端科技,組織全國力量協同作戰。”(錢學森致唐有祺的信,1992年7月16日。資料存于老科學家學術成長資料采集工程數據庫。)
1992年,“功能體系的分子工程學研究”項目正式以攀登項目的形式被國家立項。在唐有祺的設計下,北京大學作為主持單位,聯合吉林大學、南京大學、復旦大學、山東大學、中國科學院化學研究所等單位共同參與,在全國范圍內分片建設分子工程學。研究團隊在高比表界面功能體系、光電功能體系、以及蛋白質功能設計應用等方面取得了重要的研究成果,發展了一系列性能突出的功能單元的設計、合成、以及組裝方法,為進一步開展分子工程研究奠定了堅實的基礎。在項目的帶動下,一大批科研人才成長起來,研究領域和研究隊伍不斷擴大。2004年,吉林大學和中國科學院上海有機化學研究所以“創造新物質的分子工程學研究”為主題,承擔了國家重點基礎研發計劃(“973”計劃)項目。分子工程學研究取得的創新性成果,得到了國際學術界的廣泛關注。2005年,應國際期刊Topics in Catalysis主編之邀,唐有祺和吉林大學徐如人一起,編輯了一期《催化體系的分子工程學》(Molecular Engineering of Catalytic systems)的專刊,介紹了項目組在相關領域的研究進展。
如今,這門唐有祺在古稀之年倡導的學科,已經成為國際研究的熱點。從1994年北京大學化學系在國際上率先更名為“化學與分子工程學院”開始,國內一些高校的化學系陸續更名。2012年,美國康奈爾大學化學系也更名為化學與分子工程學院。分子工程學,正成為世界化學、材料、生物等學科共同的前沿。
“如果有一天可以按人的意志安排一個個原子,那將會產生怎樣的奇跡?”這是諾貝爾物理獎得主費曼(Feymann)的期望。他不曾料到,在世界的東方,古稀之年的唐有祺用“分子工程學”的設想縮短了現實和假設之間的距離!
(十五)誰說化學非基礎 為你,哪怕開罪泰山北斗
春天不是平靜的。文革結束后,被禁錮太久的科學界活躍起來。大家都在為中國的科學事業焦急。如何把失去的20年追回?科學家們從學科體系設計,國家科技戰略大局等方面紛紛建言獻策。1977年12月9日,錢學森在《人民日報》上發表了“現代科學技術”一文,認為從現代科學技術體系的觀點來講,基礎學科只有物理和數學;傳統學科分類中的“天文、地學、生物、化學”都可以歸結到物理和數學。化學應該是隸屬于物理學的一門學問。
此番言論在科學界刮起了一股風:化學學科不能作為自然科學基礎學科了!不安的情緒在化學界蔓延開來。雖然大家對化學不是基礎學科的提法有不同的意見,但礙于錢學森這個重量級的名字、礙于《人民日報》這個權威媒體,都不敢在公開場合正式表達自己的觀點,直到唐有祺在中國化學會舉辦的論文報告會上,首次直面這個言論,作了振聾發聵的發言。(《唐有祺教授八軼華誕志慶集》,河北教育出版社,2000年,p206)
唐有祺在會議上的發言,獲得了大家最熱烈的掌聲,因為他的發言代表了化學界的心聲!由于這是“文化大革命”結束后中國化學會的第一次會議,新華社等重要報刊的記者都在場。就這樣,唐有祺的發言在社會上產生了強烈的反響。
其實,唐有祺與錢學森不是路人。唐有祺離開美國時,錢學森夫婦為他餞行;錢學森被扣后,他到錢家去慰問,希望幫忙。回國以后,唐有祺與錢學森夫婦更加熟絡。但在化學學科的生死存亡問題上,唐有祺表現出了格外的正直與凜然。也正因為唐先生的發言客觀公正,此事并沒有在錢學森與唐有祺之間產生隔膜;此后的20多年里,錢學森每有重要發言,經常會寄給唐先生,征求他的意見;在唐先生提出“分子工程學”這一學術思想時,是錢學森,第一個支持國家把唐先生的這一思考放到國家層面去攻關。
1997年,科技界再度流行起強大的“化學消亡論”。緣起當時政府采納科學家建議,決定在加強基礎研究方面采取重大舉措,開展面向國家重大需求的重點基礎研究。在草擬的《國家重點基礎研究發展綱要》中,原有基礎學科中的數學、物理、生物都列為大學科,唯獨把化學從大學科中撤銷,作為物理學科的從屬。
化學學科命運再一次被拋到了風口浪尖。
在這重要關頭,唐有祺聯合曾與他同船赴美的唐敖慶給時任總理李鵬寫信,力陳化學學科在國民經濟發展和人民生活中不可取代的意義和作用。他們在信中直言,作為國家行為,如果不把化學學科位置擺正,會產生嚴重的后果。因為人民生活所需的衣食住行以及醫藥等都離不開化學的直接或間接作用。(《唐有祺教授八軼華誕志慶集》,河北教育出版社,2000年,p220。)
在唐有祺和唐敖慶的聯手倡導下,化學界同仁齊心協力,在國家科技部正式實施的《國家重點基礎研究發展規劃》中,恢復了化學作為基礎學科的獨立地位,化學學科的生命再次得以保全。
(十六)何當共剪西窗燭 中國化學,當回歸世界版圖
當今的中國,科學的國際交流已經成為常態。中國學者的身影自由出入各種國際科學盛會,中外科學家之間互動頻繁,國際學術會議頻頻在中國召開。但這一切美好的局面,離不開唐有祺的重要貢獻。
新中國成立后,由于朝鮮戰爭、冷戰、中美對抗、中蘇對抗、文革等原因,中國科學的國際交流曾經急劇縮減乃至中斷。領略過科學世界前沿風光的唐有祺認為,中國科學只有在世界環境中定位和思考,充分利用國內外優質資源,借鑒外國的科研理念和模式,并立足自身的改革與發展,才能提高我們的學術起點,從而形成具有世界眼光和國際競爭能力的科研隊伍。因此,文革剛一結束,唐有祺就開始積極推動中國科學的國際交流。他頻頻率團出訪,為教師、學生爭取到國外交流學習的機會。其中具有劃時代意義的事情是推動中國加入國際晶體學會,并首次為中國爭取到了國際晶體學聯合會大會的舉辦權。
1978年8月上旬,唐有祺率領中國科學家代表團到華沙出席國際晶體學聯合會第11屆大會。自1948年國際晶體學協會創立并舉辦首屆國際晶體學聯合會大會,該學術會議每三年舉辦一次,這是30年來中國代表團首次參會。在中國缺席的日子里,唐有祺的好友,時任英國晶體學會主席的霍奇金在國際會議上多次大力宣傳唐有祺和以他為代表的中國晶體學研究人員。當她得知中國解出胰島素晶體結構的消息后,立即臨時決定訪問中國,與中國科研人員深入交流;此后,在中國的研究論文因為政治要求必須發表在國內時,她在國際會議上屢次宣傳中國晶體學的進展;1975年,她還在Nature上撰文,介紹中國的胰島素晶體結構解析工作。在霍奇金的傾力幫助下,中國代表團首次參會即順利加入國際晶體學聯合會。國際晶體學聯合會成為中國最早加入的少數幾個國際科學協會之一。
此后,唐有祺的人格魅力在國際舞臺上的影響越來越深遠。1984年在德國漢堡召開的第13屆國際晶體學聯合大會上,唐有祺當選為國際晶體學聯合會執行委員會常委。有了話語權的唐有祺在會議上推薦彭志忠擔任晶體學教學委員會委員,推薦黃金陵為小分子委員會委員。(《根深方葉茂——唐有祺傳》,朱晶、葉青,2016年,中國科學技術出版社,p200。)在唐有祺的努力下,一批中國晶體科學家走上了國際學術舞臺。這次會議隨之決定于1986年秋在北京舉辦首屆小分子結構國際學術會議。同時,晶體教學委員會主席提出于1986/1987年在中國舉辦晶體學教學國際講習班,而晶體生長委員會主席提出在中國舉辦有關材料科學的國際講習班。所有這些學術活動的經費則大部分由國際晶體學聯合會提供。
1986年小分子結構國際會議上與來賓歡聚
1987年,在澳大利亞佩斯召開的第14屆大會上,唐有祺當選為國際晶體學聯合會副主席,這是中國人在國際專業學術組織中最早獲得的重要職位。正是在這次會議上,唐有祺和代表團的同志們為中國贏得了第16屆國際晶體學聯合大會的主辦權。這將是在中國的土地上舉辦的第一屆如此大規模、高規格的國際學術會議,標志著中國晶體學在改革開放后取得了舉世矚目的成就。
但這次舉辦權來之不易,是唐有祺展現出卓越的外交智慧,經過與超級大國代表三次反復較量才獲得的珍貴機會。在1987年的佩斯會議上,美國代表團就試圖爭取第16屆國際晶體學聯合大會的舉辦權,但在霍奇金的支持下,中國代表團贏得了壓倒多數的代表的支持,從美國手中搶到了主辦權。(《根深方葉茂——唐有祺傳》,朱晶、葉青,2016年,中國科學技術出版社,p203-208)然而,1989年,中國爆發了一場令世界關注的政治運動,使得這份舉辦權橫生枝節。
1989年8月,國際晶體學聯合會執委會在英國召開,唐有祺因為簽證問題沒能參加。美國執委在會上趁機發難,要求取消中國對第16屆國際晶體學大會的主辦權,改由美國舉辦。不明真相的執委們通過了這項提議。按照程序,需要提交第15屆代表大會通過才能生效。由于強硬的美方只接受在1989年內做出的決定,國際晶體學聯合會被迫于1989年12月在倫敦召開一次史無前例的特別大會,對這一決定進行投票表決。形勢非常嚴峻,對中國極為不利。
此事關乎國家榮辱,也涉及到捍衛國際科聯關于國際會議的原則問題,唐有祺決定必須理直氣壯地把主辦權奪回來。
在中國科協的支持下,唐有祺率團抵達英國。會前,他們抓緊時間拜訪對中國友好的代表,幫助他們了解我國改革開放的政策不會改變的事實,并強調了國際科聯與國際晶體學會的基本原則,消除了不少國家,如日本、英國、澳大利亞、比利時等代表對我國政策存在的疑慮,終于爭取到了他們的支持。
大會發言環節到了。唐有祺首先對執委會在未能了解真實情況下做出動議一事,主動表示了諒解。隨后,他盡量不糾纏個別具體問題,而是有理有節地闡述中國的改革開放政策,正面說明我們的觀點。這份溫和而又堅定的發言打動了多數代表,終于在逆境中翻轉局勢,以22:15票的比例,為中國奪回了第16屆國際晶體學大會的主辦權。
但這個決定仍然需要在1990年的第15屆大會上正式通過才能生效。為了做好最后的爭取工作,唐有祺組織了一個9人代表小組,預先估計可能發生的問題,做好明確分工,團結一致地在各自崗位上認真開展了細致的工作。他們對受人唆使,擬在代表大會上提出反對意見的留學生,進行了推心置腹的交談;也向執委會成員、關鍵性人物和與中國友好的外國學者做了宣傳工作,從而以55票贊成,10票反對,3票棄權的結果順利通過了最后一關。
由于這是中國首次舉辦如此大規模、參會人數超過2000人的國際學術會議,國內的會議場館、收費措施都還沒有準備好。唐有祺又不辭辛苦地奔走呼吁,建議制定支持在國內召開國際性會議的具體優惠政策,為中國國際學術交流工作創造更好的條件。不僅如此,唐有祺還呼吁設立專項國際科技交流經費,為中國學者在國際舞臺上充分發揮作用提供保證。如今,中國的國際學術交流已經暢通無阻;在國際交流經費的資助下,中國學者的身影頻繁穿梭于碧海藍天…….
(十七)直掛云帆濟滄海 力量整合,打造中國化學騰飛的平臺
從1957年開始的反右運動到十年“文化大革命”的20年政治風雨,對中國科學造成的破壞一言難盡。基礎研究受到壓制,科研自主性被剝奪,科研人才斷層。如果說戰火摧毀的是有形的物質體系,這漫長的20年,摧毀的是無形的中國科學體系。十年樹木,百年樹人。比起物質世界建設,科學體系的重構更加困難。更何況,當我們無知地停滯與破壞時,世界科學的列車卻在飛速前進。在科學的春天,中國該如何追趕時代?
一滴水漂不起紙片,大海才能托起輪船和軍艦。面對中國科學和世界的巨大差距,唐有祺意識到,必須將現有研究力量整合起來,讓相關專業人才優勢互補,集中智慧,才有可能加快前進的步伐。文革期間開門辦學及從事催化劑研究的經歷讓他深切地體會到,結構化學原理適用于物理化學基礎和應用的各個分支。因此,文革結束后,他醞釀的第一件大事就是整合北京大學物理化學專業的相關學科,形成目標明確的研究力量。相關建議在國家層面得到了高度重視。1977年10月,唐有祺參加全國科學規劃會議。在這次會議上,他被國家科委任命為化學組成員,并被授權籌建北京大學物理化學研究所。在他的設想中,物理化學研究所的研究工作側重于物理化學中結構和化學鍵理論、表面物理化學、膠體化學和溶液理論等分支學科及相關應用。
為了籌建研究所,唐有祺從人才和科研條件方面做了艱苦的努力。他四處奔走,克服種種阻力,把學生金祥林和湯卡羅從重慶制藥廠調回北京。面對連有機合成實驗室都沒有的艱苦現狀,唐有祺鼓勵大家說:“現在條件雖然差,但前景是好的。”他主持引進了國內第一臺四圓衍射儀;幫助膠體化學教研室引進了國內第一臺動靜態激光光散射儀等先進儀器。在唐有祺的不懈推動下,1984年,研究所正式成立,唐有祺擔任所長。這是中國高校中第一個專門的物理化學研究機構。此后短短幾年間,研究所取得了一系列重要研究成果。其中,“高臨界溫度氧化物超導體的研究”“ZSM-5 分子篩結構的研究”“氫氧化物或鹽類在載體上單層分散的自發傾向及其在各多相催化中的應用”“絲氨酸蛋白酶和其復合物系列立體結構”等4項工作獲得國家教委科技進步一等獎;“銅、銀簇合物的合成與晶體結構的研究”獲得國家教委科技進步二等獎;“晶體體相結構與晶體化學的基礎研究”“胰蛋白酶和Bowman-Birk型抑制劑復合物系列立體結構研究”分別獲得國家自然科學二等獎和三等獎;2006年,物理化學研究所的“使用單層分散型CuCl/分子篩吸附劑分離一氧化碳技術”,獲得國家技術發明二等獎。
唐有祺在學科整合方面做的第二件大事是推動成立北京分子動態和穩態結構化學國家重點實驗室。從1978年起,結構化學的思路和方法在與北京大學臨近的中國科學院化學研究所受到了重視。考慮到化學所和北京大學化學系的結構化學研究各有特色,而在研究方法和研究對象上有較好的互補性,唐有祺認為,如果兩個單位的力量能夠進一步組織起來,完全有可能形成一個國家級重點實驗室,為全中國的結構化學研究者提供開放的研究平臺。在唐有祺的組織與推動下,1987年3月2日,北京分子動態和穩態結構化學國家重點實驗室通過了國家計委的論證;唐有祺被授權負責實驗室的籌建工作。1991年,實驗室初步建成,唐有祺被聘為首任主任。這是中科院與高等院校聯合建立的第一批國家重點實驗室之一。唐有祺的目標是宏大的:在全國范圍內培養結構化學研究人才,推動中國化學在分子動態與穩態結構的基礎研究及應用研究方面取得具有創新性的重要成果,成為國際結構化學研究領域具有重要影響力的研究中心及團體之一。為此,實驗室不僅不遺余力地培養研究生、博士后、青年教師,還為海外歸來的科技人員提供實驗條件和資助,并設立開放研究經費,鼓勵國內同行到實驗室申請項目,為合作提供實驗基地和經濟基礎。20多年來,開放實驗室培養出的科研人才已經遍布全國各地,有力地推動了中國科學的發展。
(十八)中華何須仰人顏 文化獨立,讓《物理化學學報》躍馬鞍前
時代是最偉大的雕刻家,它雕琢的是人的心靈。青少年時期日本入侵下滿目瘡痍的中國,海外留學階段美國對新中國的扼殺政策,無不激發起唐有祺內心對建設強大祖國的強烈渴望。正因如此,唐有祺的目光總是能夠穿越時空,著眼于中國科學更遠的未來。
他深知,一個國家文化要獨立,必須要有自己的刊物。改革開放后,中斷多年的中國科學事業開始蓬勃發展。在“文化大革命”前就有較好基礎的物理化學,更是呈現出欣欣向榮的景象。各個分支都已覺醒,學術交流活動紛至沓來。一些分支的與會代表多至數百人,收論文亦達數百篇。將中國物理化學的最新研究成果擇其精華及時發表出來,已經迫在眉睫。在這種情況下,唐有祺決定在中國化學會旗下創辦新刊《物理化學學報》。
1984年11月9日,《物理化學學報》正式創立,唐有祺親自擔任《物理化學學報》的首任主編。唐有祺希望,《物理化學學報》應該充分反映中國物理化學的發展水平,促進國內和國際的學術交流,進而推動物理化學學科不斷發展。為了將刊物辦好,他強調刊物的工作人員要有坐冷板凳的精神,研究者應該扎扎實實地致力于科技事業的發展。他指出,只有在一定積累的基礎上,在總體水平提高的情況下,科學研究才有可能在高水平上“漲落”,才可能出現獲得諾貝爾獎水平的人才與成果。為了讓中國的研究工作為國際所重視,他極力主張中國科技人員發表論文應該引用國內的工作,不能搞“寧予外邦,不給家奴”那一套。(《根深方葉茂——唐有祺傳》,朱晶,葉青。中國科學技術出版社,2016年。P172)30多年后的今天,唐先生的這一理念已經成為中國科學家的共識,中國開始在創辦自己的科學雜志的道路上闊步前行!
(十九)愿得此身長報國 千秋事業,大局謀略多
如果說,歸國初期、十年文革以及改革開放初期唐有祺還是從業務角度思考如何為國家服務的話,八十年代后期,唐有祺開始更多地思考整個中國科學的全局問題。因為,歷史給了他重要的機遇。
1987年10月9日,國家教委(現稱教育部)科學技術委員會在北京成立,時任中國化學會理事長的唐有祺被任命為副主任。從1990年至1997年,唐有祺連續擔任主任一職。這一時期,恰逢中國社會逐步建立起社會主義市場經濟體制,高校科技工作受到了嚴重的沖擊。大批科研人才流向國外及高薪部門,剛剛復蘇的中國科學還沒有償盡人才斷層的歷史舊債,又遭逢新的危機。唐有祺意識到,人才問題是高校適應社會主義市場經濟必須關注的重大問題。而解決人才問題的關鍵環節是優秀人才的選拔和任用問題。為此,唐有祺呼吁,高校科技界和有關行政管理部門應該重視吸引留學人員回國和穩定國內成長的優秀年輕人才。
1992年12月,唐有祺組織科技委專家召開全體會議,討論如何盡快培養和造就年輕學科帶頭人與骨干的問題。為了保證人才培養工作的推進力度,唐有祺認為必須從國家層面予以重視。1993年2月,唐有祺致信溫家寶同志及江澤民總書記、李鵬總理,提出“盡快造就新一代高水平的學科帶頭人與骨干是一項極其重要而緊迫的戰略任務,應當引起重視。”并建議國家組織實施一項以培養學科帶頭人為主要目標的跨世紀人才工程。接著,唐有祺給朱開軒和李鐵映寫信,反映了科技委專家們的建議,希望國家財政撥一筆專款,設置“跨世紀人才工程”基金,組織實施以培養年輕學科帶頭人為主要任務的“跨世紀優秀人才計劃”,并推動整個科技、教育隊伍的建設。1993年4月和10月,唐有祺又兩次致信李嵐清副總理,反映了關于“跨世紀人才工程”的具體建議,包括國家立即組織實施“跨世紀人才工程”的必要性、主要目標、方針原則、主要措施和實施方法。建議指出,這項工程的主要目標是到2000年,在全國范圍培養造就1000名左右具有較高學術水平和良好思想品德、事業心強、有組織能力的優秀年輕學科帶頭人,其中部分成為杰出人才,基本解決重點學科和國家重點科研基地的后備帶頭人問題,并適當兼顧其他,為實現高層次人才培養立足國內和開展高水平科研打下基礎。
唐有祺鍥而不舍的推動在國家層面迅速產生了反響。根據李嵐清副總理結合“211工程”一并實施的批示,1993年10月,國家教委發布了《跨世紀優秀人才計劃》實施方案、《跨世紀優秀人才計劃》基金試行辦法,以及“跨世紀優秀人才計劃”基金評審辦法。這項計劃開創了中國科學在教育領域設立優秀年輕人才計劃的先河,是中國在培養高層次學科帶頭人和骨干力量方面的創新之舉。之后,國家和有關部門陸續實施《國家杰出青年科學基金》《百千萬人才工程》等人才培養計劃,大大推動了中國科學帶頭人與骨干人才的培養工作。現在,全社會重視人才的風氣已然形成;大批優秀人才源源不斷流向科技領域,為中華民族的偉大復興提供了強勁的助力!
(二十)后記
此番梳理唐有祺先生的科學人生,筆者再次被唐先生的偉大人格和他對中國科學事業的卓越貢獻所震撼。對于中華大地,他始終胸懷大愛。在顛沛流離中,他刻苦求學,心無旁騖;在戰火紛飛中,他拿到了出國的機會,卻甘愿留下來為國分憂;在美求學一切順利時,他放棄了大好前程,毅然回到百廢待興的祖國;在遭逢政治風雨時,他處變不驚,抓住一切機會為國家建設服務;在化學學科的生死關頭,他超越自我,為了全中國的化學人仗義執言;在高校科技工作受到社會主義市場經濟沖擊時,他奔走疾呼,為建設穩定的科技隊伍布局謀篇。作為科學家,他展現出了政治家的偉大胸襟,永遠為中國科學的大局著想。他宛如一面堅實的盾牌,護佑著中國化學和中國科學安然度過風風雨雨;他宛如一座巍峨的高山,在國際晶體學界,為中國豎起偉岸的豐碑;他宛如一片肥沃的土地,滋養了一代代科學兒女…….
莫問唐門何在。先生奠基的結構化學、倡導的化學生物學、開創的分子工程學,已經遍布中華大地。
值此先生百歲壽辰之際,我輩后人衷心祝愿先生生日快樂,平安康泰!
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