惟一一位先后兩次單獨(dú)獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家

惟一一位先后兩次單獨(dú)獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家一鮑林鮑林是著名的量子化學(xué)家，他在化學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域都有過(guò)重大貢獻(xiàn)。曾兩次榮獲諾貝爾獎(jiǎng)（1954年化學(xué)獎(jiǎng)，1962年和平獎(jiǎng)），有很高的國(guó)際聲譽(yù)。1901年2月28日，鮑林出生在美國(guó)俄勒岡州波特蘭市。幼年聰明好學(xué)， 11歲認(rèn)識(shí)了心理學(xué)教授捷夫列斯，捷夫列斯有一所私人實(shí)驗(yàn)室，他曾給幼小的鮑林做過(guò)許多有意思的化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)，這使鮑林從小萌生了對(duì)化學(xué)的熱愛(ài)，這種熱愛(ài)使他走上了研究化學(xué)的道路。鮑林在讀中學(xué)時(shí)、各科成績(jī)都很好，尤其是化學(xué)成績(jī)一直名列全班第一名。他經(jīng)常埋頭在實(shí)驗(yàn)室里做化學(xué)實(shí)驗(yàn)，立志當(dāng)一名化學(xué)家。 1917年，鮑林以優(yōu)異的成績(jī)考入俄勒岡州農(nóng)學(xué)院化學(xué)工程系，他希望通過(guò)學(xué)習(xí)大學(xué)化學(xué)最終實(shí)現(xiàn)自己的理想。鮑林的家境很不好，父親只是一位一般的藥劑師，胃親多病。家中經(jīng)濟(jì)收入微薄，居住條件也很差。由于經(jīng)濟(jì)困難，鮑林在大學(xué)曾停學(xué)一年，自己去掙學(xué)費(fèi)，復(fù)學(xué)以后，他靠勤工儉學(xué)來(lái)維持學(xué)習(xí)和生活，曾兼任分析化學(xué)教師的實(shí)驗(yàn)員，在四年級(jí)時(shí)還兼任過(guò)一年級(jí)的實(shí)驗(yàn)課。鮑林在艱難的條件下，刻苦攻讀。他對(duì)化學(xué)鍵的理論很感興趣，同時(shí)，認(rèn)真學(xué)習(xí)了原子物理、數(shù)學(xué)、生物學(xué)等多門學(xué)科。這些知識(shí)，為鮑林以后的研究工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1922年，鮑林以優(yōu)異的成績(jī)大學(xué)畢業(yè)，同時(shí)，考取了加州理工學(xué)院的研究生，導(dǎo)師是著名化學(xué)家諾伊斯。諾伊斯擅長(zhǎng)物理化學(xué)和分析化學(xué)，知識(shí)非常淵博。對(duì)學(xué)生循循善誘，為人和藹可親，學(xué)生們?cè)u(píng)價(jià)他“極善于鼓動(dòng)學(xué)生熱愛(ài)化學(xué)”。諾伊斯告訴鮑林，不要只停留在書本知識(shí)上，應(yīng)當(dāng)注重獨(dú)立思考，同時(shí)要研究與化學(xué)有關(guān)的物理知識(shí)1923年，諾伊斯寫了一部新書，名為《化學(xué)原理》，此書在正式出版之前，他要求鮑林在一個(gè)假期中，把書上的習(xí)題全部做一遍。鮑林用了一個(gè)假期的時(shí)間，把所有的習(xí)題都準(zhǔn)確地做完了，諾伊斯看了鮑林的作業(yè)，十分滿意。諾伊斯十分賞識(shí)鮑林，并把鮑林介紹給許多知名化學(xué)家，使他很快地進(jìn)入了學(xué)術(shù)界的社會(huì)環(huán)境中。這對(duì)鮑林以后的發(fā)展十分有用。鮑林在諾伊斯的指導(dǎo)下，完成的第一個(gè)科研課題是測(cè)定輝鋁礦（mosz）的晶體結(jié)構(gòu)，鮑林用調(diào)射線衍射法，測(cè)定了大量的數(shù)據(jù)，最后確定了mosz的結(jié)構(gòu)，這一工作完成得很出色，不僅使他在化學(xué)界初露鋒芒，同時(shí)也增強(qiáng)了他進(jìn)行科學(xué)研究的信心。鮑林在加州理工學(xué)院，經(jīng)導(dǎo)師介紹，還得到了迪肯森、托爾曼的精心指導(dǎo)，迪肯森精通放射化學(xué)和結(jié)晶化學(xué)，托爾曼精通物理化學(xué)，這些導(dǎo)師的精心指導(dǎo)，使鮑林進(jìn)一步拓寬了知識(shí)面，建立了合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)。1925年，鮑林以出色的成績(jī)獲得化學(xué)哲學(xué)博士。他系統(tǒng)地研究了化學(xué)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)三者的聯(lián)系，同時(shí)還從方法論上探討了決定論和隨機(jī)性的關(guān)系。他最感興趣的問(wèn)題是物質(zhì)結(jié)構(gòu)，他認(rèn)為，人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的深入了解，將有助于人們對(duì)化學(xué)運(yùn)動(dòng)的全面認(rèn)識(shí)。鮑林獲博士學(xué)位以后，于1926年2月去歐洲，在索未菲實(shí)驗(yàn)室里工作一年。然后又到玻爾實(shí)驗(yàn)室工作了半年，還到過(guò)薛定諤機(jī)和德拜實(shí)驗(yàn)室。這些學(xué)術(shù)研究，使鮑林對(duì)量子力學(xué)有了極為深刻的了解，堅(jiān)定了他用量子力學(xué)方法解決化學(xué)鍵問(wèn)題的信

心。鮑林從讀研究生到去歐洲游學(xué)，所接觸的都是世界第一流的專家，直接面臨科學(xué)前沿問(wèn)題，這對(duì)他后來(lái)取得學(xué)術(shù)成就是十分重要的。1927年，鮑林結(jié)束了兩年的歐洲游學(xué)回到了美國(guó)，在帕莎迪那擔(dān)任了理論化學(xué)、的助理教授，除講授量子力學(xué)及其在化學(xué)中的應(yīng)用外，還講授晶體化學(xué)鄉(xiāng)開(kāi)設(shè)有關(guān)化學(xué)鍵本質(zhì)的學(xué)術(shù)講座。1930年，鮑林再一次去歐洲，到布拉格實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)有關(guān)射線的技術(shù)，后來(lái)又到慕尼黑學(xué)習(xí)電子衍射方面的技術(shù)， 回國(guó)后，被加州理工學(xué)院聘為教授。鮑林在探索化學(xué)鍵理論時(shí)，遇到了甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)的解釋問(wèn)題。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，原子在未化合前外層有未成對(duì)的電子，這些未成對(duì)電子如果自旋反平行，則可兩兩結(jié)成電子對(duì)，在原子間形成共價(jià)鍵。一個(gè)電子與另一電子配對(duì)以后，就不能再與第三個(gè)電子配對(duì)。在原子相互結(jié)合成分子時(shí)，靠的是原子外層軌道重疊，重疊越多，形成的共價(jià)鍵就越穩(wěn)定一這種理論，無(wú)法解釋甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)。為了解釋甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)。說(shuō)明碳原子四個(gè)鍵的等價(jià)性，鮑林在1928一1931年，提出了雜化軌道的理論。該理論的根據(jù)是電子運(yùn)動(dòng)不僅具有粒子性，同時(shí)還有波動(dòng)性。而波又是可以疊加的。所以鮑林認(rèn)為，碳原子和周圍口個(gè)氫原子成鍵時(shí)，所使用的軌道不是原來(lái)的s軌道或p軌道，而是二者經(jīng)混雜、疊加而成的“雜化軌道”，這種雜化軌道在能量和方向上的分配是對(duì)稱均衡的。雜化軌道理論，很好地解釋了甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)。在有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)理論中，鮑林還提出過(guò)有名的“共振論” 共振論直觀易懂，在化學(xué)教學(xué)中易被接受，所以受到歡迎，在本世紀(jì)40年代以前，這種理論產(chǎn)生了重要影響，但到60年代，在以蘇聯(lián)為代表的集權(quán)國(guó)家，化學(xué)家的心理也發(fā)生了扭曲和畸變，他們不知道科學(xué)自由為何物，對(duì)共振論采取了急風(fēng)暴雨般的大批判，給鮑林扣上了“唯心主義”的帽子。鮑林在研究量子化學(xué)和其他化學(xué)理論時(shí)，創(chuàng)造性地提出了許多新的概念。例如，共價(jià)半徑、金屬半徑、電負(fù)性標(biāo)度等，這些概念的應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)代化學(xué)、凝聚態(tài)物理的發(fā)展都有巨大意義。1932年，鮑林預(yù)言，惰性氣體可以與其他元素化合生成化合物。惰性氣體原子最外層都被8個(gè)電子所填滿，形成穩(wěn)定的電子層按傳統(tǒng)理論不能再與其他原子化合。但鮑林的量子化學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為，較重的惰性氣體原子，可能會(huì)與那些特別易接受電子的元素形成化合物，這一預(yù)言，在 1962年被證實(shí)。鮑林還把化學(xué)研究推向生物學(xué)，他實(shí)際上是分子生物學(xué)的奠基人之一，他花了很多時(shí)間研究生物大分子，特別是蛋自質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，本世紀(jì) 40年代初，他開(kāi)始研究氨基酸和多肽鏈，發(fā)現(xiàn)多肽鏈分子內(nèi)可能形成兩種螺旋體，一種是a-螺旋體，一種是g-螺旋體。經(jīng)過(guò)研究他進(jìn)而指出：一個(gè)螺旋是依靠氫鍵連接而保持其形狀的，也就是長(zhǎng)的肽鍵螺旋纏繞，是因?yàn)樵诎被衢L(zhǎng)鏈中，某些氫原子形成氫鍵的結(jié)果。作為蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的一種重要形式，a-螺旋體，已在晶體衍射圖上得到證實(shí)，這一發(fā)現(xiàn)為蛋白質(zhì)空間構(gòu)像打下了理論基礎(chǔ)。這些研究成果，是鮑林 1954年榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的項(xiàng)目。1954年以后，鮑林開(kāi)始轉(zhuǎn)向大腦的結(jié)構(gòu)與功能的研究，提出了有關(guān)麻醉和精神病的分子學(xué)基礎(chǔ)。他認(rèn)為，對(duì)精神病分子基礎(chǔ)的了解，有助于對(duì)精神病的治療，從而為

精神病患者帶來(lái)福音。鮑林是第一個(gè)提出“分子病”概念的人，他通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，鐮刀形細(xì)胞貧血癥，就是一種分子病，包括了由突變基因決定的血紅蛋白分子的變態(tài)。即在血紅蛋白的眾多氨基酸分子中，如果將其中的一個(gè)谷氨酸分子用纈氨酸替換，就會(huì)導(dǎo)致血紅蛋白分子變形，造成鐮刀形貧血病。鮑林通過(guò)研究，得出了鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥是分子病的結(jié)論。他還研究了分子醫(yī)學(xué)，寫了《矯形分子的精神病學(xué)》的論文，指出：分子醫(yī)學(xué)的研究，對(duì)解開(kāi)記憶和意識(shí)之謎有著決定性的意義。鮑林學(xué)識(shí)淵博，興趣廣泛，他曾廣泛研究自然科學(xué)的前沿課題。他從事古生物和遺傳學(xué)的研究，希望這種研究能揭開(kāi)生命起源的奧秘。他述于1965年提出原子核模型的設(shè)想，他提出的模型有許多獨(dú)到之處。鮑林堅(jiān)決反對(duì)把科技成果用于戰(zhàn)爭(zhēng)，特別反對(duì)核戰(zhàn)爭(zhēng)。他指出：“科學(xué)與和平是有聯(lián)系的，世界已被科學(xué)的發(fā)明大大改變了，特別是在最近一個(gè)世紀(jì)?，F(xiàn)在，我們?cè)鲞M(jìn)了知識(shí)，提供了消除貧困和饑餓的可能性，提供了顯著減少疾病造成的痛苦的可能性，提供了為人類利益有效地使用資源的可能性。”他認(rèn)為，核戰(zhàn)爭(zhēng)可能毀滅地球和人類，他號(hào)召科學(xué)家們致力于和平運(yùn)動(dòng)，鮑林傾注 了很多時(shí)間和精力研究防止戰(zhàn)爭(zhēng)、保衛(wèi)和平的問(wèn)題。他為和平事業(yè)所作的努力，遭到美國(guó)保守勢(shì)力的打擊， 50年代初，美國(guó)奉行麥卡錫主義，曾對(duì)他進(jìn)行過(guò)嚴(yán)格的審查，懷疑他是美共分子，限制他出國(guó)講學(xué)，干涉他的人身自由。1954年，鮑林榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)以后，美國(guó)政府才被迫取消了對(duì)他的出國(guó)禁令。1955，鮑林和世界知名的大科學(xué)家愛(ài)因斯坦、羅素、約里奧?居里、玻恩等，簽署了一個(gè)宣言：呼吁科學(xué)家應(yīng)共同反對(duì)發(fā)展毀滅性武器，反對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)，保衛(wèi)和平。 1957年5月，鮑林起草了《科學(xué)家反對(duì)核實(shí)驗(yàn)宣言》，該宣言在兩周內(nèi)就有 2000多名美國(guó)科學(xué)家簽名，在短短幾個(gè)月內(nèi)，就有49個(gè)國(guó)家的11000余名科學(xué)家簽名。1958年，鮑林把反核實(shí)驗(yàn)宣言交給了聯(lián)合國(guó)秘書長(zhǎng)哈馬舍爾德，向聯(lián)合國(guó)請(qǐng)?jiān)?。同年，他寫了《不要再有?zhàn)爭(zhēng)》一書，書中以豐富的資料，說(shuō)明了核武器對(duì)人類的重大威脅。1959年，鮑林和羅素等人在美國(guó)創(chuàng)辦了《一人少數(shù)》月刊，反對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)，宣傳和平。同年8月，他參加了在日本廣島舉行的禁止原子彈氫彈大會(huì)。由于鮑林對(duì)和平事業(yè)的貢獻(xiàn)，他在1962年榮獲了諾貝爾和平獎(jiǎng)。他以《科學(xué)與和平》為題，發(fā)表了領(lǐng)獎(jiǎng)演說(shuō)，在演說(shuō)中指出：“在我們這個(gè)世界歷史的新時(shí)代，世界問(wèn)題不能用故爭(zhēng)和暴力來(lái)解決，而是按著對(duì)所有人都公平，對(duì)一切國(guó)家都平等的方式，根據(jù)世界法律來(lái)解決?！弊詈笏?hào)召：“我們要逐步建立起一個(gè)對(duì)全人類在經(jīng)濟(jì)、政治和社會(huì)方面都公正合理的世界，建立起一種和人類智慧相稱的世界文化。” 鮑林是一位偉大的科學(xué)家與和平戰(zhàn)士，他的影響遍及全世界。價(jià)鍵理論鮑林自1930年代開(kāi)始致力于化學(xué)鍵的研究，1931年2月發(fā)表價(jià)鍵理論，此后陸續(xù)發(fā)表相關(guān)論文，1939年出版了在化學(xué)史上有劃時(shí)代意義的《化學(xué)鍵的本質(zhì)》一書。這部書徹底改變了人們對(duì)化學(xué)鍵的認(rèn)識(shí)，將其從直觀的、臆想的概念升華為定量的和理性的高度，在該書出版后不到30年內(nèi)，共被引用超過(guò)16000次，至今仍有許多高水平學(xué)術(shù)論文引用該書觀點(diǎn)。由于鮑林在化學(xué)鍵本質(zhì)以及復(fù)雜化合物物質(zhì)結(jié)構(gòu)闡釋方

面杰出的貢獻(xiàn)，他贏得了1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。鮑林對(duì)化學(xué)鍵本質(zhì)的研究，引申出了廣泛使用的雜化軌道概念。雜化軌道理論認(rèn)為，在形成化學(xué)鍵的過(guò)程中，原子軌道自身回重新組合，形成雜化軌道，以獲得最佳的成鍵效果。根據(jù)雜化軌道理論，飽和碳原子的四個(gè)價(jià)層電子軌道，即一個(gè)2S軌道和三個(gè)2P軌道喙線性組合成四個(gè)完全對(duì)等的sp3雜化軌道，量子力學(xué)計(jì)算顯示這四個(gè)雜化軌道在空間上形成正四面體，從而成功的解釋了碳的正四面體結(jié)構(gòu)。電負(fù)性鮑林在研究化學(xué)鍵鍵能的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同核雙原子分子，化學(xué)鍵的鍵能會(huì)隨著原子序數(shù)的變化而發(fā)生變化，為了半定量或定性描述各種化學(xué)鍵的鍵能以及其變化趨勢(shì)，鮑林于1932年首先提出了用以描述原子核對(duì)電子吸引能力的電負(fù)性概念，并且提出了定量衡量原子電負(fù)性的計(jì)算公式。電負(fù)性這一概念簡(jiǎn)單、直觀、物理意義明確并且不失準(zhǔn)確性，至今仍獲得廣泛應(yīng)用，是描述元素化學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)之一。共振論鮑林提出的共振論是20世紀(jì)最受爭(zhēng)議的化學(xué)理論之一。也是有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)基本理論之一。為了求解復(fù)雜分子體系化學(xué)鍵的薛定諤方程，鮑林使用了變分法。在原子核位置不變的前提下，提出體系所有可能的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)，寫出每個(gè)結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的波函數(shù)，將體系真實(shí)的波函數(shù)表示為所有可能結(jié)構(gòu)波函數(shù)的線性組合，經(jīng)過(guò)變分法處理后，得到體系總能量最低的波函數(shù)形式。這樣，體系的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)就表示成為若干種不同結(jié)構(gòu)的雜化體，為了形象地解釋這種計(jì)算結(jié)果的物理意義，鮑林提出共振論，即體系的真實(shí)電子狀態(tài)是介于這些可能狀態(tài)之間的一種狀態(tài)，分子是在不同化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)之間共振的。鮑林將共振論用于對(duì)苯分子結(jié)構(gòu)的解釋獲得成功，使得共振論成為有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)基本理論之一。1950年代，蘇聯(lián)和中國(guó)等共產(chǎn)主義國(guó)家出于意識(shí)形態(tài)的考慮，對(duì)共振論、現(xiàn)代遺傳學(xué)等科學(xué)理論展開(kāi)政治批判，共振論被作為唯心主義的典型加以批判。由于這場(chǎng)政治運(yùn)動(dòng)的影響，在共產(chǎn)主義國(guó)家量子化學(xué)的傳播和發(fā)展幾乎陷入停頓。1980年代以后，這些國(guó)家的學(xué)術(shù)界逐漸破除了政治因素對(duì)科學(xué)的束縛，重新審視和接受共振論的思想。 在量子化學(xué)領(lǐng)域，隨著分子軌道理論的出現(xiàn)和發(fā)展，鮑林的化學(xué)鍵理論由于在數(shù)學(xué)處理上的繁瑣和復(fù)雜而逐漸處于下風(fēng)， 共振論方法作為一種相對(duì)粗糙的近似處理也較少使用了，但是在有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域，共振論仍是解釋物質(zhì)結(jié)構(gòu)，尤其是共軛體系電子結(jié)構(gòu)的有力工具。生物大分子結(jié)構(gòu)和功能1930年代中期，隨著加州理工學(xué)院加強(qiáng)其再在生物學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，鮑林得以接觸一批生物學(xué)大師，期間鮑林對(duì)他原本沒(méi)有興趣的生物大分子結(jié)構(gòu)研究產(chǎn)生了興趣。鮑林在生物大分子領(lǐng)域最初的工作是對(duì)血紅蛋白結(jié)構(gòu)的確定，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)首先證實(shí)，在得氧和失氧狀態(tài)下，血紅蛋白的結(jié)構(gòu)是不同的，為了進(jìn)一步精確測(cè)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，鮑林首先想到他早期從事的x-射線衍射晶體結(jié)構(gòu)測(cè)試的方法，他將這種方法引入到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)測(cè)定中來(lái)，并且推導(dǎo)了經(jīng)衍射圖譜計(jì)算蛋白質(zhì)中重原子坐標(biāo)的公式。至今通

過(guò)蛋白質(zhì)結(jié)晶，進(jìn)行X-射線衍射實(shí)驗(yàn)仍然是測(cè)定蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要方法，人類已知結(jié)構(gòu)的絕大部分蛋白質(zhì)都是經(jīng)由這種方法測(cè)定獲得的。 結(jié)合血紅蛋白的晶體衍射圖譜，鮑林提出蛋白質(zhì)中的肽鏈在空間中是呈螺旋形排列的，這就是最早的a螺旋結(jié)構(gòu)模型，有科學(xué)史學(xué)者認(rèn)為沃森和克里克提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型就是受到了鮑林的影響，而鮑林之所以沒(méi)有提出雙螺旋，是因?yàn)樗?1950年代受到美國(guó)麥卡錫主義的影響，錯(cuò)過(guò)了一次在英國(guó)舉行的學(xué)術(shù)會(huì)議，沒(méi)有能夠看到一副重要的 DNA晶體衍射圖譜。1951年鮑林結(jié)合他在血紅蛋白進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究，以及對(duì)肽鏈和肽平面化學(xué)結(jié)構(gòu)的理論研究，提出了a螺旋和0折疊是蛋白質(zhì)