化学是科学的枢纽。一方面,它涉及生物学并为生命过程提供解释;另一方面,它与物理学相结合,并为宇宙基本过程和粒子中的化学现象找到了解释。
——彼得·阿特金斯(Peter Atkins)
秩序源于混乱。
——伊利亚·普里高津(Ilya Prigogine)
随着抽象水平的进一步提高,智能的故事还在继续。随着碳原子等原子中丰富信息结构的出现,越来越复杂的分子开始形成。结果,物理学催生了化学,稳定宇宙的过程达到了一个新的水平。
在其学科范围内,化学处于物理学和生物学的中间位置。化学涉及诸如原子和分子如何通过化学键相互作用以形成新化合物等主题,包括它们的组成、结构、性质、行为,以及它们在与其他物质反应过程中所经历的变化。
世界由物质组成,主要存在着化学变化和物理变化两种变化形式(还有核反应)。
不同于研究尺度更小的粒子物理学与核物理学,化学研究原子、分子、离子(团)的物质结构和化学键、分子间作用力等相互作用。化学所在的尺度是微观世界中最接近宏观的,因而它们的自然规律也与宏观世界中物质和材料的性质息息相关。化学作为沟通微观与宏观物质世界的重要桥梁,是人类认识和改造物质世界的主要方法和手段之一。人类的生活能够不断地改善和提高,化学在其中起到了重要的作用。我们依靠化学来烘焙面包、种植蔬菜和生产日常生活材料。化学是雪花形成、香槟科学、花朵颜色及其他自然和技术奇迹的基础。
本章简要回顾化学的发展过程,然后介绍一些在化学层面上使宇宙更加稳定的奇妙现象。可以看到,在化学层面上推动宇宙趋向稳定的过程中,智能应运而生。