1 物理學家*化學家??瓦爾特*科恩瓦爾特。科恩于1923年3月9日出生于奧地利名城維也納的一個猶太家庭,早年其父母均在納粹集中營中被殺害,16歲的科恩從納粹統(tǒng)治的奧地利逃亡加拿大,并入伍參加了第二次世界大戰(zhàn)。戰(zhàn)后的科恩進入加拿大的多倫多大學深造,并于1945年獲數(shù)學和物理學學士學位,1946年再次于多倫多大學獲應用數(shù)學碩士學位,1948年在哈佛大學獲博士學位?贫髟喂鸫髮W物理系教員,卡內(nèi)基-梅隆大學助教和教授,圣迭戈的加利福尼亞大學物理系教授,系主任,1979年來到圣巴巴拉的加利福尼亞大學,先后任理論物理所所長和物理系教授。科恩同時擔任了IBM、通用原子、Bell電話實驗室等多家著名企業(yè)的顧問。并被接受為倫敦皇家學會的外籍會員,量子分子科學國際科學院、國家科學院和美國藝術(shù)與科學院院士。
科恩在揭示材料的電子結(jié)構(gòu)方面作出了突出的貢獻。他創(chuàng)立并發(fā)展了分布密度理論,使科學家們在探知物理、化學和材料科學中的原子、分子和固態(tài)物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)中,所使用的方法發(fā)生了根本性的改變。隨著超級計算機的出現(xiàn),分布密度理論正成為電子材料領域研究的主要工具。科恩也在半導體物理、超導、表面物理和催化劑等領域作出了杰出的貢獻,發(fā)表了200余篇學術(shù)論文。曾獲物理學的Feenberg獎,表面物理的Davission-Germer獎,固態(tài)物理的Oliver Buckley獎。以及1988年國家科學獎、1998年Niels Bohr/UNESCO金獎,并被愛爾蘭、奧地利、德國、瑞士、加拿大、法國和美國的多所大學授予榮譽學位。
科恩創(chuàng)立并領導了設立在圣巴巴拉的加利福尼亞大學的理論物理國家科學基金研究所,該研究所集中了來自全世界的一流科學家,在科恩的領導下,這個機構(gòu)很快成為理論物理及相關學科中諸多領域的先驅(qū)者,開創(chuàng)了很多新的研究方向。
科恩還是一位積極的和平主義者,他曾于80年代初冷戰(zhàn)高峰時幾次寫信給當時的美國總統(tǒng)里根,敦促他停止軍備競賽。他還經(jīng)常舉辦講座,呼吁核科學家應具有社會和道德責任感,這一舉動贏得了全世界科學工作者的尊重和敬仰。
2 數(shù)學家*化學家??約翰*波普波普于1925年出生于英國,1951年于劍橋大學獲得數(shù)學博士學位,曾任劍橋大學數(shù)學研究助理、講師,英國特丁頓國家物理實驗室基礎物理部負責人,卡內(nèi)基-梅隆大學化學物理教授以及卡內(nèi)基-梅隆的約翰*克里斯丁*沃奈爾大學的自然科學教授。1986年至今,任美國西北大學化學系教授。波普同時是美國國家科學院的外籍會員,美國化學會會員,美國前沿科學學會會員,美國化學物理學會會員,雖然客居他鄉(xiāng)多年,他始終保留著英國國籍,所以他同時是英國皇家學會的正式會員。波普也擔任了很多社會職務,如國際量子分子科學學院副院長,《分子物理雜志》編委等。
波普一生致力于量子化學和計算化學的研究,他所建立的方法被廣泛用于分子、分子的性質(zhì)以及化學反應作用過程的理論研究,這些方法基于薛定諤等物理學家提出的量子力學的基本原理,將分子的特性以及某一化學反應輸入計算機后,輸出的將是對該分子的性質(zhì)以及化學反應發(fā)生情況的描述,其結(jié)果常被用來解釋各種類型的實驗結(jié)果。波普教授的突出貢獻之一是設計了名為GAUSSIAN的計算程序,這一程序使普通研究者也能容易地掌握高深的計算方法。該軟件的第一版于1970年發(fā)布,此后不斷發(fā)展,數(shù)易其版,全世界的大學和商業(yè)公司中成千上萬的化學家利用這一軟件,解決了很多化學問題。例如研究人造化學品如何破壞地球上空的臭氧層,制造新塑料和開發(fā)新藥物等等。一些科學家正利用波普的方法模擬藥品對愛滋病毒的反應。今年GAUSSIAN又發(fā)布了新的版本GAUSSINA 98,其日文版本也同時問世。軟件的生產(chǎn)者美國的GAUSSIAN公司在得到波普獲獎的消息后,立即在其網(wǎng)頁中打出了向波普教授祝賀和致意的詞句,隨后這一網(wǎng)頁的全世界訪問者猛增,給GAUSSIAN公司帶來了新的商機。由于波普對科學的杰出貢獻,此前他曾榮獲多項獎項,如1992年的Wolf獎,1998年度美國化學會的理論化學獎等。
波普是在波士頓看望兒子時得知獲得諾貝爾獎的,在下榻的飯店接受記者采訪時,他謙虛地把他獲得的榮譽歸功于集體的協(xié)作,他說,“這個榮譽不是我一個人的,而是這么多年來和我一起工作的所有學生的榮譽。我一直有一些非常優(yōu)秀的學生和同事,他們給了我很大的幫助!蔽鞅贝髮W教務長L B Dumas教授評價波普的獲獎時說,“(獲獎)對約翰和西北大學來說都是一個極大的榮譽,我們有杰出的化學系,這也證明了他們在計算化學前沿領域的工作是非常重要的。約翰是這個研究小組的領頭人,他們正在進行交*邊緣學科的研究”。這一研究開展不久,即有大量事實證明,邊緣學科有著無限廣闊的發(fā)展前景。
3 交*學科的杰出成果
1998年度諾貝爾化學獎的頒布,向人們展示,數(shù)學、物理和化學學科的交*和融合已成為當前科學發(fā)展的重要特征之一。從科恩和波普共同致力于發(fā)展的量子化學的成長過程可以清楚的看到這一點。
早在20世紀初期,物理中量子力學的發(fā)展即為計算分子的性質(zhì)和他們之間的相互作用提供了可能,20年后,科學家的努力使得通過計算方法解決大部分物理問題和全部的化學問題所需的基本理論已經(jīng)相當完善。然而,由于分子性質(zhì)的計算建立在對單原子運動軌跡的描述的基礎上,計算方法在數(shù)學上非常繁雜,使化學家們望而生畏,因此量子物理的理論一直沒有能夠應用到解決化學問題中來。到了60年代中期,一位物理學家和一位數(shù)學家的介入使問題的解決嶄露新的生機。物理學家科恩認為,計算時沒有必要考慮每個單電子的運動過程,而只需了解空間某一位置的平均電子數(shù)即可,這種簡化方法即所謂的分布密度理論。這一理論成為后來大多數(shù)數(shù)學計算的先決條件。幾乎同時,數(shù)學家波普也加入到這一問題的解決中來。波普認為,將理論方法應用到化學中,必須首先明確在給定體系中方法的精度和準確度,更重要的是所建立的方法必須能為大多數(shù)沒有數(shù)學背景的研究者容易掌握。60年代電子計算機的大力發(fā)展給波普的工作創(chuàng)造了不可缺少的條件,在理論和計算工具充分具備的條件下,波普設計了計算程序GAUSSIAN-70,這一程序的精確程度大大優(yōu)于同類軟件。從70年代到80年代,波普不斷地改進計算方法,同時建立了“模型化學”理論。90年代初期,波普將科恩的分布密度理論引入他的計算方法,使得更復雜的分子分析成為可能。
通過以科恩和波普為代表的量子化學工作者的不斷努力,今天,量子化學無疑成為化學工作者最有用的工具之一。目前大多數(shù)研究者開始從理論和實驗二條途徑解決化學中存在的問題。繼1997年的諾貝爾化學獎授予生物化學家Boyer、分子生物學家Walker和生物物理學家Skou后,今年的諾貝爾化學獎又授予了一位物理學家和一位數(shù)學家。而這二位科學家同時又是杰出的量子化學家。這也表明,科學的發(fā)展使學科之間的界線越來越模糊,正如科恩所說“我從事物理學研究已有50多年,但是獲得的卻是諾貝爾化學獎。這反映出物理中的電子是物理學研究的一個重要課題,恐怕也是化學研究領域最重要的課題!边@表明,一個物理問題的解決可能同時也是一個化學問題的解決。一個數(shù)學問題的突破可能對化學學科的發(fā)展更具實際意義。這必將成為20世紀科學發(fā)展的最重要特征之一,因此學科的相互交*和滲透將會給科學帶來更廣闊的發(fā)展天地。 作者簡介;袁倬斌 男,60歲,博導,從事電分析化學、高效毛細管電泳等教學和科研工作。朱 敏 女,32歲,博士后,從事電分析化學和組合化學的研究工作。
作者單位:(中國科技大學研究生院 北京 100039)
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