近日，中國(guó)科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授趙東元被評(píng)為2022年度上海市科技功臣。此前，他因?yàn)樵瓌?chuàng)性揭示了介孔獨(dú)特的物質(zhì)輸運(yùn)和界面反應(yīng)規(guī)律而獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
(資料圖片)
在“君子知道”復(fù)旦大學(xué)emba人文商道講堂上，趙東元院士曾面對(duì)復(fù)旦學(xué)子做過(guò)一次演講。他在演講中跳出了單純的材料研究領(lǐng)域，溯源科學(xué)精神，展望科學(xué)發(fā)展的未來(lái)，并對(duì)人與自然、科學(xué)與社會(huì)協(xié)同發(fā)展做了深層次的思考。以下是演講主要內(nèi)容。
趙東元 教授 （賴鑫琳攝）
『科學(xué)的技術(shù)才是生產(chǎn)力』
在中國(guó)，“科學(xué)”是一個(gè)外來(lái)詞?？涤袨楸徽J(rèn)為是國(guó)內(nèi)最早從日語(yǔ)中翻譯這個(gè)新概念的人，嚴(yán)復(fù)在《天演論》的翻譯中也使用了這個(gè)詞，之后這個(gè)概念在中國(guó)廣泛流傳。
其實(shí)“科學(xué)”一詞在中國(guó)古代文獻(xiàn)中曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)，它指的是“科舉之學(xué)”“分科之學(xué)”。在古代，比較接近現(xiàn)在“科學(xué)”這個(gè)概念的詞語(yǔ)是“格物致知”，即通過(guò)對(duì)物體的研究得到知識(shí)。新文化運(yùn)動(dòng)的基本口號(hào)是擁護(hù)“德先生”和“賽先生”，也就是提倡民主與科學(xué)。其中，“賽先生”是science的音譯，就是指科學(xué)。但是，“賽先生”沒(méi)有“科學(xué)”一詞那樣深入人心，被廣泛使用。
那么，什么是科學(xué)呢？有人說(shuō)，科學(xué)是科學(xué)家從事的事業(yè)；也有人說(shuō)，科學(xué)就是對(duì)的、正確的、真的、有道理的、好的、高級(jí)的……我們經(jīng)常說(shuō)科學(xué)的方法，其實(shí)是指好的方法，這是對(duì)科學(xué)的比較膚淺的理解?？茖W(xué)是知識(shí)、是真理，它不是一般零散的知識(shí)，而是理論化、系統(tǒng)化的知識(shí)。完整、理性地認(rèn)識(shí)自然和社會(huì)的普遍規(guī)律，這才是科學(xué)。
科學(xué)有以下三個(gè)表現(xiàn)形式：
第一，它能夠發(fā)現(xiàn)規(guī)律。這些規(guī)律包括社會(huì)規(guī)律和自然規(guī)律。
第二，科學(xué)的精神一定具有三個(gè)方面的屬性。一是質(zhì)疑性。一定要去問(wèn)為什么，如果不探究為什么、沒(méi)有理論，就不叫科學(xué)；二是獨(dú)立性?？茖W(xué)研究者必須具有獨(dú)立的思想，科學(xué)研究工作也是獨(dú)立進(jìn)行的；三是唯一性。不管研究的科學(xué)家是誰(shuí)，其發(fā)現(xiàn)的規(guī)律都是客觀存在的，科學(xué)規(guī)律是唯一的。
第三，科學(xué)一定具有邏輯性、定量性、實(shí)證性。
有人這樣歸納科學(xué)的四大特征：第一，客觀性。一定要遵從實(shí)際客觀的知識(shí)；第二，驗(yàn)證性。一定要用科學(xué)的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，科學(xué)研究的結(jié)論必須是可驗(yàn)證的；第三，系統(tǒng)性?？茖W(xué)知識(shí)和科學(xué)理論一定是系統(tǒng)的、完整的；第四，發(fā)展性?？茖W(xué)一定是具有發(fā)展性的，因此科學(xué)家們不斷去補(bǔ)充、去發(fā)展，使科學(xué)不斷往前走?？茖W(xué)本身不具有目的性，科學(xué)是為了發(fā)現(xiàn)自然和社會(huì)的規(guī)律。這些規(guī)律發(fā)現(xiàn)了有什么用呢？它們?cè)诋?dāng)時(shí)來(lái)看可能并沒(méi)有什么用。
我們經(jīng)常說(shuō)“科技”，其實(shí)科學(xué)和技術(shù)一定要分開，科學(xué)是科學(xué)，技術(shù)是技術(shù)，科學(xué)不是生產(chǎn)力，科學(xué)的技術(shù)才是第一生產(chǎn)力。這是為什么呢？技術(shù)在英語(yǔ)里是technology，其拉丁文的原意是指一個(gè)編織的過(guò)程。技術(shù)是改造自然的手段和方法，是利用知識(shí)改造自然的過(guò)程，而科學(xué)是不能改造自然的，科學(xué)只能發(fā)現(xiàn)規(guī)律。所以說(shuō)，科學(xué)的技術(shù)是生產(chǎn)力，科學(xué)和技術(shù)是完全不同的。
『科學(xué)與哲學(xué)同源而異流』
在現(xiàn)代科學(xué)誕生之前，科學(xué)和哲學(xué)是一體的。什么是哲學(xué)？要給哲學(xué)下一個(gè)定義真的非常難。
我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)什么不是哲學(xué)。哲學(xué)不是宗教，但是哲學(xué)給人信仰；哲學(xué)不是藝術(shù)，但是它能給人美感；哲學(xué)不是科學(xué)，但它同樣給人真理；哲學(xué)不是倫理，但是它使人向上。所以，哲學(xué)是一個(gè)非常復(fù)雜的概念，它包括理論體系，包括世界根本性的終極規(guī)律和終極問(wèn)題。
早在公元前6世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家泰勒斯第一次把科學(xué)和哲學(xué)從神學(xué)中提煉出來(lái)。他第一次思考世界上這么多的物質(zhì)到底是由什么構(gòu)成的，他看到退潮的過(guò)程，由此提出了水組成萬(wàn)物的構(gòu)想。
到了柏拉圖時(shí)代，隨著古代科學(xué)和哲學(xué)的逐漸發(fā)展，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多自然規(guī)律。比如，三角形的三個(gè)角相加等于180度，這是在古希臘時(shí)期就發(fā)現(xiàn)的。于是柏拉圖開始思考，雖然這世界上存在萬(wàn)事萬(wàn)物，但有很多規(guī)律不是以人的意志為轉(zhuǎn)移的，所以他提出了形而上學(xué)。
他的學(xué)生亞里士多德第一次提出萬(wàn)物首先由質(zhì)料構(gòu)成。盡管亞里士多德提出的很多科學(xué)思想在現(xiàn)代科學(xué)看來(lái)完全是錯(cuò)誤的，但是我們?nèi)匀徽J(rèn)為他是“古代科學(xué)之父”，因?yàn)樗嬲岢隽宋镔|(zhì)構(gòu)成、物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。他的思想與柏拉圖完全不同，他說(shuō)“吾愛吾師，但吾更愛真理”，他第一次提出真理要用事實(shí)來(lái)驗(yàn)證。
經(jīng)歷了中世紀(jì)的黑暗時(shí)代，經(jīng)歷了伽利略等科學(xué)家的不懈努力，科學(xué)的實(shí)證性得到不斷發(fā)展。到了17世紀(jì)，牛頓力學(xué)體系的建立標(biāo)志著西方近代科學(xué)真正形成。
具有實(shí)證性、質(zhì)疑性、唯一性，這才是真正的科學(xué)。
『古代中國(guó)為什么有技術(shù)而無(wú)科學(xué)』
回溯中國(guó)歷史，可以看到，中國(guó)傳統(tǒng)文化里并沒(méi)有太多的科學(xué)元素?？茖W(xué)為什么沒(méi)有在近代中國(guó)萌芽？我個(gè)人認(rèn)為，這可能是地域、文化的差異造成的。
在古代，中國(guó)人一直在封閉的農(nóng)耕環(huán)境下自給自足，所以發(fā)展出了成熟的農(nóng)耕文明，重農(nóng)而抑商。而西方文明的源頭——希臘、希伯來(lái)的“兩希文明”，希臘人是航海的民族，希伯來(lái)人是游牧民族，他們不可能自給自足，必須依賴商品交換，所以他們比較重視商業(yè)。因此，西方人喜歡冒險(xiǎn)、自由、平等，崇尚契約精神；中華民族則講求集體協(xié)作、國(guó)家主義，缺乏冒險(xiǎn)精神。
此外，東西方的文化也迥然不同。以藝術(shù)為例，西方藝術(shù)完全是泛科學(xué)化的，像希臘雕塑作品《擲鐵餅者》，可以說(shuō)是一件從透視角度出發(fā)的藝術(shù)作品。西方的宮殿都是幾何式的，宮廷園林里的植物也大多是幾何式和對(duì)稱的。而中國(guó)則不同，蘇州園林充滿著層次感，移步換景，可以讓人不斷去想象。李白有“黃河之水天上來(lái)”的詩(shī)句，呈現(xiàn)出一種浪漫的、無(wú)邊無(wú)際的想象力。中國(guó)人講一個(gè)人太有才了，經(jīng)常會(huì)說(shuō)他是“琴棋書畫無(wú)一不通”，而從來(lái)不會(huì)說(shuō)“這個(gè)人數(shù)學(xué)很好，他真是太有才了”。
中國(guó)最早的綜合性科學(xué)技術(shù)著作是初刊于1637年的《天工開物》，它記載了明朝中葉以前中國(guó)古代的各項(xiàng)技術(shù)，包括紡織、農(nóng)業(yè)栽培和加工、冶金業(yè)、造紙方法等。其中，我國(guó)的煉銅術(shù)比歐洲早了700年。但是，書中雖然記錄了完整的煉銅方法，卻沒(méi)有人知道為什么這樣能煉出銅，沒(méi)有人去追究。中華民族能工巧匠人才輩出，但是沒(méi)有出現(xiàn)科學(xué)家，因?yàn)槔硇缘某岚蛞坏┍凰┥狭藨?yīng)用的鉛砣，就飛不遠(yuǎn)了。我們所有的發(fā)明都是馬上能拿來(lái)應(yīng)用的，而不再去追問(wèn)為什么。所以，四大發(fā)明雖然是中國(guó)古代科技史上最重要、最有影響力的科技成就，但四大發(fā)明完全是技術(shù)，而不是科學(xué)。科學(xué)的背后有一整套的理論作為依據(jù)，技術(shù)卻是基于現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)而得來(lái)的。有了科學(xué)，火藥能變成火箭、大炮，光技術(shù)卻不行。
西方從中世紀(jì)跨越到文藝復(fù)興、科學(xué)革命、工業(yè)革命，一路突飛猛進(jìn)。從1世紀(jì)到15世紀(jì)，中國(guó)一直處于領(lǐng)先地位，但是到1500年左右，中國(guó)被西方全面超越。從近代開始，科學(xué)從西方傳入中國(guó)，而現(xiàn)代科學(xué)在中國(guó)始終發(fā)展緩慢。改革開放以來(lái)的這些年，中國(guó)科學(xué)研究的春天才真正到來(lái)。
我是搞材料研究的，今天，我國(guó)在高溫超導(dǎo)的納米材料、量子反?；魻栃?yīng)晶體材料方面已經(jīng)走在了世界的前沿。但是我們必須看到，與西方數(shù)百年的科學(xué)研究歷程相比，我們的基礎(chǔ)研究起步非常晚，我們對(duì)科學(xué)內(nèi)涵的理解還比較淺薄，我們還缺乏從0到1的原創(chuàng)性的科學(xué)研究成果，這是我國(guó)的科學(xué)之痛。
科學(xué)的發(fā)展不是立竿見影的，任何急功近利都無(wú)助于科學(xué)的發(fā)展。這是科學(xué)自誕生之日起就必須遵循的一條真理。
『創(chuàng)新是基礎(chǔ)研究的永恒主題』
科學(xué)的目的是發(fā)現(xiàn)規(guī)律，那么我們?cè)趺磥?lái)搞科研呢？
科研就是要?jiǎng)?chuàng)新，就是要發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律，提出新的概念。所以，創(chuàng)新是科學(xué)基礎(chǔ)研究的永恒主題。你要有創(chuàng)新，就要有創(chuàng)新的思維，要有想象力、創(chuàng)造力。這些從哪里來(lái)呢？完全靠信心、勇氣、膽識(shí)和闖勁，靠坐冷板凳的堅(jiān)毅，去實(shí)現(xiàn)科研的創(chuàng)新。
神經(jīng)生物學(xué)家蒲慕明院士曾經(jīng)形象地把搞科學(xué)研究的人分成三類：一是“探險(xiǎn)家”，敢于走前人完全沒(méi)有走過(guò)的路；二是“導(dǎo)游”。有些道路前人已經(jīng)探索過(guò)了，但是別人還不知道，“導(dǎo)游”可以告訴你怎么走，甚至幫你開拓出新的路；三是“游客”。大部分人都是“游客”，跟著“導(dǎo)游”走一圈，發(fā)表幾篇論文就完了。
要發(fā)展中國(guó)的科學(xué)事業(yè)，需要更多的“探險(xiǎn)家”。一般來(lái)說(shuō)，“探險(xiǎn)家”多數(shù)是青年人，他們有闖勁，初生牛犢不畏虎，有敢于創(chuàng)新的勇氣。
我認(rèn)為我自己是一個(gè)“導(dǎo)游”。我是學(xué)化學(xué)的，1980年考大學(xué)時(shí)，雖然語(yǔ)文、政治都不及格，但憑著理科成績(jī)考上了吉林大學(xué)化學(xué)系。
我最喜歡做多孔材料，大家平常使用的干燥劑就是多孔材料。在微觀和宏觀之間，有一種體系叫介觀。介孔材料也是這樣的一個(gè)概念?？讖叫∮?nm（納米）的叫微孔，孔徑大于50nm的叫大孔，介孔就是處于2—50nm的材料。為什么我要搞介孔材料的研究呢？因?yàn)榻榭撞牧系谋砻娣e非常巨大，2克介孔材料的表面積就比一個(gè)足球場(chǎng)還要大，它在催化、生物醫(yī)學(xué)、水處理等方面都是非常有用的材料。
我過(guò)去做了一些無(wú)機(jī)化合物的介孔材料，于是就想把有機(jī)的高分子材料，像導(dǎo)電高分子、生物高分子、富勒烯碳材料、金剛石等這些價(jià)值連城的好材料做成介孔，它們?cè)谀茉础⑸餀z測(cè)、環(huán)境處理等領(lǐng)域都有非常好的應(yīng)用前景。但是，這個(gè)過(guò)程太艱難了，經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次的失敗，最終，我們團(tuán)隊(duì)的一個(gè)本科生試著用古老的高分子酚醛樹脂做前驅(qū)體，一試竟然成功了。我們發(fā)現(xiàn)成功的原因就是回歸哲學(xué)最原始的邏輯——把復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。
我們建立起了體系化的合成方法，我們做的材料是目前最穩(wěn)定的分子篩，熱穩(wěn)定性達(dá)到2000攝氏度。我們課題組圍繞這個(gè)課題發(fā)表了200多篇論文，全世界的科學(xué)家用我們這個(gè)方法跟蹤研究，發(fā)表了4萬(wàn)多篇論文，引發(fā)了學(xué)術(shù)界的研究熱潮。
我們現(xiàn)在正在把這項(xiàng)科研成果進(jìn)行應(yīng)用轉(zhuǎn)化、規(guī)?；a(chǎn)，應(yīng)用于電動(dòng)汽車、鈀炭催化劑、藥物的中間體、廢氣處理等領(lǐng)域，通過(guò)介孔材料把有害氣體全部吸附掉，轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氮?dú)狻Ｎ覀儓F(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的一些新型介孔材料都是以復(fù)旦大學(xué)（fdu）來(lái)命名的。
趙東元團(tuán)隊(duì)一共創(chuàng)造了19種以復(fù)旦大學(xué)（fdu）命名的功能介孔材料 （賴鑫琳 攝）
『用科學(xué)實(shí)現(xiàn)我們的夢(mèng)想』
接著我來(lái)展望一下介孔材料在能源方面的應(yīng)用前景。
能源是社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力源泉。中國(guó)提出2030年前達(dá)到碳達(dá)峰、2060年前達(dá)到碳中和的目標(biāo)，其實(shí)具有非常大的挑戰(zhàn)性。目前，在世界能源的構(gòu)成中，80%來(lái)自天然氣、石油、煤等化石能源，可再生能源占比很低。燃燒1噸煤會(huì)產(chǎn)生3.7噸二氧化碳，而二氧化碳是大氣變暖的主要原因。從工業(yè)革命到現(xiàn)在的近200年時(shí)間里，地球的平均氣溫已經(jīng)升高了2攝氏度，北極升得更多，這確實(shí)是一個(gè)威脅人類生存的大問(wèn)題。
目前，全世界各國(guó)都在根據(jù)本國(guó)的國(guó)情制定未來(lái)的能源政策。法國(guó)以核電為主；巴西是一個(gè)農(nóng)業(yè)國(guó)，以發(fā)展生物質(zhì)能為主；德國(guó)重在發(fā)展風(fēng)能和光能。可再生資源的發(fā)展需要政府的激勵(lì)，需要?jiǎng)?chuàng)立一個(gè)完整的市場(chǎng)體系，同時(shí)還需要技術(shù)進(jìn)步的支撐。
要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)，我國(guó)既要優(yōu)化調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，又要著力提升能源的利用效率。
我國(guó)對(duì)于化石能源的依賴短期內(nèi)還很難改變，因此，提高對(duì)碳基能源的利用效率成為一個(gè)重大課題。怎樣才能把石油變成更加清潔的油品？怎樣才能使煤高效燃燒、高效發(fā)電、多聯(lián)產(chǎn)高效使用？我們正在嘗試把介孔材料做成能源高效轉(zhuǎn)化的催化劑。每一次催化劑的革命，都會(huì)帶來(lái)一場(chǎng)石油化工的革命。
未來(lái)世界的能源發(fā)展一定是向低碳、綠色、循環(huán)的方向發(fā)展，這是構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的物質(zhì)基礎(chǔ)。新能源的開發(fā)也勢(shì)在必行，這些都需要基礎(chǔ)研究走在前面。
最后我想說(shuō)，雖然目前我國(guó)在技術(shù)上確實(shí)存在一些“卡脖子”難題，但是科學(xué)不存在“卡脖子”的問(wèn)題。真正的科學(xué)就是刨根問(wèn)底，就是打破砂鍋問(wèn)到底，搞清楚“為什么”。我們要提倡學(xué)科學(xué)、用科學(xué)、講科學(xué)、愛科學(xué)，強(qiáng)調(diào)科學(xué)思維和科學(xué)精神，不斷創(chuàng)新突破，用科學(xué)實(shí)現(xiàn)我們的夢(mèng)想。
欄目主編：龔丹韻
文字編輯：徐蓓
本文作者：趙東元
題圖來(lái)源：賴鑫琳攝
圖片編輯：項(xiàng)建英
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