20世紀的科學怪傑鮑林

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窒螅�春罄此�頻睦投螄嗥�８洩獍娉逑闖隼粗�螅��欠⑾至嗽殘聞帕械牧戀愫桶檔恪��萇渫肌＠投蛑っ髁薠光具有波的性質。《自然》雜誌把這一發現稱為“我們時代最偉大、意義最深遠的發現”。兩年後，這一發現為勞厄贏得了諾貝爾獎。

這一發現有兩個重大意義。首先，它表明了X射線是一種波，這樣科學家就可以確定它們的波長，並製作儀器對不同的波長加以分辨。（和可見光一樣，X射線具有不同的波長。）但是勞厄倡導的第二個領域結出了更為豐碩的成果。一旦獲得了波長一定的光束，研究人員就能利用X光來研究晶體光柵的空間排列：X射線晶體學成為在原子水平研究三維物質結構的首枚探測器。

現代化學奠基人之一的漢弗萊·戴維在鮑林進入加州理工學院一個世紀前就曾說過：“在人類獲取知識的過程中，新工具的運用具有超越一切的重要性。人們在各個時代取得的不同成就，其關鍵因素並非是他們的自然智力水平，而是他們所掌握的各種手段和人工資源。”X射線晶體學將成為一種威力無窮的人工資源。

背後的理論相當簡單。研究人員面對著三個因素：波長一定的X光，結構一定的晶體光柵和衍射圖譜——三者之間存在著一種簡單的數學關係。知道了圖譜以及另一個因素，就可以推匯出第三個因素。最初的許多數學和實踐技巧是由一對英國父子搭檔，亨利·布拉格和勞倫斯·布拉格①開發的。他們在劍橋與曼徹斯特的實驗室成為世界上進行X射線晶體學研究最著名的中心。

①亨利·布拉格（Henry　Bragg，1862—1942），英國物理學家，現代團體物理學創始者之一。其子勞倫斯·布拉格（Lawrence　Bragg，1890—1971）也是物理學家。父子倆一起用X線衍射儀確定晶體結構，共獲1915年諾貝爾物理學獎。

理論並不複雜，但在實踐中，由於衍射圖譜相當複雜，因此把晶體結構拼湊起來的過程相當耗費時間和精力。早期的儀器是自制的，質量很不穩定。晶體通常要非常大，需要經過精心的提煉，按一定角度切割，並透過精確的放置才能獲得滿意的衍射圖譜。如果成功地獲得了勞厄相片，還要一絲不苟地測量各點的位置和分佈。然後才是數學計算。即使是簡單的晶體，在沒有計算機的時代，對每一個晶體結構的計算都需要花費幾個月的時間。如果晶體過於複雜，基本晶體結構單位晶胞中包含的原子數目超過十個，那麼X光的衍射圖譜將異常複雜，難以破解。整個過程有點像用自制的獵槍射擊一塊裝飾用的熟鐵，然後透過分析跳彈的軌跡來推測熟鐵的形狀。

出於這些原因，研究物件只能侷限於很簡單的晶體。然而，對這些簡單晶體的研究得出了令人驚訝的成果。研究人員第一次可以透過工具瞭解晶體中單個原子的排列，精確測量原子間的距離和角度。布拉格父子解決的第一個晶體結構是岩鹽，結果出人意料。整個晶體形成了一個巨大的柵格，每個銷離子被六個等距離的氯離子包圍，每個氯離子被六個等距離的鈉離子包圍。沒有單獨的氯化鈉“分子”。這一發現震驚了理論化學界，立即引發了人們對鹽在溶液中行為的新思索。布拉格實驗室早期的另一個成功是發現了鑽石的結構，驗證了早先化學家的理論，它純粹是由碳原子組成的四面體。布拉格父子接著又解決了其他幾個晶體的結構（他們在勞厄之後一年分享了諾貝爾獎）。

諾伊斯深信X射線晶體學將會有更深入的發展。晶體學是由歐洲物理學家發明的，但諾伊斯後來把它帶到美國，使它成為化學家的日常工具。在布拉格發表成果之後僅過了三年，諾伊斯已把它稱為“當今物理化學界最重要的工具”。1916年，他建議自己一位在德國學習的麻省理工學院研究生拉勒·伯迪克在回國途中到英國布拉格實驗室稍作停留，以學習他們的X射線技巧。伯迪克回國後，在麻省理工學院建造了美國第一座X射線光譜儀。之後的1917年，諾伊斯讓他在帕薩迪納建造了第二座改進的光譜儀——伯迪克回憶說：“這是當時最好的一座。”研究成果很快就噴湧而出。當鮑林入校的時候，X射線晶體學已成為加州理工學院最重要的化學研究工具，在化學系最初發表的二十篇論文中就有十五篇以此為論題。

諾伊斯對這一技術抱有很大的期望。化學研究的是分子的行為。諾伊斯日益相信，分子的行為取決於分子的結構。現在終於有可能“看見”分子的結構了。諾伊斯把鮑林分配到迪金森實驗室，正是要指點這位天資聰穎的學生沿著一條他深信的未來化學之路前進