本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
這篇博文源自林道諾貝爾線上社群，林道諾貝爾獎獲得者會議的互動論壇。第63屆林道諾貝爾獎獲得者會議，專注於化學，將於2013年6月30日至7月5日在德國林道舉行。屆時將有35位諾貝爾獎獲得者與來自大約80個國家的600多位青年研究人員會面。
阿舒託什（阿什）·喬加勒卡爾（Ashutosh (Ash) Jogalekar）是官方部落格團隊的成員。請在社群部落格中查詢他的所有帖子。
今年，我再次非常榮幸地在德國風景如畫的林道市舉行的2013年林道諾貝爾獎獲得者會議上撰寫部落格，這次會議的重點是化學。我在2009年為該會議撰寫了部落格，並與諾貝爾獎獲得者和來自世界各地的約600名精選學生進行了非常獨特的互動。自1951年以來舉行的會議的官方目的是代際之間的知識傳遞，該活動始終充分地達到了這一目的。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保未來出現關於塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事。
作為6月30日開始的實際會議的序幕，我已開始在其由《自然》主辦的網站上撰寫一些帖子。在接下來的兩週裡，我將在本部落格上交叉釋出我的文章。我期待著年輕人和老年人之間進行令人興奮的科學互動的一週。
我的第一篇文章談到了多樣性在化學科學中的核心作用。
化學與多樣性：不可分割的夥伴
科學家有兩種型別，統一者和多樣化者。統一者試圖找到不同現象背後的共同線索。多樣化者試圖找到更多不同的現象供統一者統一。有時，多樣化者可能會戴上統一者的帽子，鞏固他所知道的，而有時統一者可能會從他的宏偉目標中休息一下，沉浸在細節中，但總的來說，分界線是存在的。
正如科學史所證明的那樣，多樣化者和統一者對於新思想的產生和科學事業的發展都是必不可少的。但是，在某些時期和領域，一種或另一種型別的科學家一直占主導地位。物理學提供了一個特別有趣的案例，其中統一的目標推動該領域發展了幾百年。從亞里士多德夢想透過四種“元素”的共同視角看待世界，到現代弦理論家夢想將支配宇宙的定律簡化為一個抽象的數學物件，物理學對統一者來說一直特別富有成效。然而，也存在一些時期，例如19世紀早期的事實收集時代，當時多樣化者佔據主導地位。
如果說物理學主要由統一性驅動，那麼化學主要就是多樣化者的遊戲。長期以來，所謂的“化學”包括對物質性質的事實積累，包括顏色、氣味和物理狀態等普通屬性，以及對這些物質所經歷的轉變的日益增長的瞭解。儘管他們招致了不屑一顧，但鍊金術士是偉大的多樣化者，他們仔細地列出了他們將賤金屬變成黃金的狂熱勞動的成果，並創造了許多當今化學實驗室的主要基本裝置。
現代統一化的首次嘗試是在18世紀末，當時安託萬·拉瓦錫將物質分為元素、化合物和混合物。拉瓦錫開啟了化學統一的偉大時代。大約三十年後，弗里德里希·維勒從普通的無機物質中合成了尿素，這是一個分水嶺事件，統一了無機化學和生物化學。尿素的合成標誌著有機化學的開端，也標誌著生命力的倒退學說的終結。維勒的發現之後，由弗里德里希·凱庫勒、賈斯蒂格·馮·李比希、阿奇博爾德·庫珀和亞歷山大·布特列洛夫等科學家發展了化學結構理論，該理論為迄今為止僅僅是佔位符名稱的東西賦予了具體的形式。現在，可以在紙上將化學物質表示為構成各種分子的離散原子集合。19世紀化學統一的頂峰是德米特里·門捷列夫，他基於原子量將不同元素的分類置於堅實的基礎上。門捷列夫還證明了統一如何成為預測未知特性的有力工具。
20世紀是統一和多樣化如何在化學中發揮關鍵作用的一個特別突出的例子。在此期間，化學統一的最大成就之一是萊納斯·鮑林和其他科學家成功地建立了化學鍵理論，這一發展直接基於物理學中的量子力學革命。量子化學家的工作使得有可能對數千個不同的化學事實提出共同的解釋。為什麼有些物質是固體而另一些是液體？為什麼有些化合物溶於水而另一些不溶？是什麼樣的鍵將無機化合物與有機化合物區分開來？是什麼將生物分子的結構結合在一起？可以使用基本的化學鍵理論和一種強大的工具——X射線晶體學來回答數百個這樣的問題。鍵理論提供了誘人的解釋，但是晶體學使我們能夠確認分子的共同來源和化學鍵的真實性質。美國化學家羅伯特·伯恩斯·伍德沃德領導了有機化學中一條平行的統一路線，他透過對複雜天然產物的壯觀合成，證明了一些良好的化學原理可以發揮統一作用。
然而，我們看到量子化學並沒有像量子物理學那樣消除其他化學領域，量子化學也沒有消除其他物理領域。仍然需要多樣化者來進行實驗。化學首先是一門實驗科學，再多的理論也不能削弱簡單實驗揭示新現象的價值。量子化學方程在原則上可以解釋，但在實踐中它們太複雜而無法解釋或預測最有趣的化學事實。我們仍然必須透過實驗來確定花瓣顏色的性質、龍涎香氣味的運作原理、阻止阿爾茨海默病殘酷蔓延的藥物、將導致電子領域下一個突破的半導體材料以及可以徹底改變太陽能實踐的染料。理論家將幫助所有這些發現，但它們主要來自不同的實驗者。
化學的另一個重要方面是透過統一創造多樣性的能力。例如，伍德沃德可能在他的合成中運用了強大的統一原則，但他合成的物質的絕對多樣性——從膽固醇到維生素 B12——是顯而易見的。甚至伍德沃德的前輩維勒也自相矛盾地發起了一場朝著多樣性的推進；透過證明生物物質實際上可能由簡單的無機物質製成，他打開了一扇窗戶，讓我們欣賞到進化從有限的構建模組中創造出的驚人多樣的分子。這實際上是一個反覆出現的主題，這裡還有兩個例子：使用核磁共振（NMR）光譜探索分子結構的常見分子特徵使我們能夠探索分子之間的細微差異。在另一個案例中，您可以使用單一型別的反應，例如鈀催化的鈴木交叉偶聯，來建立各種分子庫。化學是一個特別引人注目的科學例子，其中多樣性和統一性互相成就。
化學中多樣化活動的範圍也體現在過去幾十年中湧現出的化學專業的數量上。它們的從業者給它們起了花哨的名字，例如化學生物學、神經化學、奈米化學和天體化學。所有這些學科之間都存在統一的主題——並且，人們懷疑，也有一些舊瓶裝新酒的品牌推廣——但這些學科的從業者認為他們自己足夠獨特，可以從事單獨的研究領域。化學的多樣性仍然活躍且蓬勃發展，尤其是在部門、會議和資金方面。
在另一個更深層次的意義上，化學比物理學更是一個多樣性的世界。量子力學方程無法幫助我們理解大腦化學的運作方式，這不僅是因為它們太複雜而無法即時求解，還因為它們處理的是不同層次的抽象概念。20世紀最偉大的哲學正規化之一是發現湧現現象是物理和生物系統的獨特方面。這種正規化表明，當我們從原子構建到分子再到細胞再到人時，每個層都包含其自身的根本定律，這些定律無法直接對映到其底層平臺上。量子化學是量子物理學，但它不僅僅是量子物理學。生物化學當然是化學，但在預示著從無生命物質到生命的轉變時，它表現出自身能夠實現一些比簡單化學所能實現的更多的東西。
多樣性在使化學能夠解釋湧現現象方面起著主導作用。多樣化者可以提供理論和實驗手段來駕馭這些多層次理解的輪廓，但當涉及到實際揭示湧現的原始事即時，在目前歷史階段，實驗遠遠領先於理論。在某個時候，我們將擁有一個具體的理論框架來解釋例如生物和無生物物質之間的化學轉變，但在那之前，實驗必須引領方向。
化學已經將自身融入到世界多個層面的工作中，但在每個層面，它都需要獨立的解釋框架，這些框架本身都具有生命力。化學家面臨的持久挑戰之一是如何利用他們對基本化學原理的瞭解來捕捉各個層次問題解決中的多樣性。利用他們的工具，多樣化者將照亮誘人的黑暗角落。然後，統一者可以找到這些孤立點之間的聯絡，這將揭示宏偉的建築。