你可能想不到，錢學森不僅是著名的力學家，也是中國科學技術大學化學物理系的教授。進入二十世紀，有了量子力學、統計力學和現代物理方法，所有的物理和化學已經沒有界限，這也是化學物理系研究的主要方向。中國化學系與國外化學系有哪些區別？量子資訊科學跟化學有什麼關係？

以下內容為復旦大學化學系王鴻飛演講實錄：

大家好，我今天要講的題目是錢學森是個化學家

這個題目大家聽起來可能會覺得有點意外，因為確實很少有人這麼講。

但是我想結束時也許你們會明白我為什麼這麼講，因為我覺得這是非常重要的一件事。

它關係到我們對基礎科學之間關係的認識、現代科學和現代的高技術之間的關係，以及我們中國未來發展的一些事情，當然這是我個人的觀點。

大家都知道錢學森是著名的力學家，是我們中國的火箭和導彈之父、“兩彈一星”功勳科學家。

他不僅在中國做了這些重要的貢獻，早年他在美國的時候，在美國的科學、飛行和導彈技術發展上面，也做了非常多的貢獻。

所以我現在要講他是一個化學家，大家一定會覺得意外。

但是大家也不應該覺得那麼意外，因為我是一個化學家，錢學森先生是我上大學和研究生時的導師的導師，他一定跟化學是有足夠的關係的。

這張照片的是1964年左右錢學森，指導他的研究生馬興孝教授的照片，當時是在《光明日報》上面發表的。

上面講錢學森是中國科學技術大學化學物理系的教授，那麼化學物理系是什麼？你們可能也沒聽說過，因為中國科大的化學物理系，是中國唯一一個大學裡面的化學物理系。

如果我們要講錢學森是個化學家，第一個問題就要說化學究竟是什麼？大家可能對化學都有自己的理解，我對化學的理解非常簡單，化學就是變化的科學。

如果要去找中國古代的化學的話，中國古代的化學就是《易經》，《易經》就是變化的科學、變化的學問。

實際上這裡邊的關係也還是非常正確的，為什麼？

《易經》裡講自然界的基本元素是什麼？是金木水火土。

它們組成的物質是什麼性質，它們之間怎麼相互作用、怎麼變化，所以這是真正的化學，要研究變化，首先就要研究物質本身的性質。

化學還要研究物質的組成、基本性質，以及它的變化，這就是化學。

無處不在的化學現象

化學的現象是到處都有的。

我們經常看到科普的表演，表演燃燒、各種各樣溶液變化的性質，這些是化學。

另外這些東西也是化學，火箭裡飛行燃燒的過程、原子彈爆炸的過程，這裡面都涉及到非常多變化的事情，這些都是化學研究的內容。

化學也是非常實用的技術。我們知道人類從古到今，有兩個方面的追求是永遠存在的，一個是追求財富，一個是追求健康。

財富有關的要去鍊金，跟健康有關就是要煉丹。

我相信再過五千年，再過一萬年，人類還是要做這兩件事情，除非我們不再追求財富，也不再追求健康。

我們現在的鍊金術，比如像晶片的製造、藥物的發現和生產，它們都是跟化學有關的、非常重要的應用。

如果你要想去賺錢的話，就要去做這些事情，就要做鍊金術或者是煉丹術，從古到今都是一樣的。

但是對化學的研究來講，我們並不僅僅去研究這些宏觀的現象，或者是一些應用的東西。我們是要從原子分子的層次上，去研究物質的性質，研究它的機理。

左邊這個圖上面給大家講的是，化學裡面很重要的一部分是合成，我們的所有的材料、藥物，生活裡面用到的所有的東西，都跟化學有關。

它們是合成化學的結果，我們要理解合成化學的過程，控制它的過程，控制合成東西的性質。

我們需要對物質的化學結構、化學反應的程度，和化學反應的過程進行了解。

在20世紀量子力學、統計力學和現代的實驗方法發展起來之後，化學成為了一個非常廣泛的、複雜又實用的東西，也是有著非常複雜的技術和理論的一門學科。

如果我們要理解現在的化學家都在幹什麼，那麼他們真正在做的化學研究實際上可以用三個M來表示。

第一個M是Make，是合成製造；

第二個是Measure，是要做精確的測量，像我自己就是一個光譜學家，用光譜研究介面的分子結構和動力學。

第三個事情是要做Model，要去計算，用理論來描述化學的現象，要計算化學物質的性質，要計算化學的過程。

所以，把這三個M理解了之後，你就知道了化學家在幹什麼事情，不僅僅是像以前我們通常理解的一樣，化學家都是在做一些瓶瓶罐罐的東西，把一些溶液、氣體給混合起來，那是最基本的化學。

現代的化學遠遠超出這些，所以化學不僅僅是瓶瓶罐罐的化學。

這兩張照片是我以前在國外的時候，我自己的實驗室，這上面的用的都是鐳射器，用光學平臺上面的超快鐳射來測量分子的性質。

我們不僅要去測量這些性質，還要自己去構造這些儀器，發現它的原理，然後來做這些事情，所以很多現代的化學是這樣做的。

我在復旦大學的同事王鳳燕教授，她為了研究一個這麼簡單的化學反應，即鋁原子跟氧分子的反應。

她要用到這樣非常複雜的裝置。要有複雜的真空裝置、電子檢測裝置、計算機控制 CCD，還要有各種各樣的訊號處理和儀器控制的裝置，來研究一個化學。

所以現代的很多化學的實驗室裡面，都是在做這些複雜的事情，那這些東西有什麼用？

大家想一想，這些技術都是現今真正的高技術所涉及到的東西，你要去做晶片，你要去做光學的控制，你要去做真空，你要去做純的東西，所以這些東西都是跟這個有關係的。

所以現代化學有很大一部分是在做這樣的研究，它不僅僅停留在瓶瓶罐罐的層次上面。

所以要是理解了現代化學，不僅僅是在瓶瓶罐罐的層面的時候，就可以在某種程度上理解為什麼錢學森是一個化學家？

他顯然不是經典的、古代的那種做瓶瓶罐罐的化學家，他是做現代化學的化學家，而且，他是對中國現代的化學做出最大貢獻的一個科學家。

那麼化學是什麼？

化學是要從原子和分子的層次來理解事情，像了不起的物理學家費曼教授，他也是錢學森當年在加州理工學院的教授。

他比錢學森還要年輕，他在他最著名的《費曼物理學講義》上面，他在這裡面講過一句非常重要的話：“什麼是最重要的知識？如果由於某種災難，人類所有的知識都沒有了，只能留下一句話留給後代，那麼什麼是我們要告訴他們的最重要的科學知識。”

他說，我們要告訴他們：物質是由原子組成的。

其實他講的還不夠，物理學家們很多時候只看到原子，但實際上如果不告訴他們原子上面還有分子的話，那麼人類不知道要花多少年才能去發現這些知識。

所以跟化學有關的、原子和分子層次上的東西，是人類最重要的科學知識，那麼錢學森在費曼之前，也是這麼認識的。

在1950年的時候，他在美國火箭協會的雜誌上寫了一篇文章，叫做《物理力學——一門新的工程科學》。

他在文章的第一句話是：“物質是由原子分子組成的，所以要解決現代工程科學的問題，必須要從原子和分子著手”，這是他在當時提出物理力學這門學科的出發點，跟費曼是一樣的，他們抓住了世界上最重要的科學、問題。

因為傳統的工程很多都是宏觀的，但是現代的很多工程的問題，比如說要高速飛行，火箭的燃燒，各種各樣的一些東西。

在這種情況下，氣體會電離，如果不研究這些東西，就沒有辦法控制火箭的飛行。

所以，錢學森從這個角度認識到現代的很多工程的問題，不能夠用簡單的方法，即透過先做小規模的實驗再去放大，而必須要從原子、分子的原理去了解，物質的性質是怎麼變化的，然後再來研究這件事，他才提出了這個學科，所以這是非常重要的一個概念。

更有意思的一件事情是在這篇文章裡，他引用了很多的文獻都是從《化學物理學報》上面來的。

錢學森為什麼會做化學物理系的教授？為什麼當年會建立化學物理系？

這是獨樹一幟，只有中國科技大學才有的這麼一個系，我就是從那個系畢業的，錢學森的學生是我的老師。

錢學森做了很多的貢獻，我們不能說他僅僅是一個化學家，但是從他創立了物理力學、並從工程科學的角度來認識到，原子和分子的一些基礎科學的重要性，然後在中國建立了這樣一門學科。

從這個角度上來講，他是一個化學家。中國科大化學物理系是錢學森和郭永懷創辦的，這是非常有意思的事情，因為錢學森是一個力學家，郭永懷也是一個力學家。

郭永懷也是他所在的加州理工的同學，是他的師弟，後來是康奈爾大學航空工程系的教授，1956年回國以後，成為了中國科學院力學所的副所長。

所以中國科大的化學物理系，是一個非常有趣的系。

郭永懷先生，我們在新聞裡面都會看到他，他是我們系的第一任的系主任，他是“兩彈一星”功勳科學家中，真正對“兩彈一星”都有實實在在重要貢獻的人

化學物理系非常有意思，它的系主任是力學所副所長，它的副系主任是中國學院化學所所長。

所以它是一個跟化學系有關的系，居然不是化學家在當系主任，而是個副所長當系主任（化學所）所長當副系主任。

因為有錢學森在那裡，錢學森在系裡面只是當了教授，他為什麼沒有當系主任呢？

因為他是中國科大的力學系系主任，他不能同時當兩個系的系主任，所以他就讓郭永懷去當化學物理系系主任。

化學物理系的歷任系主任，第一任是郭永懷，他是力學家，第二任是盧嘉錫，他曾經是做過中國科學院院長，後面是我當時的老師，俞書勤老師和何天敬老師，他們都是中科大化學物理系畢業的。

後面的包信和校長，他現在是中國科學技術大學的校長，還有楊學明院士、張東輝院士，都是歷任的系主任，化學系還有其他的著名教授。

我們剛才已經講過了錢學森，比如朱清時曾任中國科大的校長，南方科大創始校長.他也是我們化學物理系的，還有吳奇、楊金龍等，所以化學物理系是這樣的一個系。

你們可能沒有聽過這個系，但裡面的許多人也許都聽說過，它不是一個不重要的系。

這是第二屆化學物理系物理力學專業的畢業照，正中間的第二排是錢學森，他往左邊數兩個就是馬興孝老師，他是錢學森的研究生，當時也是系裡面的助教.

講了半天化學物理了，大家可能要問：化學物理究竟是一個什麼樣的學科？它究竟是物理還是化學？

如果我們望文生義的話，會說物理化學可能是化學，化學物理可能就是物理。

有的人真的是這麼認為的，而且化學物理有很多物理的方法、理論和實驗，所以很多人說，化學物理就是物理學家去做化學，不是這樣的。

實際上化學生物學也是化學，物理化學是化學，化學物理也是化學，生物化學是化學，化學生物學也是化學，這才是真正的理解。

那麼化學物理是怎麼來的？

化學物理誕生的一個標誌，是1933年《化學物理》雜誌的創刊，它的第一任主編，是1934年的諾貝爾化學獎的獲得者，哥倫比亞大學的Harold Urey教授他當時為什麼要成立這麼一個學科？

因為隨著量子力學、統計力學和現代物理方法的發展，很多人用這些東西在原子分子程度上去研究現代的化學，這些人並不被傳統的化學家所接受。

傳統的化學家還是認為，要做瓶瓶罐罐的這些東西，比如電化學或者是膠體化學才是化學。

這些走在化學前沿的人，沒地方發表文章，他們自己就成立了一個新的雜誌。

要想知道這段歷史可以看這一本書，是1990年代出版的《PHYSICAL CHEMISTRY FORM OSTWALD TO PAULING》。

這個照片上面的人是Wilder Bancroft，曾經是非常著名的化學家，康奈爾大學的教授、美國化學會會長，他1896年創辦了物理化學雜誌，1896-1932年一直任主編，這個雜誌就是他個人的，他在當時就認為這些人做的都不是化學。

什麼是化學呢？他信為膠體化學、電化學或者是相規則等傳統的物理化學才是化學。

他自己是很好的一個化學家，他的導師也是得過諾貝爾化學獎的能斯特，所以他雖然是一個化學家，但是他認為這些新的化學不是化學。

但他當時的理解是非常有問題的，因為在1930年代時，大家對大分子還沒有認識，認為蛋白質還不是分子而是膠體，他當時做的這些事情，到了五十年代之後，大家發現他做的科學不太靠譜，所以他就被人遺忘了。

儘管他在當年是非常有影響力的化學家，所以我們說他是站在了歷史錯誤的一面，On the wrong side of history。

實際上，想一想這件事情，我們應該感覺恐懼的一件事情是，就是我們中國現在的很多人，即使是做化學的人，他們還是認為那才是真正的化學，很多時候有的人會認為，我做的這種不三不四的東西，不是真正的化學。

但什麼是真正的化學？那麼請看看這張照片上的這七個人。

這七個人都是有史以來最偉大的化學家，二十世紀最偉大的化學家這裡面有五個諾貝爾獎獲得者，另兩個是超過諾貝爾獎獲得者的。

比如路易斯，我們在中學課本上就學過他的很多概念，路易斯結構式、路易斯酸、路易斯鹼等等，各種各樣的光化學的概念，連我們的‘光子’這個詞英文的photon，都是他發明的，而不是別的物理學家發明的。

Langmuir發明了Plasma（等離子體）這個詞，他也是一個地地道道的化學家。

《化學物理》雜誌創刊號裡面，一共有16篇文章，這七個人都在裡面發表文章，為什麼？

因為傳統的化學雜誌不發表他們的文章，認為他們不是真正的物理學化學家。那麼，化學物理到底是化學還是物理？我們從它的主編的背景就可以看得到。

從1933年到現在所有的主編，包括現在的主編是我們華人，是廈門大學畢業，在賓夕法尼亞大學獲得博士學位的，連天泉教授。

所有的教授都是化學系的教授，沒有一個是物理系的教授，其中有一個很獨特的，就是做了十幾年主編的Joseph Mayer，他是統計物理學家。

楊振寧和李政道在芝加哥唸書的時候，跟隨他和他的太太學的統計力學，儘管他是化學的教授，但是他曾經做過美國物理學會會長。

這其實不稀奇，因為我的博士導師和我的博士後導師，他們也都做過美國物理學會化學物理分會的主席。

我自己也是美國物理學會會士，所以從這裡可以看出，現在的物理和化學之間的交織，我們對現代科學的理解會不會有所不同？

這是非常重要的一件事情，如果我往上數的話，Joseph Mayer是我的導師的博士後導師的博士導師，我們科學的傳承是這樣的。

其實我們再來看麻省理工學院，20世紀最偉大的一個物理學家約翰·斯萊特（John Slater），他在量子力學領域做出很重要的貢獻，而且他在MIT的物理系主持了好幾十年的工作。

他在1939寫過一本書叫做《化學物理引論》，序言中第一句話講物理學和化學的分離是很不幸的。

他說，在十九世紀的時候，化學和物理學有比較明顯的區分，進入二十世紀有了量子力學、統計力學和現代物理方法之後，所有的物理和化學的界限已經沒有了。

這是在20世紀三十年代國際科學界就已經可以認識到的問題，但是到今天的中國，一般公眾甚至大多數化學家裡，對化學物理認識，還是認為它們是分得很開的。

大家以為我在這裡是替化學講話的，實際上我是在替現代的科學呼籲。

現代的科學是物質科學和生命科學，基礎部分是融合在一起的，它們都以量子力學、統計力學為基礎，以實驗方法為基礎。

所以這才是我們今天真正應該認識的科學，中國科大的化學物理系研究的主要方向，這些都是現代化學和物理化學的主流方向，這些方向在中國的絕大多數的化學系裡面是非常薄弱的。

中國化學系與國外化學系的區別

我前面講到的三個M，第一個M在我們中國的化學系和材料系裡面，是比較多的，後兩個M即測量和理論則是非常薄弱的。

這些東西存在的一個問題，就是我們的化學系和國外的化學系是如此的不同，那麼它會有什麼後果？它對我們國家的科學發展，對高技術的發展有什麼影響？

我們今天經常講到一些卡脖子的問題，比如說晶片、新藥、發動機，這些東西看起來，好像都跟化學沒有直接的關係。

表面上看是一些工藝和技術的問題，但實際上是關於我們的基礎科學，我們對它的理解、概念和研究的內容，還有培養的人才的問題，實際上錢學森對這個問題是清楚的。

他提出技術科學的概念，去做這些基礎的科學，這是他1961年給2000多人講怎麼做導彈時，講的最後一句話。

他說：所有的尖端技術，無非都是數理化的基本的規律。

這個事情跟任正非講的是一樣的。任正非講：要做晶片，砸錢不行，得砸數學家、物理學家和化學家。

但是我們都知道，到了媒體上就只寫成數學家、物理學家，就沒有化學傢什麼事了。

凡是這樣認為的人，他們就是不知道現代的晶片工業是怎麼回事，我們知道資訊時代的鍊金術，一個是軟體，一個是硬體。

軟體裡面最有名的就是像比爾蓋茨這樣的人，硬體裡面最有名的是戈登·摩爾，他是英特爾創始的三巨頭之一，也是世界上最有錢的人之一，他有好幾百個億的財產，他是加州理工學院物理化學的博士。

那麼他們的三巨頭，有做半導體物理的、有做化工材料的，那戈登·摩爾為什麼有名呢？

小學生都知道的摩爾定律，就是他提出來的，他是英特爾的創始人。

戈登·摩爾的博士論文寫的是亞硝酸氯胺和二氧化碳的紅外光譜研究，硝酸分子和光化學分解的觀測。跟我一樣是做分子的紅外光譜的，是做動力學的。

大家都知道，我們中國的晶片工業很落後。但是比如在上海去年科創板上市的中微半導體裡面主要的技術人員，他們的老總尹志堯，就是我們化學物理系畢業的物理化學博士。

他們的副總倪圖強博士，也是我們化學物理系畢業的，而且他還是我真正的師兄。

他也是馬老師的研究生，後來到美國去唸了博士，跟我一樣的，還有蘇興才。

在晶片工業裡面，有很關鍵的、很重要的一部分，是現代的物理化學和化學物理的工作，這是我們要認識到的。

比如我們講量子資訊科學跟化學有什麼關係？

我們知道量子資訊科學裡面最重要的Charles Henry Bennett，做了最基礎的貢獻的，如果這個領域要得諾貝爾獎，我想他應該是三個人之一。

他實際上是化學系畢業的，而且是物理化學的博士，因為物理化學家整天都在研究最複雜的量子力學，解最複雜的薛定諤方程。

所以量子資訊裡邊的那些量子數學，對他們來講，至少從數學和技巧上來講是很簡單的事情。

我們西湖大學理學院院長鄧力，曾任美國布蘭代斯大學化學系主任，他就說：這是我們化學系畢業的學生，為什麼中國人認識不到，因為他是物理學家。

我們知道化學和物理之間不是一個單向的關係，並不是說有很多做物理的人來做化學，其實也有很多化學的人去做物理，比如說2013年得諾貝爾物理學獎的Peter Higgs，他是提出上帝粒子的科學家。

他是1950年代獲得化學博士，他研究的是分子振動理論問題，而且他自己講，他是從這裡面學會了對稱性的概念，並用到基本粒子物理，然後他寫出這篇論文。

還有我們大家熟悉的楊振寧先生，以前也是做分子振動的，他在國內跟吳大猷，他在去美國留學之前在西南聯大的時候，他也是做這個的，他對對稱性的理解也是從那裡面來的。

我們講到化學、物理、數學和人工智慧，這時有三位科學家，前面兩位是英國了不起的理論化學家，一位是Charles Coulson，另外一位是他的學生Longuet-Higgins，前年得了圖靈獎的Geoffrey E.Hinton，他被稱為人工智慧AI的教父之一。

我們講到發動機，看起來是一個這麼大的複雜的機器，但是請看看裡邊那些有顏色的部分，它實際裡面都是燃燒的過程整個發動機都是為了控制燃燒的過程。

所以對燃燒化學的理解，才是發動機設計的精髓，這不是我自己作為一個化學家在那裡吹牛。

第二張圖是2018年我們在中國化學會開會的時候，燃燒化學分會，四川大學的李象遠教授在這裡講，現在我們終於認識到燃燒化學在發動機裡面的重要性。

當時在會上做報告的，還有中國空氣動力學中心的樂嘉陵院士，他其實是當年錢學森帶出來的小朋友。

他現在已經是院士了，他說，發動機中關鍵問題，跟物理化學的測量、物理化學的建模和對燃燒過程的理解是非常關鍵的。

只有在理解這些的基礎上，我們才能知道發動機的每一個部分所用材料，到底要去控制什麼東西。

比如說中科大化學物理系的系主任楊學明院士，他研究的化學反應都非常簡單：氟加氫生成氫加氟化氫。

這樣的一個化學反應，大家說可能這隻有理論上的意義，其實不是這樣子的，因為它是我們做化學鐳射高技術中最基本的問題。

他們的工作出了兩個院士，一個做實驗的楊學明，另外一個是做理論的張東輝，都是我們化學物理系的。

1959年得諾貝爾生理學獎的Arthur Kornberg，他的兒子是2006年得諾貝爾化學獎的Roger Kornberg。

Arthur Kornberg從1979年代開始一直在講，化學是生命科學的語言，生命科學和現代醫學都是用化學語言表述的。

他不希望大家把化學和生命科學分開。他認為更多的化學家應該去做生命科學的問題，而更多的生命科學家要學會化學的基本語言，然後才能促進生命科學的發展。

他的兒子Roger Kornberg也是化學物理博士，但是他是做生命科學的問題，獲得諾貝爾化學獎的。

所以這些基本科學把化學和物理結合起來，在分子和原子層次上研究，這種現代科學是多麼的重要。

所以，回到我今天演講的最後的問題，錢學森講說，為什麼我們的大學總是培養不出傑出的人才？

我想我們的大學不是沒有培養出傑出的人才，偶爾還是有一些很傑出的人才的，但是在錢學森看來，我們應該培養更好的、更傑出的人才，能夠真正在國際上去做創新的人才。

當時他說很大的原因是我們沒有獨特的創新的東西，老是培養不出人才。

我認為，當我們認識到錢學森是一個化學家，而且對中國現代的化學有重要的貢獻他建立了這個一個系，培養了這麼多的人才，而且我們今天在中國的化學系和在國外的化學系。

如果你看到一箇中國人，做現代的物理化學和化學物理做得不錯的，基本上有一半可能性，他可能是中國科大化學物理系畢業的或者是在那裡上過研究生的。

所以我認為這件事情非常非常的重要，而且這關係到我們對基礎科學的認識，對現代高科技的認識，以及我們中國的未來。