2016~2018年诺贝尔化学奖的化学哲学分析

李岩

摘   要：化学哲学是一门以哲学为工具研究化学的学科，是自然科学哲学的一个重要组成部分。论文梳理了2016～2018年诺贝尔化学奖“分子机器的设计和合成”、“冷冻显微术”、“噬菌体展示技术”和“酶的定向演化”的获奖科学家及其主要贡献，并对这些理论成果进行化学本体论、认识论、方法论层面哲学分析。通过对诺贝尔化学奖科研成果哲学反思，人们将更深刻地认识这些化学前沿成果，从而不断地促进化学的进一步的发展。

关键词：诺贝尔化学奖;本体论;认识论;方法论

早在19世纪，英国著名化学家道尔顿（J.Dalton，1766～1844），于1808年发表《化学哲学新体系》一书，“化学哲学”的名称得以面世。直至20世纪50年代至60年代末，中国自然科学工作者开始学习马克思主义哲学体系和恩格斯的《自然辩证法》等经典著作，化学哲学得以在中国初步发展。在20世纪70年代末期以后，以《化学辩证法初探》、《化學哲学基础》、《化学思想史》、《化学方法论》为代表的高质量研究成果不断面世。之后化学哲学逐渐进入交叉学科及超分子化学时代。我国关于诺贝尔化学奖的研究主要是对其科研成果本身的研究以及其对教学教育和化学科研的影响，在化学哲学研究方面比较薄弱。因此，论文着重对2016～2018年诺贝尔化学奖理论成果进行化学本体论、认识论、方法论3个层面的哲学分析。

1    2016～2018年诺贝尔化学奖得主以及科研成果简介

诺贝尔化学奖，是以瑞典著名化学家、硝化甘油炸药发明人阿尔弗雷德·贝恩哈德·诺贝尔（Alfred B. Nobel，1833～1896）的部分遗产作为基金创立的5项奖金之一，是化学科学界的最高奖励。自1901年颁发以来，截至2018年获诺贝尔化学奖的科学家有180人。以下为2016～2018年诺贝尔化学奖得主以及科研成果简介。

2016年度诺贝尔化学奖授予法国化学家让·皮埃尔·索维奇（Jean-Pierre Sauvage）、化学家J.弗雷泽·斯托达特（Sir J. Fraser Stoddart）和荷兰化学家伯纳德L·费林加（Bernard L. Feringa）3位科学家，以表彰他们对“分子机器的设计和合成”研究领域的重大贡献。

2017年10月4日，诺贝尔化学奖授予瑞士生物物理学的雅克·杜博歇（Jacques Dubochet，1942— ）、美国生物化学与分子生物物理学博士乔基姆·弗兰克（Joachim Frank，1940— ）和英格兰的MRC分子生物实验室教授理查德·亨德森（Richard Henderson，1945— ），以表彰这3位科学家在冷冻电子显微技术领域作出的重大贡献。

2018年，诺贝尔化学奖颁发给美国的合成生物学家、生物化学家弗朗西丝·阿诺德（Frances H.Arnold，1956— ）、出生于美国康涅狄克州诺瓦克的生物科学家乔治·史密斯（George P.Smith，1941— ）和生于英国莱斯特的MRC分子生物实验室荣誉研究负责人格雷戈里·温特（Gregory P.Winter，1951— ），奖励他们研发出控制进化过程的方法，并利用这些方法造福人类。

2    诺贝尔化学奖成果的化学哲学分析

2.1  化学本体论分析

2.1.1  化学本体论

化学中的实体、关系和过程构成了化学哲学中的本体论。化学实体是化学本体论研究的基础，没有化学实体及对化学实体的认识就无从谈起化学及化学哲学[1]。化学物质运动与其他运动的关系是对化学实体研究的延伸。对诺贝尔化学奖中的实体、关系和过程的研究，能更深刻地了解化学本体论。

2.1.2  诺贝尔化学奖成果的化学实体、关系和过程

从波义耳的“元素” 和道尔顿的“基本粒子”为代表的绝对实体，到19世纪的天然放射性、X射线和电子为代表的相对实体，是从形而上学实体观到辩证实体观的转变，也是实体观的重大转折。分子机器的合成过程就是互锁分子以机械臂维系起来，成为一个马达分子的过程。每一个机械互锁分子都是一个超分子水平的化学实体。分子机器是分子水平的化学实体。故分子机器与分子机器中的互锁分子互为相对实体。Feringa的分子机器则大多数基于双键的顺反异构，就是利用双键的顺反异构以及单键的旋转来构建分子内相对运动。由此可见，分子结构是决定以何种方式来实现分子机器合成的基石。同理，不管是“噬菌体展示技术”和“酶的定向演化”还是“冷冻显微术”都可以得出分子机器中的实体、关系和过程三者是既相互对立矛盾又辩证统一的关系。

2.2  化学认识论分析

2.2.1  化学认识论

化学认识的方式和成果对于人类的生存和发展起着重大的作用。认识作为主体对客体能动的反映，是对外部客观事物的主观印象[1]。因此，关于化学知识的产生和积累、化学理论的形成和发展、化学研究的方式和方法，总体来说，关于化学认识的辩证运动和化学认识过程的本质规律等一系列问题的探讨是十分必要的，而且构成了化学认识论的主要内容。

2.2.2  诺贝尔化学奖成果的化学观念的变革、化学理论的形成与发展

纵观2000年以来的诺贝尔化学奖，有多半颁发给了生物学家、生物化学家或者与生物相关的科学家。2016～2018年的诺贝尔化学奖9位得主中，有3位是“传统化学”的化学家，6位是生物相关的科学家。由此可以看出，现代化学观念已经发生改变。

美国著名化学家、1981年诺贝尔化学奖获得者罗德·霍夫曼（R. Hoffmann，1937）曾经说过：“化学是种不断扩大的、无定形的、灵活的生物域，它不断前进和扩展。它能运动和前进，它可以轻快地前进，也可能艰难地缓行。而理论就是这个生物的一种基本的神经系统，由它来组织科学前线的信息将这种信息联结于积累起来的知识库中，并由它来在许多不断进步的领域中进行通信联系。[2]”化学作为一门科学离不开理论。诺贝尔化学奖作为化学科学的最高奖项，其科研成果的理论、观念为化学理论发展提供重要依据，而化学认识论对化学理论发展起着推动作用。

2.3  化学方法论分析

化学方法是指从事化学研究的思维工具和基本手段。传统的化学方法有化学实验、化学模型、化学数学、化学假说、化学的分析综合法等研究方法。此外，随着化学科学的不断发展，化学创新思维等方法也不断应用于化学研究。2016～2018年，诺贝尔化学奖研究成果所用的科学方法主要有科学模型方法、科学实验、综合方法等方法。

2.3.1  科学模型方法

科学模型方法是一种利用想象、抽象、類比等方法，建立一个可以反映和代替客观对象的适当模型，是科学研究常用的方法之一。“分子机器的设计和合成”就使用了化学模型方法，而“冷冻显微术”、“噬菌体展示技术”和“酶的定向演化”的研究都使用了生物模型方法。传统的化学方法已经远远不能满足现代化学科学的发展，化学方法论须增新内容。

2.3.2  科学实验

在这里之所以使用科学实验而不是化学实验，是因为诺贝尔化学奖已经不仅仅是颁发给化学家，更多的是颁发给生物化学等多学科融合或通过跨学科研究的科学家。仅仅是化学实验已经不能满足如今的科学研究了。“分子机器的设计和合成”就使用化学实验方法;“噬菌体展示技术”、“酶的定向演化”和“冷冻显微术”使用生物-化学实验方法。

2.3.3  综合方法

移植和交叉学科或跨学科的研究方法，是创造性思维的两种非常有效的研究方法。“分子机器的设计和合成”初始是为了研究生物科学，科学研究的一个基本思路是效法自然[3]，科学家将生物学科中已经运用的方法移到化学研究中，加以运用或改造研究，最终完成了“分子机器的设计和合成”。自从列文虎克发明光学显微镜以来，人类可以观察生命体的微观结构，并促成了一系列生物学中的重要发现。现代生物学的研究对微观精细结构的观察提出了更高的要求。“冷冻显微术”得以发展并广泛应用于化学研究;“噬菌体展示技术”、“酶的定向演化”可以说开启了一场生物进化革命。研究方法可以运用到药学的研究。随着科学技术的发展，多学科融合或通过跨学科研究问题将成为当代科学和技术解决问题的创造性重要方法。

3    结语

化学哲学在诺贝尔化学奖科研研发过程起到举足轻重的作用，是突破化学科研成果的重要手段。通过对2016～2018年诺贝尔化学奖的化学哲学分析，可以清晰看出化学哲学的形成和发展是同化学科学发展紧密相连的。化学哲学的各个发展阶段均需要倡导和建立一定的研究方法、科学认识与之相适应，而某种化学方法与科学认识一旦形成，反过来又极大地促进化学的觉醒和推动化学科学的进步。化学科学的研究与发展为化学哲学的发展补充新鲜血液，而通过对化学哲学的研究，可以加深对近年来化学发展的了解，并预测化学发展方向：一方面，化学发展逐渐向超分子化学等微观领域发展;另一方面，化学又和生物、物理等其他学科相渗透的宏观方向发展。

[参考文献]

[1]周俞君.科学修辞学视域下的化学本体论[D].太原：山西大学，2013.

[2]邱道骥.化学哲学概论[M].南京：南京大学出版社，2007.

[3]崔树勋，段威力.分子机器：分子水平上的超微型器件—2016年诺贝尔化学奖成果简介[J].科技导报，2016，34（24）：34.