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理论计算领域怪现象之我见
今年刚转博，却突然感受到了理论计算领域里面的一些怪现象，自己也觉得研究上没有什么意思，今后就业也成问题等等。我只是理论研究这个方向上的一名小卒，接触的领域有限，所以下面只就自己所接触的方向(过渡金属催化交叉偶联反应)谈一谈自己的看法。我有这样一种感觉，近年来理论文章在投高端化学类期刊的时候变得更加困难了。比较好的时期出现在06-10年之间，之后的情况快速恶化，相关方向的文章大部分被送入了二区期刊之中。以上这些只是表面现象，可能只是我所接触的领域的理论研究热潮已经退去了(实际上还是有一些其它方向的理论研究工作发表在JACS上的)。根据以往的投稿经验和对自己小组的观察，我发现在这个方向上的人有一种怪毛病：过分强调研究的逻辑性和严密性，而忽视了研究的重要发现。
& & 长期以来，理论计算的处境都不是很好，大部分情况下成为的是实验研究者的一种工具，甚至是一种肆意利用的手段以达到证明自己某种观点的目的。为了说明某种实验现象而去计算一把，想方设法地把计算结果和实验结果符合起来。因为大部分人，包括很多搞理论计算的人都觉得理论计算的结果不可靠。这样导致了一个现象，老师在教导学生的时候特别强调研究的逻辑性和严密性，教导学生怎么把自己的研究结果说圆说得让人信服了。这其中也包含了教导学生如何破解审稿人的各种刁钻意见，以及培养学生自己发现研究课题中的缺陷从而加以避免。几年之后，在这样培养方针下成功毕业的学生在我看来却成了一名学究。这样的人可以很轻易地判断出别人工作中的缺陷不足，但却失去了自己发现研究中重要问题的能力。具体的现象就是他们的文章看上去都没有逻辑上的问题或者明显的不足，让人无从反驳其结论观点，但结果却像白开水一样平淡无奇。以后这样的人也成了老师，也会成为审稿人，给这个学界带了的问题就凸显出来了。本身做不出什么突出的贡献，反而对别人的工作指责不断，一些可能有价值的东西都埋没在了一些研究上的不足。不得不承认，如果研究本身不严密的话，所谓的有价值的发现又怎么是可靠的呢？但是，如何平衡两者的关系却不是那么简单就能说清楚的，这很大程度上取决于审稿人自己的价值观。审稿人一念之间你可能就大修或者小修而通过了，或者一念之间就让你见鬼去吧(对不起，你还有X种可能性没有考虑，你的工作不能发表或者投其它期刊去吧)。
& & & & 那么是不是研究的可信性和新颖性就不能兼顾了呢？为什么你就不能做得又严密又有趣味性呢？那么什么样的研究是可信的呢？我觉得有一句话说得好，人只相信自己相信的东西。换句话说，超越自己认知的东西就容易倾向不信。新颖性是什么，新颖性就是超越人的常规认知的东西。两者从本质上就有着矛盾的东西。从技术上来讲，研究中只能通过以往出现过的又类似于你的新颖发现的东西将两者结合起来。比如说，你发现了一个新的规律，咋看之下很奇怪，但是你用旧的成熟的大家都普遍接受的原理去解释这个新的规律，这样大家可能相信。比如你发现了一种新的反应机理，这时候你阐述在类似的反应体系中也出现过这种反应机理，只是催化剂或者底物的种类不同，别人或许会相信。当然如果有直接的实验证据证明更好，但如果能用实验就直接证明，为什么又要你来折腾计算呢？尽管有这样那样折中的办法，但都不是证据，它们都不像数学那样严密准确，最终信不信还是看审稿人自己的主观判断，他们对于严密性和新颖性的重视程度问题就凸显出来了。
& & 说到底，上诉问题是某个领域的研究者对自己研究工作的定位问题。这个定位同时受到自己的认知和大环境对它的认知影响，目前实际上就是整个化学界对理论计算的认知决定了我们对它的认知。大环境的认知不是我们所能改变的，作为理论工作者应该自省，什么才是自己应该做的有价值的东西；什么样的评判标准才能引导出更有意义的研究。我相信真正的研究者希望看到的绝对不是什么计算结果佐证实验发现的这种把戏，也不是你用一堆数据告诉别人“一碗饭一块钱，我吃了两碗所以应该付两块钱”这种结论。
楼主的观点有意义，但也有偏颇。
为什么做理论计算的人就非得去佐证实验呢（我并不是反对对实验的佐证，这也是理论所需要的），佐证实验只是一种归纳的方法，大量的佐证可以为理论归纳出有效高级的理论计算方法。
有了好的理论方法，我们可以抛弃实验而去演绎理论计算的威力:cat34:——去做那些实验条件下更本就无法进行的研究，这才是理论计算的根本和生命力之所在。当然，这个过程是辛苦的！！！ : Originally posted by quantumor at
楼主的观点有意义，但也有偏颇。
为什么做理论计算的人就非得去佐证实验呢（我并不是反对对实验的佐证，这也是理论所需要的），佐证实验只是一种归纳的方法，大量的佐证可以为理论归纳出有效高级的理论计算方法。
... 我并没有说我们一定要去佐证实验，相反我是更加赞赏你说的，而且也支持理论工作者做不是马后炮的研究。我相信在很久的将来计算化学可以达到真正预测的能力。但遗憾的是现在这样的工作并不是普遍接受的，只有少数大牛组能够发表这类研究工作。造成这种现象的一个原因就像我上面说的，做计算的自己人跟自己人过不去，所以希望大家可以自省一下，共度难关，做一些更加有活力和原创力的研究。 觉得楼主说得还是挺对的，我也是刚刚开始接触理论化学，但对于理论化学的定位一直没有搞清，至今仍在思考! : Originally posted by lstone03 at
觉得楼主说得还是挺对的，我也是刚刚开始接触理论化学，但对于理论化学的定位一直没有搞清，至今仍在思考! 从长远的角度去考虑，在理论化学这个领域，只有那些写代码，编程序的，从最底层研究理论计算的人可以取得最终胜利。而像我这样的用成熟商业软件研究具体化学问题的人都会慢慢被替代。原因是商业软件以后肯定会变得越来越好用，一般具有化学常识的人都可以轻松上手，根据自己感兴趣的问题展开理论计算研究，即人人都会的状态。但要达到这个境界可能还需要很长的时间，现在需要有一批中间人把理性的代码与感性的现象联系起来，让这个领域继续活跃下去，等待最基层的研究工作者慢慢取得技术上的突破，最终达到理论预测的境界。这个还需要伴随计算机技术的同步发展以支持更为复杂的化学体系的计算要求。作为这种“中间人”，老师告诉我们可以做的大概有三点，与你分享一下：解惑，纠错和寻找规律。对于一种奇怪的实验现象，可能存在N种解释方案，实验手段都难以区分，这个时候用理论计算去解答；前人提出了某种观点，比如反应机理，但通过理论计算发现实际上另一种机理更具有优势；从大量的理论计算数据中去总结规律，发现导致某种实验现象的内在成因。 研究的逻辑性和严密性
直接被老师训了，没逻辑，头脑不清楚。自己想想，确实需要好好锤炼。 理想是丰满的，现实是骨感的。
化学相比数学、物理等学科而言，还是太年轻了，尤其理论化学，更是一个幼儿。实验化学家都想作出别人没能合成出来的物质，别人没能发现的合成路线，就好像一个20多岁的年轻人通过健身锻炼，想举起百斤的石头一样，而一个幼儿也想达到同样的能力，何其困难？当然，崭新的学科也意味着无限的未来前景，可是现实情况下，你理论预测出来的东西，没有实验数据佐证的话，别说发表，就是组内的实验人员都极其质疑你，不相信你，你如何指望审稿人通过？
我们课题组一个博士3年的计算，否定了原来的催化剂的机理，预测了真正的催化剂，又通过一年的辛苦来劝说实验人员去合成，去验证，幸好最终实验在事实上证实了我们的预测，至今尚未能发出文章呢。即便发了，也不过是配合实验做个解释工作，想单独发表理论计算的内容，谁信啊？难啊。审稿人那关，没有实验数据佐证，太难通过了。不过这不意味着放弃，只是现实环境如此，我们万幸最后由实验组把催化剂给合成出来了，并且通过反应证实了，所以找个肯配合计算的课题组，目前的环境下是至关重要的。如果那种只是想要你给个计算结果来充实实验论文的课题组，那就谈不上什么科研了，理论计算纯粹就是做一个技工罢了，就好像给人测个谱图是一类的工作。 说实话， 如果所谓的理论计算就是把参数输入商业软件，这样的理论有什么意义呢？
我在这个版上看多很多人在用高斯和material studio 类似的软件上做工作。 : Originally posted by zhangmt at
理想是丰满的，现实是骨感的。
化学相比数学、物理等学科而言，还是太年轻了，尤其理论化学，更是一个幼儿。实验化学家都想作出别人没能合成出来的物质，别人没能发现的合成路线，就好像一个20多岁的年轻人通过健身 ... 你说得很对，你举出的例子就是很好的证明，这也是让人对这行感到寒心的地方。也许只有千百次的成功之后人们才能慢慢接受理论计算预测的能力。另外我很佩服你们组的这位博士，向他致敬！ : Originally posted by snooper007 at
说实话， 如果所谓的理论计算就是把参数输入商业软件，这样的理论有什么意义呢？
我在这个版上看多很多人在用高斯和material studio 类似的软件上做工作。 从长远考虑或许他们做的不能对理论计算这个行业起到根本改变的作用，但我认为他们的所作所为在一定程度上还是需要的。再好的理论也需要能产生实际的效果才有意义，而能同时精通计算理论，量子化学的和精通化学反应的人肯定是极少数的。如果做理论计算的人都专注于前者，很可能导致对化学问题本质的忽视。做一个假设，你发展了一种非常准确的计算方法可以模拟化学反应过程，但却一点不知道具体反应的机理是怎么样的，你又如何进行理论预测呢？对整个化学界来说，懂化学的多于懂量化的，他们采用成熟的商业软件去研究他们感兴趣的具体化学问题，其实是帮助展示了理论计算的作用，让更多的人了解和接受这门学科，维护这个领域能够多角度地生长下去(当然不可否认实际上存在一些滥用计算的人存在)。但是我也认为发展到最后阶段，这类型的研究者必定会变得很少或者不再具有纯做这种研究的人。 很推崇这样的讨论，对于学科方向的发展具有重要的意义。我们这里的讨论让我想起了哲学。 : Originally posted by zhangmt at
理想是丰满的，现实是骨感的。
化学相比数学、物理等学科而言，还是太年轻了，尤其理论化学，更是一个幼儿。实验化学家都想作出别人没能合成出来的物质，别人没能发现的合成路线，就好像一个20多岁的年轻人通过健身 ... 这位博士单独发表也应该可以啊，如果有足够的计算作为支撑。除非像弄个大文章~ 看完这个帖子，自己也有些和楼主一致感触。我也想站在实验操作者的角度表达一下自己的观点（自学高斯软件，使用了3年）。我也赞成理论化学的其中几个发展趋势：1.理论化学以后就会像测试核磁，紫外一样，仅仅是实验操作者的一个谱图。2.用理论预测实验，反过来用实验证明其正确性。但是这个方法有个的问题，在你写paper的时候，别人就会怀疑你是选做实验，再计算的！3.写代码和编程序的人（我最崇拜的人）。这个方向的研究者，要不成为大师，要不平平谈谈。声明一下：我的观点一定很不全面，一定有很多好的发展趋势。多多指教。
我还想说一下“逻辑性，严密性”与“新颖性”的关系。其实做实验的同样也存在这样的问题。我在自己的组内感触特别大。大老板是非常喜欢新颖性的人，小老板是具有很强逻辑性和严密性思维的人。实验室发现一个现象：大老板总能第一时间升华出这个现象具有更有意义。小老板总能分析出“重大意义”与“实验现象”是多么的没有逻辑关系。导致思路打架，口头辩论。几乎每次都是大老板被小老板打败。学生只能无奈，无语和无助。 : Originally posted by kaegi at
从长远考虑或许他们做的不能对理论计算这个行业起到根本改变的作用，但我认为他们的所作所为在一定程度上还是需要的。再好的理论也需要能产生实际的效果才有意义，而能同时精通计算理论，量子化学的和精通化学反应 ... 我觉得你不需要担心理论没有未来。理论和实验方法是分不开的，目前的实验研究已经达到离开理论没法存活的地步了。
如果你发现一个领域冷却了，八成是已经发展得比较成熟了，影响降低是自然的，其实做实验也是一个样子。很多曾经很火的理论化学家也是因为方向冷却了，没法申到funding。
不是说商业软件包不好，但是问题里面都是比较成熟的方法，如果你要开发新方法，自然只能自己写代码了。其实理论和实验在这点上很像的，一个实验化学家，即使是研究生，都经常需要设计、建立、调试新的实验装置。
现在的实验研究对象都比较复杂，再先进、准确的实验方法，得到的结果和数据，没有理论的支持，就只是一堆数字而已，没法得到反应机理的信息。而且实验研究难度本身也很大，误差不易控制，不同方法和课题组之间也常常相互矛盾。这都需要理论研究才能化解。
我觉得理论化学的问题就是不负责的人太多了，很多人忽略了严密性和逻辑性，而只是想要重现某个实验结果；而这些实验结果往往是通过实验数据很粗略的猜测出来的，经常还有的后来发现根本就是猜错了。
比如我认识的就有做光电子能谱的，打出来一个反常的光谱，发表了，好几个做计算的跟着给出了好多解释。结果后来他们又发现那光谱是一个同核质比的副产物的。这样的例子很多。还有很多做实验的，数据测出来，猜测了一个机理来解释，怎么知道就是对的呢？或者表征产物的时候光谱打出来了，可谁知道这个光谱是不是对的呢？于是就找个学生高斯算算，用什么方法，靠不靠谱都不管，只要符合他的猜测，就放在文章里一起发了。
这种情况多了，就让人觉得理论计算的结果是不可靠的。其实如果严密的理论研究，方法的缺陷、可靠性应该是很清楚的，能够准确预测，甚至推翻实验结果的例子都很多。 : Originally posted by virtualzx at
我觉得你不需要担心理论没有未来。理论和实验方法是分不开的，目前的实验研究已经达到离开理论没法存活的地步了。
如果你发现一个领域冷却了，八成是已经发展得比较成熟了，影响降低是自然的，其实做实验也是一 ... 从你对理论计算的认识我才可能在不同的化学领域中，理论计算的地位高低还不太一样。在你的研究领域中理论计算受到重视我感到高兴。也的确有很多不负责任的人在这么做着理论，把名声搞臭了，其实我的研究领域的头号大牛也出现过类似于你所举例子的情况。到底怎么做才能算是合理的现在还没很明确的评判标准，大家都出在摸索阶段，更需要我们自己积极地去思考今后的发展方向，模式等等 : Originally posted by yumu0411 at
看完这个帖子，自己也有些和楼主一致感触。我也想站在实验操作者的角度表达一下自己的观点（自学高斯软件，使用了3年）。我也赞成理论化学的其中几个发展趋势：1.理论化学以后就会像测试核磁，紫外一样，仅仅是实验 ... 可能有时候的确从实验现象不能必然推导出这个现象就一定具有某种重大意义，可能还存在其它缺陷或者可替代性降低了其意义。自己的工作先被捧上去后来被批的一文不值的确实让人沮丧。我们的情况可能更绝一点，今天老板觉得你的工作挺好的，过几天就说不行了，没意思。学生只能呵呵了。研究的意义其实有时候可以说大也大，说小也小，关键看你怎么跟别人比，专找别人不能的而你能的，别人没有的你有就是一种途径。当然可能我们研究方向不一样，这种思路未必奏效。 我讲这么一个事吧，曾经有人认为Mo2O3的HOMO能级大概是-5.5eV左右，后来在APL上有人发了一篇文章测得Mo2O3的能级是-9.0eV左右，我用最简单的B3lyp/6.31g*，Lanl2DZ方法算出同样的结果，仅仅用了10分钟。就算你预测了某种现象或性质，当别人做出来的时候，他们根本都不会引用你的文章 看完了楼主的帖子和所有的评论，有许多方面真是心有戚戚焉。希望看到关于这个问题更多的评论。 说实话,俺本是做实验出身,但是苦于没有funding,只好买台计算机跑跑MS,苦呀.
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