前言

我希望打開你的眼界，為你展現(xiàn)一個由化學構(gòu)建的無與倫比的、在智識與經(jīng)濟層面都極其重要的世界。我必須承認，化學聲譽不佳。很多人會回憶起，它是學生時代的一門科目，它難以理解、包含大量事實卻難以融會貫通、伴隨著難聞的氣味、遠離現(xiàn)實世界中的事件與歡樂，以至于他們不屑于談?wù)摶瘜W中的那些概念、名稱、配制方法以及規(guī)則。之后，化學的聲譽通常會變得更差，因為他們意識到了可惡的化學物質(zhì)對環(huán)境造成的影響：它們逸散到野外，將災(zāi)難帶給長滿三葉草的柔綠色鄉(xiāng)野草地，這里曾是色彩鮮艷的罌粟與翩翩起舞的蝴蝶的家園；將曾長有野生百里香的河岸變?yōu)闂l件惡劣的淤泥；讓曾泛起漣漪的清澈小溪化為有毒的泥漿和令人作嘔的爛泥；將風中攜帶的香甜氣息轉(zhuǎn)變?yōu)闈饬业拇瘫菤馕叮豢傊茐牧艘磺惺挛铩?/p>

我想改變所有類似的看法。我想讓你以現(xiàn)代化的不帶偏見的視角重新審視化學，除去那些消極的記憶與態(tài)度，替換成理解與欣賞。我想帶你從一位化學家的視角觀看世界，理解它的核心概念，知道一位化學家如何在為我們物質(zhì)上的享受做出貢獻的同時，還為人類文化做出貢獻。我想解釋化學家們?nèi)绾嗡伎迹⒔忉屗麄兯沂镜奈镔|(zhì)特性—所有形式的物質(zhì)，從石頭到人類—如何增添我們認識世界的樂趣。我想為你展示化學家們?nèi)绾潍@取一種形式的物質(zhì)，可能由地下抽取、挖取或從天空提取，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，該物質(zhì)有可能為我們制成衣服、提供食物，或是讓生活變得舒適。

我想與你分享化學為現(xiàn)代世界提供的基礎(chǔ)設(shè)施。日常生活中，幾乎沒有一件物品不是由化學提供的或基于由化學創(chuàng)造出的材料的。如果除去化學及發(fā)揮其功用的臂膀—化學工業(yè)，就意味著除去了在建造中使用的金屬及其他材料，在計算與通信中使用的半導(dǎo)體，在供暖、發(fā)電及運輸中使用的燃料，在服裝與裝飾領(lǐng)域中使用的面料，以及在色彩繽紛的世界中使用的人造顏料。如果除去化學對農(nóng)業(yè)的貢獻，就意味著人會餓死，這是因為化學工業(yè)提供的化肥與農(nóng)藥使日益減少的耕地能夠養(yǎng)活不斷增長的人口。如果除去制藥部門，就意味著人們因麻醉劑消失而痛苦，還意味著人們因藥品消失而失去康復(fù)的希望。試想一個沒有任何化學制品（包括純凈水）的世界：你回到了青銅時代之前，身處石器時代，那里沒有金屬，除了木頭沒有任何燃料，除了動物皮毛沒有任何面料，除了草藥沒有任何藥品，除了手指沒有任何計算工具，并且只有少量的食物。

科技進步需要得到具有新穎、復(fù)雜特性的材料，要么是電、磁、光或機械性能更優(yōu)良，要么只是純度更高。保障人體健康可以減少對醫(yī)院的實體基礎(chǔ)設(shè)施及院內(nèi)精密、昂貴的儀器的需求，它的進步有賴于更好、更高級的藥物的研發(fā)與生產(chǎn)。若沒有化學提供物質(zhì)層面的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，我們就不可能在生產(chǎn)、調(diào)度及節(jié)約能源方面取得進步。

更不用說，在原料與為了提高生活質(zhì)量、延長生命而通過化學將原材料轉(zhuǎn)化成的物質(zhì)之間存在驚人差異。為實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，需要付出一定的代價，正是這種代價令我們感到不安，并為我們對化學產(chǎn)生的環(huán)境影響感到恐懼提供了正當?shù)睦碛伞Ｗ顟K痛的代價就是，化學制造出的產(chǎn)品增強了我們殺戮與殘害的能力，因為新型炸藥及其他制劑改良之時，武器的威力也增強了。生產(chǎn)出的產(chǎn)品及在生產(chǎn)過程中造成的不可否認的環(huán)境影響，通常會引起更長期、民怨更大的擔憂。化學通過政府選擇，使社會有能力更有效地發(fā)動戰(zhàn)爭；通過商業(yè)壓力，使社會有能力制造出更多的人工制品；通過個人選擇，使社會更恣意浪費，從而破壞我們獨特且無可替代的生態(tài)系統(tǒng)。

我將在本書中直面這類擔憂，因為這是化學生產(chǎn)進步的必然結(jié)果，不僅它制造出的產(chǎn)品，還有它產(chǎn)生的廢物都存在于環(huán)境中。盡管如此，重要的是記住化學的全貌，而不是單一的黑色的一面。沒有化學，生活將是污穢的、野蠻的、短暫的。有了化學，生活會變得舒適、有趣、飽足，出行會變得高效，服飾會變得靚麗，生命會得到延長。我不會忽視化學黑暗與消極的一面，但與此同時我也鼓勵你欣賞它富有啟發(fā)性和積極的那一面。

除了以上所有貢獻外，化學還有一個貢獻：理解。化學通過展現(xiàn)事物的機制，讓我們深入了解物質(zhì)的核心本質(zhì)。化學家可以觀察一朵玫瑰，知道它為什么是紅色的；可以觀察一片葉子，知道它為什么是綠色的。化學家也可以觀察玻璃，理解它為什么易碎；觀察布料，理解它為什么柔軟。當然，沒有這些內(nèi)在的知識，同樣可以感受到自然的偉大之處，就像沒有分析也可以享受音樂一樣；但是在合適的時機，可以運用化學所帶來的對各種形式物質(zhì)的特性的深刻理解，獲得更深層次的享受。我的目的就是與你分享這一深刻理解，向你展示即便只了解一點化學，也會為你的日常生活增添樂趣。

概括而言，這就是我想帶你踏上的旅程。我想努力讓你擺脫早年接觸化學時形成的模糊的，也許不快的記憶。讀完這些章節(jié)并不意味著你會獲得化學學位，因為化學既有深度又有廣度，既是定量的又是定性的，既微妙又淺顯。即便如此，我希望你可以理解它的框架，核心概念，以及它對文化、樂趣、經(jīng)濟和世界做出的貢獻。

最后，我想感謝帝國理工學院的教授戴維·菲利普斯，他提供了諸多有益的建議。

彼得·阿特金斯

牛津，2014年