元素周期表有尽头吗？ 诸平 1869 年，俄国化学家 德米特里 · 门捷列夫（ Dmitry Mendeleev ） 按照相对原子质量由小到大排列，将化学性质相似的元素放在同一纵行，编制出第一张元素周期表。元素周期表揭示了化学元素之间的内在联系，使其构成了一个完整的体系，成为化学发展史上的重要里程碑之一。随着科学的发展，元素周期表中未知元素留下的空位先后被填满。当原子结构的奥秘被发现时，编排依据由相对原子质量改为原子的质子数﹙核外电子数或核电荷数﹚，形成现行的元素周期表（ 如图 1 所示 ）。 元素周期表表揭示了物质世界的秘密，把一些看来似乎互不相关的元素统一起来，组成了一个完整的自然体系。它的发明，是近代 化学史 上的一个创举，对于促进化学的发展，起了巨大的作用。 2019 年将是元素周期表诞生 150 周年， 因此，联合国宣布 2019 年为国际化学元素周期表年（ International Year of the Periodic Table of Chemical Elements, IYPT 2019 ）。目前，元素周期表如图 1 所示。由图 1 可知，目前已经发现并获得认可的化学元素有 118 种，即第七周期的元素已经填满。元素周期表到此为止，还是有可能开辟第八周期？这是一个值得关注的问题。 图 1 元素周期表 2018 年 6 月 8 日，美国密歇根州立大学（ Michigan State University ， MSU ）的研究人员，在 Nature Physics Perspective 上发表论文—— Witold Nazarewicz, The limits of nuclear mass and charge, Nature Physics (2018). DOI: 10.1038/s41567-018-0163-3 ， The limits of nuclear mass and charge.pdf 对于上述问题给出了探索性回答。物理学家组织网（ Phys.org ）对此也有报道 —— Is there an end to the periodic table? MSU professor explores its limits 。 Fig. 2 Is there an end to the periodic table? Illustration of part of periodic table of elements with four new elements in period 7 called out, with oganesson element specifically highlighted. Credit: Erin O'Donnell, National Superconducting Cyclotron Laboratory, and Andy Sproles, Oak Ridge National Laboratory 2019 年将是德米特里 · 门捷列夫（ Dmitry Mendeleev ）创建元素周期表 150 周年。因此，联合国宣布 2019 年为国际化学元素周期表年（ IYPT 2019 ）。在其诞辰 150 年即将来临之际，元素周期表又增添了新成员。就在 2016 年，又增加了四种新元素： 113 号元素 Nh( nihonium ) 、 115 号元素 Mc( moscovium ) 、 117 号元素 Ts(tennessine ) 和 118 号元素 Og( oganesson ) 。这四种元素花了十年时间，而且是全世界的努力才最终迎来确认。现在科学家们想知道：这张周期表究竟能走多远？在最近的《自然物理学视觉》中，可以找到一些答案。 Witek Nazarewicz 是 MSU 的物理学教授，也是稀有同位素束的首席科学家（ chief scientist at the Facility for Rare Isotope Beams ）。 所有含有超过 104 个质子的元素都被标记为 “ 超重元素 ” ，它们是科学家们试图揭开的巨大的、完全未知领域的一部分。据预测，有多达 172 个质子的原子可以形成一个由核力结合在一起的原子核。这种力是阻止它衰变的原因，但只是多少分之一秒的时间。 这些实验室制造的核子是非常不稳定的，在它们形成后不久就会自然衰变。对于比 Og 更重的元素来说，衰变的可能会更快，以至于阻止它们有足够的时间来吸引和捕获一个电子来形成一个原子。如果它们来不及捕获一个电子就已经衰变为其它物质，这意味着它们将用一生的时间来作为质子和中子的集合体。如果是这样的话，这将挑战当今科学家定义和理解 “ 原子 ” 的方式。它们不能再被描述为一个中心核，电子绕着它旋转，就像行星绕太阳运行一样。至于这些核子（ nuclei ）是否能形成，仍然还是一个谜。 科学家们正在缓慢而坚定地进入该区域，通过元素合成超重元素，不知道它们会是什么样子，也不知道最终会变成什么样子。在几个实验室里，主要在俄罗斯核研究联合研究所（ Joint Institute for Nuclear Research in Russia ）、德国的 GSI 和日本的理研所（ RIKEN ），继续寻找第 119 号元素。如果 119 号元素存在，它将是开辟第 8 周期的第一位。 “ 核理论缺乏可靠地预测合成它们所需的最佳条件的能力，所以你必须进行猜测，并进行核聚变实验，直到你找到一些东西。说起来很容易，但是要真正找到谈何容易，至少也需要花费好几年的功夫， ” Witek Nazarewicz 说。 尽管 MSU 的稀有同位素束新设施还没有产生这些超重的系统，但是至少在目前的设计中，它可能会清楚地揭示出可以用什么反应，从而拓展当前实验方法的范围。如果元素 119 被确认，它将为元素周期表增加第 8 周期。 Witek Nazarewicz 说，这一发现可能不会太遥远： “ 很快。可能是现在，也可能是两到三年。我们不知道。实验正在进行之中。 另一个令人兴奋的问题仍然存在。超重原子核能在太空中产生吗？人们认为，这些可以在中子星的合并中形成，这是一种非常强大的恒星碰撞，它可以撼动整个宇宙的结构。在这样的恒星环境中，中子是丰富的，原子核可以与越来越多的中子融合，形成更重的同位素。它会有相同的质子数，因此是相同的元素，但更重。这里的挑战是，沉重的原子核是如此不稳定，以至于它们在加入更多的中子并形成这些超重原子核之前就会分裂。这阻碍了它们在恒星中产生。人们希望通过先进的模拟，科学家能够通过观察到的合成元素的模式 “ 看到 ” 这些难以捉摸的原子核。 随着实验能力的进步，科学家们将会把这些更重的元素添加到重新设计的周期表中。与此同时，他们只能好奇这些奇异的系统将会有什么吸引人的应用。 “ 我们不知道他们长什么样，这就是挑战， ” Witek Nazarewicz 说， “ 但到目前为止，我们所了解到的可能是我们所知的元素周期表的终结。 ” MSU 正在为美国能源部科学办公室的核物理办公室（ Office of Nuclear Physics in the U.S. Department of Energy Office of Science ）建立放射性同位素束流装置（ FRIB ）作为一个新的科学用户设施。 FRIB 将使科学家们能够发现稀有同位素的特性，以便更好地了解原子核物理、核天体物理学、基本的相互作用和社会应用，包括医学、国土安全和工业。 更多信息请注意浏览原文或者相关报道。
我们一说起来科学，立马想到的都是牛顿、爱因斯坦、居里夫人、门捷列夫这样的 “ 先驱者 ” 。他们的献身精神，他们的丰功伟绩，好比神一般，值得我们敬仰的赞美。但是话说回来，科学的本质可不是这么崇高的。 远古时代，在人们吃饱喝足，拥有充裕的自由支配时间的时候，有些人就开始思考。有的人思考为什么会热和冷？有些人思考天空上为什么会有闪亮的星星？有的人思考为什么会下雨？有的人思考为什么我和周围的事物不一样？好奇心驱使着人们去探索周围的世界，去感知大自然，去发现那些支配着世界的规律。 这种发自内心的好奇，才是科学的本源 。科学本来就是贴近自然，贴近生活的，但是看看现在的教育，让科学走上了神坛。院士、学者、教授、老师仿佛都是“神授”一般站在讲台上指点江山。而让科学的本质，失去了。所以最终导致我们的教育尽管将科学教育提到了一个很重要的位置，但是教育出来的人们对科学反而丧失了兴趣，满脑子都是“我再努力也不可能成为下一个爱因斯坦”这样的思想。试问：如此下去，泱泱大国的科技人才何时才能涌现出来？“钱学森之问”如何才能找到答案？ 反而看在英美等发达国家，他们对科学的培养是从探索大自然开始的。从小就开始露营、去博物馆和展览馆、以及动手做科学实验，如果有好的想法还可以去附近的大学或者研究所当中继续从事相应的研究。这样对科学的兴趣，是在不断的与科学接触中产生的，而并非是解决一道专家所出的题目所能达到的。做一个简单的类比，试问：是专家的知识水平高还是大自然的知识水平高？当然是大自然。那么，在专家知识水平上所出的题目，能和在大自然中国寻找到的题目的难度和深度相比么？答案想必是显而易见的吧。 欧美国家对科学的普及程度远远超过了我国。在国外不光有 Discovery 和 National Geographic 这样的综合性科普节目，还有 PBS 这样专门向大众介绍科普的电台。最近几部很火的美剧《生活大爆炸》、《绝命毒师》、《黑名单》、《神探夏洛克》等等。无时无刻不在向人们传递着一个信息： 当一个人拥有更多的科学知识的时候，那么他就拥有了更强的力量和改变世界的权利 。而这种权利不是一个体系或者制度所授予你的，而是大自然给你的一种赏赐。你理解了大自然，大自然就自然会为你服务。最后总结的一个小 List 是列举出了一些我比较欣赏的美剧和英剧，在它们当中运用一个个真实鲜活的主角，让人们沉浸在连续剧紧张的剧情的同时，也体会着科学在日常生活中所起到的作用。而这些连续剧的背后，也都存在着一个科学家团队来为大众“科普”。只不过这种方式更加隐蔽，也更加有效。因为毕竟，谁都喜欢看紧凑的剧情和绚丽的科技。而且这些连续剧对青年一代的影响力，应该不会比老师要差多少。有多少人看完《数字追凶》对数学重新燃起了兴趣的？有多少人看完《生活大爆炸》后觉得物理学家和物理学原来也可以这样有趣？有多少人看完《豪斯医生》后觉得医生和医学科学的发展会对人类作出多大的贡献？有多少人看完《绝命毒师》之后赶紧回去翻开自己的化学课本好好研读的？光下几道命令和颁布几个法案是不足以从根本上解决科普难的问题，那我们不妨问问自己：现在电视节目中播出的抗战片、小三片、古装剧、韩剧。这些除了满足了我们空虚寂寞的内心，让更多的人追求物质而非精神之外，还能为我们带来什么？ 而且看看这些国外的科学剧， 不难发现国外人做事严谨、设备丰富、肯钻研、不畏困难、勇往直前、而且富有娱乐精神，这样的科学家形象，能不受到人们的欢迎和追捧么？ 如果这样的剧再多一些，那么科学还会是那么的高耸入云，难以理解么？这时的科学研究创造出来的成果才能最大化的普及到社会和市场之中。才能展现出它本身的价值和用途。 看看我们国家，科学和大众的关系是非常的遥远。日本福岛核电站爆炸。中国的民众开始疯狂的抢盐。为什么会有这样的情景发生？试问：如果在某一个电视节目当中，演到了相关的场景，并用浸入式的方法让人们知道抢盐的行为是不理智的。多一些这样的“解惑”，我们国家的生活会更美好。最近热闹起来的易中天、于丹、王立群，他们作为中国知识界和大众的第一次碰撞，显示出了很好的效果，但是这仅仅在文学或者史学的层面上进行了一次简单的连接。貌似中国的科学家们或者高科技知识分子们不太愿意将自己的所学和所思对大众进行公开？真的是这样的么？我觉得这还需要进步。果壳网、知乎、科学松鼠会这三个网站在大众中的普及度越来越高。小木虫作为科研第一线学生、老师的交流平台也日益活跃开来。童哲所提出的“ one man university ”也是顺应了这个时代的潮流，也聚拢了一批的追随者。类似于 TED 一样的交流大会还不是很成熟，还没有成为气候。但是我相信，从身边做起，从点点滴滴做起，我们会成功的。 网络是一个“草根崛起”的时代。在网络上发布知识可以得到很广泛的传播，因此在这里做一个推广：希望看到这篇博文的读者们帮忙分享一下，让更多知识分子也参与到“知识分享”当中来，创造出我们自己的新市场。 知识分子在当代的活法其实是很悲惨的：读完炼狱般的高中三年、考上了大学；读完四年大学到了研究生，研究生 5-6 年升到博士毕业，之后顺着博士后、讲师、副教授、教授的路一步一步往“天台”上爬。脑袋往天上看，眼睛往天上看，恨不得“一步登天”。但是，科学界真的只有这一条路么？武侠中有名门正派，也有江湖邪派，都是习武，邪派的武功正派还不一定能赶得上。如果哪一天，我们在攀爬天梯的时候累了，想休息一下，不妨朝你周围看看，看看社会上的人们都在做什么？如何将我所学到的知识传授给他们，让他们生活的更好？ 要记住一个科学中最容易令人遗忘的定律：科学，之后分享才能创造价值。因此为什么科学网博客是一个最好的思维碰撞的舞台。 而且，各位想想，当民众的科学意识提高了，科幻小说、科学剧、科学实验平台等等的配套设施都有了广阔的市场空间，那么作为大自然的探索者的我们，不就拥有了更大的生存空间了么？关于这个观点更深入的评书，请参阅罗振宇罗胖的《罗辑思维第55期：读书人的新活法》。 科学研究的过程注定是孤独的、寂寞的。但是科学的成果是可以分享的，可以讨论的，可以表演的，可以感受的。我们在承受这份孤独，努力探索这个遮遮掩掩的大自然面纱下的奥妙的时候，也需要和这个社会上渴望科学成果的人们进行有活力的互动，只有这样。中国的科学研究的氛围才能越来越好。科学永远不是一个人活着一小撮人的事情，它是一个社会的事情，是一个国家最根本的国力体现。 最后，希望大家和我一起，从点点滴滴做起。比如在教学的时候思考一下基本知识的现实应用，比如在上课的时候让学生自己排练一部科学剧把所学的知识运用到虚拟的场景当中；或者在科学网上写一点自己研究的成果小结；或者给出一下一个定理的通俗化描述；有很多很多可以做的事情，但是积水成江，慢慢的，一点一滴的，我们就能为科学这个小树苗多提供一些养分和水源，让它在广袤中国大地上生根发芽，最终长成参天大树。到那时，我们这些大自然的好奇者和追求者，不也可以分得一杯羹了么？读者们，您说呢？ 附录：一个 List ，里面囊括了我比较喜欢的美剧和英剧（和科学相关的）： l 《数字追凶》：运用数学定理来侦破案件 l 《生活大爆炸》：科学存在于生活的点点滴滴中 l 《豪斯医生》：医学和医生的幽默表现 l 《别对我撒谎》：心理学和微表情的应用 l 《绝命毒师》：一个化学家的堕落，化学知识的重新表达 l 《神探夏洛克》：本质不是科学，但是里面对于科学态度的表达令人感到敬佩 l 《性爱大师》：讲述了一个“边缘科学”是如何登上大雅之堂的 l 《 IT 狂人》：两个计算机 Geek 的生活 l 《神秘博士（ DoctorWho ）》：尽管是科幻剧，但是里面的材料、时空穿梭这些物理学中很令人向往的问题，都有了视觉化的体现 l 《神盾局特工》：里面 Fitz-Simmons 的欢乐表现也为科学家形象提供了新的参照物 祝大家科研顺利，科普欢乐！2014马不停蹄，马到成功！
化学哲学（philosophy of chemistry）是科学哲学的一个分支， 它所研究和探索的是化学科学的方法学和基本假设。 在科学哲学的大部分时间里，物理哲学占据了主要地位，20世纪后期，化学学科浮现的哲学问题逐渐引起人们的关注。例如，化学到底是研究什么的？是否只是研究物质和反应的？为什么要用不存在的共振理论解释不同物质的结构和反应？应该如何讨论自然界存在的不对称性和手性？怎样用量子力学讨论化学现象？某些化学家或哲学家们更倾向于物质的化学，而不是微观结构。近年来，几位化学哲学家涌现出来，他们把研究焦点集中在化学的哲学问题方面。例如，2000年，荷兰哲学家Jaap van Brakel撰写了一本《The Philosophy of Chemistry》，马耳他哲学家和化学家Eric Scerri编辑了杂志《Foundations of Chemistry》，而且在2004年写了一本《Normative and Descriptive Philosophy of Science and the Role of Chemistry in Philosophy of Chemistry》。马耳他哲学家和化学家Eric Scerri对俄国化学家门捷列夫的《元素周期表》的哲学基础非常感兴趣，物理和化学之间如何交叉关联的呢，他指出这不仅仅是科学的本质，也是哲学的本质。Davis Baird、Eric Scerri和Lee McIntyre 于2005年出版了著作《Philosophy of Chemistry: Synthesis of a New Discipline (Boston Studies in the Philosophy of Science)》，指出化学哲学的提出，是化学从幼稚期走向成熟期的标志。 在化学领域尤其是合成有机化学，研究者们通过采用积极活跃的研究项目探索化学智能方法和哲学基础。例如，哈佛大学Elias James Corey提出了“逆合成”的概念，并从事了开创性的工作，在他的著作《The logic of chemical synthesis》中对化学合成的这些思维过程进行解构并通过计算机辅助合成设计预测。领导实现紫杉醇全合成的K. C. Nicolaou在与S. A. Snyder合著的书《Classics in total synthesis》中通过全合成中的经典案例也进行了目标、策略与方法的探索。
潜意识【1】在科研中的作用一直被认为是很神秘，无法捉摸的规律。门捷列夫在梦中发现了化学元素周期表【2】。印度的天才数学家拉马努金 被认为是印度在过去一千年中所出的超级伟大的数学家，他 宣称在梦中娜玛卡尔女神给他启示，一早醒来就能写下很多其他人花毕生精力也无法发现和证明的公式【3】。因此，潜意识对科学家来说，就像上帝之手一样，神不知鬼不觉地帮助科学家一下，让科学家一下子就有了伟大的发现。但潜意识在什么情况下会发挥作用？ 在什么时候会向科学家伸出上帝之手？ 成了很多人都想知道的问题。 海明在《你和你的研究》中对上述问题提出了他的答案【4】。 如果你日复一日，天长日久地献身于一个问题，你的潜意识就不干其它事情，它就专门为你的问题工作。因此，当你某天早晨或下午醒来的时候，你有了答案。对于那些不专注于他们当前问题的人，潜意识就在其它事情上浪费时间，也不会带来重要结论。 海明讲到，然后对有志从事科研的人提出了他的建议： 因此你要一直思考你的问题，让你的潜意识一直为你的问题工作，然后你可以安心睡觉，并且在早晨免费得到答案。 如果我们再回头看看门捷列夫发现化学元素周期表的时候在干什么？ 天才数学家拉马努金每天在干什么？ 我们就会发现，海明对潜意识的评价是非常准确的。也就是说，如果你想让上帝之手发挥作用，你必须每天时时刻刻专注于你的科学问题，不要想其它问题，直到你得到上帝之手帮助为止。 注：海明的讲话是我英文翻译过来，意思可能出入。原文与翻译如下： If you are deeply immersed and committed to a topic, day after day after day, your subconscious has nothing to do but work on your problem. And so you wake up one morning, or on some afternoon, and there's the answer. For those who don't get committed to their current problem, the subconscious goofs off on other things and doesn't produce the big result. 如果你日复一日，天长日久地献身于一个问题，你的潜意识就不干其它事情，它就专门为你的问题工作。因此，当你某天早晨或下午醒来的时候，你有了答案。对于那些不专注于他们当前问题的人，潜意识就在其它事情上浪费时间，也不会带来重要结论。 you keep your thoughts on the problem. Keep your subconscious starved so it has to work on your problem, so you can sleep peacefully and get the answer in the morning, free. 因此你要一直思考你的问题，让你的潜意识一直为你的问题工作，然后你可以安心睡觉，并且在早晨免费得到答案。 参考连接： 【1】 潜意识：http://baike.baidu.com/view/19944.htm 【2】 门捷列夫：http://baike.baidu.com/view/4476.htm 【3】 拉马努金：http://baike.baidu.com/view/146356.htm 【4】 Richard Hamming, You and your research: http://www.sciencenet.cn/blog/admin/default.aspx
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