在煉金術之後:諾貝爾化學獎獲得者100年圖說:全彩視圖本

第105章 1998年度 沃爾特·科恩 約翰·A·波普爾

　　因發展電子密度泛函理論和量子化學計算方法而榮獲1998年諾貝爾化學獎

　　沃爾特·科恩

　　沃爾特·科恩（美國，1923～），物理學家和理論化學家。1923年出生於奧地利維也納的一個猶太人家庭。父母在他早年就被納粹慘殺於集中營。1939年，16歲的科恩逃離納粹政權統治下的奧地利，來到加拿大，並入伍參加第二次世界大戰。1945年，科恩獲多倫多大學數學和物理學學士學位，1946年獲應用數學博士學位；隨後赴美深造，1948年獲哈佛大學物理學博士學位後留任哈佛，後轉至加州大學桑塔·迪高分校任教。1979年應邀赴加州大學桑塔·巴巴拉分校任職，並創立理論物理研究所，現為美國國家科學院院士。科恩還是一位積極的和平主義者，他曾於20世紀80年代冷戰高峰時期數次致信裏根總統，敦促他停止軍備競賽，還就核科學家的社會和道德責任舉辦講座。

　　1963年，科恩開始研究密度泛函理論，這也是他獲得最高科學榮譽的科研課題。科恩認為，傳統的分子性質計算是基於對每個單電子運動的描寫，使得計算本身在數學上非常複雜。他指出，隻要知道分布在空間任意一點上的平均電子數就已經足夠了，無須考慮每一個單電子的運動行為。科恩由此創建了更為簡便的計算方法——密度泛函理論。它構成了簡化以數學方法來處理原子間成鍵問題的理論基礎，是目前許多計算得以實現的先決條件。密度泛函理論在計算方法上的簡化，使大分子係統的研究成為可能，酶反應機製理論計算就是其中的典型實例。如今，密度泛函法已成為量子化學應中最廣泛的計算方法。

　　約翰·A·波普爾

　　約翰·A·波普爾（英國，1925～2004年），量子化學家。1925年生於英格蘭，1943年進入劍橋大學學習。當時正值第二次世界大戰期間，波普爾應征入伍，參加戰時研究項目。戰後，他回到劍橋，師從理論化學家，當時的法拉第學會主席約翰·林納德·瓊斯，從事液體化學和氫鍵的理論研究，1951年獲劍橋大學數學博士學位。1955年開始研究核磁共振技術，著有《高分辨核磁共振》。1958年開始在劍橋大學任教，後轉入國家物理實驗室工作，直至1964年移居美國，在卡耐基-梅隆大學任化學物理教授。1933年起，任美國西北大學化學係教授，現為美國國家科學院院士。

　　在薛定諤（1882～1961年，奧地利物理學家，波動力學創始人，在量子力學方麵建立有薛定諤波函數方程）等人所建立的量子力學基本方法之上，波普爾發展了多種量子化學計算方法，使得從理論上研究分子的性質以及其化學反應中的行為成為可能。

　　隨著計算機科學的飛速發展，約翰·波普爾係統而完整地建立起的量子化學方法學被應用於化學的各個分支和分子物理學。他所設計的高斯（Gaussian）程序在現代技術手段的支持下，其技術和計算方法易於被研究者所采用。量子化學計算已成為與實驗技術相得益彰、相輔相成的重要手段。它在提供分子性質和分子間相互作用的定量信息的同時，也致力於深入了解那些不可能完全從實驗上觀測的化學過程。為此，約翰·波普爾與沃爾特·科恩共同獲得1998年諾貝爾化學獎。

　　如今，人們隻需將分子或化學反應的特征輸入計算機中，即可得到該分子的性質或該化學反應可能如何發生的具體描述，這些計算結果通常用於形象注釋或預測實驗結果。從1970年完成的高斯程序第一版本後，波普爾及其合作者相繼推出高斯76到高斯98八個版本，逐步完善了程序庫係列。高斯程序庫已成為當今全世界高等學府、研究機構及商業公司的重要研究工具。

　　無論是科恩創建的密度泛函理論，還是波普爾在此基礎上所設計的高斯程序，量子化學理論和計算的豐碩成果正引起整個化學界的革命，量子化學家幾十年的辛勤耕耘得到了充分的肯定。這標誌著古老的化學已發展成為理論和實驗緊密結合的科學。