艾哈迈德·泽维尔,诺贝尔奖得主、飞秒化学之父
艾哈迈德·哈桑·泽维尔(Ahmed Hassan Zewail)是阿拉伯语国家中获得诺贝尔科学奖的第一人,是超速化学的先锋,同时还是联系阿拉伯语世界和西方国家的“外交官”。回顾泽维尔获得的奖项,很少有像他一样的科学家,同时获得以色列和沙特阿拉伯的拥戴、在教皇科学院任职,还几次成为邮票人物。泽维尔于2016年8月2日去世,享年70岁。
1946年2月26日,泽维尔作为长子出生在埃及达曼胡尔市蒂索克小镇的中产家庭,这个小镇距离亚历山大城约80公里。他在读中学时已对自然科学产生浓厚兴趣。泽维尔生前曾回忆道,小时候在卧室里用母亲煮咖啡的燃油炉和玻璃管做化学实验,差点把房子点着了。家人对泽维尔寄予厚望,在他书房门口挂上“艾哈迈德博士”的标牌。在当地公立学校毕业之后,泽维尔不负众望,以优异成绩考入埃及亚历山大大学,先后攻读化学学士和硕士学位。毕业后的泽维尔尽管当时英文水平十分一般,还是决心前往美国继续深造。(谁能想到日后他会成为能言善辩的演说家呢。)
在美国费城匹兹堡大学读研究生期间,泽维尔和罗宾·霍奇斯特拉瑟(Robin Hochstrasser)一起研究新型光谱,包括光学检测磁共振技术。在加州大学伯克利分校攻读博士后期间,泽维尔和查尔斯·哈里斯(Charles B.Harris)一起研究“多维系统中的一致性与固体中的能量传递”,而这一课题也成了他此后职业生涯的研究方向,让他获得了能与化学届巨星莱纳斯·鲍林(Linus Pauling,美国著名化学家,独立获得诺贝尔奖)不相上下的成就,扬名世界。1976年起,他在加州理工学院任教。1982年,他加入美国国籍,同时拥有埃及和美国双重国籍。
20世纪80和90年代,泽维尔带领他的研究团队就“飞秒化学”进行了一系列实验(飞秒是泽维尔自创的单位,衡量用激光以千万亿分之一秒的速度闪光所产生的化学反应)。这是化学反应在分子级别的时间量程――是振动和核运动的时间尺度。在化学反应中,反应物转变为产物的中间状态被称为过渡态,分子中的原子在这一阶段发生振荡。然而,过渡态极为短暂,在飞秒(千万亿分之一秒)尺度上发生,科学界此前一直无法对这一超快速变化进行观测。正是这一系列研究让泽维尔荣获了1999年诺贝尔化学奖。在这种超快激光问世之前的20世纪70年代,化学家们对激发态的分子动力学的理解与今天是非常不同的。他们一度认为占主导地位的力量是分子内的松弛,并且这种分子的内力是不连贯的。
泽维尔的研究打破了整个学界的原有观念。通过设计严谨的实验,泽维尔的研究小组解决了反应动力学,阐明了分子路径,呈现了分子中原子的量子力学演化。这些研究中最经典的工具是“泵浦-探测”实验。在此实验中,第一个脉冲(泵)开始,导致一个化学反应,然后第二个探头监测下一个动作。就这样,他和他的团队拍摄下了振动流、状态重排和反应产物的快照。这些照片揭示了连贯性的深刻作用,这远远超过了学界的预料。
获得诺贝尔奖后,泽维尔的研究焦点转向了一种新型显微镜。这种显微镜使用超快电子脉冲来跟踪在原子级上时间和空间的化学反应。和鲍林一样,泽维尔希望可以再次赢得诺贝尔奖:泽维尔不是一个吃老本的人。
泽维尔对化学现象的独特见解让他的后辈学生获益匪浅。他善于将复杂的现象归结为最简单的基本动力。他会提醒同事不要陷入细节陷阱。工作繁忙的泽维尔仍然密切关注他的地下实验室。他会随时出现在实验室然后开始提问,“我只想闻一闻实验的味道。”他说。
他的职业和影响力与人们“科学超越政治边界”的观点密不可分。1983年1月,泽维尔组织的光化学和光生物学国际会议在亚历山大泽维尔的母校举行。当时虽然他还没有开始飞秒化学的研究,但已然是一个冉冉升起的明星。这次会议是他职业生涯的里程碑,吸引了来自各国希望引导埃及科学进步的杰出科学家。
当来自以色列的科学家到达会场时,大部分的阿拉伯代表都被政府勒令离开。这在当时动荡的政局下并不是什么新鲜事。泽维尔当然预料到了这点,他完全可以不邀请他以色列的朋友从而避免这种尴尬。但他并没有这么做,相反,他在大会上公开谴责了政府这一破坏性的行为。
泽维尔一直念念不忘祖国埃及和他的同胞。在诺贝尔奖获奖致辞中,他将自己的事业与古埃及女神伊西斯联系起来:“这块奖牌上的图案是伊西斯,她携带着象征丰收的羊角从云中走来……我在伊西斯的土地上成长,我的工作是埃及人民6 000年来一系列科学成就中的一项。”
泽维尔从来没有停止努力在阿拉伯语世界推动科学发展。在各类演讲和文章里,泽维尔不断提醒他的同胞们科学在历史上的重大影响,并鼓励他们重视科学教育和基础研究,延续科学的伟大。他和埃及政府合作,创办了以他名字命名的泽维尔科技城。这是一所非营利性的科研教学机构,旨在为埃及培养现代化且具竞争力的科学家队伍。泽维尔晚年时称这项事业是他最重要的工作。该学校在经历了各种政治动荡后终于在2013年开始运营。该大学致力于为埃及社会各方面的发展提供人才。泽维尔还曾担任美国总统奥巴马科学技术顾问委员会委员、美国首位中东科学问题特使。
为表彰泽维尔的突出成就和为埃及人民赢得的荣誉,埃及政府于1999年向他颁发了最高荣誉勋章――“尼罗河勋章”,并发行印有他肖像的邮票;达曼胡尔市和亚历山大大学也有数条街道以泽维尔命名。
2013年,泽维尔对媒体透露自己患有脊柱肿瘤疾病。泽维尔去世后,世界上少了一位天才科学家和政治家。泽维尔生前曾在接受采访时说,科学教育提供理性思维和一种世界语言,借助它们,不同国家、文明和宗教有望实现包容和理解。
纵观其一生,泽维尔凭借其高超的科研水平、健全的理性精神和对科学教育的热忱,诠释了“揭开伊西斯面纱的科学天才”这一形象。
资料来源Nature
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本文作者沃伦·沃伦(Warren S. Warren),杜克大学物理系主任,化学、物理学、放射学和生物医学工程教授。他1981年到1982年做博士后期间与泽维尔是同事。