王昊然、吴谦、Jong Seung Kim教授 Chem评述：从还原论到整体论的案例研究 →深入探讨在聚集体科学 ...

在现代社会，科学技术已经成为改变世界和人类生活的基础与核心。随着资源倾斜，大量科研成果涌现，科学创新和技术发明日新月异，科学研究范式也正在发生深刻的变革，这需要科学家、尤其是科学界的领军人物积极谋划与思考。

范式（Paradigm）和范式革命（Paradigm Revolution）是美国著名哲学家托马斯·库恩在其《科学革命的结构》一书中提出的一种科学理论变革的过程，其目的是指引科学家找寻新的科学方法论，来解决老旧的理论框架无法解释的问题。2024年6月25日，

2024年8月8日 ，深圳北理莫斯科大学王昊然助理教授、吴谦助理教授与韩国高丽大学Jong Seung Kim教授基于上述文章在Chem期刊以“ A case study: From reductionism to holism ”为题发表评述文章。本文更深入的通过对分子与聚集体性质的分析从而深入探讨在聚集体科学中范式转移带来的影响。

自1811年阿伏伽德罗提出"分子"的概念以来，以还原论范式为基础的分子科学框架在这300年间占据着核心地位。这种还原论范式与"整体等于部分之和"这一基本原理相符,反映了还原论的哲学基础。然而,随着对复杂系统研究的深入，还原论也面临着越来越多的瓶颈。在某些情况下，整体并不仅是各部分的简单加和。科学研究中的不同层次都可能存在更普遍与有效的规律，这些规律往往不能从基本层次的规律推导出来。因此，整体论应运而生，整体论强调当部分聚集在一起时，会在高层次上出现新的结构，从而产生新的性质和行为。

最近，唐本忠院士团队以一种四苯乙烯衍生物TPE-NS为案例，从整体与部分的关系这一角度来探索聚集体科学的可行性。通过比较同一分子在单分子态和两种聚集态的结构-性能关系，发现TPE-NS在聚集态不仅可以保留单分子态的性能，还可以展现新的性质。作者得到了TPE-NS分子两种聚集态结构，TPE-NS-a和TPE-NS-β，通过比较发现，TPE-NS-a在溶液中与在聚集态的构象相似。这意味着TPE-NS-a的形成过程在很大程度上保留了溶液态下分子的结构特征,因此其光致变色(PC)活性与溶液态一致。这体现了还原论指导原则中"部分决定整体的结构和行为"的合理性。然而, TPE-NS-β在聚集态中的分子结构与溶液中的单分子状不同。这种不同激活了分子的PC活性，表现为聚集体中出现的新行为。

图1. 单分子态和聚集态下的结构-性质关系

光致发光(PL)是TPE及其衍生物的另一个重要光学性能。这里，作者尝试比较和研究TPE-NS在三种不同状态(溶液、TPE-NS-a和TPE-NS-β)下的PL行为。在溶液状态下，较大的DC-C和θPh值在一定程度上限制了光环化引起的PC，而分子在溶液中的自由运动导致PL的惰性。通过比较溶液和聚集态下的分子构象,发现TPE-NS-a保留了溶液中的自由分子构象，因此表现出类似的PC惰性。然而，当从溶液转变到聚集态时，分子周围的环境发生了显著变化，溶液中的自由运动转变为聚集态下的受限运动,从而激活了TPE-NS-a的荧光。对于TPE-NS-b,由于在形成过程中受到较强的相互作用的驱动，分子具有较小的DC-C和θPh，更容易在短波紫外光照射下发生光环化，从而表现出PC行为。

该发现呼吁从还原论向整体论的研究范式转移，鼓舞人们在更高的聚集体层次调控物质的多级结构和复杂行为，将科学研究推向新的高度和维度。

唐本忠院士提出的聚集体科学领域是一个广阔无垠的宝藏，目前正在化学、物理学、生命科学, 甚至数据科学等领域产生广泛影响。随着对部分和整体关系的进一步探索，相信新的聚集体研究范式将进入人们的视野，成为主流的科学研究范式之一。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S245192942400370X

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