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飞秒化学
创始人简介
飞秒化学的诞生及发展
飞秒化学的未来
对我们的启示
创始人简介
从1990年以来,泽维尔一直担任1954年诺贝尔化学奖得主、结构化学巨匠——(Linus Pauling,1901~1994)的职责,讲授化学物理学(Chemical Physics)。
泽维尔具有埃及和美国的双重国籍。他于1999年获得诺贝尔化学奖,成为加利福尼亚理工学院这个“诺贝尔奖摇篮”中诞生的第27位诺贝尔奖获得者,也是27位获奖者中第5位诺贝尔化学奖的得主。
飞秒化学创始人是哈迈德·泽维尔。他1946年生于埃及,青少年在埃及度过,早年曾就读于埃及亚历山大(Alexandria)大学,毕业后留学美国。1974年在美国宾夕法尼亚(Pennsylvania)大学获得博士学位,在加利福尼亚大学工作2年后,被加利福尼亚理工学院(Caltech)聘请。
从埃及三角洲小城和亚历山大港开始,到风景如画、充满阳光的美国南加州,艾哈迈德·泽维尔带领我们经历了一次穿越时间的航行——他自己的生命航行和飞秒世界的航行。在本书中,他生动地讲述了自己1999年获得诺贝尔奖之前的工作和生活,并用通俗的语言描绘了在飞秒()尺度下所观察到的分子的概貌。在这个穿越飞秒化学世界的奇妙旅途中,泽维尔采用了富有洞察力的比拟和说明,因此无论是一般读者还是科技工作者都将从中获益。他还从自己的生活经历中总结出许多经验和教训,认真思考了科学革命对现代世界的影响,包括对发达国家和发展中国家的影响。对于如何帮助世界贫民,他还特别提出了具体的行动建议。
《穿越时间的旅行》
哈迈德·泽维尔在美国亚历山德里亚大学获得理工学士和硕士学位;又在宾西法尼亚大学获得博士学位。1956年起在加州理工学院任教。1990年成为加州理工化学系主任。他目前是美国科学院、美国哲学院、第三世界科学院、欧洲艺术科学和人类学院等多家科学机构的会员。
1998年埃及还发行了一枚印有他本人肖像的邮票以表彰他在科学上取得的成就。
1999年,他应用超短激光(飞秒激光)闪光成相技术观测到分子中的原子在化学反应中如何运动,被授予诺贝尔化学奖,创立了飞秒化学。
主要成就
飞秒化学的诞生
80年代末泽维尔教授做了一系列试验,他用可能是世界上速度最快的激光闪光照相机拍摄到一百万亿分之一秒瞬间处于化学反应中的原子的化学键断裂和新形成的过程。这种照相机用激光以几十万亿分之一秒的速度闪光,可以拍摄到反应中一次原子振荡的图像。
他创立的这种物理化学被称为飞秒化学,飞秒即毫微微秒(是一秒的千万亿分之一),即用高速照相机拍摄化学反应过程中的分子,记录其在反应状态下的图像,以研究化学反应。常规状态下,人们是看不见原子和分子的化学反应过程的,现在则可以通过泽维尔教授开创的飞秒化学技术研究单个原子的运动过程。
飞秒化学的技术基础 ——飞秒激光
激光曾被视为神秘之光,并已被人类广泛使用。近年来,科学家研究发现了一种更为奇特的光——飞秒激光(飞秒femtosecond,简写fs),亦称超短激光。飞秒激光主要的特点有:
第一,飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光,持续时间非常短,只有几个飞秒,1 femtosecond=1×10-15s,它比利用电子学方法所获得的最短脉冲要短几千倍,是人类目前在实验条件下所能获得最短脉冲的技术手段。
第二,飞秒激光具有非常高的瞬时功率,可达到百万亿瓦,比目前全世界发电总功率还要多出百倍,科学家预测飞秒激光将为下世纪新能源的产生发挥重要作用。
第三,它能聚集到比头发的直径还要小的空间区域,使电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高数倍。
高功率飞秒激光系统由4部分组成:振荡器、展宽器、放大器和压缩器。在振荡器内,利用一种特殊技术获得飞秒激光脉冲。展宽器将这个飞秒种子脉冲按不同波长在时间上拉开。放大器使这一展宽的脉冲获得充分能量。压缩器把放大后的不同成分的光谱再会聚到一起,恢复到飞秒宽度,从而形成具有极高瞬时功率的飞秒激光脉冲。
飞秒激光是人类目前在实验室条件下所能获得最短脉冲的技术手段。它在瞬间发出的巨大功率比全世界发电总功率还大。飞秒激光的出现使人类第一次在原子和电子的层面上观察到这一超快运动过程。基于这些科学上的发现,飞秒激光在物理学、生物学、化学控制反应、光通讯等领域中得到了广泛应用。科学家预测飞秒激光将为下世纪新能源的产生发挥重要作用。
飞秒化学的探索
1964年瓦尔特·科恩指出: 一个量子力学体系的能量仅由其电子密度所决定。这个量比薛定谔方程中复杂的波函数要容易得多。科恩同时还提供一个方法来建立方程,从其解可以得到体系的电子密度和能量。这个方法称为密度泛函理论,已经在化学中得到广泛应用。
1889年阿累尼乌斯预言化学反应