20世紀的科學怪傑：鮑林(19)

一九

　　不久之後，諾伊斯把鮑林叫到了辦公室。在讓年輕人坐下之後，他巧妙地把話題轉到了科學成果歸屬的問題。諾伊斯說，這篇輝鉬礦論文只署了鮑林的名字；恐怕鮑林忘記了迪金森教授也參與了這一工作。鮑林說：「當然這對我的震動很大，我意識到自己完全忘記了他（迪金森）的工作以及他對我的指導。」「輝鉬礦的晶體結構」一文經過修改於1923年4月在《美國化學學會學報》上發表。著者按次序為，羅斯科·迪金森和萊納斯·鮑林。「我認為這是一次很好的經歷，」鮑林說，「它使我認識到一個人很容易低估別人作出的貢獻。」

　　在蹣跚起步之後，鮑林成了一名晶體學高手。不久迪金森就完全信賴了這位學生。在1924年他獲研究基金赴歐洲訪學的一年裡，他讓鮑林負責Ｘ射線實驗室的工作，這進一步加強了鮑林獨立開展研究工作的能力。鮑林還擔負起了教師的責任，向其他學生介紹試驗技術並指導他們的工作。回國之後，迪金森逐漸對其他研究領域產生了興趣，鮑林就接任了加州理工學院住校Ｘ射線專家的職務。在獲得博士學位之前，鮑林還獨立地或者與別人合作發表了6篇晶體結構的論文，數量之多令人矚目。

　　鮑林早期的研究工作，確立了他作為美國一名出色的青年晶體學學者的聲譽，同時也使他以一種全新的眼光來看待世界。他花了大量時間，分析晶體單位的長寬高，瞭解原子的大小和化學鍵的長度，從那之後他將從結構的角度來看待一切化學現象。他本能地意識到，分子是由原子構成的，正如樓房是由磚瓦和橫樑構成的一樣。它們的結構並不是隨意的，而會以一定角度構成一定的形狀；這種架構的度量單位是幾億分之一釐米。

　　發現並描述這些結構，可以給人帶來一種純粹的審美快感，然而意義還遠遠不止這些。分子的構造決定了其行為的方式。就拿輝鉬礦來說，迪金森和鮑林發現硫原子之間的間距比布拉格父子在其他礦物中測量出的間距要大。在他的第一篇論文中，鮑林把輝鉬礦易於開裂的特性歸因於疏原子之間較長的化學鍵。他也開始考察所有已知的晶體結構，試圖找出為什麼布拉格的硫化學鍵比他與迪金森發現的要短。他意識到，類型不同，化學鍵的長度也不同：兩個原子平等地分享電子所形成的化學鍵——朗繆爾在1919年創造了「共價」一詞——一般比離子鍵要短（強）。所謂離子鍵，指的是一個原子離電子的距離比另一個原子要近。路易斯在他的立方體原子模型論文中提出，根據兩個原子分享電子能力的不同，可能產生不同類型的化學鍵。現在當他重新回顧這些文獻，並自己動手解決了一些晶體結構之後，鮑林發現，正如路易斯推斷的那樣，化學鍵類型並不是非此即彼。有些化學鍵處於兩種一般類型的中間狀態。

　　在過去的四十年裡，物理化學家在研究化學反應時一般都忽略了化學結構；畢竟在晶體學之前他們無法精確地描述結構。但是情況正在改變。現在他們日益認識到物質的性質取決於它們的結構。

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　　諾伊斯逐漸淡出教學，致力於行政管理。鮑林在加州理工學院的第一個學期選修了諾伊斯教授的最後一門課：化學熱力學，一曲19世紀以經典的牛頓物理學來研究物理化學的天鵝之歌。

　　這門課也是鮑林在研究生階段上的唯一的化學課程。他在俄勒岡農學院已經上了足夠多的化學課，但對物理和數學的知識卻求之若渴。他以後的研究生學習主要集中在這兩個領域。

　　數學是一種有用的工具，是學習物理必備的技巧。鮑林的數學導師是另一個——也許是最出色的——諾伊斯在麻省理工學院的學生，理查德·切斯·托爾曼。他在1910年獲得博士學位，然後四處遊蕩。他從密歇根大學轉到辛辛那提大學，在伯克利分校與路易斯共事四年，在依利諾伊大學呆了兩年，又在政府中幹了三年，尋找一個能夠滿足他廣泛興趣的職位。托爾曼的興趣沒有邊際：熱力學、統計力學、動力學、理論物理化學，甚至還有天文學。不過，他在化學以外的主要興趣是理論物理學。第一本探討愛因斯坦的狹義相對論的英語書就出自他的手，並且當歐洲在量子物理學方面取得令人激動的最新成果時，他是美國為數不多的認識到這一理論重要性的化學家——在此也應該說是物理學家。

　　諾伊斯在鮑林入學前一年把托爾曼請到了加州理工學院，並給了他一個不同尋常的雙重頭銜以反映他的興趣：物理化學和數學物理學教授。諾伊斯稱他是「一個不可多得的人才……兼有實驗和理論才華……實際上，可能除了伯克利的路易斯，舉國上下沒有一個物理化學家是能夠和他相提並論的」。在諾伊斯創建用現代物理學武裝起來的化學系的計劃中，托爾曼是中堅力量。在鮑林還是學生的時代，他就擔負起了研究生教學的重擔。諾伊斯從20年代起越來越關心加州理工學院的本科教育，而托爾曼則代表了研究生教育的靈魂：明確、嚴謹、領先。

　　學生們視他為智識過人、聰明博學的學者，他高高的額頭和整齊的髭須更加深了這種印象。同諾伊斯一樣，托爾曼是新英格蘭人，出生于一個富裕的馬薩諸塞州家庭，在麻省理工學院接受教育。如果不是因為諾伊斯和其他幾個他覺得志同道合的帕薩迪納私人俱樂部的朋友，他絕不會到加州理工學院來。他同情左派政治觀點——鮑林記得學生們哼唱一首小曲「左派理查德和他的兄弟愛德華」（愛德華·托爾曼是伯克利的教授）——與南加利福尼亞的保守傾向格格不入，而且他的文化品位不能容忍那一地區的粗鄙的商業化習氣。

　　他是一個出身名門頗有教養的貴族，在加州理工學院總顯得有點不合群。「我覺得，在新英格蘭，沒有自我標榜的狂妄，沒有巧取豪奪的壓力，決策的基礎也不是名聲，」他在20年代考慮是否接受哈佛一個職位時這樣寫道。「我覺得人一到哈佛，就像回到了自己的家，對於他們的方式和傳統我毫不陌生。」只是加州理工學院無可比擬的工資讓他留了下來。

　　不管工資多高都是值得的：托爾曼是加州理工學院最出色的教授。他的講座是邏輯和系統的傑作；當著學生的面，他在黑板上寫滿數字，然後條理清晰、令人信服地引導學生穿行在新物理學的迷宮中。他讓學生直接參與講座。他會半途突然停下來，叫一個學生站起來，詢問他對剛才探討問題的理解。這讓學生們保持清醒，並迫使他們的大腦快速運轉。鮑林選修了托爾曼執教的所有課程，包括相對論和統計力學。他給托爾曼和其他教師都留下了深刻印象，不久，他就開始幫助托爾曼準備供出版的論文手稿。

　　但是托爾曼對於鮑林最大的影響還在於他向這位年輕的化學家介紹了量子理論。

　　§玻爾原子

　　在進入加州理工學院之前，鮑林只在俄勒岡農學院上過三學期專門為化學工程師設計的物理學入門課程。課程極少涉及歐洲最新的物理思想，比如由一位年輕的丹麥人尼爾斯·玻爾率領的一小組物理學家正在探求世界的構成。

　　玻爾希望瞭解原子，所以在戰前來到英國追隨盧瑟福學習，當時盧瑟福剛剛提出電子圍繞原子核飛行的動態太陽系原子模型。玻爾第一個偉大成就在於把盧瑟福的原子與其他物理新發現聯繫在一起，其中最重要的發現是元素會令人不可思議地釋放或吸收特定的、不連續的能量——德國物理學家馬克思·普朗克在1901年把這些能量束命名為量子。

　　普朗克的理論聳人聽聞地提出，能量與光和熱一樣，不像牛頓所認為的那樣是連續光滑的，而是以一種不連續的能量單位形式存在的。普朗克的理論可以解釋諸如黑體輻射等奇特現象，但與許多傳統物理概念大相徑庭。儘管越來越多的事實支持量子論——其中最重要的一些結果是由一個名叫愛因斯坦①青年理論家提出的——但是物理學界對量子論並沒有形成一致的意見，許多人認為它只不過是為了方便而杜撰出來的概念。

　　①愛因斯坦（Albert Einstein，1879—1955），美籍德國理論物理學家，創立狹義相對論（1905）和廣義相對論（1907—1916），提出光子概念（1905），創立光電效應定律，曾參加反戰、反法西斯鬥爭，反對使用核武器，獲1921年諾貝爾物理學獎。

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