近日,俄羅斯自然科學院(Russian Academy of Natural ﻪSciences)發來賀信,祝賀北京神劍天軍醫學科學院名譽院長胡文祥教授當選俄羅斯自然科學院外籍院士。

作為我國知名航天軍事醫學、有機藥物化學與微波化學專家,胡文祥院士是中國人民解放軍原總裝備部軍事醫學研究所所長、北京市特聘教授,是一位聞名全球的科學家,被人們稱為“胡因斯坦”和“胡牛頓”,更是一位被譽為“科技英雄”“攻關英雄”和“托起宇宙飛船的人”! ﻪ他開展引領科技發展的基礎性、前瞻性、先導性、探索性、顛覆性等重大研究項目,取得了一系列驕人業績,在中華科技史上占有一席之地!中央電視臺、新華通訊社、《人民日報》和《解放軍報》等多家中央重要新聞媒體,多次報道他和他率領的國防科研團隊的先進事跡。

科研成果比肩諾獎的科學家

他18歲解決了一道世界科學難題,推導出宇宙中最多只有138個元素;他創立了知名的胡氏9大公式:胡氏約等式、胡氏不等式、胡氏方程式、胡氏自由能方程、胡氏近平衡態動力學方程、胡氏生物最長壽命公式、胡氏周期元素數量計算公式、胡氏心理力學第四定律公式及胡氏公式,后者被編入中國科學院院士趙玉芬教授等編著的清華大學研究生教科書《元素有機化學》中;他創建了“有機微波化學”和“比較化學”等一系列交叉邊緣新學科;榮獲國家和軍隊一系列成果獎勵,所獲國務院、中央軍委和北京市政府獎勵現價值數額已超過兩個諾貝爾獎的獎金,在全軍、全國鳳毛麟角!

航天事業的偉大創舉

早在二十多年前的20世紀90年代中期,為解決載人航天工程保障急需,胡文祥博士被調往中國人民解放軍原總裝備部軍事醫學研究所任所長。茫茫太空,浩瀚宇宙,給人類帶來了無限遐想。從嫦娥奔月到萬戶飛天,中國人自古就有飛天的夢想。要發展載人航天,就得保障航天員的健康,確保航天員在太空環境中安全健康,保持良好工作狀態。為了解決航天員的太空睡眠問題,胡文祥成功研發了航天牌眠爾康,用微波催化合成的內源性分子松果體素(褪黑素)等巧妙組方來調節生物鐘,解決太空睡眠和調節地球不同時區時差不適問題,成為了當時國家相關部門批準的全國唯一一個航天牌保健食品,在此前后,相繼研發成功航天牌鈣維康膠囊、航天牌鈣維康鈣奶片、航天牌軍力康片、航天牌怡心片、航天牌順清片、天軍牌優甘片(壓片糖果)、飛天牌鈣鋅咀嚼片、飛天牌多種礦物質顆粒、飛天牌多種維生素礦物質膠囊、飛天牌眠爾康褪黑素膠囊和飛天牌鈣維生素D膠囊等,先后得到了國家局和省局批準,產生了顯著的軍事社會經濟效益。

胡文祥航天科研團隊的科研成果“褪黑素的合成及其在生物鐘調控中的應用”,榮獲2018年度中國發明協會發明創業成果一等獎。另一科研成果“飛天系列健康保障品的研制及其應用研究”于2019年榮獲中國產學研合作創新成果一等獎。2017年10月2日諾貝爾生理學或醫學獎頒給了三位美國科學家:杰弗里·霍爾、邁克爾·羅斯巴殊和邁克爾·楊,以表彰他們發現了控制睡眠的分子機制。這毫無疑義地表明:胡文祥率領的實驗室研究成果接近諾貝爾獎水準!雖然沒有如愿獲得諾貝爾獎章,但是他們為我國偉大的航天事業做出了突出的貢獻。

計算化學的巧妙聯算

早在20世紀80年代中期,胡文祥在中國科學院上海有機化學研究所攻讀博士學位,師從知名有機化學家袁承業院士,李樹森教授專門負責指導胡文祥計算化學研究工作,開始了分子力學與量子化學聯算研究。畢業后進入軍事醫學科學院工作,胡文祥博士組建了以魯中正工程師等精兵強將為基干的軍事醫藥學科研團隊,在惲榴紅教授等的大力支持下,進行較大分子的分子力學與量子化學聯算課題的攻關。他開創了全新的計算過程,從經典的分子力學計算分子的低能構型構象等幾何參量入手,再輸入給量子化學程序計算分子的軌道能量和電荷密度等電子參數,或者使用分子力學計算整個分子骨架幾何參量,用量子化學計算活性中心的電子參數,如此一來計算效率得到了極大提高。關于分子力學與量子化學聯算程序的學術論文簡報于1992年發表在軍事醫學科學院院刊上;其中的一項成果“膽堿能藥物的分子力學研究”獲得了1996年度軍隊科技進步二等獎。

美國哈佛、斯坦福和南加州大學的三位計算化學家馬丁·卡普拉斯、邁克爾·萊維特和亞利耶·瓦謝爾是2013年度諾貝爾化學獎的獲得者,他們發展多尺度模型,運用經典與量子聯合計算方法模擬復雜化學分子反應等系列問題。1988年胡文祥初尋博士后崗位,就曾致信哈佛大學的馬丁·卡普拉斯教授,報告了分子力學與量子化學聯算思想方法……這再次充分表明了,胡文祥率領的國防科研團隊的研究成果離諾貝爾獎的距離真的很近! ﻪ計算化學(甚至意義更廣的數學化學),包括分子力學與量子化學聯算、量子參數與反應性關系、藥物分子二維和三維定量構效關系、分子動力學模擬和分子對接研究等,始終是胡院士領導的實驗室的一大特色。他的實驗室主要研究方向是:有機藥物合成、天然藥物化學、動物藥理評價等。雖然這在一個藥物研究所里是一個“標配”,但濃縮到一個實驗室不多見。不僅如此,他的實驗室除了計算化學的特色外,還具有微波化學、比較化學、組合化學和交叉邊緣學科研究的等鮮明特色,在國內外實驗室中是罕見的。

核磁共振的統一方程

傳統觀點認為,核磁共振屏蔽效應主要由核外電子云密度決定,其化學位移的高低場取決于核外電子云密度的大小。胡文祥在中國科學院上海有機化學研究所攻讀博士學位期間發現,對許多重核核磁共振化學位移來說,許多情形與此不一致,甚至是相反。經過深入探討,他總結了有機磷化合物31P核磁共振化學位移變化的五條經驗規律,進一步發現了決定重核磁共振屏蔽效應即磷核化學位移變化的不是磷核外電子云密度,而是磷核外的電子云球對稱性,可以稱之為:核磁共振屏蔽效應新原理。據此建立了計算各類有機磷化合物化學位移的統一計算方程。這一方程被稱為“胡氏公式”,得到了廣泛應用,并被知名有機化學家、中國科學院院士趙玉芬教授等編進清華大學研究生教材《元素有機化學》一書中。由于對核磁共振波譜學研究的突出貢獻,科研成果“有機磷酸酯31P ﻪNMR化學位移及譜構關系研究”于1996年獲得了軍隊科技進步二等獎;同年還榮獲中國物理學會頒發的王天眷波譜學獎,成為歷次獲獎者中唯一一位非波譜專業的獲獎專家。

有機化學的微波拓展

胡文祥于1985年在世界上首創有機微波化學及其組合化學(微波與超聲波、高壓、紅外和紫外等物理技術方法的組合,及物理技術催化與化學或生物催化的組合等),建立的微波催化不等式,之后大力支持北京祥鵠科技發展有限公司成功研發了30多種祥鵠微波化學系列儀器與組合儀器(請見北京祥鵠科技發展有限公司官網),滿足國內外市場需求,產生了良好的經濟社會效益,有力推動了相關領域的科技進步。1999年,在知名生物化學家王來曦教授的大力支持下,胡文祥博士訪問麻省理工學院,報告了物理催化(包括微波催化、超聲波催化、紫外或紅外催化等)方法在有機藥物合成方面的應用研究進展。科研成果“微波化學系列儀器研制及其應用研究”,于2015年榮獲中國產學研合作創新成果一等獎。在此之前,釆用微波化學方法進行的相關開創性研究成果,已分別榮獲國家科技進步二等獎和軍隊科技進步一等獎及省部級技術發明一等獎共5項。應用微波化學方法,進行航天軍事醫藥學等領域的研究工作,不斷取得豐碩成果。2017年,在漢斯出版社的大力支持下,創辦了中文國際網上學術期刊《比較化學》《交叉科學快報》《微波化學》;2019年出版著作《微波化學研究進展——胡文祥教授實驗室微波化學領域相關研究成果目錄及部分論文集》。

宇宙原理的推廣開拓

在宇宙學方面,胡文祥建立和推廣了九大宇宙學原理:微宇自旋普存原理、宇宙成團普存原理、宇宙易感普存原理、天體液滴原理、宇宙相對性原理、宇宙不完備性原理、宇宙重演律、宇宙差異律和廣義馬赫原理。尤其是2016年大年初五,美國宣布引力波的發現激發胡文祥大膽地預言了人類尚不知道的五大力場波:弱力波、強力波、斥力波和超弦波及第五種力場波的存在,就像愛因斯坦預言的引力波那樣,百年內有可能被人類探測到并引發相關領域的革命性變化。五大力場波相關研究重大進展,有可能多次榮登諾貝爾獎領獎臺。

基礎研究屢創輝煌的科學家

元素周期表 導出極限

1979年,年齡只有18歲的胡文祥解決了一個世界級的難題,他推算出宇宙中最多只有138個元素。他自己都沒有意識到這個貢獻在科技界具有多么大的價值。回望科技發展歷史,我們會發現不少自古英雄出少年的例子,如胡文祥一樣,那些有著偉大成就的科學家從小就顯露出與眾不同的天賦。胡文祥在武漢工程大學上學時,他學習了武漢大學編撰的《無機化學》,這本理科教科書寫到,元素周期表如果把第八周期填滿,就是168個元素,如果把第九周期填滿,就是218個元素。元素周期表能一直這樣填下去嗎,世界上究竟有多少個元素? ﻪ沒有人知道。

胡文祥扎進了大學的圖書館里,他讀到了英國化學家赫斯洛普編著的《高等無機化學》,深受啟發。在原子序數為26、54、78附近的元素的宇宙豐度有極大值。結合114穩定島學說,胡文祥構建了一差分,這個差分外推到138就截止。令人驚奇的是,胡文祥從上述“三個半數據”(26,54,78及114,114穩定島假說尚未得到證實,只能算“半個數據”)推理得出結論:宇宙中最多只存在138個元素。當時是1979年,胡文祥只是一個大二的學生,他將這一發現寫成論文,于次年投稿,沒有被采用。胡文祥對論文進行了補充,使用諾貝爾獎獲得者狄拉克的公式對這一發現進行了印證,直到1995年論文才正式公開發表。天才少年注定要在人類科學史上濃墨重彩地大寫一筆。

Figure 1. Hu’s difference method

圖 1. 胡氏差分法

胡氏約等式 揭示奧秘

社會生物學等領域許多參量大約相等(H數), 胡文祥約等式(胡氏約等式)可以表述為:

現代交往朋友人數≈猿人洞里的人數≈原始部落的人數≈母系氏族人數≈早期村落的人數≈動物單群里的個數≈現代學術交流會議最佳人數≈現代軍事單位連隊的人數≈現代村組(過去的生產隊)的平均人數≈社會基層組織平均人數≈人類理想平均壽命≈精細結構常數的倒數≈宇宙中原子序數的上限≈哈勃時間≈宇宙年齡(億年) ﻪ≈黎曼猜想特征值≈138

上述胡氏約等式中138稱為胡文祥數 ﻪ(胡氏數,或稱為H值),胡氏數是胡文祥推導出的宇宙中原子序數的上限,接近精細結構常數1/137的倒數。精細結構常數是物理學中一個非常重要的無量綱數,表示電子在第一玻爾軌道上的運動速度和真空中光速的比值,是微觀世界的一個常數,卻在數學世界、無機世界、有機世界、生物和人類社會中扮演了重要角色。英國杰出數學家阿提亞指出:黎曼猜想可與精細結構常數(1/137)建立聯系。

上述胡氏約等式中16個約等號(還可以更多)蘊含了豐富的內容,充分表明:H值138是宇宙中的一個特征數值,是通向微觀、介觀、宏觀和宇觀世界的偉大橋梁! ﻪ數學世界、原子世界、無機世界、有機世界和生物社會界及人類社會界乃至整個宇宙等都遵守共同的宇宙基本規律。這些研究成果再次印證了偉大的物理學家伽利略曾說過的一句至理名言:數學是上帝用來書寫宇宙的文字。

此外,胡文祥在基礎研究許多領域辛勤耕耘,獲得了豐碩成果。早在攻讀博士學位期間,在導師袁承業院士的指導下,設計合成了一系列分離稀土的有機磷酸酯萃取劑,分離了有機磷化合物取代基極性與空間效應,克服了物理有機化學領域的這一難題;建立了稀土萃取分離的線性自由能方程,為物理有機化學和稀土的濕法冶金提供了重要基礎,在今天的中美貿易戰中顯示了強大的生命力。

早年胡文祥還建立了二大統一論包括精神神經遞質統一論和物理化學重要公式的統一基礎;二大藥學原理包括廣義電子等排原理、量子藥理學或量子酶學原理。發現了三大藥學規律,包括抗膽堿能藥物抗N樣作用規律、天然藥物全息生物學規律、藥效基(團)組合規律;三大規則包括四原子規則、有機化學反應選擇性規則、有機離子反應催化劑選擇規則;三大效應包括F軌道配位場效應、DNA中電子的隧道效應、非經典跨環軌道超共軛效應。提出了四大 ﻪ“廣義”概念包括廣義哲學、廣義組合化學、廣義酶和廣義DNA;四大組合方法學包括組合理論計算、組合分子設計、組合催化合成、組合篩選方法等,有力推動相關學科領域向深度和廣度發展。

學科建設貢獻良多的科學家

交叉科學 倡導與創新

2020年7月29日教育部召開的全國研究生教育會議,決定新增交叉學科作為新的學科門類,交叉學科將成為我國第14個學科門類,這距離上一次學科重大調整已過去8年。經中央編辦復字〔2020〕46號文件批準,國家自然科學基金委員會于2020年11月成立交叉科學部,負責統籌國家自然科學基金交叉科學領域整體資助工作;組織擬定跨科學部領域的發展戰略和資助政策;提出交叉科學優先資助方向,組織編寫項目指南;負責受理、評審和管理跨學部交叉科學領域項目;負責相關領域重大國際合作研究的組織和管理;負責相關領域專家評審系統的組織與建設;承擔交叉科學相關問題的咨詢。

交叉科學是自然科學、社會科學、人文科學、數學科學和哲學等大門類科學之間發生的外部交叉以及本門類科學內部眾多分支學科之間發生的內部交叉所形成的綜合性、系統性的知識體系,因而有利于有效地解決人類社會面臨的重大科學問題和社會問題,尤其是全球性的復雜問題。在我國科學發展中,學科交叉與交叉科學顯得相對滯后。在較長時期里,自然科學、社會科學、人文科學等之間存在著不可逾越的鴻溝,而科學發展、社會進步、經濟發展等卻都需要各門類科學、各門學科之間交叉、滲透和融合。國務院兩部委帶頭吹響了全面進軍交叉科學領域的號角。

早在20世紀80年代起,胡文祥就一直大力倡導交叉邊緣新學科,1987年,他以"比較學與比較化學"為題發表的演講,獲得了上海生命科學青年學術報告會一等獎。1990年,胡文祥在世界上第一次提出了廣義組合化學概念,他題為“廣義組合化學”的報告再次引起了業內強烈反響,并在多方面進行深入研究和廣泛應用的基礎上,建立了微波組合化學、超聲組合化學、催化方法組合學等新方法以及包括五大組合方法在內的廣義組合化學理論。科學出版社和化學工業出版社相繼出版了胡文祥的專著《協同組合化學》和《比較化學》等,頗受讀者歡迎。使用組合方法,胡文祥航天科研團隊已成功合成了上千種新物質,研究出一批功能材料和高生物活性分子及有關裝備和產品,獲得多項成果獎。

胡文祥博士概括了如下一些典型的交叉科學門類,對其中的比較化學、微波化學、協同組合化學及經濟力學、心理力學等交叉科學展開了身體力行的相關研究工作,取得了一系列成果。

1) ﻪ比較論系列:除了比較文學、比較解剖學等外,比較化學、比較哲學、比較政治學、比較社會學、比較生物學、比較人類學、比較考古學、比較歷史學、比較地理學、比較天文學、比較宇宙學、比較人工智能學、比較網絡學……

2) 組合論系列:除了組合數學外,組合化學、協同組合化學、廣義組合化學、組合社會學、組合生物學、組合儀器學、組合宇宙學……

3) 統一論系列:除物理學統一論、幾何學統一論(歐幾里德幾何學)外,還主張化學統一論、生物學統一論、神經科學統一論……

4) ﻪ地(天、金)緣論系列:除地緣政治學外,地緣人類學、地緣生物學、地緣語言學、地緣經濟學、地緣社會學、地緣法律學(比較法學)、地緣軍事學、天緣生物學、天緣經濟學、金緣政治學……

5) ﻪ力學系列:除傳統的經典力學即牛頓力學、分析力學即拉格朗日力學、電動力學、統計力學、量子力學、材料力學、地質力學等外,政治力學、經濟力學、社會力學、心理力學、軍事力學、文化力學……

6) 熱力學系列:經濟熱力學、政治熱力學、社會熱力學、天體熱力學和宇宙熱力學……

7) 網絡學系列:除網絡戰爭學(網戰、網絡空間戰)、網絡藥理學外,網絡社會學、網絡經濟學、網絡政治學、神經網絡學、網絡計算學……

8) 控制論系列:經濟控制論、社會控制論、生物控制論、控度論……

9) 進化論系列:社會進化論、文化進化論……

10) 協同論系列:社會協同論、文化協同論……

11) 分子論系列:分子社會學、分子心理學、分子美食學、分子文物學或分子考古學……

12) 其它系列:社會生物學、生物社會學……

還有眾多的交叉學科,包括學科之間及學科內部分支學科之間有可能形成新的交叉學科,例如,物理與化學交叉形成了許多新的學科:物理化學,物理有機化學,物理無機化學,高分子物理與化學,微波化學,超聲波化學,光化學,電化學,磁化學,機械化學,高壓或真空化學,微(超)重力(太空)化學,核化學,天體化學……

胡文祥院士大力呼吁廣大科學家和工程技術人員,積極運用交叉科學思想和方法,大力拓展交叉科學研究與探索,不斷產生新思想,發明新技術,建立新方法,制造新工具,構建新模型,合成新物質,研制新產品,創立新理論……

著作等身 桃李滿天下

幾十年來,胡文祥航天科研團隊創造性地靈活運用交叉科學方法原理,累計發表中英文學術論文和報告共636篇。先后榮獲國家科技進步二等獎2項(排名第一),軍隊科技進步一等獎及其他省部級科技進步一等獎或技術發明一等獎共4項(排名第一),二等獎9項、三等獎33項。獲中國化學會優秀青年化學獎,中國物理學會王天眷波譜學獎,政府特殊津貼,中國科協“求是”杰出青年實用工程獎,總裝載人航天工程創新二等獎,科學中國人年度人物、杰出青年科學家獎。個人論著數量和獲獎數量居全軍之首。獲得國家或國防發明專利38項,成功主持研發了多個高科技產品,配發相關航天部隊和聯合國維和部隊。榮立了個人三等功1次、個人二等功1次和集體二等功2次。出版相關著作共32部,包括《協同組合化學》《比較化學》《載人航天工程火箭推進劑安全科學概論》《火箭推進劑損傷應急救援工程》《航天與健康》《微波衛生防護概論》《微波化學研究進展》《分析樣品制備》《心理戰與反心理戰》《阿片受體分子藥學》《反恐技術方略》(獲2014年中國石油與化學工業優秀出版物獎一等獎)《經濟力學》《交叉科學研究進展》和英文著作《催化合成與取代基效應》等。指導培養博士后、博士生和碩士生88名,有的已成長為社會主義祖國建設的棟梁之材。

學術演講 遍及全中國

胡文祥先后應邀到下列10個部隊單位做學術演講,受到熱烈歡迎! ﻪ包括酒泉衛星發射中心、太原衛星發射中心、西昌衛星發射中心、第二十三試驗訓練基地、第三十一試驗訓練基地、第三十三試驗訓練基地、中國航天員科研訓練中心、北京航天城、空軍醫學研究所、第三軍醫大學等單位;多次應邀到全國學術會議或國際會議做大會邀請報告;先后應邀到全國23所高等院校做學術報告,頗受廣大師生喜愛!包括清華大學、北京大學、香港科技大學、北京工業大學、首都師范大學、北京工商大學、天津大學、武漢大學、武漢工程大學、中南民族大學、重慶大學、廣西大學、廣州大學、青海民族大學、西南民族大學、昆明理工大學、華東師范大學、浙江海洋大學和海南師范大學等高校;從西北邊陲到南海之濱,應邀到全國各地發表公眾科普演講,聽眾逾百萬人次,常常激動人心。

賀胡文祥教授當選外籍院士感言

——劉江海

(原國防科工委宣傳部副部長)

神劍倚天寫風流,

文章千秋冠全球。

祥云吉兆到京城,

好夢依稀自荊楚。

胡文祥說過:“人生的價值在于奉獻,獻身國防科學事業是生命中最值得追求的理想”。兩彈一星精神(熱愛祖國,無私奉獻,自力更生,艱苦奮斗,大力協同,勇于登攀)和載人航天精神(特別能吃苦,特別能戰斗,特別能攻關,特別能奉獻)深植于他的腦中、心中、口中。他為軍為國做科研終身奮斗、志在千里。學不可以已,科研無止境,思維無禁區,探索無疆界,以夢為馬,正是胡文祥最生動的寫照。

如今的胡文祥院士仍不忘初心、牢記使命、奮力拼搏、開拓進取。謹值慶祝中國共產黨成立100周年和中國人民解放軍建軍94周年之際,胡文祥心態歸零,重新出發,仍然踐行著年少時確立的志向,孜孜不倦,在科技強軍與科技興國的道路上闊步前行!

(新媒體責編：zpl05)