20世纪的科学怪杰鲍林-第8部分

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就最激动人心的想法、最新的发现和最重要的问题公开、热烈地进行辩论。鲍林的思想将在那里开出艳丽的花朵，而这很大一部分应该归功于灿烂的阳光。
　　海耳热爱灿烂的阳光。正是这阳光在1903年把这位芝加哥的天文学家吸引到了帕萨迪纳：他需要这阳光来医治女儿的支气管炎，他也需要这片万里无云的晴空来建设他的太阳观察站。海耳雄心勃勃，想造一座世界上最大、最先进的天文台。在一次加利福尼亚之行中，他在圣加布里埃尔山威尔逊峰上找到了梦寐以求的晴朗天空、干净空气和合适的建筑——天文学家称为“便于观察”的地方。他没有钱盖新的天文台，也没有能力雇研究人员。不过，他有雄心壮志，他的座右铭是“干，就得有个样子”。他具有实现大目标的非凡能力。
　　与多数美国科学家一样，海耳非常欣慕霍普金斯大学的成功。成立于1876年的霍普金斯大学彻底改变了美国高等教育的面貌。它仿效德国大学的模式，在教师中强调学术研究，提倡加强研究生与导师的联系，在教学中引进了研讨会的形式，即一小组学生在教授的帮助下就某些问题进行讨论。学校的目标是指导研究生如何独立地开展科学研究活动，在这一点上，德国体制成效卓著。对科学研究进行理性的培养同样也引起了一些实业家的关注。石油大亨约翰·洛克菲勒有感于霍普金斯大学取得的成就，为新的芝加哥大学提供了资金。只要有钱就能开办学校，举国上下日益尊重科学，钱也容易筹集了。海耳也许设想，自己在西海岸能够创建一种新的科学机构。他运用其他学科的工具来研究天文现象，并且著书立说创立了他所说的新天文学，这使他在科学界声誉鹊起。他在1899年写道：“新天文学是一门新的学科，天文学家本身并不能回答所有问题，他们需要和物理学家、化学家通力合作。”他觉得可以在帕萨迪纳实现他这一合作研究的理想，并着手开始工作。首先，他说服当地一所职业学校斯洛普理工专科学校校董会，取消了基本技能的培训课程和艺术课程，转而强调工程本科课程。在他的提议下，一位与他见解一致的朋友被选为校长。接着，他又四处募集资金建设新的实验室，同时还开始寻觅科学研究的人才。
　　海耳深谙其中之道。一些实力雄厚的基金会，如安德鲁·卡内基基金会和约翰·洛克菲勒基金会，开始向科研事业注入资金。但是金钱的分配并不是平均的；它们眷顾那些卡内基所称的“杰出人士”，也就是少数科技精英，这种人能够确保投资得到回报。如果精英能到帕萨迪纳来，那么金钱也会随之而来。但是，如果没有像样的设施，海耳就无法吸引他们前来。而斯洛普理工专科学校只有一座空空荡荡的教学实验楼。他设法在校董会中煽动起一股扩建学校的热情，同时加倍努力地游说卡内基基金会在资助他的威尔逊天文台之外再投入一些金钱。
　　同时，他把触角伸向科学界，瞄准了那些最优秀的人物。他最早接触的一个人是前麻省理工学院教授，现在的朋友，全美知名度最高的化学教师，阿瑟·阿莫斯·诺伊斯。
　　诺伊斯是个土生土长的美国人，先辈是1630年来到马萨诸塞州定居的英国清教徒。他的父亲是一位律师，一位对历史和写作的兴趣远远超过赚钱的绅士。诺伊斯成长在小镇纽贝利坡，尽管家境并不富裕，但照样被认为出生于名门。长大之后，清教徒的传统在诺伊斯身上日益显著。他的性格谦和——甚至有些羞怯。他尊重知识，反对炫耀财富，习惯于一天工作16个小时以上。学生们经常发现他在实验室里过夜，连吃早饭也不出门。
　　诺伊斯对母亲感情深厚。在她的引导下，诺伊斯热爱文学。他能够大段大段地背诵诗歌——鲍林记得不是现代诗歌，而是“优美的古典诗歌”——这令学生和同事们赞叹不已。诺伊斯相信一切美好的事物都是统一的，包括科学和艺术；他可以给朋友写一封关于热力学的长信，署名是“一位艺术家”。
　　诺伊斯早年对化学产生了兴趣，但贫穷使他只能等到获得奖学金之后才进入麻省理工学院深造。获得硕士学位之后，他选择了一条19世纪50年代美国许多有志于化学事业的学生所选择的道路，到德国跟随大师们学习。他本想当一名有机化学家，但是在莱比锡他被精力旺盛、具有超凡魅力的青年科学家奥斯特瓦尔德①深深吸引。
　　①奥斯特瓦尔德（Wilhelm　Ostwald，1853—1932），德国化学家，因对催化作用、化学平衡及反应速度等方面的研究获1909年诺贝尔化学奖。在哲学上提出“唯能论‘”。
　　尽管只有35岁，奥斯特瓦尔德就以他的研究工作和远见卓识赢得了世界性的声誉。他外表温文尔雅，实际却精力过人，多才多艺（除了在实验室工作之外，他还会弹琴、谱曲，精通哲学），而且他具有远见。他竭力鼓吹所有的科学都是一体的，不同的学科之间可以取长补短。他特别希望“用物理的火炬照亮化学的暗室”。在他看来，物理比化学更为进步，更加精确，更富有理论性。化学家收集事实；物理学家解释事实。他与另外几位心心相印的学者共同建立了一门新的交叉学科，即后来的物理化学。这门学科借鉴了物理学的技巧和方法，把化学的研究重点从化学物质转向化学反应，从单纯地发现和整理化合物转向寻找决定化合物性质的一般规律。他在莱比锡的物理化学研究院中孕育了许多新的伟大思想——化学品如何在溶液中反应，电的作用，催化剂的功能。当诺伊斯跟随他学习时，奥斯特瓦尔德的远见卓识还没有收到相应的回报；他的实验室灯光昏暗，空气浑浊，操着不同语言的学生济济一堂。他获得诺贝尔奖还是二十年以后的事情。但是在19世纪80年代和90年代，这是一个激动人心的科学圣殿。聚集在此学习的学生又将奥斯特瓦尔德的思想传向世界各地。
　　在德国获得博士学位之后，诺伊斯回到麻省理工学院教书。他尊崇德国在科学界的无上地位（他的许多论文首先都是在德国的杂志上发表的，他相信只有这样才能获得国际社会应有的重视），同时希望在美国重塑一个奥斯特瓦尔德式的研究院。他要求麻省理工学院成立一个物理化学实验室，但是学校的财政无能为力。在美国化学史上令人感到幸运的是，诺伊斯在1898年同他人一起发现了一种很有价值的回收摄影业废料的工艺。当这一工艺商业化之后，每个月能够为他带来一千美元的收入——大约是他作为麻省理工学院专职教授收入的五倍。他无妻无子，无牵无挂，除了航海，没有别的奢侈和爱好，所以，他把这笔钱投资用于兴建梦想中的实验室。他与麻省理工学院达成一个协议，由他负担新实验室一半的费用。作为回报，他得到了很大程度的自主权，其中包括用人、调派研究生和制定研究重点的最终决定权。
　　1903年在后湾成立的麻省理工学院物理化学研究实验室带有一点德国式风格。像奥斯特瓦尔德创建的那种德国研究院之所似获得成功，原因是他们认识到了基础研究本身及其对教育过程的重要性。这些研究院的核心一般是一位声名卓著的学者，其名声可以吸引学生和资金。这种研究院在其母校校园之外的地方，往往有自己的图书馆、教室和实验室。脱离了学术压力和院系之争，学者们得以专心致志地进行独立的研究工作，并向优秀的学生介绍最新的发现。教学成了强化训练，多数采取小型研讨会的形式。学生和教师在一起评判最新的科研成果。当然，最重要的教育还是在实验室里完成的：研究生被要求在实验室中花大量的时间创造性地进行研究工作。今天，人们都会异口同声地说，高等教育必须和研究工作联系在一起，学生们必须通晓本学科最新的进展和方法，以便为未来的研究作好准备。不过，深受德国影响的诺伊斯是最早使这一观念成为现实的美国科学教育家之一。
　　尽管在形式上是照搬德国的做法，但诺伊斯很快就在实验室打上了自己的印记。对于他许多当年的想法，现在的人们早已习以为常了，但在近一个世纪之前，这些想法近乎于一场革命：他强凋思维的方式，而非思维的内容；他强调化学应当牢固建立在物理学和数学之上；他对学生满怀热忱（在某种意义上，学生就是他的家庭成员）；他创造了一种学生和教师可以不断进行交流的轻松气氛。许多比他晚一辈的物理化学家都记得乘坐诺伊斯的游艇“研究号”驶出波士顿港的情景。一路上，大家谈论着最新的化学理论，对他即兴吟诵的诗句报以阵阵的喝彩声。诺伊斯本人研究的功底很深，但他最大的贡献还在于改变了化学系学生教育的方式。鲍林回忆说，诺伊斯是一位“伟大的化学教师”。
　　“物理化学研究实验室在美国科学发展史上的重要性，是值得大书一笔的，”鲍林后来写道。物理化学的影响不断扩大，而诺伊斯实验室一马当先，就化学反应的机制和过程，在热力学和自由能等方面不断地作出了重要的发现。物理化学成功地建立起一整套基础理论，发现了化学的基本规律。诺贝尔奖开始垂青物理化学家；范托夫由于发现了化学力学定律和渗透压赢得了1901年的诺贝尔化学奖，阿雷尼乌斯由于建立了电解质的电离理论而获得1903年的诺贝尔化学奖，奥斯特瓦尔德本人也由于其在催化作用、化学平衡和反应速度上的杰出贡献而在1903年获得诺贝尔化学奖。金钱追逐着成功。在美国，卡内基基金会在第一次世界大战前给予化学的资助有85％授予了物理化学家，诺伊斯更是其中的佼佼者。麻省理工学院开始吸引来自世界各地的优秀教师和物理化学博士后学者——有些学者甚至破天荒地来自德国。诺伊斯实验室成为化学界的“卡米洛”①，他则当之无愧地被学生们称为“亚瑟王”。
　　①卡米洛（Camilot），传说中英国亚瑟王宫廷所在地，后来则用来比喻繁荣昌盛的乐园。
　　诺伊斯的物理化学实验室资金是自筹的，他又亲自负责实验室的日常管理，因此，实验室得以沿着一条不同于麻省理工学院注重应用教育的道路发展。当然，诺伊斯深信，他对应用培训所持的这种新态度对整个研究室都是有益的。在他担任麻省理工学院代理校长的两年时间里，如同他后来在一篇讲话中提到的，他曾试图说服工程师们，“工业研究并不是教育机构最主要的研究机遇……教育机构的主战场在纯科学领域——研究基本的原则和现象，而非急功近利的应用性推广。”麻省理工学院的工程师们却不以为然。他们发现诺伊斯的小王国从用于学校主要目的——工程教育——的资金中抽走了不少份额，而且使学生们在学习上变得三心二意了。
　　同时，研究实验室本身的成功也开始成为一种破坏性因素。其他学校急于模仿诺伊斯模式，明目张胆地挖他的教师和最好的研究生。最沉重的打击发生在1912年。伯克利分校——在动诺伊斯脑筋不成之后——向路易斯许诺，让他开设自己的化学课程，就此挖走了诺伊斯最得力的一位助手。路易斯为了让在加利福尼亚大学的化学系尽快上马，又带走了另一位诺伊斯最好的教授和一些优秀的研究生。实验室其他一些教授和学者也挡不住来自私有企业和财大气粗的其他学院的高薪聘请，纷纷跳槽。由于长期得不到足够的资助，麻省理工学院已经难以招架来自这些方面的竞争。
　　与伯克利分校向诺伊斯发出的聘书相比，他从前在麻省理工学院的学生海耳向他发出的邀请就显得滑稽可笑了。1913年，海耳请求诺伊斯放弃麻省理工学院的工作，到一所既无名气、又无资金的叫作斯洛普的学校去。海耳夸下海口说，将来可以得到所有他熟识的富人的支持。不过，到了1915年，诺伊斯越来越不满于麻省理工学院的工业化倾向，而海耳日渐兑现新建设施的保证也让他动心。他开始重新考虑海耳的邀请，并同意到斯洛普去看一看。海耳的承诺在1917年成为现实，他说服一个有钱的家族出资建造了盖茨化学实验室。那年冬天，诺伊斯在帕萨迪纳度过了三个月的时间。但是他还不能完全割断与东海岸的联系，那里有他的家人、他的游艇和他创建的实验室。
　　他最终是被踢出来的。麻省理工学院校方早已不满于诺伊斯实验室有那么大的自主权，现在，他每年长时间外出更使他们感到不悦。诺伊斯和工程师们不得不最后摊牌了。工程师们获得了胜利。1919年，学院院长恳请诺伊斯不要再过多地插手化学系的事务。短短几个月之后，53岁的诺伊斯辞去了职务，放弃了研究实验室——他常说的“我的爱和奉献的象征”——结束了他在麻省理工学院三十年的生涯，奔向西海岸。
　　在帕萨迪纳，这位“亚瑟王”再次受到了皇室般的欢迎。盖茨化学实验室比他在麻省理工学院的实验室要大得多，而且一位富裕的木材商与斯洛普校董会主席阿瑟·弗莱明为他提供了一笔20万美金的研究基金。欣喜若狂的海耳甚至把自己的卡迪拉克牌轿车也送给了诺伊斯。这辆车不久就带上了传奇的色彩。学生们亲切地称它为老摩西（狄摩西尼的简称，为纪念它雄壮的引擎声），据说老摩西保持着立定跳远的世界纪录，因为诺伊斯在驾驶时常常在高速档启动。它取代“研究号”成为诺伊斯周末同心爱的学生和同事们出游的工具，现在的目的地是沙漠营地或他在科罗那德马海边的住所，不再是波士顿周围的港湾和岛屿。
　　诺伊斯对科学高等教育的思想在麻省理工学院曾遭到冷遇，在这里他立即付诸行动了。诺伊斯的同事和加州理工学院早期的物理教授欧内斯特·沃森写道：“诺伊斯不仅一手制定了使加州理工学院获得巨大成功的教育政策，还推敲了每一个细节，使它们能够沿用至今，几乎不用作任何修改。”这些政策包括坚持小规模，精心挑选本科毕业生；注重少而精，而不追求大而全；在所有层次，包括本科层次，提倡创新的研究工作；在科学教育之外，坚持对本科生进行人文学科的教育；强调基础科学，而非应用科学。诺伊斯并没有就此止步。他对学生的热爱促使他培育了一种学生自我管理的体制，帮助他们安排日常生活，并尽量密切学生和导师在学术和社交上的来往。他还赞成把加州理工学院建成哈得孙河以西——除军事院校以外——第一所男子高等学校；他不希望女生分散那些未来科学之星的注意力。就化学系本身而言，诺伊斯采用了德国科学院所的一些做法——如注重在小型研讨会就最新研究成果开展讨论，而不是上大课——但摒弃了别的一些方面。他特别不喜欢德国人把学院的声誉建立在某个魅力无穷的核心学者身上的做法。诺伊斯坚信集体的智慧超过个人；他是一个集体至上的人。
　　加州理工学院将成为一所新型的学校，一座致力于科研的殿堂，一个检验诺伊斯培养科学家理论的实验室——后来人们把它称为天才的摇篮。
　　X射线
　　而莱纳斯·鲍林正是一个试验品。
　　开学前诺伊斯把鲍林叫进了他在盖茨实验大楼里的办公室。前一年春季和夏季，他俩一直保持着通信联系。第一封信是诺伊斯写的，询问鲍林的背景，特别是他对物理化学的认识；鲍林在复信中表达了他对俄勒冈农学院课程的失望。诺伊斯认识鲍林正在读的教材的编者，并不认为这本书有多大价值。他把自己正在合作编着的一本物理化学教科书前九章的校样寄给鲍林和埃米特，并叫他们在读完之后解决最后的一些问题。不同于以往让学生套用现成公式的方法，诺伊斯的问题引导学生自己导出公式。这正是他教育战略的关键，强调让学生独立思考而非死记硬背，交给他们获得答案的工具而不是答案本身。他相信，一旦学生经历了整个推理过程，他们就再也不会忘记学到的概念。在俄勒冈的海岸线上，鲍林利用周末或是白天检查完公路铺设材料之后的闲暇，解答了所有五百道习题。“在那年夏天的三个月里，我大大加深了对物理化学的认识，”鲍林回忆说。他写道，诺伊斯对逻辑和缜密思维的强调，以及他引导学生自己去发现定律和规则的技巧，“对我自己的科学思维方式影响巨大。”诺伊斯呢，也对这位俄勒冈小伙子独立工作的能力赞许有加。
　　通过书信往来，诺伊斯了解到鲍林早年对矿物的收集，以及后来对路易斯和朗缪尔化学键研究的痴迷。诺伊斯通过这些情况决定让鲍林在加州理工学院罗斯科·迪金森实验室作博士研究。迪金森是一位青年教授，正在运用X射线装置研究晶体的结构。在诺伊斯的建议下，那年夏天鲍林阅读了一本介绍这种新技巧的书。这一研究手段被称为晶体学，通过向一个晶体照射一束X射线，研究射线散射状态来确定晶体的结构。在鲍林看来，概念十分简单，数学也不难，而且通过这一技巧可以确定化学键的长度和角度——晶体中原子间的距离以及彼此间的定向。“我正在阅读《X射线和晶体分析》”，鲍林在那年夏天给埃米特的一封信中写道，“不过并没有学到什么新的东西。当然还是挺有趣的……”
　　那时鲍林并没有意识到诺伊斯正在给他作特别的安排。
　　在自然科学教育中，研究生教育同本科教育很大的一个不同之处过去是——现在同样是——研究生应该在实验室里发现一些新的东西。在俄勒冈农学院，鲍林在规定的实验课程上表现相当出色。但是与大多数本科生一样，他把在实验室里的几乎所有时间都用来学习基本技能：怎样对化学品进行测量、称重、提纯和测试，重复着别人的试验，而不是自己设计试验。并没人指望他做什么创造性的工作，尽管他曾经作过一次不成功的努力：在四年级时，他试图让铁在磁场中结晶，希望通过观察晶体的定向来研究铁原子的磁性——想法相当别致，通过可见的晶体来“透视”看不见的原子世界。在金相学教授的指导下，他成功地在一根钢条上沉淀了一层铁晶体。但是当他试图打磨晶体以便在显微镜下观察时，晶体被擦掉了。
　　鲍林是一个课堂奇才，但是进行创新的实验工作需要一套不同的技能。它要求的不是记忆力和智慧的火花，而是耐心、精确和一双巧手，以及发现实际办法来解决问题的诀窍。为了培养这种技能，研究生被置于一位导师，一个主要教授的监督之下。在导师的实验室里，他们被引入包围某一问题的未知世界中，并被授予破解这些未知之谜的工具。这是一种类似于师傅与学徒的关系，最终目标是培养另一位师傅，他能够发现新的东西并带出新的徒弟。
　　跟从哪位主要教授的决定是相当关键的，罗斯科·迪金森是鲍林的一个很好的选择。迪金森是诺伊斯在麻省理工学院最赏识的一个学生，他在1917年跟随导师来到加利福尼亚，并获得了化学博士学位——加州理工学院授予的第一个博士学位——这仅仅在鲍林到来之前两年。他只比鲍林年长十岁，完全适合当鲍林的大哥哥，所以不久他们就成了好朋友。当时加州理工学院的小规模也帮了大忙——在第一年里，鲍林是迪金森唯一的研究生。第一学期开学不到几个星期，迪金森夫妇就邀请鲍林共进晚餐，并带他（后来和爱娃一起）到沙漠营地去过夜。
　　在实验室里，他俩正好是互相取长补短的一对：鲍林满脑子都是新的念头，对什么都好奇，恨不得同时干十件事情；而迪金森则仔细专注，有条不紊。鲍林后来写道：“他是一位思路特别清楚的科学家，对粗枝大叶和一知半解特别反感。”迪金森并不具有洞察一切的理论思维能力，但是对鲍林而言，他是一股不可或缺的平衡力量，一位逻辑严密、脚踏实地的领路人，引导他运用X射线晶体学精密、苛刻、革命的技巧来进行严谨的、创造性的实验工作。
　　在鲍林进入研究生院前的一个多世纪中，多数物理学家认为光是一种能量波。要验证这一点很容易。让一束光射过一个排列紧密的光栅，光束会被分散成许多较小的光波——正如海浪撞上有缺口的海堤那样。如果光栅的缝隙间距正好的话（与光线的波长相当），光在另一端的屏上将会形成一种明暗相间的条纹。亮处由从缝隙出来的光波叠加而成，暗处是从缝隙出来的光波叠减的结果。这是光的衍射现象。如果光由许多不同波长的光线组合而成，比如阳光，衍射将会呈现异常美丽的色彩：如五彩斑斓的蝴蝶翅膀与奕奕生辉的珍珠母。鲍林尽管不知道这一科学术语，但他早在13岁的时候就对这种光学现象发生了兴趣。当他在雨中走在波特兰街道上的时候，乍一抬头，发现街灯射过雨伞的布缝，形成一道美丽的彩虹。几年之后他才在第一门物理课上了解到他看见的是光的衍射现象。
　　1895年发现X射线之