我們現在正處於一個化學的美好時代，我相信這就好像是1910年代的物理，那正是量子力學將這個世界變得非常奇怪之前的時代。這也好像是1950年代的生物學，那正是雙螺旋抹去了舊生物學的時代。
譯者前言：這是哈佛大學的化學家George M. Whitesides領取今年(2007)美國化學學會最重要的一個獎章即普利斯特理獎章(Priestley Medal)時，所給的演講講稿。Whitesides教授是一個公認極具有前瞻性的科學家，讓我們從這篇文章來看看化學正站在什麼樣的關鍵點。
蔡蘊明謹誌於06/29/2007 (取材自美國化學與化工會誌，March 26, 2007, p13)
讓我先表達兩點意見，首先我不知道有任何一個時代具有比現在更好的機會以及更重要的研究課題，化學現在已經很自然的成為基礎科學裏眾多吸引人的問題之中心，同時也是應用科學裏社會最關心的問題之焦點。我所得到的普利斯特理獎章(Priestley Medal)是一個終身成就獎，然而當下卻是一個極為有趣的時候，這使得我甚至希望自己毫無成就而可以重新來過一遍！
其次的，過去發生的事並無法對未來做準確的預測，我們現在所知道的以及現在正用來研究的方法，是無法提供我們上述那些新問題的答案。化學已經擁有了美妙的五十年，但是新型態的問題需要新的處理方法，那些我隨著長大的時代中熱門的領域是不可能在未來仍保持它們的優勢的。我相信當我們朝著那些新問題去努力時，對於化學能做些什麼以及化學是什麼，將會看到重要的改變，或應稱之為革命。
我為什麼在這裡？
當我在1963年到達麻省理工學院開始工作的第二個星期，在走廊上被一個瘦小的男子攔下，那是一個目光如炬的陌生人，他抓著我的襯衫並搖著我說：『你正在研究〝它〞對吧？』，極度的困惑，我說：『〝它〞是什麼？很抱歉，你又是誰？』，他氣急敗壞的說：『〝它〞？它是化學裏唯一值得研究的東西，它就是降樟基陽離子(norbornyl cation)的問題！』，他並未告訴我他的名字。(他是Gardner Swain，一位物理有機化學的始祖)
在那個時候我不太瞭解〝它〞，而且很明顯的我也不在做這方面的研究(實際上我從未做過這方面的研究)。你們或許會問，那麼為什麼我錯過了當時唯一值得研究的課題而卻能站在這裡呢？我又是如何挽救自己的呢？我想讓我自己來回答這個問題是最公平的了，我會儘量簡短的說明。
許多科學家和我一樣都具有忽略歷史的缺點，對我而言〝過去的科學〞(專指我的過去)就是歷史，它比較不像〝未來的科學〞那麼有趣(未來是屬於年輕人的)，尤其是在一個變動特別大的時代裏。不過在我詳細說明之前，我要強調這並不僅僅是〝我〞站在這裡接受這項榮譽，應該說是〝我們〞：整個研究團隊，我僅僅是那個站在壁報前代表整個研究團隊的人。
我以為我們(整個研究團隊和我)在化學上有兩種型態的貢獻，一種是科學的而另一種是社會的。首先，在科學上，那些在當時我們以及其他的人所工作的方向中，尤其是在一些化學裏大家不是很熟悉的部份，我們企圖去開創一些事情，有些方向成為流行，也有一些方向不能，某些寶貝較一些其它的更受人注意。
在那些較受人注目的其中之一就是核磁共振(NMR)光譜、一價銅與二價鉑的有機金屬化學、酶在有機合成上的運用、自組裝(self-assembly)、表面化學與自組裝的單層膜、為可濕性表面(wettable surfaces)所設計的材料、軟微影技術(soft lithography) 、微流體(microfluidics) 、細胞生物學所應用的微型工具，以及以多價理論(polyvalency)來設計藥物。
我們也曾經有些工作沒有成為流行，或者樂觀的說，尚未成為流行，這其中包括了硫基陰離子與雙硫鍵的交換(thiolate-disulfide interchange)相關之生物化學，生成格林鈉試劑(Grignard reagent)的非均相反應機制，蛋白質的電荷梯(charge ladders)，蛋白質與配體的結合，特異錯綜性與出現(complexity and emergence)，以及運用先進國家的科學來解決開發中國家的問題。這些研究讓我們得到很大的快樂，基本上我們研究了許多反應的機制並開發了許多的工具
另外一個我們實驗過的領域就是在社會的層次：我們研究團隊的組織。由於我們所工作的領域需要各種型態的技術，尤其是在早期的階段，因應這樣的需求，當我們想要找出正確的方向時，我們逐步發展出一種在化學界少見的團隊結構，不論如何這是一個成功的組合。
我們是一個很大的團隊，通常包括四十五個研究生和博士後研究員，他們來自於各種不同的專業背景，包括一些甚至於不能稱做〝化學〞的領域，團隊中所有的工作都是以合作的方式完成，這並不是非常有趣的做法，也不是很有成效的。
我並不是以一種尋常我們所理解的字面意義來〝管理〞這個團隊，這個團隊實在太大了，它的成員也太聰明以及獨立，以致於不易接受指揮。我當然是這個企業的成員，但正確的說我是為這個團隊而工作，而非這個團隊為我工作。
那麼我們如何挑選題目以及招募團隊的適當人選呢？我們選擇問題有許多理由：因為好奇心；因為它們可能很重要；因為我們有足夠的錢去研究；因為我們覺得與某人合作可能很有趣。
我將提供一個與〝好奇心〞有關的例子。在冬天的時候當我矮下身去親吻我的太太時，她總會本能的笑著躲開，原因是新英格蘭乾燥的冬天產生的靜電在嘴唇之間造成的火花是很痛的：特別是當它發生在乾裂的嘴唇上時，再加上30 kV/cm的電壓，這使得人們要很小心，尤其是它會不斷重複。
這種形式的火花是很有趣的，它也與其它的一些問題相關：閃電是怎麼來的？當你走過地毯開門時在你的手指和門把之間產生的火花又如何？范德格拉夫起電機(譯註：指大家熟悉的靜電球)是如何運作的？影印機又如何？當你梳頭時頭髮為何站立？(我原本也不知道原因。)你常會發現一些常見但很奇怪的現象，結果它的原因並非我們全然瞭解的，這就提供了我們一個有趣的研究課題：摩擦起電(contact electrification)。
而那些加入我們團隊的人呢？他們就這樣來了。我們有一種歡迎各種不同背景的人的聲譽，結果是我們常接到具有不同背景的人申請加入，包括了(針對摩擦起電的問題)懂得馬克斯威爾方程式(Maxwell’s equation；譯註：指與電磁波有關的方程式)的人，懂得聚合物的人，以及懂得物理有機化學的人。這似乎不需要事先規劃就自然成形。
科學革命的結構
我剛說過我相信並希望化學正處在一個革命的邊緣，我認同兩種革命的理論，第一個是由佛瑞曼‧戴森(Freeman Dyson)，彼得‧蓋里森(Peter Galison)以及其他的一些人所支持的理論，強調新的實驗技術的角色，使得科學革命成為可能。簡言之，這個理論主張新的鑰匙開啟新的大門；掃描穿隧式顯微鏡(scanning tunneling microscopy)成就了奈米科學，即為一最新的例證；又如聚合酶鏈反應(polymerase chain reaction)對分子基因學的影響，有機合成之於藥物發展，以及核磁共振儀之於有機合成。電腦則是一項多功能的工具，改變了所有的東西。
另一個令我信服的科學革命的理論是來自於湯瑪斯‧孔恩(Thomas Kuhn)著名的論述，這個理論主張(在此將複雜的故事簡化)科學革命會發生在找不到出路的時刻，這經常是當一個領域很不情願的承認他們現行的理論完全無法解釋一些實驗現象的時候；在1900年代初期量子力學的發展即為一例；200年前普利斯特理發現氧氣亦是如此。
“科學革命的結構”是孔恩所寫過的一本最著名的書，裡面含有許多與化學相關的教訓。孔恩指出科學活動包括兩種型態：一種是所謂「正規的科學」，它是依循著已經存在並被接受的想法或是科學的教條而發展；另一種則是「發現」，它則是思想的根本產生變革的基礎，換言之就是一種革命。
正規的科學之焦點是集中在提出一些孔恩稱為「迷團」的解答，這包括了各種型態的問題(再度簡言之)，其解答在工作開始之前就已知曉，其實解答並不重要，而其中的趣味最主要的或大部份的是來自於如何漂亮的得出解答。數獨拼圖遊戲(Sudoku puzzles)就是一個熟悉的例子；掌性的銪偏移試劑(chiral europium shift reagents)是另一個從我年輕時代的影子中抓出來的例子。
相對的，發現或者革命則是將焦點集中在一些規模較大的問題上，而這些問題的解答是很重要的，但求得其答案的策略是未知的，甚至於根本不知道解答是否存在。例如“情感的本質”就是這樣的問題；又如“全球管理(global stewardship)的最佳策略”。
科學的族群傾向於認為「發現」是比「正規的科學」更為崇高的活動，我認為孔恩非常正確的指出二者是同等的重要，而「正規的科學」乃是需要以獨特的方式去選擇一些特定的科學謎團，並勤加耕耘以釐清科學的根本極限，那麼偶爾的會導致對一些基本教條的重新考慮，也就是說，科學的革命。
機會
那麼為什麼我認為化學正搖盪在革命的門檻邊緣呢？有四個原因，首先，作為一個領域，我以及有趣的也包括在這個領域之外的許多人都認為，我們現在具有一個知識責任來解開一些在科學以及科技上最重要的課題。
第二，在一段極度具有成效的發展之後，對處理至少上述的某些課題時，我們現在已經擁有一些工具使得其研究成為可能。
第三，對這個重要的工作，化學家可提供許多技術的精密協調，我們擁有一個獨特而且有用的合成方法去解決科學問題：當我們面對一個問題時，我們會製造一些東西：一個新的分子、材料或體系，來解開它。我們也可以用定量的方式去消化並分解複雜的體系，我們也習慣於處理一些具有活動部份的問題。
第四，我們也相當的確定以現在我們的知識是無法解決這些課題的。在各個不同的領域中，化學可能是最適宜去處理許多的這些課題，因為我們比物理學家更專精於整理細節，而我們也比生物學家精於定量分析。
讓我給大家幾個例子有關於化學家對於一些課題似乎很有希望能提出解答，我所將列舉的當然是非常個人的看法，但是它提供了我堅信的一個觀點：沒有任何規範限制化學家只能處理分子和材料的問題；以孔恩的語彙來說，我們也可以去面對那些極具有挑戰性的問題。
細胞與生命的本質
我相信要瞭解細胞終究會是一個化學的問題，而化學家理論上是最有資格去解決它的。細胞是一個袋子：一個內含一些小袋子以及有效組織起來的義大利麵條，填滿了果凍般的化學反應物質，還可透過某種方式複製自己。是的，去瞭解細胞中進行的每一個反應是很重要，但是更重要的問題是去瞭解為什麼生命 — 細胞 — 一個以緊密互相關聯的化學反應網路，用一種在動態上穩定的型態存在於時間及空間中，會組成這樣一個我們所無法理解的型式。
雖然現在我們沒有理論能解釋這樣的體系，但是去瞭解相關聯的反應體系的動力學，理論上正是那種化學與化工學家最最有資格去做的事。
能量、環境與全球管理
如果我們要開始去瞭解永續的想法，那麼就必須了解整個化學反應的網路 — 從油田或煤礦到精煉到汽車到大氣到海洋到礦物質 — 這與去瞭解生命是極為相似的問題：它需要去預測一個相互作用的化學步驟之網路，在不同的位置受到牽扯的時候的行為。
在此，再一度的，有許多重要但卻是局部的問題。例如光合作用到底是怎麼一回事，可否將它改進？有什麼最好的方法去捕捉二氧化碳？什麼是最有成本效益的太陽能電池？
但是更大的問題是在它們如何的相關聯，也正是在瞭解這個網路也就是這個複雜的體系的方面，我們需要革命性的想法。如果我們改變了這個系統的某一個部份，譬如說美國以及中國大陸燃燒了更多的煤，那麼其它的部份會發生什麼事，例如冰島的溫度，全球光合作用的速度，以及尼日的雨量？現在我們不知道如何解答，我們也不知道需要花多久去瞭解。
生命的源頭
這個問題是科學裏最大的幾個問題之一，它將生命，以及我們，放置於宇宙中。大部份的化學家和我相信，生命是前生命狀態的地球上從一堆化學分子的混合物中自發而生的。
如何發生？我毫無概念，或許是由於一些自發性產生的自我催化體系以及之後相互的結合而造成。基於我所知道的所有化學，這似乎對我而言是極端的不可能。一個核醣核酸(RNA)的世界之想法是一個不錯的暗示，但是它的結構實在太複雜，這對一個在高溫、還原性的海洋以及高氣壓的二氧化碳狀態下的一個簡單分子所形成的稀溶液世界而言，使我不知如何將二者連貫在一起。
我們需要一個非常好的新想法，這個想法當然必須引領著我們從頭步向一個會自動進化的體系：一個真正的革命。
水中的分子辨識以及藥物的設計
一個化學對社會最重要的貢獻就是透過醫學，透過設計藥物以及合成藥物。一個小分子 — 一個藥品、配體(ligand)、物質或過渡狀態 — 與蛋白質的錯合，可被視為是生物上最基礎的分子作用。
當我剛開始進入化學的領域時，以一個理性的方式去設計藥物，或更謹慎以及實在的稱之為配體，是一個大家都瞭解的目標。現在仍然如此，但是在過去的這些年我們的進展是倒退的。我們比過去瞭解的更多，也知道為什麼這問題這麼複雜，但是我們仍然不知道如何的去設計配體。
在這個競技場中我們所遭受的挫敗，照亮了一些大有機會增進我們基礎知識的領域。尤其在分子辨識方面，在各種步驟中反應物如何與溶劑尤其是水來作用？我們應該如何的思考亂度(entropy)？為什麼水如此特殊？
催化劑
幾乎所有的化學都是被催化的，石油的精煉，大部份複雜的合成，代謝，石頭內二氧化碳的水合，光合作用以及神經傳導物質的生成，這些只不過是在一個無止盡的化學步驟的名單上取下的幾個少數的例子，在其中催化劑處於樞紐的位置。我很驚訝的發現我們對催化劑所知是如何之少，而設計新的催化劑又是如何之難。這又是另一個需要一些全新的東西的美妙領域。
情感的分子基礎
記憶、思想以及知覺終究應有分子的基礎。非常確定的，分子與離子只是這個故事的一部份，就好像電晶體與電流只是網際網路的一部份而已。但是要去瞭解情感，我們最終需要去嘗試將思想連結到腦子裡的最簡單元件 — 像是乙醯膽素(acetyl choline)，鉀離子，蛋白質和水 — 從而說出一個故事並能延伸到〝巴哈的平均律〞。很難再找到一個比如何成就了人性更難的問題了，以我們現在的研究方法去做，也將同樣的很難去知道要從何處去著手這個問題。
為何如此的緩慢？
在我的學術生涯中，化學一直是樂於去建立一些越來越有用的工具箱 — 更好的分析裝置，更好的合成方法，更好的纖維 — 也一直是驚人的精於此術，但是我們傾向於製造扳手而不是車子。譬如說新的有機化學反應以及複雜的有機合成中的合成策略，雖然對我們來說是很美妙的，但是它們對於這個社會的重要性在於它們能成就什麼，那就是去合成藥物以及其它能解決問題的分子。
質譜是很重要的，並非因為它能產生鉅量的數據，而是在於從同位素的比例可以得到這個世界溫度變化的歷史。電化學不僅僅是離子和電子和分子；它是電池和燃料電池的基礎。
我們現在至少擁有一些工具來挑戰那些在探究生命的本質以及瞭解氣候與環境的議題中更大、更有野心的問題。但目前化學才剛開始緩慢的側身而上，為何我們如此緩慢？孔恩對這個問題有好幾個評論，讓我引述其中之一，這個答案讓我較為舒坦，因為我們與其它的領域沒什麼差別。
孔恩說：“正常科學的目標中並沒有包括喚出新的現象；實際上，那些沒有辦法放入盒子裡面的東西往往是看不見的。科學家通常也不會把發明新的理論當成他們的目標，同時他們也經常不能接受別人所提出的新理論。”
我覺得化學如果要去開拓在根本上嶄新的領域，現在有五個議題需要去解決。
我們知道什麼以及我們不知道什麼
我們其實不像我們所自以為知道的那麼多，當我們開始去思考那些很具有挑戰性的問題時，就會發現現行的理論很簡單的就是行不通，例如有關複雜且相互關聯的動力學網路；有關蛋白質與配體之間的錯合；有關分散的非平衡體系；有關液體及溶液；有關非共價鍵的作用力；有關亂度；等等。在某些情況下我們知道理論為何會失敗，但在其它的情況下我們是不知道的。
相互評審
相互評審的體系尤其是在一個財政緊縮的時代容易流於保守，它將過濾掉所有差勁的構想、大部份新而且好的構想以及所有真正很特殊的構想。好的點子在面對這種〝零容忍〞的情況下仍有替代的方法，用孔恩的措辭來說：如果希望化學能歡迎新的構想，相互評審的體系需要能表達這種想法。
資本主義
現在上市公司面對極大的壓力，需要在很短的時間內就能讓它的股東得到最大的營利，這種壓力強到使這些公司很難在產品發展之外再做更多，這其中有許多公司在過去是很棒的創新及基礎研究的中心，當然不意外的也曾是化學工作的中心。
對這個問題可能也有一個解決之道，這個方法已經在生藥科技的領域中非常有效的將基礎研究的成果移轉為成功的商業科技：如果一個大公司對你的新構想沒有興趣，那就開一家你自己的公司！化學可以向生物學習，這也可以幫助那些想要成為創業家的學生去學習如何做到。
教學與教課書
我們教學生的東西常圖個方便決定於教課書裡面有些什麼材料，而不是決定於學生應該學到什麼，更有甚者，教課書是以擴大它的銷售為目的，而不是在培養學生面對開發新而且未知的領域所需要的研究能力。再一度的，這應該是我們去決定該教什麼，我們有忽略那些教課書的自由，而應該引入那些能讓學生能面對新問題的材料，我們也應該運用網際網路提供免費的新構想。
學術的社會體系
我們應該更歡迎新的面孔，化學需要聰明的年輕人，特別是如果(尤其是如果！)他們來自於我們較不熟知的背景，並帶來我們沒有預期過的觀點。
我們可能也要考慮我們的大學部學生，我們傾向於把他們視為我們的小同事，讓他們去決定他們要的課程，但他們在這樣做的時候明顯的是戴著降低工作份量的眼光，很少會去挑選那種負擔很重的課程。如果我們要求他們做得更多，他們以及化學和社會都會因而受恵。這並非在批評那些學生，並強迫要求他們做更多的工作，畢竟我們寫研究計劃是因為我們必須去寫，而不是我們愛寫。
最後我們也應該檢討一下我們看待研究生的矛盾，研究生是較大學生更進一步的，我們普遍認為他們是沒有經驗的新手，應該透過執行我們的構想而得到最佳的學習。我們或許應該從另外一方面來考慮，他們是更年輕的、更聰明的、更不會被官僚作風羈絆的、更有活力的我們的投影，能讓他們學到最多的方式是在研究那些能挑起他們的興趣的題目，即使我們無法回答他們或甚至於瞭解他們。
終曲
我們現在正處於一個化學的美好時代，我相信這就好像是1910年代的物理，那正是量子力學將這個世界變得非常奇怪之前的時代。這也好像是1950年代的生物學，那正是雙螺旋抹去了舊生物學的時代。
當然巧合與機會只佳恵有準備的人，而現在正有一個革命性發展的拍子出現，錯過了這個時機，你將會懊悔不堪。科學與社會即將挑戰那些重要的課題，化學家很自然的將會是大部份需要研究的課題之領導者，但是物理學家可以學習分子的細節，生物學家也可以學習微分方程式，如果我們不想去研究那些課題，其他的人當然會取而代之。如果那不是我們的革命，那它將會是屬於別人的。
我的同仁們與我都因為這個獎感覺到無比的榮耀。