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一個敢于對諾貝爾化學獎成果“說不”的中國人

來源:科學中國人(20150703)      2015-09-30
導讀:2016年1月31日,我國著名有機化學家,化學教育家,中國自由基化學奠基人,中國科學院資深院士劉有成先生于合肥逝世,享年96歲。劉先生一生培養了眾多國內有機化學界的杰出學者,另外有不少在海外著名的制藥企業工作。本文(轉載自2015年5月13日科學中國人)介紹的南開大學朱曉晴教授就是其眾多杰出弟子之一。朱曉晴,1996年7月畢業于蘭州大學化學系,獲有機化學專業理學博士學位,現為南開大學化學學院教授、博士生導師、有機化學年輕學術帶頭人、有機負氫化學專家,國家自然科學杰出青年基金獲得者,享受中華人民共和國國務院政府特殊津貼。

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2015年7月,隨著諾貝爾各項獎的陸續揭曉,再次將國人的“諾貝爾情結”燃燒起來。眾所周知,諾貝爾獎是根據瑞典化學家阿爾弗雷德·諾貝爾的遺囑于1901年設立的獎項,主要表彰那些對科學和社會做出卓越貢獻的人士。悠悠一百一十余載,諾貝爾科學獎已然成為世界上公認的最頂級、最權威的、代表國際上最高學術水平的科學獎項,其權威性和神圣性不可侵犯。


但就在2013年,我國化學工作者、南開大學教授朱曉晴連發三篇科學論文,否定了1992年諾貝爾化學獎成果Marcus電子轉移理論的科學性。這一重大研究成果是我國化學戰線上改革開放后取得的一個輝煌的科學成就。顯然它的出現不僅對于當今國人破除學術權威,端正學風,具有重要的現實意義,同時給那些至今還在盲目追求諾貝爾獎,盲目迷信學術權威的人一個響亮的警鐘。


為了弘揚這種敢于和權威“說不”的勇敢精神,鼓舞國人永攀科技高峰,專訪了南開大學朱曉晴教授。以下是記者的采訪錄摘要。


記者:朱教授,你是世界上第一個敢于對諾貝爾化學獎成果“說不”的中國人,成果背后必有耐人尋味的成長過程,首先能否請您先介紹一下自己人生簡歷?


朱曉晴教授:我1957年10月出生于安徽省安慶市懷寧縣,1977年考取安慶師范學院化學系,1982年春本科畢業后分配到原安徽勞動大學從事基礎化學教學工作,四年后調回母校安慶師范學院繼續從事基礎化學教學工作。1991年被推薦到蘭州大學主辦的全國有機化學骨干教師進修班進行了為期一年半的學習,1993年考入蘭州大學博士研究生,師從劉有成院士,從事物理有機化學研究,并于1996年獲得蘭州大學理學博士學位。1996年至1998年,我以博士后的身份到南開大學程津培院士課題組從事一氧化氮物理有機化學研究,1998年博士后出站并留在南開大學從事物理有機化學教學與科研至今。我現在是南開大學化學學院教授、博士生導師,2001年國家杰出青年科學基金獲得者,享受國務院政府津貼。


記者:朱教授,聽完你的簡歷介紹,我們深感這是一條拾級而上的奮發之路。那么,您是如何以這樣平凡的學業背景和科研經歷來獲取而今的成就的?憑什么天賦能夠挑戰諾貝爾化學獎權威?


朱曉晴教授:首先必須肯定我是一個很普通的人,沒有什么天賦。當然,要推翻諾貝爾獎成果沒有一定的專業學術實力是不行的。我所接受的教育背景和科研經歷與很多有國外留學背景的著名學者相比,看上去很平凡、很普通,甚至可以說很“山寨”,值得比較的地方很少,但實際上我的學業背景和科研經歷是艱辛的、踏實的,是很不平凡的。


我1965年開始進入小學,不料,“文化之旅”剛剛開啟的第二年就爆發了“文化大革命”。與當時全國大多數學校一樣,我所在的安徽省懷寧縣永林小學當時基本上處于一種半上課半休課的無序狀態。因為“家庭成分”不好,不能參加“革命活動”,因此那時我只能是學校有課時我就去學校上課,學校沒課時我得與農民伯伯媽媽一起下田干農活。由于那時我年紀小與大人一起在農田間干同樣的農活實在太累,我無奈只好經常以學校有課為由躲避勞動,并利用用說謊騙來的時間躲在上學途中一個大橋下的涵洞里看語文書、做算術題。就這樣,天復一天年復一年,我不僅學到了很多文化知識,而且對學習產生了濃厚的興趣,同時養成了一種獨立思考的秉性。在我的記憶中,孩童時自己一個人躲在一個僻靜的地方看書、寫字、做算術題是我那時唯一的希望和快樂。


步入中學時代,特別是1971年“913事件”后,學校有一段不太長的時期基本上恢復了正常的教學秩序。在“學會數理化走遍天下都不怕”口號的“誘惑”下,我開始癡迷于數理化,因而在這段時間里,我的數理化知識得到了飛躍式地提高。記得那時數學老師和物理老師生病或有別的事不能上課時,我經常代替他們給同年級的同學上數學和物理輔導課。有許多同學當時還稱我為“小老師”,我為此興奮極了。


1975年高中畢業后,我回鄉當了兩年農民,終在1977年迎來了全國恢復統一高考這一讓人興奮的消息。擠過“千軍萬馬”,1977年我幸運地被安徽師范大學安慶教學點(后改為安慶師范學院)化學專業錄取,從此開啟了我新的人生。大學時期,雖然學習條件不好,不僅沒有正規的教科書,甚至有些專業課的老師還要從外校臨時借聘,但這一切一點也沒有影響我對科學知識的渴望和追求的熱情。通過四年癡迷玩命似的學習,我汲取了大量的自然科學基礎知識和人文科學基礎知識。


1982年元月,我大學畢業被分配到原安徽勞動大學從事化學基礎課教學工作。由于剛剛工作,教學任務不重,我有很多課余時間去學校圖書館學習。那時安徽勞動大學學校圖書館里化學類的書籍和文獻很少,但哲學、邏輯學、科學史、名人思想史等書籍和雜志卻很多。開始時,我偶爾翻看這些哲學、邏輯學、科學史、名人思想史等書籍和雜志來調節頭腦,沒想到看著看著自己就喜愛上了哲學。經過四年的“哲海翻騰”,我不僅哲學水平有了質的提高還養成了用哲學的觀點分析問題思考問題的習慣。說實話,正是由于那四年的“哲海翻騰”才使我后來有智慧推翻1992年諾貝爾化學獎成果Marcus電子轉移理論。


1993年,我考入蘭州大學攻讀博士學位,師從劉有成教授。劉有成教授是一位資深的化學家,他給我的研究課題是“生命體內煙酰胺輔酶負氫轉移機理研究”,這一課題涉及到對事物本質的研究。期間由于導師沒有給我施加快出論文的壓力,我可以無憂無慮地根據認識的客觀規律一心一意地深入探索。經過3年的苦戰,課題研究取得了一些實質性的突破進展。這一課題的研究不僅使我打下了堅實的化學動力學基礎,而且還為我后來推翻1992年諾貝爾化學獎成果埋下了伏筆。


1996年至1998年,我在南開大學從事博士后研究,參與了程津培教授申請的國家自然科學基金重點課題“NO生理功能熱力學基礎”研究。在化學熱力學研究方面,南開大學程津培教授課題組可以說是國際上當時最好的一個研究化學熱力學的課題組。兩年多的博士后研究經歷為我后來推翻1992年諾貝爾化學獎成果打下了堅 實的不可缺少的熱力學基礎。


總之,回顧自己的人生經歷,在我的人生中,雖然每一個時段受教育的環境都很“土”,每一個階段做科研的條件都很有限,但每一個時段的學習和每一個課題的研究我都很幸運地得到了許多名師的指點和幫助,他們對我的影響,如影,相伴相隨;如燈,照亮前路。在他們的影響下,我熱愛科學,對學習和工作不僅十分投入,而且刻苦鉆研。幾十年的堅持才使我這個很平凡的化學工作者有能力有水平推翻諾貝爾獎成果。


記者:朱教授,Marcus電子轉移理論錯在哪里?Marcus電子轉移理論自1956年提出至今已50多年了,研究應用的人應該很多吧?為什么他們都沒有發現Marcus電子轉移理論的錯誤,原因何在?


朱曉晴教授:Marcus電子轉移理論主要錯誤就是違背了能量守恒定律。是的,Marcus電子轉移理論自提出至今已50多年了,研究應用的人很多。據瑞典一位科學家不完全統計:全世界差不多有兩萬多人從事過Marcus電子轉移理論研究和應用。為什么Marcus理論的原則性錯誤至今沒有被發現?原因是多方面的。主要原因我認為有以下幾點:(1)Marcus電子轉移理論是在利畢(Libby)電子轉移思想基礎上根據雙球模型,利用連續介質理論經過繁瑣復雜而又十分“嚴密”的數理推導而來的,該理論的有關原始文獻非常難懂,不花大氣力是很難發現Marcus理論原則性錯誤根源的。這大概就是Marcus理論原則性錯誤50多年沒有被發現的一個重要原因。(2)事實上,Marcus理論從1956年提出起一直受到質疑,但到1984年,由于美國芝加哥大學的J.R.Miller教授和美國阿貢國家實驗室的G.L.Closs教授兩位科學家在美國著名化學刊物JACS上發文報道說他們在實驗中觀察到了25年前Marcus根據Marcus理論做出的科學預言,即化學反應反轉區的存在,從而證實了Marcus理論的科學性。源于人們對美國著名科學家、美國著名大學、美國著名刊物的過度信任,沒有人對Miller和Closs發表的實驗證據的真實性和可靠性產生懷疑。這樣,Marcus理論的科學性就得到了實驗證實,從此再也沒有人公開懷疑Marcus理論科學性了。事實上,正是由于Miller和Closs發表的錯誤的實驗證據,才使得Marcus1992年獲得諾貝爾化學獎。(3)眾所周知,諾貝爾科學獎一直被人們認為是世界上最頂級、最權威的,代表國際上最高學術水平的科學獎項。諾貝爾獎成果的權威性已成為人們不可侵犯的事實。由于Marcus理論獲得了1992年諾貝爾化學獎成果桂冠,人們自然就放松了對Marcus理論原則性錯誤的懷疑和警惕。


記者:朱教授,您是什么時候接觸Marcus電子轉移理論的?為什么要挑戰Marcus理論?挑戰Marcus理論有什么困難?又是如何挑戰的?


朱曉晴教授:Marcus1992年10月獲得諾貝爾化學獎時我正在蘭州大學應用有機化學國家實驗室進修物理有機化學。因為我們研究的領域與Marcus所研究的領域相接近,導師要求我們學習Marcus電子轉移理論并應用于科研。組內的郭慶祥教授為此還專門用中文寫了一篇介紹Marcus電子轉移理論的文章。我就是在那個時候接觸了Marcus電子轉移理論,看了不少相關文獻資料。然而,通過仔細分析Marcus電子轉移理論中化學反應態與反應坐標的變化關系,我發現Marcus電子轉移理論有原則性問題。因為該理論認為物質狀態在空間上發生變化時,它的過渡態(一個中間態)的位置(坐標)在空間上可以不在始態與終態之間(這顯然違背了自然界中物質變化的科學邏輯)。這一發現猶如找到了進入“秘密領地的入口”,但由于我受當時知識和研究水平的限制,不知道Marcus電子轉移理論究竟錯在哪里。


機會在2001年降臨,在南開大學工作了兩年的我獲得了國家杰出青年基金資助,當時基金課題是“有機負氫轉移反應熱力學和動力學”,目的是要解決有機負氫轉移反應中兩大基礎科學問題:一個是熱力學問題,即建立世界上唯一的比較完整的有機負氫轉移反應熱力學數據庫。人們利用我們建立的熱力學數據庫,就可以判斷有機負氫轉移反應方向、中間體和機理等;另一個是動力學問題,即建立一個普適的化學反應動力學方程和有關的反應物動力學參數數據庫。人們利用我們建立的化學反應動力學方程和有關的反應物動力學參數,就可以估算有機負氫轉移反應的速度。


有機負氫轉移反應熱力學數據庫的建立,我們課題組花了6年多的時間,即從2001年開始到2007年。期間,我們測定了數千個重要的有機負氫供體和數千個重要的有機負氫受體熱力學數據。根據我們建立的熱力學數據庫,上百萬個有機負氫轉移反應熱力學驅動力和機理等得到了可靠的預測。


因為有機負氫轉移反應熱力學問題到2007年已獲得了基本解決,所以從2007年起,我們的研究重點開始轉向有機負氫離子轉移反應動力學問題,即如何科學地預測有機負氫離子轉移反應的速度。對于電子轉移反應動力學,1956年Marcus提出了Marcus電子轉移理論用來描述電子轉移反應動力學。后來該理論經過Marcus和其他許多量子化學家和計算化學家50多年的發展,已被廣泛地應用于各種各樣的化學反應,其中包括有機負氫轉移反應。如,美國Minnesota大學Kreevoy教授差不多一輩子應用Marcus理論從事有機負氫轉移反應動力學研究。由于Marcus理論能夠邏輯地推斷出化學反應過渡態的位置可以不在反應始態位置和終態位置之間(這一推斷明顯違背了自然界中物質變化過程的邏輯),我總認為Marcus理論不是一個科學理論,是一個具有原則性錯誤的理論。用一個具有原則性錯誤的理論來解決有機負氫轉移反應動力學問題顯然是不科學的。因此2007年后,推翻Marcus電子轉移理論科學性建立新的化學反應動力學理論成為我們課題組的中心課題和任務。


雖然Marcus理論明顯存在科學性問題,但是要推翻Marcus理論并非易事。主要困難有:(1)Marcus電子轉移理論是利用連續介質理論根據雙球模型,經過繁瑣復雜而又十分嚴密的數理推導而來的,該理論的原始文獻非常難懂,不花大氣力是很難發現Marcus理論原則性錯誤根源的。(2)Marcus理論的可靠性得到了許多實驗結果的支持,特別是Marcus理論的預言(化學反應反轉區的存在)1984年后獲得許多實驗觀察證實。顯然要推翻Marcus理論還必須要推翻 Marcus理論的所有實驗證據。(3)1992年瑞典皇家學會因Marcus理論在化學領域的廣泛應用授予Marcus諾貝爾化學獎。眾所周知,諾貝爾科學獎一直被人們認為是世界上最頂級最權威的代表國際上最高學術水平的科學獎項,諾貝爾獎成果的權威性已成為人們不可侵犯的事實。事實上,迄今為止,所有的諾貝爾獎成果還沒有一例被徹底推翻,世界上也沒有人敢于挑戰諾貝爾獎成果的權威性。(4)Marcus理論自提出至今已有50多年了,世界上有成千上萬的人應用過Marcus理論,有很多科學家因此還獲得了很多榮譽和獎勵。我們要想否定Marcus理論,他們顯然是不會答應的。(5)國內各高校現階段的科研成果評價體系基本是以文章篇數和影響因子為依據,研究生畢業均需要有一定要求的文章,若研究生參與推翻Marcus理論課題研究,該如何畢業?


盡管推翻Marcus理論建立新的化學反應動力學理論困難很多,但是我也有很多有利的條件,如(1)改革開放后,國家富起來了,國家基金委對我的科研給予了充足的經費支持。(2)南開大學化學科研實力很強而且歷來有重基礎理論研究的傳統和優勢,在國際上有很高的知名度;南開大學元素有機化學國家重點實驗室有國際一流的實驗條件和濃厚的學術氣氛。(3)程津培院士是我的博士后導師,他對我的研究工作不僅給予了極大的關心,同時還給予了大力的支持。(4)我有很多對科學有濃厚興趣的優秀研究生。由于具備上述有利條件,2007年,我們下決心正式啟動了“推翻Marcus理論建立新的化學反應動力學理論”的研究項目。


為了實現這個目標,我集中了我所有研究生的力量,對他們進行了三個方面的分工:(1)一部分研究生協助我研究Marcus理論的原始文獻,仔細分析和考察Marcus理論的來源及每一步數理推導中的科學邏輯。(2)一部分研究生協助我搜集文獻中支持Marcus理論的所有實驗證據,并分析研究文獻中支持Marcus理論的所有實驗證據的可靠性。(3)大部分研究生從事實驗化學研究,用實驗進一步考察和驗證Marcus理論及文獻中支持Marcus理論的關鍵實驗證據的可靠性。經過近5年多癡迷玩命似的鉆研,2011年我終于發現了Marcus電子轉移理論原則性錯誤的根源,即Marcus電子轉移理論不遵守能量守恒定律。我興奮得幾夜沒有合眼,感謝上帝功夫不負有心人。2013年我們連發三篇科學論文來否定Marcus電子轉移理論的科學性。第一篇文章主要是用科學原理即用能量守恒定律仔細考察了Marcus電子轉移理論的每一個基本假設的科學性,發現Marcus電子轉移理論不遵守能量守恒定律,具有原則性錯誤,從而徹底否定了Marcus電子轉移理論的科學性(Direct conflict of Marcus theorywith the law of conservation of energy,X.-Q. Zhu, J.-D. Yang J. Phys.Org. Chem. 2013,26,271-273);第二篇文章主要是用科學邏輯和實驗仔細考察文獻中支持Marcus理論的所有實驗證據的可靠性,發現文章中所有支持Marcus理論的實驗證據都是錯誤的,因為文章作者都犯了形式邏輯中循環論證的錯誤(Fundamental flaw of Marcustheory, X.-Q. Zhu, J.-D. YangChem. J. Chinese Univ. 2013, 34,2247-2253);第三篇文章是在全盤否定Marcus理論的基礎上,建立了一個新的普適的化學動力學理論方程,該理論方程不僅取代了 Marcus的理論方程,而且實現了化學反應動力學方程與化學反應熱力學方程在形式上的完美統一(A classical but new kinetic equation forhydride transfer reactions, X. -Q. Zhu, F. -H. Deng, J. -D Yang, X.-T.Li,Q.Chen,N.-P.Nan,F.-K.Meng,X.-P.Zhao,S.-H.Han,E.-J.Hao,Y.-Y.Mu,Org.Biomol.Chem.2013,11,6071-6089)。


記者:朱教授,聽完您的科研介紹,您的科研精神令我敬佩和感動。您的這些學術成就應該是我國化學研究領域改革開放后取得的一個最為輝煌的學術成就,標志著我國在這個領域研究水平已處于國際領先水平,這不僅是你們南開人的驕傲也是我們全中國人的驕傲。謝謝您,辛苦了!最后,請您用簡短的幾句話總結您做科研的成功經驗和體會。


朱曉晴教授:謝謝您的鼓勵!我沒有什么成功的經驗,但對于做科研我有一點體會,就是那兩句老話:一句話是“戰略上要藐視一切,戰術上要重視一切”。沒有“藐視”只做“奴隸”是沒有希望的。二句話是“科學有險阻,苦戰能過關”,這也是我參加高考時的作文題目。苦戰是成功的基本前提。我的科研體會用公式表達就是:癡迷+玩命=成功。癡迷就是集中全部的智慧干事,玩命就是要舍得一切去干事。只有舍得一切,才能得到一切。謝謝您的采訪!


來源:科學中國人  2015年7月3日

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