在炼金术之后:诺贝尔化学奖获得者100年图说:全彩视图本

第105章 1998年度 沃尔特·科恩 约翰·A·波普尔

　　因发展电子密度泛函理论和量子化学计算方法而荣获1998年诺贝尔化学奖

　　沃尔特·科恩

　　沃尔特·科恩（美国，1923～），物理学家和理论化学家。1923年出生于奥地利维也纳的一个犹太人家庭。父母在他早年就被纳粹惨杀于集中营。1939年，16岁的科恩逃离纳粹政权统治下的奥地利，来到加拿大，并入伍参加第二次世界大战。1945年，科恩获多伦多大学数学和物理学学士学位，1946年获应用数学博士学位；随后赴美深造，1948年获哈佛大学物理学博士学位后留任哈佛，后转至加州大学桑塔·迪高分校任教。1979年应邀赴加州大学桑塔·巴巴拉分校任职，并创立理论物理研究所，现为美国国家科学院院士。科恩还是一位积极的和平主义者，他曾于20世纪80年代冷战高峰时期数次致信里根总统，敦促他停止军备竞赛，还就核科学家的社会和道德责任举办讲座。

　　1963年，科恩开始研究密度泛函理论，这也是他获得最高科学荣誉的科研课题。科恩认为，传统的分子性质计算是基于对每个单电子运动的描写，使得计算本身在数学上非常复杂。他指出，只要知道分布在空间任意一点上的平均电子数就已经足够了，无须考虑每一个单电子的运动行为。科恩由此创建了更为简便的计算方法——密度泛函理论。它构成了简化以数学方法来处理原子间成键问题的理论基础，是目前许多计算得以实现的先决条件。密度泛函理论在计算方法上的简化，使大分子系统的研究成为可能，酶反应机制理论计算就是其中的典型实例。如今，密度泛函法已成为量子化学应中最广泛的计算方法。

　　约翰·A·波普尔

　　约翰·A·波普尔（英国，1925～2004年），量子化学家。1925年生于英格兰，1943年进入剑桥大学学习。当时正值第二次世界大战期间，波普尔应征入伍，参加战时研究项目。战后，他回到剑桥，师从理论化学家，当时的法拉第学会主席约翰·林纳德·琼斯，从事液体化学和氢键的理论研究，1951年获剑桥大学数学博士学位。1955年开始研究核磁共振技术，著有《高分辨核磁共振》。1958年开始在剑桥大学任教，后转入国家物理实验室工作，直至1964年移居美国，在卡耐基-梅隆大学任化学物理教授。1933年起，任美国西北大学化学系教授，现为美国国家科学院院士。

　　在薛定谔（1882～1961年，奥地利物理学家，波动力学创始人，在量子力学方面建立有薛定谔波函数方程）等人所建立的量子力学基本方法之上，波普尔发展了多种量子化学计算方法，使得从理论上研究分子的性质以及其化学反应中的行为成为可能。

　　随着计算机科学的飞速发展，约翰·波普尔系统而完整地建立起的量子化学方法学被应用于化学的各个分支和分子物理学。他所设计的高斯（Gaussian）程序在现代技术手段的支持下，其技术和计算方法易于被研究者所采用。量子化学计算已成为与实验技术相得益彰、相辅相成的重要手段。它在提供分子性质和分子间相互作用的定量信息的同时，也致力于深入了解那些不可能完全从实验上观测的化学过程。为此，约翰·波普尔与沃尔特·科恩共同获得1998年诺贝尔化学奖。

　　如今，人们只需将分子或化学反应的特征输入计算机中，即可得到该分子的性质或该化学反应可能如何发生的具体描述，这些计算结果通常用于形象注释或预测实验结果。从1970年完成的高斯程序第一版本后，波普尔及其合作者相继推出高斯76到高斯98八个版本，逐步完善了程序库系列。高斯程序库已成为当今全世界高等学府、研究机构及商业公司的重要研究工具。

　　无论是科恩创建的密度泛函理论，还是波普尔在此基础上所设计的高斯程序，量子化学理论和计算的丰硕成果正引起整个化学界的革命，量子化学家几十年的辛勤耕耘得到了充分的肯定。这标志着古老的化学已发展成为理论和实验紧密结合的科学。