在科學(xué)與和平的道路上

金吾倫

(中國社會科學(xué)院哲學(xué)研究所 研究員)

邢潤川

(山西大學(xué)科學(xué)技術(shù)哲學(xué)研究中心 教授)

從小立志獻(xiàn)身化學(xué)

萊納斯· 鮑林(L.Pauling),1901年2月28日出生在美國俄勒岡州波特蘭市。父親是一位藥劑師。小鮑林年幼好學(xué)、聰穎機敏,他很小就注意到父親的藥柜里的那些藥粉、藥膏等制劑,父親告訴他這些都是化學(xué)藥品。鮑林驚嘆于化學(xué)藥品的魔力,竟能治愈病人。父親在向他介紹藥物知識時,并沒有意識到自己的兒子將成為一位偉大的化學(xué)家。他在鮑林9 歲時就不幸去世了,但他對鮑林后來走上化學(xué)研究的道路起到了潛移默化的作用。

11歲那年的一天,鮑林到他的同學(xué)杰弗里斯(L.A. Jeffress)家去玩。杰弗里斯在自己家中的實驗室里做一些化學(xué)實驗給鮑林看。他把氯酸鉀與糖混合,然后加入幾滴濃硫酸。這個反應(yīng)會產(chǎn)生蒸氣和碳,并且作用極其強烈。這個實驗在今天看來是十分簡單、十分平常了。然而,在那時卻給鮑林留下極為深刻的印象,使他驚奇得出了神。幾種物質(zhì)放在一起,竟會出現(xiàn)這樣奇特的現(xiàn)象;一種化學(xué)物質(zhì)能變成另一種性質(zhì)明顯不同的物質(zhì)。“它使我意識到在我周圍的世界還有另一類變化存在”,鮑林在回憶當(dāng)時的情景時說道。自此以后,鮑林那幼小的心靈中就萌生了對化學(xué)的熱愛。

鮑林還得到一位實驗室儀器保管員的幫助。這位保管員給他提供一些簡單的儀器和藥品。他父親的朋友又給他一些化學(xué)藥品,并教給他用藥殺死昆蟲制作標(biāo)本的知識。鮑林這時已經(jīng)知道可以用硫酸處理某些化學(xué)藥品。這樣,鮑林很小就有了一些初步的化學(xué)知識。

當(dāng)鮑林升入高中時,他經(jīng)常到實驗室去做實驗。他已經(jīng)深深地愛上了化學(xué),決心獻(xiàn)身于化學(xué)事業(yè)。此外,他對物理、數(shù)學(xué)也很感興趣。他關(guān)心周圍的事物,細(xì)心觀察各種現(xiàn)象。13歲時,有一天鮑林打著傘在路上走,突然他通過傘看到一條弧形的彩色光帶,并注意到通過傘面上的線縫衍射產(chǎn)生的光譜。他還注意到光線通過玻璃的折射現(xiàn)象,但并不了解這些現(xiàn)象背后的原因。這也使他產(chǎn)生了興趣,試圖尋找光譜的起源。

1917年,鮑林考取了俄勒岡農(nóng)學(xué)院化學(xué)工程系。他認(rèn)為,學(xué)工程正是他實現(xiàn)夢想成為化學(xué)家的理想途徑。但那時,鮑林的家境不佳,母親生著病,把家里所有的錢都花光了。鮑林只得通過各種辦法謀生,甚至中途實在難以為繼而輟學(xué)了。當(dāng)他再回俄勒岡農(nóng)學(xué)院后,他一邊讀書,一邊當(dāng)定量分析教師的助手,最后的兩個學(xué)期還教化學(xué)系二年級一個班的化學(xué)課。盡管條件這樣困難,鮑林還是如饑似渴地讀化學(xué)書籍和近期出版的化學(xué)雜志,深入鉆研路易斯(G.N.Lewis)和朗繆爾(I.Langmuir)發(fā)表的關(guān)于分子的電子結(jié)構(gòu)的論文。如果說少年時期他還只是迷惑于神秘的現(xiàn)象,現(xiàn)在他已開始思考起隱藏在化學(xué)反應(yīng)背后的本質(zhì)、思考起物質(zhì)結(jié)構(gòu)的奧秘了。路易斯和朗繆爾的論文,提出了化學(xué)鍵的電子理論,解釋了共價鍵的飽和性,明確了共價鍵的特點,在化學(xué)發(fā)展史上具有重要作用,把化學(xué)結(jié)構(gòu)理論推向了一個新階段。

另外,鮑林還留心原子物理學(xué)的發(fā)展,他試圖了解物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)與組成它們的原子和分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。他從深入思考顏色、磁等方面的性質(zhì)中,逐漸感覺到有可能用化學(xué)鍵來解釋物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

1922年,鮑林從俄勒岡農(nóng)學(xué)院畢業(yè),獲化學(xué)工程理學(xué)學(xué)士學(xué)位。

打下堅實的基礎(chǔ)

加州理工學(xué)院蓋茨化學(xué)實驗室主任諾伊斯(A.Noyers)教授,特別重視人才的培養(yǎng)。諾伊斯教授是當(dāng)時物理化學(xué)和分析化學(xué)的權(quán)威,曾培養(yǎng)出許多著名的化學(xué)家,在教學(xué)上被譽為“在美國沒有哪位化學(xué)教師能像他那樣鼓勵學(xué)生去熱愛化學(xué)”。中國著名化學(xué)家張子高就是他培養(yǎng)出來的學(xué)生。才氣橫溢的鮑林于1922年進(jìn)入加州理工學(xué)院當(dāng)研究生時,諾伊斯教授立即就發(fā)現(xiàn)了這棵破土而出的壯苗。

諾伊斯教授告訴鮑林,不能滿足于教科書上的簡單知識,除了學(xué)習(xí)指定的物理化學(xué)課程外,還應(yīng)當(dāng)大量閱讀補充讀物。諾伊斯把他與人合寫的《化學(xué)原理》一書在出版前的校樣給鮑林,要求鮑林把第一章到第九章的全部習(xí)題都做一遍。鮑林利用假期按諾伊斯的要求做了,從中學(xué)到了許多物理化學(xué)的基本知識,打下了深厚的基礎(chǔ)。

諾伊斯教授又把鮑林推薦給學(xué)識淵博的著名科學(xué)家迪金森(R.Dickinson)。迪金森曾在卡文迪什實驗室學(xué)習(xí)過放射化學(xué)技術(shù),回美國后,在帕薩迪那(Pasade-na,加州理工學(xué)院所在地)從事X射線測定晶體結(jié)構(gòu)的研究,于1920年獲加州理工學(xué)院的第一個哲學(xué)博士學(xué)位。諾伊斯建議鮑林在迪金森指導(dǎo)下做晶體結(jié)構(gòu)測定。當(dāng)時,X射線衍射法已提供了大量關(guān)于結(jié)構(gòu)和關(guān)于原子間距離及鍵角等資料,人們甚至已經(jīng)開始討論原子為什么會以這樣一些方式結(jié)合在一起的問題。鮑林由于早年讀過朗繆爾關(guān)于分子結(jié)構(gòu)的論文,也讀過布拉格(W.L.Bragg)論X射線與晶體結(jié)構(gòu)的文章,正在思考這個問題,所以,這個研究課題正合鮑林的心意。鮑林就在迪金森指導(dǎo)下利用X射線做結(jié)構(gòu)測定的研究工作。幾經(jīng)挫折和失敗,他終于通過各個步驟而勝利完成了輝鉬礦 MoS2晶體的全測定工作。

第一次研究的成功,給了鮑林巨大的信心和力量,也使鮑林受到了嚴(yán)格的技術(shù)訓(xùn)練和全面的基礎(chǔ)培養(yǎng)。迪金森頭腦清晰,思想深邃,治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn),非常厭惡粗心和淺薄。他對鮑林嚴(yán)格要求。他在培養(yǎng)鮑林做結(jié)構(gòu)測定過程中,教給他許多書本上學(xué)不到的知識。研究微觀世界與宏觀世界的方法不同,見不到、摸不著,需要借助理論思維,需要靠一系列的邏輯論證,這使鮑林了解到科學(xué)方法和邏輯思維的力量,認(rèn)識到在經(jīng)驗事實材料基礎(chǔ)上做出理論概括、揭示物質(zhì)世界的內(nèi)在本質(zhì)的重要性。

后來,鮑林又得益于物理化學(xué)和數(shù)學(xué)物理學(xué)教授托爾曼(R.C.Tolman)的指導(dǎo)。托爾曼教授知識淵博,對物理學(xué)的新進(jìn)展有透徹的了解,他相信可以應(yīng)用物理方法來解決許多復(fù)雜的化學(xué)問題。他特別重視基本原理,并應(yīng)用先進(jìn)的熱力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)以解決物理學(xué)和化學(xué)問題。他把數(shù)學(xué)物理學(xué)課程介紹給物理化學(xué)研究班,鮑林正好在這個研究班學(xué)習(xí)。這使鮑林克服了物理學(xué)和數(shù)學(xué)知識的不足,從而為后來運用量子力學(xué)新成就來解決復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)問題提供了重要條件。

1925年,鮑林以出色的成績獲得加州理工學(xué)院哲學(xué)博士學(xué)位。在此期間,鮑林還做了一些化學(xué)問題的研究,他試圖建立起一種化學(xué)理論,建立一種與經(jīng)驗事實相符并能用以解釋經(jīng)驗事實的關(guān)于物質(zhì)本性的理論。他在晶體結(jié)構(gòu)研究中還創(chuàng)立了一種科學(xué)方法,按鮑林的解釋,就是通過猜測而求得真理的方法。他指出,我們可以而且應(yīng)該運用邏輯推理方法從晶體的性質(zhì)推斷它的結(jié)構(gòu),依據(jù)晶體的結(jié)構(gòu)又可預(yù)見晶體的其他性質(zhì)。應(yīng)該說,這是鮑林在自己的科學(xué)實踐中總結(jié)出來的科學(xué)方法,具有重要的方法論意義。

鮑林嶄露頭角,贏得了老師們的贊譽。迪金森就認(rèn)為,他自己在晶體結(jié)構(gòu)研究方面也許不會有多大成就,但他肯定鮑林的工作是有價值的。

赴歐洲深造,名師指點

20世紀(jì)第一個年頭,普朗克(M.Planck)提出了革命性的量子假說。沒過多久,愛因斯坦(A.Einstein)運用量子理論成功地解釋了光電效應(yīng)。玻爾(N.Bohr)在1913年把量子理論運用于解釋原子結(jié)構(gòu),提出了著名的玻爾原子模型。在此期間,勞厄(Max V.Laue)和布拉格父子使X射線成了研究晶體結(jié)構(gòu)的有力的實驗工具,用X射線衍射方法測定晶體結(jié)構(gòu)工作獲得巨大成功。索末菲(A.Sommerfeld)在X射線線譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)研究方面做出了許多重要貢獻(xiàn)。到了20世紀(jì)20年代,德布羅意(L.de Broglie)提出了物質(zhì)波假說,指出微觀粒子具有波粒二象性。海森伯(W.Heisenberg)和薛定諤(E.Schr?dinger)分別利用不同的數(shù)學(xué)形式表達(dá)微觀粒子的運動,從而創(chuàng)立了新的量子力學(xué)。上述這些重要科學(xué)成就,預(yù)示著為應(yīng)用量子理論和量子力學(xué)攻破復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)問題打開大門的條件日益成熟了。

鮑林正是在這個不平常的科學(xué)大變革時期,渴望解決物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的本質(zhì)問題而赴歐洲向名師求教的。1925年他獲得博士學(xué)位以后曾給玻爾寫信,請求玻爾同意他到哥本哈根跟隨玻爾做研究工作,玻爾沒有給他答復(fù)。接著,鮑林給在慕尼黑的索末菲寫信,索末菲教授很快復(fù)信同意鮑林去慕尼黑。于是鮑林于1926年2月去歐洲。他在索末菲那里度過了緊張而愉快的一年。索末菲的出色講演,深深地吸引了鮑林,為鮑林的研究展示了更為寬廣的道路。隨后,鮑林又到玻爾實驗室工作了幾個月,接著又到瑞士蘇黎世,跟隨薛定諤和德拜(P.Debye)做研究工作,聽他們的講演,并且開始研究用量子力學(xué)解決化學(xué)鍵問題的可能性。

1927年,鮑林從歐洲返回加州理工學(xué)院,擔(dān)任理論化學(xué)助理教授,除了講授量子力學(xué)及其在化學(xué)中的應(yīng)用外,還教晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵的本質(zhì)和物質(zhì)電磁性質(zhì)理論等課程。1930年春夏,鮑林再度赴歐,到布拉格實驗室學(xué)習(xí)X射線技術(shù),隨后又到慕尼黑學(xué)習(xí)電子衍射技術(shù)。回美國后不久,鮑林就被加州理工學(xué)院任命為教授。

玻爾、薛定諤、布拉格、德拜和索末菲這些大科學(xué)家都是當(dāng)時站在科學(xué)前沿的人,他們具有高深的科學(xué)素養(yǎng),同時又能洞察科學(xué)發(fā)展的趨勢和規(guī)律,了解并熟悉科學(xué)發(fā)展的生長點。名師出高徒,鮑林正是在這些名師指點下,摸清了當(dāng)時科學(xué)發(fā)展的脈絡(luò),找到了化學(xué)所面臨的突破口。加之,他受到了嚴(yán)格的科學(xué)訓(xùn)練,學(xué)到了這些大科學(xué)家搞研究工作的思想方法和工作方法,這就使他后來有可能把量子力學(xué)運用到化學(xué)中去,解決分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵本質(zhì)中的重大難題。此外,他還掌握了X射線、電子衍射等先進(jìn)技術(shù),這使他后來在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中做出了卓越的貢獻(xiàn)。

化學(xué)上的杰出貢獻(xiàn)

19世紀(jì)關(guān)于物質(zhì)的組成所提出的經(jīng)典結(jié)構(gòu)理論,只是定性地解釋了化學(xué)現(xiàn)象和經(jīng)驗事實。隨著電子的發(fā)現(xiàn),量子力學(xué)的創(chuàng)立以及像X射線衍射等先進(jìn)物理方法被應(yīng)用于化學(xué)研究,現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化學(xué)理論逐步建立了起來,并且得到了很快的發(fā)展。到了20世紀(jì)30年代初期,關(guān)于化學(xué)鍵的新理論被提出來了,其中之一就是價鍵理論。

價鍵理論是在處理氫分子成鍵的基礎(chǔ)上建立起來的。這個理論認(rèn)為,原子在化合前有未成對的電子,這些未成對電子,如果自旋是反平行的,則可兩兩結(jié)合成電子對,這時原子軌道重疊交蓋,就生成一個共價鍵;一個電子與另一個電子配對以后就不能再與第三個電子配對;原子軌道的重疊愈多,則形成的共價鍵就愈穩(wěn)定。這種價鍵理論解決了基態(tài)分子的飽和性問題,但對有些實驗事實卻不能解釋。例如,在CH4中,碳原子基態(tài)的電子層結(jié)構(gòu)有兩個未成對的電子,按照價鍵理論只能生成兩個共價鍵,但實驗結(jié)果表明CH4 卻是正四面體結(jié)構(gòu)。

為了解釋CH4是正四面體結(jié)構(gòu),說明碳原子4個鍵的等價問題,鮑林提出了雜化軌道理論。雜化軌道理論是從電子具有波動性,波可以疊加的觀點出發(fā),認(rèn)為碳原子和周圍電子成鍵時,所用的軌道不是原來純粹的S軌道或p軌道,而是S軌道和p軌道經(jīng)過疊加混雜而得到“雜化軌道”。根據(jù)他的雜化軌道理論,就可以很好地解釋CH4中碳四面體結(jié)構(gòu)的事實,同時還滿意地解釋其他事實,包括解釋絡(luò)離子的結(jié)構(gòu)。鮑林提出的雜化軌道理論對化學(xué)的發(fā)展起了很大的作用。

鮑林在20世紀(jì)30年代初期所提出的共振理論在現(xiàn)代分子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展中曾起過重要的作用,在化學(xué)界有著重要的地位。價鍵理論對于用一個價鍵結(jié)構(gòu)式來表示的分子是很合適的,但對于用一個結(jié)構(gòu)式不能表示其物理化學(xué)性質(zhì)的某些分子時,價鍵理論就不行了,例如共軛分子。像苯分子,若用經(jīng)典的凱庫勒(Kekulé)結(jié)構(gòu)式表示就出現(xiàn)了困難。按凱庫勒結(jié)構(gòu)式,苯環(huán)中應(yīng)有3個雙鍵,應(yīng)該可以起典型的雙鍵加成作用,但實際卻起取代作用,這說明苯環(huán)中并不存在典型的雙鍵,它具有“額外”的穩(wěn)定性。為了解決價鍵理論與上述實驗事實不相符合的困難,鮑林用了海森伯在研究氦原子(最簡單的多電子原子)問題時對量子力學(xué)交換積分所作的共振解釋,用了海特勒(Heitler)和倫敦(London)在研究氫分子(最簡單的多電子分子)問題時從單電子波函數(shù)線性變分法所得到的近似解法,用電子在鍵連原子核間的交換(即“電子共振”)來闡明電子在化學(xué)鍵生成過程中的具體成鍵作用,利用鍵在若干價鍵結(jié)構(gòu)之間的“共振”來解釋共軛現(xiàn)象和新結(jié)構(gòu)類型,如苯分子是共振于五個價鍵結(jié)構(gòu)之間。

鮑林認(rèn)為苯分子的真實基態(tài)不能用五個結(jié)構(gòu)的任何一個表示,卻可以用這些結(jié)構(gòu)的組合來描述。這一理論解釋了苯分子的穩(wěn)定性,與實驗事實很好地相符。

鮑林的共振論,在認(rèn)識分子和晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及化學(xué)鍵的本質(zhì)方面,曾起過相當(dāng)重要的作用。由于它直觀易懂,一目了然,在化學(xué)教學(xué)中易被接受,所以受到化學(xué)工作者的歡迎。在20世紀(jì)三四十年代它在化學(xué)中居于統(tǒng)治地位,至今仍在化學(xué)教材中被采用。共振論把原有的價鍵理論向前推進(jìn)了一步。

共振論出現(xiàn)在化學(xué)從經(jīng)典結(jié)構(gòu)理論向現(xiàn)代結(jié)構(gòu)理論研究轉(zhuǎn)變的時期,具有把二者融合在一起的特點,雖然它未能正確揭示出化學(xué)鍵的本質(zhì),卻是化學(xué)結(jié)構(gòu)理論在一定歷史發(fā)展階段中提出的一種學(xué)術(shù)觀點和理論。

作為一種科學(xué)假說,它的是非問題完全可以通過實踐檢驗和學(xué)術(shù)上的自由討論來解決。但是,20世紀(jì)50年代初期,蘇聯(lián)學(xué)術(shù)界卻對共振論大加鞭撻。把共振論稱作馬赫主義和機械主義。蘇聯(lián)科學(xué)院還召開規(guī)模較大的全國化學(xué)結(jié)構(gòu)理論討論會,對之進(jìn)行討伐。在蘇聯(lián)曾經(jīng)贊同過共振論的化學(xué)工作者均受到批判,相關(guān)圖書被禁止出版。這場批判也波及中國,曾經(jīng)有一段時期,人們把共振論當(dāng)作有機化學(xué)中的唯心論加以批判。

然而,作為化學(xué)家的鮑林,一方面認(rèn)為共振論與經(jīng)典結(jié)構(gòu)理論一樣都是假設(shè)性的,因此說明有機結(jié)構(gòu)是有其局限性的;另一方面,他堅信自然科學(xué)上的是非必然會由自然科學(xué)自身的發(fā)展作出判決,對不適當(dāng)?shù)厥褂眯姓侄未直└深A(yù)自然科學(xué)的做法,抱鄙視態(tài)度。他在《結(jié)構(gòu)化學(xué)和分子生物學(xué)五十年的進(jìn)展》一文中回顧了蘇聯(lián)對他的共振論的批判。他認(rèn)為,這種出于“意識形態(tài)或哲學(xué)領(lǐng)域里的強烈批判”是步李森科的后塵。李森科為了滿足個人的欲望,而提倡拋棄現(xiàn)代遺傳學(xué)。蘇聯(lián)化學(xué)家為了某種意識形態(tài)的需要企圖拋棄現(xiàn)代化學(xué)。然而正如他在結(jié)尾中所指出的：“過去五十年的全部經(jīng)驗,包括在合理的原則基礎(chǔ)上關(guān)于對世界的不斷加深的理解,已經(jīng)使我們拋棄一切教義、天啟和獨斷主義。從科學(xué)的進(jìn)步中得出的新世界觀的最大貢獻(xiàn)將是由理性代替教義、天啟和獨斷主義,這種貢獻(xiàn)甚至比對醫(yī)學(xué)或?qū)夹g(shù)的貢獻(xiàn)更大。”

歷史的發(fā)展已經(jīng)證明鮑林所持的態(tài)度是正確的。蘇聯(lián)科學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)人后來也承認(rèn),過去對鮑林及其共振論的粗暴批評“沒有促進(jìn)工作的進(jìn)展,而是使科學(xué)家比較快地離開了這個科學(xué)領(lǐng)域”,那種批判是“沒有根據(jù)地給現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展中有巨大意義的量子論概念和量子力學(xué)方法投上了陰影”“不公平地根本懷疑共振論創(chuàng)始人的全部研究的科學(xué)價值”。共振論是一種科學(xué)理論,絕不是哲學(xué)上的唯心主義流派,那種給自然科學(xué)理論武斷地扣上政治的或哲學(xué)的帽子,并施之以棍棒的做法是極端有害于科學(xué)的發(fā)展的。

鮑林除了上述成就以外,還獨創(chuàng)性地提出了一系列的原子參數(shù)和鍵參數(shù)概念,如共價半徑、金屬半徑、電負(fù)性標(biāo)度、離子性等。這些概念的應(yīng)用不僅對化學(xué),而且對固體物理等領(lǐng)域都有重要作用。他在科學(xué)研究中所運用的科學(xué)方法也具有同樣的價值。此外,鮑林還在1932年就預(yù)言了惰性氣體可以與其他元素化合而形成新化合物。這一預(yù)言在當(dāng)時是非常大膽、非常出色的。因為根據(jù)玻爾等人的原子模型,惰性氣體原子最外層電子恰好被八個電子所填滿,已形成了穩(wěn)固的電子殼層,不能再與別的元素化合。然而,鮑林根據(jù)量子力學(xué)理論指出,較重的惰性氣體可能會和那些特別容易接受電子的元素形成化合物。這一預(yù)言到1962年被加拿大化學(xué)家柏特勒特(N.Bartlett)制成的第一個惰性元素化合物六氟合鉑酸氙所證實。它推翻了長期在化學(xué)中流行的惰性氣體不能生成化合物的形而上學(xué)觀點,推動了惰性氣體化學(xué)的發(fā)展。

鮑林并沒有在這些杰出成就面前停步,而是運用自己有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的豐富知識進(jìn)一步研究分子生物學(xué),特別是蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)40年代,他對包含在免疫反應(yīng)中的蛋白質(zhì)感興趣,從而發(fā)展了在抗體-抗原反應(yīng)中分子互補的概念。1951年起,他與美國化學(xué)家柯里(R.B.Corey)合作研究氨基酸和多肽鏈。他們發(fā)現(xiàn),在多肽鏈分子內(nèi)可能形成兩種螺旋體: 一種是α-螺旋體,一種是γ-螺旋體,這糾正了前人按旋轉(zhuǎn)軸次為簡單整數(shù)而提出的螺旋體模型。鮑林進(jìn)一步揭示出一個螺旋是依靠氫鍵連接而保持其形狀的,也就是長長的肽鏈的纏繞是由于氨基酸長鏈中某些氫原子形成氫鍵的結(jié)果。作為蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的一種重要形式的α-螺旋體已在晶體衍射圖上得到了證實。這一發(fā)現(xiàn),為蛋白質(zhì)空間構(gòu)象打下了理論基礎(chǔ),成為蛋白質(zhì)化學(xué)發(fā)展史上的一個重要里程碑。鮑林由于對化學(xué)鍵本質(zhì)的研究以及把它們應(yīng)用于復(fù)雜物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究而榮獲1954年諾貝爾化學(xué)獎。

在科學(xué)前沿的生涯

在1954年瑞典皇家科學(xué)院授予鮑林諾貝爾化學(xué)獎的典禮上,瑞典皇家科學(xué)院的代表亨格教授盛贊鮑林的成就時說道：“鮑林教授……你已經(jīng)選擇了在科學(xué)前沿的生涯,我們化學(xué)家們強烈地意識到你的拓荒工作的影響和促進(jìn)作用。”

的確,鮑林始終生活在科學(xué)的前沿。

在1953年1月,當(dāng)鮑林提出蛋白質(zhì)α-螺旋結(jié)構(gòu)之后不久,英國生物學(xué)家克里克(F.H.Crick)從與他同一辦公室工作的鮑林的兒子彼得(Peter Pauling)那里得知,鮑林在美國加州理工學(xué)院也在建立脫氧核糖核酸(DNA)分子的模型,所得結(jié)果和他與沃森(J.D.Watson)第一次建立起來的錯誤模型相似。他們在接受了鮑林和他們自己模型的教訓(xùn)基礎(chǔ)上,加以改正,從而提出了一個新的DNA分子模型。這就是沃森-克里克DNA雙螺旋模型,后來為實驗所證實,他們因此榮獲了1962年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

沃森和克里克的DNA雙螺旋的發(fā)現(xiàn),大大推動了生物大分子核酸和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系的研究,建立起了分子遺傳學(xué)這一新興學(xué)科,使生物學(xué)進(jìn)入分子生物學(xué)的新階段。在這個重大的發(fā)現(xiàn)中,鮑林是有積極貢獻(xiàn)的。因為沃森和克里克使用了鮑林在發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)α-螺旋分子結(jié)構(gòu)所使用的同樣原理,鮑林的DNA分子模型對他們也有啟示作用。而且在沃森和克里克建立了DNA雙螺旋模型以后,鮑林和柯里又指出,在胞嘧啶和鳥嘌呤之間是3個氫鍵,這一發(fā)現(xiàn)立即被沃森和克里克所接受。

1954年,鮑林開始轉(zhuǎn)向?qū)Υ竽X結(jié)構(gòu)與功能的研究,并提出一個一般麻醉的分子理論以及精神病的分子基礎(chǔ)問題。對精神病分子基礎(chǔ)的了解,有助于對精神病的治療。

鮑林第一次提出了“分子病”的概念。他在對疾病的分子基礎(chǔ)研究中,了解到“鐮狀細(xì)胞貧血”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)。即在血紅蛋白中總共有將近600個氨基酸,如果將其中的一個谷氨酸用纈氨酸替換,便會導(dǎo)致血紅蛋白分子變形,造成致命的疾病——鐮狀細(xì)胞貧血。他發(fā)表了《鐮狀細(xì)胞貧血——一種分子病》的研究論文,并進(jìn)而研究分子醫(yī)學(xué),寫了《矯形分子的精神病學(xué)》的論文。他指出,分子醫(yī)學(xué)的研究對于了解生命有機體的本質(zhì),特別是對記憶與意識的本質(zhì)的理解極有意義。可以說,鮑林的這些重要工作,在科學(xué)上已經(jīng)開辟了一個全新的領(lǐng)域——對分子水平疾病的研究。

鮑林在自然科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)興趣非常廣泛,自然科學(xué)的許多前沿都在他的視野之內(nèi)。晚年的鮑林從事化學(xué)-古生物遺傳學(xué)的研究,以揭示生命起源的秘密。從原始生物阿米巴(一種變形蟲)起,到人的不同進(jìn)化階段中,生物在核酸、蛋白質(zhì)和多肽結(jié)構(gòu)中還保留下它們原有的信息,這種信息反映了生物的發(fā)展史,研究其中的一種分子就可以了解生物進(jìn)化的過程。鮑林通過核酸、蛋白質(zhì)和多肽的研究,來了解分子產(chǎn)生的歷史。鮑林認(rèn)為,這項工作雖然剛開始,還只是擬訂一些原則,但他相信,通過分子研究來獲得生物的進(jìn)化史方面的知識,必將做出許多有意義的發(fā)現(xiàn)。

此外,鮑林還于1965年提出了一個原子核模型。有些科學(xué)家認(rèn)為,他的模型在若干方面比起某些核模型來有不少優(yōu)點。

堅強的和平戰(zhàn)士

鮑林反對戰(zhàn)爭,特別是核戰(zhàn)爭,主張用和平方式解決國際的一切爭端和沖突,并為實現(xiàn)“讓科學(xué)技術(shù)的成就造福于人類”的信念而進(jìn)行了頑強的斗爭。

1945年,第一顆原子彈在日本上空爆炸后,核武器不斷地被制造出來。許多科學(xué)家預(yù)感到人類智慧的結(jié)晶——科學(xué)技術(shù)發(fā)明有可能給人類帶來毀滅性的結(jié)果。他們出于善良的愿望,把制止戰(zhàn)爭看成自己道義上的責(zé)任,希望以掀起和平主義運動為手段來實現(xiàn)這一目標(biāo)。鮑林就是其中有代表性的一位。鮑林曾指出：“科學(xué)與和平是有聯(lián)系的。世界已被科學(xué)家的發(fā)明大大地改變了,特別是在最近一個世紀(jì)。”同時鮑林又認(rèn)為,“現(xiàn)代人類所有的愚蠢舉動中,最大的蠢事就是年復(fù)一年在戰(zhàn)爭和軍事上浪費掉了世界財富的十分之一。如果成功地解決這一問題,人類會得到最大的利益”。他為此而致力于和平運動,從事戰(zhàn)爭與和平問題的研究。他還因此而遭受了許多的威脅和打擊。

20世紀(jì)50年代初,美國的麥卡錫主義曾對鮑林進(jìn)行審查,懷疑他是“親共分子”,禁止他出國旅行、訪問和講學(xué)。1952年,原定在英國召開一次有關(guān)DNA分子結(jié)構(gòu)的討論會,邀請鮑林出席,英國科學(xué)家還安排他去訪問威爾金斯實驗室。在此之前,威爾金斯(M.H.F.Wilkins)關(guān)于DNA的X射線衍射照片還沒有公開發(fā)表,鮑林曾建議威爾金斯能公布出來,威爾金斯表示同意鮑林去他實驗室參觀,給鮑林看DNA的X射線衍射照片。設(shè)想一下,如果鮑林能見到威爾金斯的照片,或許有可能趕在沃森和克里克之前建立起DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)來。然而鮑林終于未能在這個劃時代的發(fā)現(xiàn)中做出更為重要的貢獻(xiàn)。那不是他的過錯,因為美國政府在鮑林即將出國前一分鐘宣布取消他的出國護照。鮑林由于從事和平運動,不僅人身自由受到限制,還直接影響到他的學(xué)術(shù)研究活動。直到鮑林獲得諾貝爾化學(xué)獎之后,美國政府才不得不取消限制鮑林出國的禁令。

1955年,鮑林和世界聞名的科學(xué)家愛因斯坦、羅素(B.A.W.Russell)、約里奧-居里(J.F.Joliot-Curie)、玻恩(M.Born)等簽署了一個呼吁科學(xué)家應(yīng)當(dāng)集會來評價發(fā)展毀滅性武器所帶來危險的宣言。在這個宣言影響下,不久就成立了“帕格沃什科學(xué)與國際事務(wù)會議”組織,從事宣傳反對戰(zhàn)爭、主張科學(xué)為和平服務(wù)的活動。鮑林積極參加了這項活動。

1957年5月15日,鮑林起草了《科學(xué)家反對核試驗宣言》。這個宣言在兩星期內(nèi),就有2000多位美國科學(xué)家簽名,在短短幾個月內(nèi),就有49個國家的11000多名科學(xué)家簽名。1958年,鮑林把這個宣言提交給了當(dāng)時的聯(lián)合國秘書長達(dá)格·哈馬舍爾德,向聯(lián)合國請愿。同年,他寫了《不要再有戰(zhàn)爭》一書,書中簡明地解答了核能和放射性的基礎(chǔ)知識,并提出和回答了我們這個時代最迫切和危害最大的問題,計算了核武器對人類的嚴(yán)重威脅。此書于1962年增訂再版。

1959年,鮑林與羅素等人在美國創(chuàng)辦《一人少數(shù)》(The Minority of One)月刊,宣傳和平。同年8月,他參加日本廣島舉行的第五屆禁止原子彈氫彈大會。

由于鮑林對和平事業(yè)做出一系列的貢獻(xiàn),1962年,他獲得了諾貝爾和平獎。次年,他以“科學(xué)與和平”為題在挪威的奧斯陸大學(xué)發(fā)表了獲獎演說。他在演說中指出: 在我們這個世界歷史的新時代,“世界問題不是用戰(zhàn)爭或暴力來解決,而是按照對一切國家都公平,對所有人民都有利的方式,根據(jù)世界法律來解決”。鮑林追述了科學(xué)家們?yōu)楹推蕉窢幍臍v程后,指出,“我們有權(quán)在這個非常時代活下去,這是世界史上獨一無二的時代,這是過去幾千年戰(zhàn)爭和痛苦的時代同和平、正義、道德和人類幸福的偉大未來交界的時代”。他堅信,“由于更好地使用地球上的資源,科學(xué)家的發(fā)明,人類的努力,也將免除饑餓、疾病、失業(yè)和恐懼,并且,我們將能夠逐步建立起一個對全人類在經(jīng)濟、政治和社會方面都是公正合理的世界,建立起一種同人的智慧相稱的文化”。

鮑林為和平事業(yè)所做的努力,在世界上有著廣泛的影響。西方76位著名科學(xué)家和社會活動家在他榮獲諾貝爾和平獎以后,于1964年在紐約為他舉行慶祝會,表彰他為和平事業(yè)所做的貢獻(xiàn)。

他沒有在榮譽面前止步

鮑林發(fā)表過400余篇科學(xué)論文和大約100篇關(guān)于社會和政治,特別是關(guān)于和平問題的文章,還出版了十幾本科學(xué)專著。培養(yǎng)了許多杰出的化學(xué)家,其中包括幾位中國著名化學(xué)家。中國科學(xué)界對鮑林教授是熟悉的。20世紀(jì)60年代,鮑林的代表性著作《化學(xué)鍵的本質(zhì),兼論分子和晶體的結(jié)構(gòu):現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化學(xué)導(dǎo)論》(簡稱《化學(xué)鍵的本質(zhì)》)一書也由盧嘉錫教授等人譯校出版。

除了兩次獲得諾貝爾獎以外,鮑林還多次獲得各種化學(xué)獎。1975年,他獲得福特總統(tǒng)授予的1974年度國家科學(xué)獎?wù)?1978年,蘇聯(lián)科學(xué)院主席團授予他1977年羅蒙諾索夫金質(zhì)獎?wù)?1979年4月,他又接受了美國國家科學(xué)院的化學(xué)獎。

鮑林教授被國外許多研究機構(gòu)和大學(xué)聘請為教授和研究員,有30所大學(xué)授予他榮譽博士學(xué)位。他曾任1949年美國化學(xué)會主席,1951年到1954年還擔(dān)任過美國哲學(xué)會副主席。他還是英國皇家學(xué)會的外國會員,法國科學(xué)院的外籍院士,是挪威、蘇聯(lián)、印度、意大利、比利時、波蘭、南斯拉夫、羅馬尼亞等許多國家科學(xué)院的榮譽院士。

鮑林教授有四個孩子。最大的孩子是位精神病理學(xué)家;次子是倫敦學(xué)院的化學(xué)教授,與鮑林合著了《普通化學(xué)》一書;小兒子是加州大學(xué)生物學(xué)教授;女兒是一位蛋白質(zhì)化學(xué)家,女婿原是鮑林的學(xué)生,后來是加州理工學(xué)院地質(zhì)地球系主任。鮑林的經(jīng)濟狀況是優(yōu)裕的,但榮譽和優(yōu)裕的生活并沒有使他放棄科學(xué)工作而去安享晚年。他晚年一直在以他的名字命名的科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究所從事分子醫(yī)學(xué)方面的研究工作。

鮑林特別強調(diào)化學(xué)工作者應(yīng)當(dāng)討論化學(xué)與人類進(jìn)步的關(guān)系。他不僅關(guān)心化學(xué)對人類健康福利方面的貢獻(xiàn),還非常重視化學(xué)發(fā)展的社會因素。他在美國化學(xué)會成立100周年紀(jì)念會上說：“在未來100年內(nèi),化學(xué)對人類進(jìn)步的貢獻(xiàn)大小,不但取決于化學(xué)家,而且還取決于其他人,特別是政治家。”他指出,美國的奮斗目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是建設(shè)一個使每個人都能過幸福生活的國家。他認(rèn)為,要實現(xiàn)這樣的目標(biāo),光靠科學(xué)家是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。只有政府和人民、科學(xué)家、政治家的共同合作才能達(dá)到。

鮑林教授為科學(xué)與和平事業(yè)做出的貢獻(xiàn),值得欽佩,值得尊敬,同時他的思想活動和精神風(fēng)貌也發(fā)人深思,令人從中大受教益。他生活在一種復(fù)雜的社會環(huán)境中,但他從不隨波逐流,而是敢于提出自己獨到的見解。英國出版的百科全書在介紹鮑林教授的工作和成就時寫道：“他作為一位科學(xué)家,成功在于對新問題具有敏銳的洞察力,在于他認(rèn)識事物間相互關(guān)系的能力和敢于提出異端思想的膽識和勇氣。盡管他提出的概念并非全是正確的,卻總能促進(jìn)人們對問題的深入思考和進(jìn)一步的探討。”這是對鮑林教授思想活動和思想方法的一個恰如其分的評價。