新的交叉学科研究中心的建立

新的交叉学科研究中心的建立

二十一世纪被认为是生命科学的世纪，从物质划代角度来看，这也是软物质的世纪。如果没有软物质，生命也不复存在。任何生物结构（包括DNA、蛋白质和生物膜）都是建筑在软物质的基础上，因此，在向生命科学冲刺的新世纪来临之际，学科交叉（这是由软物质研究决定的）正在成为科学研究的热点。为组织攻关力量，美国一些著名大学正在建立物理学、化学与生物学交叉的研究所与研究中心。

1999年初，英国《自然》周刊（Nature）和美国《科学》周刊（Science）对此都作了专题报道。据报道，哈佛大学计划5年内投资1.5亿至2亿美元，用于建立新的科学项目，这些项目特别强调学科的交叉。其理学院院长强调说：“这些新研究项目将跨越系与系的界线，并促进科研与教学向交叉学科方向发展。”据Science的详细报道，计划建设的5个新交叉学科研究中心有两个已通过论证并开始筹建，它们是基因信息学与蛋白质信息学研究中心和成像与介观结构研究中心。前者的研究队伍将来自生物学、化学、统计科学、计算机科学以及工程设计等专业。而后一个中心，也叫纳米技术中心，是由物理学、化学和工程技术专业人员组成，主要研究纳米结构成像、介观电子学、微机械、光纤通讯、生物材料和药物设计。其首席专家之一是热纳在其诺贝尔演讲中提到的专门研究软物质的理论物理学家纳尔逊（D.Nelson）。

笔者曾在1993年春天访问过纳尔逊的研究室，参加他主持的1992－1993年度的洛布（M.Loeb）物理讲座。被邀请来做讲座的是早先在法国研究生物膜的物理学家莱布勒（S.Leibler）（当时他已完全转到普林斯顿大学生物系工作）。该讲座分三讲，分别是“生物膜——起伏表面的自组织”，“分子马达与随机机械以及微管的规律性”和“自装配——细胞循环与分裂”。在物理系举办生物专业味道如此浓厚的讲座，足以证明哈佛大学从九十年代初期就对物理学与生物学的交叉领域非常重视。

那次讲座距今不到10年。纳尔逊终于迎来了其盼望已久的物理学与生物学交叉学科研究中心的建立。这个中心的宗旨是，从事生物材料到纳米结构材料技术的研究，证明软物质不但是生命本身重要的基石，在人类未来科技发展中也扮演重要角色。

软物质为什么能概括生物凝聚态？

软物质：弱力强变化，把软物质作为物理学与生物学交叉领域的基本概念，是与软物质的基本定义联系在一起的。在日常生活中，人们随时都可触及具体的软物质，如橡胶、肥皂泡、胶水、洗洁精、油和水等。但在科学上对它们的统一刻画，实际上蕴含着科学家经过几百年艰苦研究才逐渐了解和深刻认识。

热纳在《固、特、异的软物质》一书中以橡胶为例，给软物质下了六个很深刻的定义。他指出，2500年前，亚马逊河流域的印第安土著就懂得用橡胶汁涂在脚上做靴子，但这种靴子只能穿一天——由于空气氧化，纯天然的橡胶很快就破碎了。直到1839年，美国人固特异发明了橡胶硫化处理技术，才使橡胶成为坚固耐用的材料。橡胶也就成了第一个实现工业化生产的聚合物。空气中的氧使橡胶长链分子断裂，而与氧同族的硫元素仅仅比氧的化学活性略差一点，却使长链分子结合得更好，这就是软物质的奇异特性：弱力引起强变化。

热纳进一步指出，天然橡胶的每200个碳原子中，只有1个原子与硫发生反应。尽管化学作用如此微弱，却足以使物质的物理性质发生从液态到固态的巨大变化，胶汁变成橡胶。这证明了有些物质会因微弱的作用而改变状态，就如雕塑家以拇指轻压就能改变粘土的外形使之成为一件高贵的艺术品一样。这也正是软物质的基本定义。

千百年来，人们知道了，一点骨胶可以让墨汁维持多年的稳定，一点卤汁可以使豆浆变成豆腐。日常生活中，几滴洗洁精会产生一大堆泡沫，一颗钮扣电池可以驱动液晶手表工作几年……这些例子都展现了软物质的神奇本质：只要提供相对微弱的作用力，它们就可以发生改变——从形状到性质的改变。生物系统的神奇之处也体现在这里：人们的肉眼能够感受到几千光年之遥的星系发出的光；一条嗅觉灵敏的狗，可以根据脚印中残留的气味跟踪某个人，并且在闹市中把这个人的踪迹跟其他人区别开来。生物系统展示着软物质的本质。