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1998年10月13日下午3時(shí)正，瑞典皇家科學(xué)院正式公布了1998年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者名單，美國(guó)的奧地利裔科學(xué)家瓦爾特*科恩(Walter Kohn)教授和英國(guó)的約翰*波普(John Pople)教授分享了總額為97萬美元的獎(jiǎng)金。令全世界科學(xué)工作者驚奇的是，這二位諾貝爾獎(jiǎng)得主在獲獎(jiǎng)后第二天接受記者采訪時(shí)，不約而同地分別自稱為物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家。本文將介紹二位學(xué)者為科學(xué)所作出的突出貢獻(xiàn)，以及他們?cè)鯓永�用物理和�?shù)學(xué)為工具，在化學(xué)領(lǐng)域作出了舉世矚目的成就。

1 物理學(xué)家*化學(xué)家??瓦爾特*科恩瓦爾特�？贫饔�1923年3月9日出生于奧地利名城維也納的一個(gè)猶太家庭，早年其父母均在納粹集中營(yíng)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(jìn)入加拿大的多倫多大學(xué)深造，并于1945年獲數(shù)學(xué)和物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1946年再次于多倫多大學(xué)獲應(yīng)用數(shù)學(xué)碩士學(xué)位，1948年在哈佛大學(xué)獲博士學(xué)位�？贫髟�任哈佛大學(xué)物理系教員，卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)助教和教授，圣迭戈的加利福尼亞大學(xué)物理系教授，系主任，1979年來到圣巴巴拉的加利福尼亞大學(xué)，先后任理論物理所所長(zhǎng)和物理系教授�？贫魍瑫r(shí)擔(dān)任了IBM、通用原子、Bell電話實(shí)驗(yàn)室等多家著名企業(yè)的顧問。并被接受為倫敦皇家學(xué)會(huì)的外籍會(huì)員，量子分子科學(xué)國(guó)際科學(xué)院、國(guó)家科學(xué)院和美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)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(xiàn)。他創(chuàng)立并發(fā)展了分布密度理論，使科學(xué)家們?cè)谔街�物理、化學(xué)和材料科學(xué)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(jí)計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，分布密度理論正成為電子材料領(lǐng)域研究的主要工具�？贫饕苍诎雽�(dǎo)體物理、超導(dǎo)、表面物理和催化劑等領(lǐng)域作出了杰出的貢獻(xiàn)，發(fā)表了200余篇學(xué)術(shù)論文。曾獲物理學(xué)的Feenberg獎(jiǎng)，表面物理的Davission-Germer獎(jiǎng)，固態(tài)物理的Oliver Buckley獎(jiǎng)。以及1988年國(guó)家科學(xué)獎(jiǎng)、1998年Niels Bohr/UNESCO金獎(jiǎng)，并被愛爾蘭、奧地利、德國(guó)、瑞士、加拿大、法國(guó)和美國(guó)的多所大學(xué)授予榮譽(yù)學(xué)位。
科恩創(chuàng)立并領(lǐng)導(dǎo)了設(shè)立在圣巴巴拉的加利福尼亞大學(xué)的理論物理國(guó)家科學(xué)基金研究所，該研究所集中了來自全世界的一流科學(xué)家，在科恩的領(lǐng)導(dǎo)下，這個(gè)機(jī)構(gòu)很快成為理論物理及相關(guān)學(xué)科中諸多領(lǐng)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(shí)幾次寫信給當(dāng)時(shí)的美國(guó)總統(tǒng)里根，敦促他停止軍備競(jìng)賽。他還經(jīng)常舉辦講座，呼吁核科學(xué)家應(yīng)具有社會(huì)和道德責(zé)任感，這一舉動(dòng)贏得了全世界科學(xué)工作者的尊重和敬仰。

2 數(shù)學(xué)家*化學(xué)家??約翰*波普波普于1925年出生于英國(guó)，1951年于劍橋大學(xué)獲得數(shù)學(xué)博士學(xué)位，曾任劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)研究助理、講師，英國(guó)特丁頓國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)物理部負(fù)責(zé)人，卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)化學(xué)物理教授以及卡內(nèi)基-梅隆的約翰*克里斯丁*沃奈爾大學(xué)的自然科學(xué)教授。1986年至今，任美國(guó)西北大學(xué)化學(xué)系教授。波普同時(shí)是美國(guó)國(guó)家科學(xué)院的外籍會(huì)員，美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)員，美國(guó)前沿科學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員，美國(guó)化學(xué)物理學(xué)會(huì)會(huì)員，雖然客居他鄉(xiāng)多年，他始終保留著英國(guó)國(guó)籍，所以他同時(shí)是英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的正式會(huì)員。波普也擔(dān)任了很多社會(huì)職務(wù)，如國(guó)際量子分子科學(xué)學(xué)院副院長(zhǎng)，《分子物理雜志》編委等。
波普一生致力于量子化學(xué)和計(jì)算化學(xué)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(xué)反應(yīng)作用過程的理論研究，這些方法基于薛定諤等物理學(xué)家提出的量子力學(xué)的基本原理，將分子的特性以及某一化學(xué)反應(yīng)輸入計(jì)算機(jī)后，輸出的將是對(duì)該分子的性質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)發(fā)生情況的描述，其結(jié)果常被用來解釋各種類型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。波普教授的突出貢獻(xiàn)之一是設(shè)計(jì)了名為GAUSSIAN的計(jì)算程序，這一程序使普通研究者也能容易地掌握高深的計(jì)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(xué)和商業(yè)公司中成千上萬的化學(xué)家利用這一軟件，解決了很多化學(xué)問題。例如研究人造化學(xué)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(xué)家正利用波普的方法模擬藥品對(duì)愛滋病毒的反應(yīng)。今年GAUSSIAN又發(fā)布了新的版本GAUSSINA 98，其日文版本也同時(shí)問世。軟件的生產(chǎn)者美國(guó)的GAUSSIAN公司在得到波普獲獎(jiǎng)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(jī)。由于波普對(duì)科學(xué)的杰出貢獻(xiàn)，此前他曾榮獲多項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)，如1992年的Wolf獎(jiǎng)，1998年度美國(guó)化學(xué)會(huì)的理論化學(xué)獎(jiǎng)等。
波普是在波士頓看望兒子時(shí)得知獲得諾貝爾獎(jiǎng)的，在下榻的飯店接受記者采訪時(shí)，他謙虛地把他獲得的榮譽(yù)歸功于集體的協(xié)作，他說，“這個(gè)榮譽(yù)不是我一個(gè)人的，而是這么多年來和我一起工作的所有學(xué)生的榮譽(yù)。我一直有一些非常優(yōu)秀的學(xué)生和同事，他們給了我很大的幫助�！蔽鞅贝髮W(xué)教務(wù)長(zhǎng)L B Dumas教授評(píng)價(jià)波普的獲獎(jiǎng)時(shí)說，“(獲獎(jiǎng))對(duì)約翰和西北大學(xué)來說都是一個(gè)極大的榮譽(yù)，我們有杰出的化學(xué)系，這也證明了他們?cè)谟?jì)算化學(xué)前沿領(lǐng)域的工作是非常重要的。約翰是這個(gè)研究小組的領(lǐng)頭人，他們正在進(jìn)行交*邊緣學(xué)科的研究”。這一研究開展不久，即有大量事實(shí)證明，邊緣學(xué)科有著無限廣闊的發(fā)展前景。

3 交*學(xué)科的杰出成果
1998年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的頒布，向人們展示，數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)學(xué)科的交*和融合已成為當(dāng)前科學(xué)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(xué)的成長(zhǎng)過程可以清楚的看到這一點(diǎn)。
早在20世紀(jì)初期，物理中量子力學(xué)的發(fā)展即為計(jì)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(xué)家的努力使得通過計(jì)算方法解決大部分物理問題和全部的化學(xué)問題所需的基本理論已經(jīng)相當(dāng)完善。然而，由于分子性質(zhì)的計(jì)算建立在對(duì)單原子運(yùn)動(dòng)軌跡的描述的基礎(chǔ)上，計(jì)算方法在數(shù)學(xué)上非常繁雜，使化學(xué)家們望而生畏，因此量子物理的理論一直沒有能夠應(yīng)用到解決化學(xué)問題中來。到了60年代中期，一位物理學(xué)家和一位數(shù)學(xué)家的介入使問題的解決嶄露新的生機(jī)。物理學(xué)家科恩認(rèn)為，計(jì)算時(shí)沒有必要考慮每個(gè)單電子的運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)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(xué)計(jì)算的先決條件。幾乎同時(shí)，數(shù)學(xué)家波普也加入到這一問題的解決中來。波普認(rèn)為，將理論方法應(yīng)用到化學(xué)中，必須首先明確在給定體系中方法的精度和準(zhǔn)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(xué)背景的研究者容易掌握。60年代電子計(jì)算機(jī)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(jì)算工具充分具備的條件下，波普設(shè)計(jì)了計(jì)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(jìn)計(jì)算方法，同時(shí)建立了“模型化學(xué)”理論。90年代初期，波普將科恩的分布密度理論引入他的計(jì)算方法，使得更復(fù)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(xué)工作者的不斷努力，今天，量子化學(xué)無疑成為化學(xué)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(shí)驗(yàn)二條途徑解決化學(xué)中存在的問題。繼1997年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予生物化學(xué)家Boyer、分子生物學(xué)家Walker和生物物理學(xué)家Skou后，今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)又授予了一位物理學(xué)家和一位數(shù)學(xué)家。而這二位科學(xué)家同時(shí)又是杰出的量子化學(xué)家。這也表明，科學(xué)的發(fā)展使學(xué)科之間的界線越來越模糊，正如科恩所說“我從事物理學(xué)研究已有50多年，但是獲得的卻是諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這反映出物理中的電子是物理學(xué)研究的一個(gè)重要課題，恐怕也是化學(xué)研究領(lǐng)域最重要的課題。”這表明，一個(gè)物理問題的解決可能同時(shí)也是一個(gè)化學(xué)問題的解決。一個(gè)數(shù)學(xué)問題的突破可能對(duì)化學(xué)學(xué)科的發(fā)展更具實(shí)際意義。這必將成為20世紀(jì)科學(xué)發(fā)展的最重要特征之一，因此學(xué)科的相互交*和滲透將會(huì)給科學(xué)帶來更廣闊的發(fā)展天地。 作者簡(jiǎn)介；袁倬斌 男，60歲，博導(dǎo)，從事電分析化學(xué)、高效毛細(xì)管電泳等教學(xué)和科研工作。朱 敏 女，32歲，博士后，從事電分析化學(xué)和組合化學(xué)的研究工作。
作者單位：(中國(guó)科技大學(xué)研究生院 北京 100039)
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