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jacktzhang

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[交流] 【分享】想大家推荐一不本书计算化学:从理论化学到分子模拟

向大家推荐一本书：

陈敏伯教授著：《计算化学:从理论化学到分子模拟》

这本书完全不同于一般的关于分子模拟的书，真正对分子模拟有兴趣的、数学比较好的同志可以研究下，保证很有收获。
书中的每个字、每个公式都是陈敏伯老师一个字一个字敲出来的 ... ...

http://www.amazon.cn/mn/detailPr ... p;prodid=zjbk901tr1

另外推荐一片转载的文章，写陈老师讲课的。

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上午听了上海有机所陈敏伯老师的分子设计原理，总结课堂笔记。陈老师今天上午的课主要围绕1998年后的化学，计算化学的两条道路，这两个主题展开的。陈敏伯有深厚的理论化学功底，又博闻强记，熟知许多科学史上的掌故，课讲得非常精彩，很有启发性。
　　
　　1、二十一世纪是生命科学和信息科学的时代？化学仍然是中心学科。
　　
　　不仅仅21世纪是生命科学的时代，历史上任何一个时代都是生命科学的时代。我们也可以说，我们的老祖宗秦始皇那时，就是生命科学的时代，他去寻访长生不老药，就是生命科学之一种。在任何一个时代，振臂高呼，在这个生命科学的时代，我们去寻找让人免于病痛长生不老的方法，99%的百姓都会赞成。但是，问题在于，什么时候才是达成生命科学时代的时机？现在不是。穷光蛋不可能一步登天，秦始皇永远也找不到长生不老药，因为那个时代的知识积累还不够。
　　
　　信息科学，什么是信息科学。信息本来是技术，我们使用互联网也好，发短信也好，那都是技术不是科学。那么信息到底是什么。我们叫信息，也叫他科学，对岸叫资讯。这些都是文字游戏。那么在没有生命的纯物质领域，信息不是独立存在的概念。为什么这么说，我们衡量信息无非是两个方面，一个是质，一个是量，质说的是信息的好坏，比如说这幅画真好看，这是评价信息的品质；量说的是信息的多少。我们做自然科学，无法评判信息的好坏，只能评价信息的量。1948年 shanoon提出信息熵的概念，2006年化学通报，我（陈敏伯）有一篇文章严格证明了信息等价于负玻尔兹曼熵。两者只相差一个kln2，本质是一样的。
　　
　　在21世纪，化学仍然是中心科学，背后的逻辑是这样的。人类是最自私的动物，无论在时间尺度上，还是在空间尺度上，人类最关心的都只是自身体量附近的尺度。而这个区域，正是化学所研究的对象。因此化学仍然是中心科学。
　　
　　但是，一切自然科学的灵魂是物理学。物理学有一种使命感，它要研究整个物质世界。
　　
　　2、关于两种分子设计
　　
　　1998年是化学科学的一个里程碑，诺贝尔化学奖颁奖致辞的附录中说“化学不再是一门纯实验科学”。
　　
　　有两种分子设计，一种叫做计算化学，另一种叫做计算机化学，又叫化学信息学，也叫化学计量学。
　　
　　计算化学基于第一原理，即量子力学和统计力学的理论；计算机化学基于数据库和统计模型。
　　
　　真正的理论科学，要独立于实验之外，要有自恰的形式理论，就如同计算物理是理论物理形式理论的执行者一样，计算化学是理论化学形式理论的执行者。
　　
　　化学学科的概念，正在进行一场变革，各个孤立的化学概念将被统一起来。例如鲍林的电负性概念，可以证明等价于电子的化学势。
　　
　　什么样的统计才是可靠的统计。统计的相对误差反比于样本数的1/2次方，化学信息学的统计样本约在40-400个之间，其误差当在5%~15%之间。统计力学的样本数则约为一个阿佛加的罗常数，即10的23次方左右，其误差在(3*10^-10)%左右。化学信息学是一个小样本统计，其结果是不可靠的统计所数据。
　　
　　化学信息学与计算化学的根本区别在于，计算化学尽可能使用物理模型，只有在处理复杂体系的时候，才不得已而使用数学模型；化学信息学回避使用物理模型，完全依靠数学模型解决一切问题。数学模型不能反映研究对象的本质。马克思在19世纪提出，一个学科只有具有了严密的数学形式，才标志这个学科真正成熟。这是150年前的认识，在当时是真知灼见，但是现在需要进一步扩展，一门学科仅有数学形式是不够的，还要解释数学形式背后的物理意义。化学信息学不能提供物理意义的解释。等同于科学算命。
　　
　　科学算命的方法：建立命运模型，y=sigemaKiXi。其中y标示收入，{xi}标示年龄、性别、学历、生辰八字、血型、星座、星相等参数。招募很多志愿者，作为训练集的样本，提供需要的数据；然后进行偏最小二乘二回归，得到统计模型，最后就可以以此模型进行预测。这就是化学信息学处理资料的方法。
　　
　　如果这是获得科学理论的途径，那么只需要两批科学家就可以解决世界上所有问题，一批负责测量，一批负责统计回归。
　　
　　化学信息学的症结在于，脱离了物理模型，被数学模型所愚弄。
　　
　　3、科学方法与科学史
　　陈敏伯在美国读书的时候，图书馆里只有一本中国人写的书，是吴大猷的多原子分子光谱，西南联大出版社出版，纸质非常差，可以想见当年之困难。
　　
　　吴大猷曾经讲，中国没有科学研究只有技术，中国自古以来只关心有用的东西，有用的才去做。这一点与西方不同，西方科学的发端，与基督教神学有很大关系，神学家要证明上帝存在，就要证明自然科学是有规律的，因此神学推动科学在西方产生的力量。哥白尼从大学毕业后，为教会工作，他的舅舅是教会的神职人员，他的研究，是为了证明上帝的存在，但是随着研究，他不敢发表自己的研究了。没有神学的背景就无法解释布鲁诺为何安然接受死刑，他所认识到的规律就是那样，那是上帝安排的规律，布鲁诺坚持自己的观点，是在捍卫自己心中的上帝。如果没有这样一个背景，他不可能接受残酷的火刑。
　　
　　科学方法有两种，归纳法和演绎法。归纳法不是好的科学方法。培根的归纳法的流程是这样的，受控实验───>实验数据──>数学处理──>唯象理论 ──>预测实验结果并加以验证。那个理论本身就是实验科学中总结出来的，实验符合那个理论是必然的，人家实验科学家凭什么相信你？笛卡尔的演绎法是这样：基本假设──>形式理论──>计算模拟──>预测实验结果并验证。形式理论独立于实验，获得的理论才有价值。还有中医的支持者提出类比法，类比法不是科学方法，他不一定能够得到科学结果。费米，看到居里夫人的女婿用alpha粒子轰击原子核得到新的元素，他就进行类比，他用中性的中子轰击原子核，他以为能得到新的同位素，这是类比的方法，但是他没有想到，还有裂变存在，中子轰击之后，原子核裂变了。所以类比法不是总灵验的，这不是一个科学方法。
　　
　　演绎法的例证，原子论与唯能论的论战，奥斯奥瓦尔德，物理化学之父，第一个没有合成过任何化合物的化学家。就是这个人说，要用物理的火把照亮化学的暗室，著名的阿仑尼乌斯，如果没有奥斯瓦尔德，不要说电离理论，他干脆就不能毕业，阿仑尼乌斯的毕业论文，他的导师不能接受，搞一个物理不物理化学不化学的东西，但是奥斯瓦尔德从里加大学赶去，说服他的导师，给了他博士学位，奥斯瓦尔德还给了他工作的机会，若干年后阿仑尼乌斯的导师承认，他的博士论文是划时代的，沟通了物理与化学的桥梁。奥斯瓦尔德是唯能论的支持者。在他生活的时代，原子论虽然已经诞生了数千年，但是没有任何事实能够证明原子存在，反而热力学早已形成完整体系，因此人们认为能量是构成物质世界的基础。奥斯瓦尔德自己的房子都以能量命名。1895年，德国科学家大会，在这个大会上爆发了原子论与唯能论的大论战，奥斯瓦尔德是唯能量论的代表，玻尔兹曼是原子论的首脑，大会上唯能论大占上风，1896年玻尔兹曼自杀，奥斯瓦尔德活活气死玻尔兹曼。但是1898年，perrin研究布朗运动的实验，证明原子存在，几个月后奥斯瓦尔德承认我错了。这是演绎法形成科学理论的例证。在perrin实验之前，爱因斯坦扩散理论建立方程，<|r(t)-r(0)|^2>=6Dt，玻尔兹曼重力场分布方程 nh/n0 =exp（-mgh/kbT）。这是不依赖实验的形式理论。perrin在显微镜下观察花粉的运动，验证了两个方程，证实了原子和分子的存在结束了唯能论和原子论的争议。布朗运动，一个诞生二百多年来没有产生任何商业价值的现象，解决了两千年来悬而未决的问题，证实了原子的存在。
　　
　　4、给学生的忠告
　　凡是涉及物理的课程都不是一次可以学懂的，不懂就意味着开始入门了。鲍林说他每次和人讨论量子力学，总是会不懂，最后一准讨论到脑袋大。我(陈敏伯)当年买了一本唐有祺先生的《统计力学在物理化学中的应用》，那是1966年8月16日在隆福寺旧书摊上买的，818接见红卫兵，我16号还在买这个书看。看那个书，前1/3能看懂，题目也可以做，到中间1/3就只能硬着头皮看，看不懂，最后1/3看不懂连硬着头皮看都看不下去了。后来读研究生考唐先生的统计力学的时候显出来了，我考两次都是90多分，那时候的不明白其实就是已经开始入门了。
　　
　　不要回避数学，数学给人们带来的想像力要远远超过我们的预期。
　　
　　要学会从数学式背后体会物理意义。
　　
　　

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