15、物理学的黄金年代

斯坦齐名。各种荣誉随之而来，牛津大学授予他荣誉博士学位，《时代》周刊将他作为封面人物详细介绍，而他工作的天文台也成了名人到访洛杉矶时的必经之地：阿道斯·赫胥黎，安德鲁·卡内基和安妮塔·露丝等都专程到此一游。哈勃一家也成了好莱坞明星的座上宾：埃德温的妻子格雷丝·哈勃在30年代初所写的信件中提到了他们与海伦·海斯、埃塞尔·巴里摩尔、道格拉斯·费尔班克斯、沃尔特·李普曼、伊戈尔·斯特拉文斯基、弗里达·冯·里希特霍芬（D. H.劳伦斯的遗孀）、哈波·马克斯和查理·卓别林共进晚餐的故事。[1169]这招来了同行的嫉妒。他们指出，哈勃远远不配被称为当时的伽利略或哥白尼。作为一个观察者，他也并非十分敏锐。由于其他人已经预料到了他的发现，因此他的贡献是有限的。但哈勃完成了艰苦的基础性工作，得出了足够精确的数据，让持怀疑态度的同行再也不能藐视宇宙膨胀的理论。这是20世纪最惊人的思想之一，而让它变得毋庸置疑的正是哈勃。

就在物理学为解释诸如宇宙这样的巨大现象添砖加瓦的同时，它同样在其他微观世界的领域取得了进步，尤其是分子世界，从而帮助我们更好地了解化学。19世纪已经见证了化学，尤其是工业化学的第一个黄金年代。德国的崛起很大程度上就是由于化学，而希特勒也非常重视将德国的国力恢复到19世纪时的水平。比如，在第一次世界大战爆发前一年，德国的硫酸产量已经从只有英国的一半攀升到了超过英国50%的水平，通过现代电解法生产的氯气，产量也三倍于英国，而德国在世界染料市场所占的份额更是达到了令人难以置信的90%之多。

20世纪理论化学的最大突破出自莱纳斯·鲍林（Linus Pauling）之手，他关于化学键的思想与基因和量子等概念具有相同的基础性意义，因为它表明物理学是如何支配分子结构，而结构又是如何与化学元素的性质乃至外观相联系的。鲍林解释了为什么有些物质是黄色液体，另一些却是白色粉末，还有一些是红色固体的个中缘由。物理学家马克斯·佩鲁茨对此的评价是，鲍林的研究成果将化学转变成了“可供理解，而非只能单纯记忆的学科”。[1170]

鲍林生于1901年，他的父亲是俄勒冈州波特兰市附近的一名药剂师。鲍林拥有健全的自信人格，这显然让他的职业生涯如虎添翼。作为一名年轻的大学毕业生，他放弃了哈佛大学的入学邀请，宁可选择了另一家高校继续深造。该大学创办之初名为思鲁普理工学院，但在1922年更名为加州理工学院，简称Caltech。[1171]部分出于鲍林所取得的成就，加州理工逐渐发展成为一个重要的科学中心，但当他第一次到达那里时，学校只有三栋建筑，周围是30英亩的荒草地和矮栎林，外加一座橘园。鲍林最初希望研究一种新技术，可以显示化学品所形成的不同形状的晶体与构成该晶体的分子的实际结构之间的关系。人们已经发现，如果将一束X射线射向一枚晶体，这束射线将以一种特定的方式分散开来。突然之间，一种检测化学结构的方法成为可能。这种方法被称为X射线晶体学。在鲍林拿到自己的博士学位之时，该方法几乎刚刚处于起步阶段，但他很快意识到自己的数学和物理水平都根本不足以对新技术进行充分利用。他决定去欧洲求学，去结识当时最伟大的科学家：尼尔斯·玻尔、埃尔温·薛定谔和沃纳·海森堡等。正如他后来写道的：“可以说，1926年我刚到欧洲的时候，我有点儿震惊，因为我发现周围有好些人都比我聪明。”[1172]

就他自己的兴趣——化学键的性质而言，收获最为丰盛的要数他对苏黎世的那一次造访。在那里，他遇到了两个不太出名的德国人：沃尔特·海特勒（Walter Heitler）和弗里茨·伦敦（Fritz London），他们开发了一种将电子和波函数应用于化学反应的思想。[1173]简单说来，想象一下这样的场景：两个氢原子彼此靠拢。每个氢原子都由原子核（质子）和一个核外电子组成。随着两个原子之间的距离越来越短，“其中一个的核外电子会受到另一个的原子核的吸引，反之亦然。在某一点上，其中一个的核外电子会跳入另一个原子的怀抱，而同样的事情也会发生在另一个原子身上”。他们将这一现象称为“电子交换”，并声称这种交换每秒钟可以发生数十亿次。[1174]从某种意义上说，电子们“无家可归”，它们之间的交换构成了将两个原子彼此“黏合”的力量，“建立起具有一定长度的化学键”。他们的理论将泡利、薛定谔和海森堡的研究成果结合在一起。他们还发现这种“交换”决定了分子的结构。[1175]这是一套非常优雅的理论，但在鲍林看来却有一个缺点：这不是他的理论。如果他自己要想扬名立万，还需要将该理论向前推进。等到鲍林从欧洲返回美国的时候，加州理工已经取得了长足的进步。在威尔逊山建造世界上最大望远镜的谈判已在进行，哈勃即将在那里开展工作。一座喷气推进实验室也在规划中，而T. H.摩根也即将加盟该校，创建新的生物实验室。[1176]鲍林决心胜过他们所有人。在整个20世纪30年代初，他发布了一个又一个的报告，全都来自同一个项目，也全都与化学键（chemical bond）有关。他在海特勒和伦敦的研究基础上取得了辉煌的成功。他早期对生命的基本成分（碳）的实验，以及后来关于硅酸盐的实验都表明，这些元素可以根据其电子关系进行系统分组。这被称为“鲍林规则”。他指出，其中一些键的键能比其他键要弱，这有助于解释化学性质。比方说，云母是一种硅酸盐。所有的化学家都知道，它们会裂开形成薄而透明的片状。鲍林成功地表明，云母的晶体在两个方向上具有很强的键能，而在第三个方向上的键能则较弱，这与观察结果完全一致。第二个例子是众所周知的硅酸盐——滑石。它的特点是各个方向上的键能都很弱，所以它不会裂开，而会碎掉，形成一堆粉末。[1177]

鲍林的研究成果不但让他人景仰，也让他自己非常满意。[1178]对于常见物质看得见的性质，终于有了原子、电子层面的解释。20世纪始于物理学和生物学的基础性发现，而现在，化学领域也见证了同样的发现。知识再一次开始走向融合。从1930至1935年间，鲍林平均每五周就发表一篇关于化学键的新论文。[1179]他在32岁时当选为美国国家科学院院士，是有史以来获得该荣誉的最年轻科学家。[1180]一时间，他已经遥遥领先，很少有人能望其项背。爱因斯坦曾出席他的一场演讲，之后也承认鲍林超过了他。与众不同的是，鲍林投往《美国化学学会学报》的论文未经评阅就直接发表，因为编辑找不出合格的评阅人。[1181]尽管鲍林意识到自己需要做一些总结性工作，但在整个20世纪30年代他都忙于撰写原创论文，没时间用一本书来总结他的所有研究。终于，他在1939年出版了《化学键的性质》。这本书彻底改变了我们对化学的理解。它立即成为标准文本并被译成多种语言。[1182]事实证明，它对第二次世界大战后分子生物学家的发现有着至关重要的作用。

物理学新发现所产生的新数据造就了非常实用的衍生物。可以说，这些衍生物为我们的生活带来的改变，比致力于基础研究的科学家起初所设想的要直接得多。收音机经过一段时间的应用后，在20世纪20年代飞入了寻常百姓家。电视于1928年8月首次面世。而另一个应用物理学的发明以一种完全不同的方式改变了人们的生活：这就是英国人