学科交 天地宽 ??1998年度诺贝尔化学奖获得者科恩和波普简介

1998年10月13日下午3时正，瑞典皇家科学院正式公布了1998年度诺贝尔化学奖获得者名单，美国的奥地利裔科学家瓦尔特*科恩(Walter Kohn)教授和英国的约翰*波普(John Pople)教授分享了总额为97万美元的奖金。令全世界科学工作者惊奇的是，这二位诺贝尔奖得主在获奖后第二天接受记者采访时，不约而同地分别自称为物理学家和数学家。本文将介绍二位学者为科学所作出的突出贡献，以及他们怎样利用物理和数学为工具，在化学领域作出了举世瞩目的成就。

1 物理学家*化学家??瓦尔特*科恩瓦尔特。科恩于1923年3月9日出生于奥地利名城维也纳的一个犹太家庭，早年其父母均在纳粹集中营中被杀害，16岁的科恩从纳粹统治的奥地利逃亡加拿大，并入伍参加了第二次世界大战。战后的科恩进入加拿大的多伦多大学深造，并于1945年获数学和物理学学士学位，1946年再次于多伦多大学获应用数学硕士学位，1948年在哈佛大学获博士学位。科恩曾任哈佛大学物理系教员，卡内基-梅隆大学助教和教授，圣迭戈的加利福尼亚大学物理系教授，系主任，1979年来到圣巴巴拉的加利福尼亚大学，先后任理论物理所所长和物理系教授。科恩同时担任了IBM、通用原子、Bell电话实验室等多家著名企业的顾问。并被接受为伦敦皇家学会的外籍会员，量子分子科学国际科学院、国家科学院和美国艺术与科学院院士。
科恩在揭示材料的电子结构方面作出了突出的贡献。他创立并发展了分布密度理论，使科学家们在探知物理、化学和材料科学中的原子、分子和固态物质的电子结构中，所使用的方法发生了根本性的改变。随着超级计算机的出现，分布密度理论正成为电子材料领域研究的主要工具。科恩也在半导体物理、超导、表面物理和催化剂等领域作出了杰出的贡献，发表了200余篇学术论文。曾获物理学的Feenberg奖，表面物理的Davission-Germer奖，固态物理的Oliver Buckley奖。以及1988年国家科学奖、1998年Niels Bohr/UNESCO金奖，并被爱尔兰、奥地利、德国、瑞士、加拿大、法国和美国的多所大学授予荣誉学位。
科恩创立并领导了设立在圣巴巴拉的加利福尼亚大学的理论物理国家科学基金研究所，该研究所集中了来自全世界的一流科学家，在科恩的领导下，这个机构很快成为理论物理及相关学科中诸多领域的先驱者，开创了很多新的研究方向。
科恩还是一位积极的和平主义者，他曾于80年代初冷战高峰时几次写信给当时的美国总统里根，敦促他停止军备竞赛。他还经常举办讲座，呼吁核科学家应具有社会和道德责任感，这一举动赢得了全世界科学工作者的尊重和敬仰。

2 数学家*化学家??约翰*波普波普于1925年出生于英国，1951年于剑桥大学获得数学博士学位，曾任剑桥大学数学研究助理、讲师，英国特丁顿国家物理实验室基础物理部负责人，卡内基-梅隆大学化学物理教授以及卡内基-梅隆的约翰*克里斯丁*沃奈尔大学的自然科学教授。1986年至今，任美国西北大学化学系教授。波普同时是美国国家科学院的外籍会员，美国化学会会员，美国前沿科学学会会员，美国化学物理学会会员，虽然客居他乡多年，他始终保留着英国国籍，所以他同时是英国皇家学会的正式会员。波普也担任了很多社会职务，如国际量子分子科学学院副院长，《分子物理杂志》编委等。
波普一生致力于量子化学和计算化学的研究，他所建立的方法被广泛用于分子、分子的性质以及化学反应作用过程的理论研究，这些方法基于薛定谔等物理学家提出的量子力学的基本原理，将分子的特性以及某一化学反应输入计算机后，输出的将是对该分子的性质以及化学反应发生情况的描述，其结果常被用来解释各种类型的实验结果。波普教授的突出贡献之一是设计了名为GAUSSIAN的计算程序，这一程序使普通研究者也能容易地掌握高深的计算方法。该软件的第一版于1970年发布，此后不断发展，数易其版，全世界的大学和商业公司中成千上万的化学家利用这一软件，解决了很多化学问题。例如研究人造化学品如何破坏地球上空的臭氧层，制造新塑料和开发新药物等等。一些科学家正利用波普的方法模拟药品对爱滋病毒的反应。今年GAUSSIAN又发布了新的版本GAUSSINA 98，其日文版本也同时问世。软件的生产者美国的GAUSSIAN公司在得到波普获奖的消息后，立即在其网页中打出了向波普教授祝贺和致意的词句，随后这一网页的全世界访问者猛增，给GAUSSIAN公司带来了新的商机。由于波普对科学的杰出贡献，此前他曾荣获多项奖项，如1992年的Wolf奖，1998年度美国化学会的理论化学奖等。
波普是在波士顿看望儿子时得知获得诺贝尔奖的，在下榻的饭店接受记者采访时，他谦虚地把他获得的荣誉归功于集体的协作，他说，“这个荣誉不是我一个人的，而是这么多年来和我一起工作的所有学生的荣誉。我一直有一些非常优秀的学生和同事，他们给了我很大的帮助。”西北大学教务长L B Dumas教授评价波普的获奖时说，“(获奖)对约翰和西北大学来说都是一个极大的荣誉，我们有杰出的化学系，这也证明了他们在计算化学前沿领域的工作是非常重要的。约翰是这个研究小组的领头人，他们正在进行交*边缘学科的研究”。这一研究开展不久，即有大量事实证明，边缘学科有着无限广阔的发展前景。

3 交*学科的杰出成果
1998年度诺贝尔化学奖的颁布，向人们展示，数学、物理和化学学科的交*和融合已成为当前科学发展的重要特征之一。从科恩和波普共同致力于发展的量子化学的成长过程可以清楚的看到这一点。
早在20世纪初期，物理中量子力学的发展即为计算分子的性质和他们之间的相互作用提供了可能，20年后，科学家的努力使得通过计算方法解决大部分物理问题和全部的化学问题所需的基本理论已经相当完善。然而，由于分子性质的计算建立在对单原子运动轨迹的描述的基础上，计算方法在数学上非常繁杂，使化学家们望而生畏，因此量子物理的理论一直没有能够应用到解决化学问题中来。到了60年代中期，一位物理学家和一位数学家的介入使问题的解决崭露新的生机。物理学家科恩认为，计算时没有必要考虑每个单电子的运动过程，而只需了解空间某一位置的平均电子数即可，这种简化方法即所谓的分布密度理论。这一理论成为后来大多数数学计算的先决条件。几乎同时，数学家波普也加入到这一问题的解决中来。波普认为，将理论方法应用到化学中，必须首先明确在给定体系中方法的精度和准确度，更重要的是所建立的方法必须能为大多数没有数学背景的研究者容易掌握。60年代电子计算机的大力发展给波普的工作创造了不可缺少的条件，在理论和计算工具充分具备的条件下，波普设计了计算程序GAUSSIAN-70，这一程序的精确程度大大优于同类软件。从70年代到80年代，波普不断地改进计算方法，同时建立了“模型化学”理论。90年代初期，波普将科恩的分布密度理论引入他的计算方法，使得更复杂的分子分析成为可能。
通过以科恩和波普为代表的量子化学工作者的不断努力，今天，量子化学无疑成为化学工作者最有用的工具之一。目前大多数研究者开始从理论和实验二条途径解决化学中存在的问题。继1997年的诺贝尔化学奖授予生物化学家Boyer、分子生物学家Walker和生物物理学家Skou后，今年的诺贝尔化学奖又授予了一位物理学家和一位数学家。而这二位科学家同时又是杰出的量子化学家。这也表明，科学的发展使学科之间的界线越来越模糊，正如科恩所说“我从事物理学研究已有50多年，但是获得的却是诺贝尔化学奖。这反映出物理中的电子是物理学研究的一个重要课题，恐怕也是化学研究领域最重要的课题。”这表明，一个物理问题的解决可能同时也是一个化学问题的解决。一个数学问题的突破可能对化学学科的发展更具实际意义。这必将成为20世纪科学发展的最重要特征之一，因此学科的相互交*和渗透将会给科学带来更广阔的发展天地。 作者简介；袁倬斌 男，60岁，博导，从事电分析化学、高效毛细管电泳等教学和科研工作。朱 敏 女，32岁，博士后，从事电分析化学和组合化学的研究工作。
作者单位：(中国科技大学研究生院 北京 100039)
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