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6 化学键
迎接这一挑战。物理学家的光谱结果不容质疑,而化学家的四面体同样证据确凿。两大阵营都应该是正确的。

    在他1928年的注记中,鲍林基于海特勒和伦敦的能量交换说提出了一种解释。每次形成一个新的化学键时,都要涉及新的能量交换。他写道,形成四个四面体化学键所产生的能量交换足以打破物理学家亚层中的四个成对电子,并使它们组成新的形式。

    这是一种令人振奋的思想,但是需要有相当的数学来支持。鲍林在那个注记中没有详述,只是说:“有关这里提及的材料的详细说明将送交《美国化学学会学报》发表。”然后,他把自己的注记复写了一份送给路易斯,并附上一封信说:“我很高兴,新的原子模型重现了路易斯原子和玻尔原子的鲜明特点。”

    鲍林的“详细说明”过了几乎三年才与读者见面。1928年,他进行了许多复杂的运算,至少初步能让他确信自己的想法是正确的,但是他说:“运算太复杂了,我担心人们不会相信,而且我也可能不相信。……谁都可以看到,量子力学必将走向四面体碳原子,因为这是我们已经掌握的事实。但是公式太复杂了,我怎么也不敢肯定自己的论点能够说服别人。”

    今天,通过计算机我们可以得到精确的结果。但是在1930年,想要完全解出任一分子系统的公式都是不可能的。和每一个试图把波动力学用到复杂的体系上去的理论家一样,鲍林不得不寻找捷径,作出种种假设和近似,以进一步简化数学方程。

    同样的数学障碍也难住了伦敦和其他有志于这一领域的科学家。不同的是,鲍林信心十足地认为,数学障碍最终会扫平,他最初的设想也将可以发表。为了不影响自己的科研重点,他让自己的研究生斯特迪文特继续研究四面体波动方程问题。斯特迪文特本人是一个相当能干的数学家,然而他在苦干几个星期后毫无进展。鲍林因为已经专注于其他问题,就把碳的问题搁置了起来。

    鲍林法则

    加州理工学院继续吸引着世界上最杰出的理论物理学家来加利福尼亚访问。20年代末,在鲍林的协助下,学院先后迎来了海森伯、索末菲和狄拉克。鲍林对他们的研究课题继续保持着强烈的兴趣,并发表了几篇物理学方面的论文,如电子的动量分配以及光和X射线对电子的影响等。

    不过,在大部分时间里,他试图通过X射线晶体学来解决分子结构的问题。在这一方面,他一筹莫展。如果他感兴趣的一个结构涉及的原子数目稍微多一些,就几乎无法解决了。问题的部分症结又是数学,涉及到把衍射的X射线在照相底版上形成的图谱换算成一个三维结构所需的令人望而却步的计算。分子中的原子数量越多,图谱就越复杂,理论上可能的结构就越多。每一个新增的原子都大大地增加了难度。

    此外,还存在一个更加根本的问题:X射线晶体学家的工作方式。为了保证结果的准确性,研究者——在20年代几乎都是物理学家——通常假定,所有能够满足化合物分子式的原子排列都是可能的结构。找到正确结构的过程是一个排除不能精确符合X射线和密度数据的结构的过程。这一严密的方法能够得出确定的结果——你能够肯定你找到了正确的结构,因为你一个一个地把所有其他的可能性都排除了——但是这也如同在一堆干草中寻找一根针,你每次拣起一根草,将它同针的图片对照,如果不匹配就将它扔到一边。晶体的结构越复杂,草堆就越大。

    X射线晶体学家的目标越来越大,这一工作的难度也越来越大,越来越耗费时间,越来越机械重复,需要雇佣一支“人脑计算机”队伍来进行数学计算。这不配鲍林的胃口,他开始寻找捷径。在先前大量阅读和思考的基础上,他开始综合他的化学和X射线晶体学知识来形成一种结构的世界观,一种对
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