《20世纪的科学怪杰鲍林》第39章

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正如物理学家维克多·魏斯科普夫后来指出，量子力学最终把物理和化学这两大领域统一了起来。通过运用新物理的规则来解释原子键合成分子的过程，斯莱特和鲍林促成了这段姻缘。物理学家是正确的：电子在轨道上运动，而不是在干货架上傻坐着。但是在一些很重要的方面，化学家，特别是路易斯同样是正确的。电子轨道有一定朝向，而且化学键是由共用电子对形成的。斯莱特和鲍林的成果表明——合乎逻辑而且至少具有近似的数学可信度——物理学家的新的量子原则是如何在化学家的分子中发挥作用的。
《美国化学学会学报》在收到鲍林论文之后的六个星期内就刊登了这篇文章，这充分显示了鲍林研究成果的重要性和独创性，因为一般的等待时间要长达几个月。后来鲍林得知，杂志的编辑阿瑟·兰姆想不出有谁能够鉴定这篇文章，就直接把它发表了。
为了支持和鼓励青年化学家，A·C·朗缪尔博士（物理化学家欧文·朗缪尔的哥哥）在1931年每年出资一千美元，奖励全国最优秀的青年化学家。他请这一领域内最权威的专业组织美国化学学会来挑选获奖者。第一年授予朗缪尔奖的时候，前美国化学学会主席诺伊斯确保自己的得意门生获得提名。1931年8月，鲍林欣喜地得知自己获奖了。这一奖励承认了鲍林非凡的成就和远大的前程——仅仅30岁，他已经发表了50多篇论文，涉及广泛的理论和实验题目——而且在当时是相当丰厚的一笔收入，大致相当于鲍林年薪的四分之一。同时这也为美国化学学会和加州理工学院提供了一个宣传自己的绝好机会。很快，鲍林发现自己成了一个小小的名人，接受来自从波特兰到纽约的记者的采访，自己的照片和专访也纷纷出现在报章杂志上。《科学美国人》刊登了他的一张大幅照片，看上去若有所思，一副学者风度，并把他称为“美国科学的神童”。诺伊斯告诉记者，鲍林是“我多年教书生涯中遇见的最有前途的年轻人”。A·C·朗缪尔更是赞不绝口，说他是“一颗正在升起的新星，将可能获得诺贝尔奖”。9月的一个夜晚，在纽约州布法罗市举行的美国化学学会全会上，鲍林大步走上主席台，从学会主席的手中接过了奖项，台下两千名全国最优秀的化学家报以热烈的掌声。有人为这一盛会的通讯画了一幅漫画，画面上满头乱发的青年鲍林急切地把手伸向一个标有“1，000”的口袋。鲍林后来说，他唯一的遗憾是贝莉没有能到场看他获奖。
在开始第一个教职后的第四年，鲍林从一个大有前途的年轻人一跃而成了全国的名人。到1931年底，他已是正教授，《美国化学学会学报》的副主编，晶体学大师，化学键这一重大问题的合作攻克者，以及朗缪尔奖获得者。他的内心永远充满着自信；现在这种自信洋溢于他的全身。在1931年，他很少对自己产生怀疑。他回忆说：“我很有可能成为一个狂妄的自我本位者。我觉得早些年我就在科学上对自己充满自信。但是……我认为我不应该让这一切冲昏头脑。而且，尽管我在这一件事情上比别人干得好，我也不能够自以为在别的事情上也比别人强。”
7　共振
先锋派
1931年，爱因斯坦在帕萨迪纳逗留了几个月，当时加州理工学院正竭力说服他来校任教。期间，他出席了鲍林的一个研讨会。知道听众中有世界上健在的最伟大的科学家，鲍林格外卖力地将自己运用波动力学来解决化学键的新思想详细地进行了论述。后来，一位记者问爱因斯坦对这位青年化学家的理论有什么看法。他耸了耸肩膀，笑笑说：“对我来说，他的理论太复杂了。”
爱因斯坦也许只是出于对新闻记者的敷衍才这么说的，但是如果要进行精确的数学计算，鲍林对化学键的解释确实是相当复杂的——至少对绝大多数化学家来说是这样。从传统、数学或是哲学的角度来讲，化学家对鲍林的理论都感到茫然不解。那时候的化学仍然是扎根于上一世纪的许多分支学科的大杂烩——有机化学，无机化学，物理化学，胶体化学，农业化学——每一门分支都有自己的一班人马和一系列难题。化学家们被分成离子学家、热力学家，现在又新添了量子化学家，每一个团体都有自己的传统、方法、期刊，每年只是在几次全体会议上才坐在一起。在美国，只有受诺伊斯影响的加州理工学院和加州大学伯克利分校的化学系才跨越了这些旧的学科限制，强调在教授之间进行交流和沟通，并致力于研究化学学科的基本思想。
1931年，鲍林基于量子理论创造的化学键理论，比当时的思想领先了十年。绝大多数化学家既不知晓量子力学为何物，也不理会量子力学对化学学科的重大意义。对大多数从业人员来说，真正的化学研究是在实验室里，而不是在一张纸上进行的；只有通过亲手配制化合物，并观察其反应来作出发现，而不是靠臆想来推出一些数学公式。他们可能听说过X射线晶体学这一物理学家的工具，但是从未使用过——加州理工学院仍然是将这一技巧运用到化学上的为数不多的学校之一。至于鲍林对分子结构重要性的强调，那是有机化学家所关心的事，其他领域的化学家则相信它对整个化学学科的作用不大。
最重要的是钻进实验室，把你的手弄脏。实验化学家鄙视鲍林这样的理论家，认为他们过多地依赖物理来获取灵感。英国著名的化学教育家亨利·阿姆斯特朗在90年代中期对此发表了颇具代表性的看法：“事实是，物理化学家从不运用自己的眼睛，最可悲的是缺乏化学教养。我们应该把这些物理因素彻底地从我们中间剔除出去，并回到我们的实验室中。”
只有他们对新物理的无知才可以同他们对抽象思维的怀疑相媲美。多数30年代早期的化学家对海特勒一伦敦一斯莱特一鲍林化学键理论的反应是无精打采的一个哈欠。在诺贝尔化学奖获得者哈罗德·尤里的记忆中，他们“对这一理论一无所知，一窍不通，而且除鲍林以外，没有什么人在意它。”
但是诺伊斯和路易斯安排鲍林在加州理工学院和伯克利分校广泛传播他的思想，那里的多数化学系学生开始认识到这一方法的重要性，其中最聪明的一些学生开始追随鲍林，进入了这一领域。在物理方面，像斯莱特和伦敦这样的学者继续修饰着混合波函数的数学公式，从物理的第一原则出发来解决简单原则的结构问题。然而他们的工作对化学的影响甚微，因为他们并不掌握化学家手中非常重要的经验事实，并不拥有相同的世界观，也不了解哪些问题是最关键的。简而言之，他们不是化学家。
罗伯特·马利肯是为数不多的通晓物理和化学的科学家。他的父亲是麻省理工学院的化学家，他本人在芝加哥大学跟随密立根学习了物理，在哈佛进修时住在斯莱特隔壁。与鲍林一样，他在20年代末东渡欧洲学习量子力学。在哥廷根，马利肯受到了玻恩的一位助手弗里德里希·亨德的影响。亨德解决化学键问题的思路与鲍林不同。亨特感兴趣的是分子光谱学，即对分子吸收和释放的光的特点的研究。他发现，从这一角度观察，分子的性态在很多方面与单个原子相似。亨特和马利肯提出了一种与鲍林的理论截然相反的化学键概念。他们认为，电子并不是集中在两个原子核之间并将它们键合起来，而是分布在分子的表面，形成马利肯所称的分子轨道。比如，他们设想氢分子H2，并不是像海特勒和伦敦提出的那样由两个氢原子共用电子对而形成化学键，而是由一个带有两个电子的氦原子分裂成两个原子核，同时围绕它的电子云形成了一个新的分子轨道。马利肯在1932年写道：“总的来说，没有人把分子看作是由原子或离子组成的。人们认为，把分子看作是由一定数目的