R. B. 伍德沃德,一般性問題以及及時誕生的重要性

加入我們的科學愛好者社群!

本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


德里克·洛在他的部落格“管道中的想法”上發表了一篇沉思性的帖子,探討了在特定領域看到泰坦人物的必要條件,以及這些條件是否可以再次複製。他以有機合成、音樂和藝術為例,論證了每個領域都有其鼎盛時期,並且你永遠無法做出兩次相同的貢獻。我同意這種觀點;發現DNA的結構,或構建廣義相對論,或徹底改革有機合成,都只能發生一次。

換句話說,要問的問題是一般性問題是否已經解決。有機化學家羅伯特·伯恩斯·伍德沃德,他一直是化學領域“天才”這個形容詞的首要候選人,當然就是一個例證。他向我們展示瞭如何合成幾乎任何複雜的分子,而且不可能看到有人能再次做到這一點。在伍德沃德做到這一點之前,許多人認為合成像利血平、葉綠素、膽固醇和維生素B12這樣複雜的分子可能是不可能的,而在他做到之後,沒有人再懷疑這一點。正如德里克指出的那樣,合成有機化學仍然存在挑戰,並且具體的例子比比皆是,但一般性問題已被伍德沃德解決,並且沒有人有機會再次解決它。相比之下,計算化學領域,高效計算小分子與蛋白質結合的自由能這一一般性問題還遠未解決。


關於支援科學新聞業

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,您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們今天世界的發現和想法的具有影響力的故事。


當然,這也為在正確的時間出現在正確的地點提供了有力的論據,將那個名為運氣的非常重要且不方便的因素置於偉大的科學發現的中心。不可否認的是,你可能會因為晚出生幾年而未能為科學正規化做出貢獻。一個很好的例子是二十年代物理學的黃金時代,當時海森堡、狄拉克、泡利和薛定諤等人奠定了量子力學的基礎。除了薛定諤這個明顯的例外,其他所有人都在二十多歲,實際上都出生在彼此相隔一兩年的時間裡(1900-1902年)。一旦他們發明了量子理論,就再也沒有人能再次發明它了。特別是狄拉克不僅是量子力學的奠基人之一,也是量子 электродинамики 的奠基人;因此,費曼等人二戰後在該領域取得的驚人成功建立在他的工作之上。

這意味著,如果你不幸晚出生幾年,比如在1906年至1910年之間出生,無論你多麼有才華,你都會錯過為這些發展做出貢獻的機會。屬於這一類的人包括羅伯特·奧本海默、漢斯·貝特和愛德華·泰勒。他們所有人,尤其是貝特,都為物理學做出了開創性的貢獻,但他們錯過了奠定基礎的巴士。他們在物理學家的主要任務是將僅比他們年長几歲的人提出的原理應用於現有問題的時候成熟。貝特和其他人在這一努力中取得了巨大的成功,但他們無法複製其前輩的成功。量子力學可能是一個罕見的例子,因為才華、資料、地理鄰近和協作的偶然融合產生豐碩成果的時間視窗非常狹窄,但這確實強調了一個普遍觀點,即一個人可以對某個領域做出根本性貢獻的時期可能非常珍貴。作為一個更近期的例子,想想粒子物理學。在發現希格斯玻色子之後,對於剛進入該領域的人來說,做出具有可比擬的影響力的根本性發現有多容易?再次發現像夸克或中子這樣重要的粒子的機會有多大?很明顯,雖然在物理學中仍然有很多重要的發現要做,但人們可以充分論證,原子層面的根本性發現時代可能已經結束。

類似的Theme也適用於化學。伍德沃德比他的許多同代人領先很多,但他也有早出生幾年的優勢。因此,他的第一個合成成功是在1944年用奎寧實現的,當時該領域許多未來的領導者,如E·J·科裡、卡爾·傑拉西、塞繆爾·丹尼謝夫斯基、吉爾伯特·斯托克,才剛剛進入高中或研究生院。當伍德沃德合成另外兩個里程碑式化合物——士的寧(1954年)和利血平(1956年)時,情況仍然如此。成為泰坦人物當然需要天生具有偉大的智力天賦,但如果你在正確的時間出生,也會受益匪淺。伍德沃德成熟時,有機化學的條件正適合像他這樣的人物徹底改革該領域。英國化學家羅伯特·羅賓遜等人剛剛描述了有機化學的電子理論,該理論描繪了有機反應中電子的運動,紫外和紅外光譜學開始流行,化學降解的結構測定達到了頂峰。伍德沃德結合所有這些工具,發明了一種他自己卓越的新方法論,然後將其應用於攀登迄今為止未攀登的高峰。他開創了光譜學作為繁瑣的化學降解的替代方法來確定分子結構,並應用可靠的理論原理來製造複雜分子。另一個具體的例子是他開發的伍德沃德-霍夫曼規則;這些規則允許化學家預測許多具有純粹和應用意義的關鍵反應的程序。在與羅爾德·霍夫曼一起制定這些反應時,伍德沃德再次處於相當獨特的地位,可以欣賞到他合成維生素B12所產生的觀察結果,以及分子軌道原理的廣泛傳播,這些原理已經成熟可以應用。在他完成所有這些之後,就到此為止了;雖然其他人也做出了高度創新的貢獻,但在許多方面,他們都在重複他的成功。

這個討論也與經常進行的關於向哪個學科頒發諾貝爾獎的辯論有關。事實是,我們不太可能在未來看到有機合成領域的諾貝爾獎,因為該領域的許多基本問題都已得到解決。自1990年(科裡)以來,一直沒有頒發過一般有機合成獎,這是有充分理由的。方法論更常被認可,但即使是最近的兩個方法論獎項(2005年和2011年)也源於大約二十年前完成的工作。當然,有可能某種過渡金屬可能會以顯著的方式進一步推動高效、高產和環境友好的合成事業,但這些成就可能很少見。

從所有這些關於科學史學生教育的內容中,可以吸取一個非常重要的教訓。永遠不應阻止學生學習特定的科學領域,但處於研究生涯起點的研究生應該對科學領域中最大的機會在哪裡有一個很好的瞭解。仍然沒有什麼可以阻止菲爾·巴蘭(被廣泛認為是其時代最聰明的合成有機化學家)涉足有機合成,但他應該在充分了解伍德沃德和科裡之前所做的工作的情況下這樣做。確保科學成功的其中一種方法當然是在“最熱門”的領域工作,雖然歷史通常有其自身定義這些領域的獨特方式,但有時更清楚哪些領域已經過了鼎盛時期。並且向年輕研究人員強調這一點非常重要。

 

Ashutosh Jogalekar is a chemist interested in the history, philosophy and sociology of science. He is fascinated by the logic of scientific discovery and by the interaction of science with public sentiments and policy. He blogs at The Curious Wavefunction and can be reached at curiouswavefunction@gmail.com.

More by Ashutosh Jogalekar
© .