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【随笔抒怀】我的导师、相对论量子化学创始人皮卡教授

作者: 黎健 

发布时间: 2021-10-26

  我在芬兰赫尔辛基大学学习的导师皮卡佩寇(Pekka Pyykkö)教授,在从1984至2009年长达四分之一世纪的岁月里,一直荣享瑞典语化学教授教席。赫尔辛基大学化学系从1908年开始专门设立了这一教席,旨在纪念发现了稀土元素的芬兰化学家加多林。

  皮卡教授是相对论量子化学的创始人,对化学理论作出过诸多重要贡献,他担任过国际量子与分子科学院院长,2011年他七十岁生日时,国际学术期刊《理论化学学报》还专门为他出过一期特刊。学生们一直开玩笑说,皮卡教授也许是继加多林之后芬兰在国际上最出名的化学家了。

  皮卡教授大学本科和研究生学的是原子物理,在取得物理学博士之后的若干年中,他游学瑞典、丹麦、法国等地,认识到相对论效应对化学现象可能产生重要影响,为此建立了相对论量子化学计算方法,对化学中的相对论效应进行了深入研究。这一领域的讨论话题颇有趣味。比如,金子为什么是黄色的?汞为什么是液体?铅电池为什么可以作为电动车的能源?这些现象的背后,都是因为重原子的相对论效应。

  皮卡教授仔细研究各种奇特的碳氮氧磷硫原子组合形成的简单稳定有机分子,预测了宇宙中可能存在的许多小分子化合物。这样的想法为后来的合成实验所证实,结果甚至改写了化学教科书的内容。他还研究了化学周期表的终极形式,提出了172号元素是周期表的最后一个可能的元素,这种周期表被学界称为佩寇周期表。美国《纽约时报》、法国《费加罗报》和斯堪迪纳维亚的一些报纸,都先后登载过对他的采访和这些科研成果的报道。

  皮卡教授的办公室里,最引入注目的就是一排排文献柜,里面是他近几十年来相关领域的科学文献。当学生与他讨论遇到问题时,他总能从文献柜里精确地抽出一篇相关文献,告诉学生“答案就在这里”,这样如电脑般的精准记忆令人惊叹。他很乐于与学生分享他的文献,唯一的要求是查阅后一定要准确归还原位,否则他会很不高兴。

  为了深入理解相对论量子力学的原理,我曾将皮卡教授著作中的公式重新推导了一遍,中间遇到困难时,他能从长长的公式中一眼看出错误的地方。

  皮卡教授的案头一直放着鲍林的《化学键的本质》,这是他深爱的一部化学经典著作,他曾表示,有生之年要写一部新的化学键方面的著作,阐述鲍林之后人们对化学键本质的新认识和新成就。

  上世纪90年代初期,皮卡教授开始关注一类特殊的金-金原子间相互作用,他和德国慕尼黑工业大学的施密德鲍尔教授为此还创立了亲金作用aurophilicity这个新词。

  皮卡教授提出,亲金作用的本质是一种相对论效应增强的色散力,并用相对论量子化学计算证明了这一设想,不过在当时计算的作用强度与实验值仍有很大偏差,成为困扰他们的一个难点。

  当我于1992年新年之后来到他的实验室时,他把这一难题抛给了我。在仔细研究了他们的计算方法和阅读了大量的文献之后,我发现皮卡教授先前采用的计算方法忽略了基组叠加校正,我决定采用虚原子方法将这一校正考虑进去重新计算,得到了与实验数据完美吻合的计算结果。

  当我经过一个月奋战,将那条漂亮的势能曲线摆在皮卡教授面前时,他盯着我足足看了有一分钟,脸上露出了孩童般欢快的笑容。这个问题的解决,为后续该领域的研究奠定了坚实的方法学基础,也让他对我的研究素质有了充分的了解。

  皮卡教授对学生的要求十分高。加入皮卡实验室之前,我已经用英文发表了多篇学术论文,但皮卡教授认为我的英文论文写作还没有过关。他教导我说,科学论文是写出来的,语言一定要精炼,用词一定要精确,切忌用谈话式的语言来写论文;尽量不要写长篇大论,一篇论文讲好一个故事,言简意赅是最高的境界。

  为了让我深刻体会这些要领,我们合作的前两篇论文,他不让我坐在计算机前面打字,而是用铅笔一字一句地在稿纸上写出论文的每一个句子。黄昏时刻,师生俩坐在一张圆桌旁,面前铺着厚厚一摞稿纸,为了一个单词的使用,擦擦改改,反复推敲,直到两人都露出满意的微笑,此情此景,不禁让我想起韩愈贾岛“僧敲月下门”的那种美好境界。

  皮卡教授语汇丰富优雅,用词洗练精确。我们合作的第二篇论文,是《理论化学学报》为了庆祝瑞典著名美女量子化学家和药理学家英嘉费舍-西尔默斯教授(Inga Fischer-Hjalmers)七十五岁生日的特刊约稿,在这篇文章脚注的题献辞中,皮卡教授写下了这样一句话:献给英嘉费舍-西尔默斯,她的机智和魅力使得量子化学处于一个更好的位置(Dedicated to Inga Fischer-Hjalmers whose wit and charm made quantum chemistry a better place)。这句双关语,让费舍-西尔默斯教授非常感动,她特意写信来向我们表示感谢。

  在皮卡教授的亲自指导下,我用一年时间在他的实验室里发表了六篇论文,多年之后他告诉我,我是他最高产的学生之一。

  我的办公室就在皮卡教授办公室的隔壁,皮卡教授经常过来找我聊天。下午茶时刻,他会端上一杯咖啡,拿上几块饼干,坐在我的办公桌上,开始神聊。我们聊读过的论文和书籍,聊去过的国家和地区,更多的时候是他给我讲学界的逸闻趣事、芬兰的风土人情。他当时发现我对财务管理一点概念也没有,就自告奋勇给我介绍了很多西方理财的基本理念和知识。那年的暑假我们全家要做一次环斯堪迪纳维亚游,他亲自帮我们规划路线,着重指出我们必看必游的地方和景点。有一次,他指着墙上的芬兰地图问我,芬兰的国土形状像什么?我端详了一会地图,告诉他像一位身穿长裙高举右手的美丽女神。他高兴地回答说:太对了!不过你不觉得这位女神左下角的裙子被割去了一块吗?原来,皮卡教授的先辈来自芬兰卡雷利阿(Karelia)地区,这一地区正是那块“裙角”的位置,二战之后划归前苏联成为其中的一个加盟共和国。此时此刻,我看到皮卡教授的眼中闪过一丝难以察觉的光芒。

  学术界的很多人都知道皮卡教授是一位语言天才,他掌握了近十种语言。他的母语是芬兰语,他却在赫尔辛基大学化学系的瑞典语部,要用瑞典语教学。他高中念的是拉丁语学校,因此也熟练掌握拉丁语,他可以直接用英文、法文、德文发表科学论文。德国的《应用化学》杂志同时出版德文和英文两个版本,他给该杂志投稿时往往同时发去两种文字的文稿,等到文章刊出时,还能收到编辑部寄来的几十马克,这是编辑部省出的翻译费,刚好供论文作者几个人吃一顿午餐。另外,他还可以听说西班牙语、意大利语、葡萄牙语和俄语。我在他实验室学习的一年里,他决定学习中文,他随身带着一本中芬小词典,每天上下班乘车的时候学习方块字。他对汉字构成词语的逻辑深深着迷,比如把表示方向的东和西两个字放在一起组成东西这个词,他认为非常有逻辑。闲暇之余,他总要跑到我的办公室把新近学会的汉字像绘画一样地写出来给我看,在短短一年的时间里他竟然学会了400多个汉字,后来他去日本讲学,大街上的很多汉字都能够认识,这让日本教授们十分惊讶。在我们离开芬兰之前的告别晚餐上,他对我讲着英语,对我太太讲着德语,和同事们讲芬兰语,随时剪切穿插,没有一点违和感,令人惊叹。

  皮卡教授讲话风趣幽默,是一位天生的段子手,因此一些学术会议的晚宴演讲,常常请他操刀。从1984年开始,他都在芬兰举办理论化学冬季学校,邀请世界各地的著名学者和青年学生来到芬兰这座冰雪之乡,在白雪皑皑的世界里专题研讨理论化学一个星期。

  在1992年冬季学校的晚宴上,他给来宾们讲了一个他亲身经历的事情:80年代中期他应邀到莫斯科大学讲学,介绍他在新型小分子预测方面的工作,他当时正在研究由碳原子和磷原子组成的各种分子体系,比如CPCC和CCCP等等这样的小分子,最后得出的一个结论是CCCP不稳定,会解离成更小的碎片或单质。当他在学术报告结尾给出这一结论时,全场鸦雀无声。第二天在他离开莫斯科机场时,机场海关如临大敌,将他扣留搜查了很长时间才将他放行。直到上了飞机,他才反应过来他闯了大祸,原来CCCP是苏维埃社会主义共和国联盟的俄文缩写(СоюзСоветскихСоциалистическихРеспублик),那时候跑到莫斯科去宣称苏联不稳定要解离,真是吃了豹子胆犯了天条,难怪克格勃要对他大加搜查。事后,他常开玩笑说:量子化学计算正确预言了苏联的解体。

  皮卡教授于2009年11月正式从赫尔辛基大学退休。追随先辈加多林,退休后皮卡教授将研究的方向放到化学元素周期表上,采用相对论量子化学的方法,对周期表可能的化学元素进行了严格计算,提出了一个全新的周期表——佩寇周期表。他时不时还以单一作者在学术期刊发表论文和综述,总结有关研究领域的最新进展,这些论文充满了智慧的光芒。每年的新年前夕,我也总可以收到他的电子邮件,他会用典型的幽默口气写道:生活和工作的曲线仍在第二象限向着东北方向延伸。每当此时,我的脑海里总是浮现出他那硕大的头颅、列宁式的小胡子、和蔼但带着一点俏皮的微笑,心中遥祝他儿孙绕膝,健康长寿。

  (作者:我会会员,上海药明康德新药开发有限公司副总裁)