20世紀的科學怪傑鮑林

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大的威力，每個人都想學習它。薛定諤被邀請在歐洲各地巡迴演講，並在1927年春天遊歷了美國，其中包括在加州理工學院所作的愉快停留。保羅·愛潑斯坦還安排他順道去了好萊塢和聖莫尼卡的海濱。儘管他在美國過得挺愉快，他仍然不喜歡美國人，認為他們不夠文明，貪得無厭，好管閒事。他說，自由女神就差在火炬下戴一隻手錶了，要是南加利福尼亞在以前留給了印第安人和西班牙人，那麼情況將會比現在好得多。最糟糕的是，禁酒令使得到一杯啤酒或葡萄酒也變得極為困難了。就在鮑林抵達蘇黎世開始夏季學期的學習時，薛定諤得到了德國科學界最崇高的地位，接任由馬克思·普朗克空出的理論物理學會柏林分會主席一職。在39歲的時候，薛定諤在一夜之間成了科學界的超級巨星，而且他十分樂意扮演這一角色。這當然就給來訪的美國學者留出了極少的時間。

到8月份的時候，鮑林感到有些沮喪。他在給一位同事的信中寫道：“我很後悔在這裡呆的將近兩個月時間，因為我無法和薛定諤建立起聯絡。大約每週一次，我會在研討會上見到他。我努力地試圖弄清楚他在做些什麼，而且由於他對我的工作沒有興趣，我主動提出對任何他感興趣的問題進行計算；但是無功而返……所以儘管在這裡過了兩個月，我沒有關於物理學的任何最新進展的訊息告訴你。”

但是，在化學界卻傳出了令人激動的訊息。剛到蘇黎世，鮑林就得知兩個德國青年，瓦爾特·海特勒和弗里茲·倫敦，成功地將波動力學運用到氫分子的電子對化學鍵上。

鮑林和愛娃在慕尼黑時與海特勒和倫敦就相處得很好。在海特勒獲得博士學位的那天晚上，四個人在紐博斯餐館用香檳酒為他慶賀。那時他們就談到了化學鍵的問題，但是誰也無能為力。隨後，海特勒和倫敦來到瑞士跟隨薛定諤攻讀博士後，並在幾個月後取得了突破。

鮑林來到蘇黎世後拜訪了他倆，雙方展開了熱烈的討論。他得知海特勒和倫敦成功的關鍵在於採用了一年前海森伯提出的一個觀點，他稱之為電子交換，或是“共振”。基本思想是，在適當的情況下，電子會很快地交換相互的位置；海森伯用這一思想來解釋氨的一些非常奇怪的光譜線。海特勒和倫敦對這一概念作了一些修改來解釋化學鍵：他們想象兩個帶有自己電子的相同的氫原子互相接近。當它們靠近時，一個電子越來越被另一個原子的原子核所吸引。在某一點上，一個電子會跳向另一個原子，隨後電子交換就以每秒數十億次的頻率發生了。在一定意義上，我們無法確認某一個電子是某一個原子核的。海特勒和倫敦發現，正是這種電子交換產生了把兩個原子聯結在一起的能量。他們的計算表明，電子密度在兩個原子核之間最大，這樣就降低了兩個帶正電的原子核之間的靜電斥力。在某一點上，正電之間的斥力正好與電子交換的能量相平衡，這樣就建立了一定長度的化學鍵。

電子交換在化學裡是個全新的概念——在海森伯之前物理學中還沒有類似的東西——但是它看來很管用。基於這一體系的計算值與氫分子的幾個技術常數的實驗值大致上相等，而且海特勒一倫敦模型在別的方面也成立。泡利的不相容原理提出，兩個原子只有在自旋方向相反時才能在同一軌道上共存，而海特勒和倫敦發現他們的化學鍵如果要在氫分子中存在，以上狀態是必要的。成對電子形成了原子間的粘合劑：這就是路易斯的共用電子對化學鍵，現在被賦予了牢固的量子力學基礎和數學解釋。新物理學又一次指明瞭一種奇怪的新現實。

鮑林對海特勒和倫敦的成果感到非常振奮，他在蘇黎世的大部分時間裡都在試圖推廣他們的概念。他與海特勒和倫敦進行了大量的討論，不過在計算方面，一般都是他獨立完成的。那段時間他沒有寫一篇論文。但是在9月1日啟程返回美國的時候，他已經決定運用海特勒和倫敦對於化學鍵的共振解釋來解決所有的化學結構問題。這將成為他今後十年工作的基礎。

6　化學鍵

四面體

當鮑林回來的時候，加州理工學院呈現出一派欣欣向榮的景象。在密立根生氣勃勃的領導下，學生人數在1927年秋天增加到600多，其中包括100名研究生。加州理工學院物理系一年發表的論文數超過全國任何別的學院。海耳正在洽談一筆巨大的捐款，打算在威爾遜山頂上建造一架世界上最大的望遠鏡。地質學系剛剛成立，航空實驗室也處於圖紙設計的階段。更為重要的是，據剛透露的訊息稱，全國最著名的遺傳學家摩爾根①來此建立一個生物學系。生物學與物理學和化學一起