Peter Wolynes是我们系上老师，美国国家科学院院士 蛋白质摺叠理论大师，研究领域主要是化学物理的问题 前阵子他60岁生日，JPC-B出了个特刊，请他写了他的科学生涯历程 我读起来感觉非常有趣又有启发 於是就花了三天工作之余时间翻译一下分享给板友们。 ------------- 原文出处:http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jp407073n 一段科学回忆录 Peter G. Wolynes 我在 DNA 的结构发表的前四天出生。那是段原子的时代,一段焦虑的时代。我小的时候, 我知道俄国人可能会朝我们丢原子弹。电影上都说带着放射线的突变怪物会跑出来。我第 一段最清楚的记忆是收音机广播宣布俄国人发射了一台人造卫星到外太空,上面载着一只 狗,飞过我们国家上空。电影上都上演着科学家组队防止我们遭核灾。因此我知道我长大 想要当科学家。但,是怎样的科学家呢?事实上是由许多关於出身、成长,以及一些很普通 的事件决定了。 我的父母亲有着非常不一样人格特性和世界观。我现在知道我的知性思维其实是在模仿以 及反抗他们中塑造出来。我的妈妈是一个丹麦 -瑞典家庭下的所谓的基督科学教派徒 (Christian Scientist),而我父亲是双亲都来自俄国的化工工程师。注意我不是指说我妈 妈是会上教堂的科学家,我的意思是她是在” 基督科学教派’ 这个宗教长大的,宗教上来 说既不太基督也不科学。虽然他并不是基督科学教派规章的忠实信徒,但这教派的想法却 完全的渗透了她的人生。她既乐观又信人,极端的慷慨到有时候父亲觉得错了。她的乐观 是基於基督科学教派的教条(从柏拉图那借来的概念):『物质世界是只是一种幻象』、『 病与死只是虚幻的』、『” 真正的” 世界比表现出来的好多了,而且是永恒的』。根据 这种信念,如果你思考的够清楚,你将可以像基督一样看穿事物的表象,而且不会死。如果 严格的遵守这个想法,这意谓着你将不需要疫苗或吃药。我妈妈妥协了,只有在我非常的病 的时候才会带我去看医生;只接种那些学校规定的疫苗。大概源自於某个古老的规定,我必 须打天花疫苗才能够上哈佛.... 但这并不让我成为 Cotton Mather FRS 的粉丝。我可以 告诉你天花疫苗会让你病的非常厉害,即便那是种幻觉也是非常的不舒服。我母亲的那种 形上学的世界观可能不是养出科学家的最佳兆头,但是在这样的抽象哲学下长大的确让我 之後比较容易吞下量子力学和里面的哥本哈根诠释。 我的父亲完全不是玄派的那型,他是个务实派的工程师。他在 Indiana Mills 下面从产钢 的副产物做水泥的工厂里面做试验尺度下的生产研究。他的工作会用到大型重机具像是几 百尺长的旋转炉(rotary kiln),也会用到原子尺度的思考和危险的 X 光(像科幻小说里面 一样)。他曾经给我看过一张他的一片水泥样本的 X 光散射图。他也需要写典程式来最佳 化水泥组成。在 196 年代早期,他必须在特殊的表格下完整写指南,然後送到公司在 Pittsburg 的总部。在那边他们会打卡送计算後把结果用邮件寄回来(不用一周!)。 在家里我父亲就又比上班时更『实际』些了。他觉得付钱给别人修东西是不道德的。所以 他大部分的周末都在拆装他的车子,废物场中东翻西找替代零件。我自然得帮忙了。即使 他需要我帮忙,我还是不喜欢大冷天的跑出去背躺在车底下地上。我们家的电视老是需要 修。每隔一周,我们总在那边测试哪跟真空管烧掉了要修;我自然得学这些东西。我父亲尝 试教我这些实际事务显然是引火自焚了,因为现在我是个理论学家而且拒绝自己修家里的 东西。 最好逃离帮父亲干活的方式就是去地下室。楼下有满满的过期 Popular Science杂志还有 一些 30和 40 年代父亲年轻时买的书。我非常喜欢看这些东西,特别是那些有英雄化学家 故事的像是 TheChemical Age. 我对那段Baekeland 说服 Eastman 授权给他相片冲印术, 而自己开公司致富的故事印象深刻,因此有两场受这个故事启发的冒险。首先是在我对聚 合物的憧憬下,我决定用自制的胶水从我的小学三年级班上同学赚钱。Popular Science告 诉我说可以用结块的牛奶做胶水。我不知道用什麽方法成功的说服我母亲试试看这个计画 。我们买了好几加仑的牛奶,加入醋使其结块。但是将乳清淡白和凝块物分开那步失败了, 所以牛奶持续发酵。那臭死的味道终於让我们相信胶水和钱是生不出来的,因此我们放弃 了这个计画。The Chemical Age上面有写如何从丁香做人工香草。这道步骤要把丁香用硷 加压加热萃取。我决定在厨房做这个。我把丁香混合了酒精、加点小苏打粉,把这些混合 物放进试管中。我很小心,我知道在压力环境下加热是危险的。所以我在加热前把密封的 试管用铝箔包起来。即使试管跳着很厉害,我还是坚持加热下去...... 最後试管炸成了看 不见的碎块。我说服自己整个家里闻起来有香草味,但我母亲气炸了。幸好没人瞎掉。 之後我的实验和读物都越来越精进些。我在图书馆中找到了 Issac Asimov。虽然现在大 家比较知道他的科幻类 Three Laws of Robotics的东西,Asimov 身为一个训练有素的生 化学家,其实是个撰写科学事实的天才,出过几百本书。我从他为 Fantasy and Science Fiction月刊写的专栏小品单行版学到最多东西。那些短短几页的文章通常都 self-contained,带出有趣的问题,而且通常会有一点简单的计算来了解背後的数学。我 现在仍觉得这样的风格对於一篇科学文章是很理想的。我也从这些文章中学到了 DNA 的 结构,并且在小学五年级做了个科展。我攻克结构生物学的第一战值得了!(赢了个奖)但我 对於那个我用圣诞节保丽龙饰品做的结构模型的回忆是,除了满足 Chargraff’s Rule 外 ,那些东西通通都错了。我也从 Asimov 那里学到了,有机化学是生物学背後的秘密,所以 我对有机开始认真起来,并说服我父亲帮我从附近的化工材料行买了一些器材和化学药品 。那间材料行刚好就在一个垃圾场附近。要是现在来看的话,我很有可能会被认为是在做 安非他命,因为我买的那些 ether,benzene 等等。不过从此之後就没有爆炸了!超好运! 我也读到了几本比较现代的物理和物理化学书。这些书对我有持续的影响。第一是 Reichenbach的 The Philosophy of Space and Time 我熟读了这本哲学家式的相对论入 门。我学到了人必须仔细思考实验上看到的东西。我大概太过於狂热了,但我真的觉得科 学的意义不是只是炸个东西或是赚点钱,而是『用比较深沈的角度看世界』。我这样的想 法在我之後买了 Persico 的 Quantum Mechanics($1.5,精装版)。但我最爱的是在芝加哥 科学与工业博物馆买的 Denbigh 的 Principles of ChemicalEquilibrium。我一遍又一 遍的看;我最初买的那本早就读到散掉了。我学到了两件事:熵和速率(Entropy and Rate) 。热力学第二定律总是很令人困惑。我从 Asimov 那儿知道这是意味着宇宙的结束(End of Unviverse)(不过其实这是不对的),但到底什麽是熵?熵的统计意义似乎比较有点道理, 但我必须要一遍又一遍的读才能了解。世界真的是随机的吗?涵盖全部的化学平衡後,书的 最後一章是关於化学动力学。这章节非常的让我很困扰。我知道反应物最终要改变(像是 爆炸?)但到底什麽是改变?什麽时候一个分子不是这个而变成另一个?亚里斯多德应该会对 我的困惑感到高兴。最後,到底什麽是暂态(Transition State)?我可以把它放进罐子里吗 ?罐子为什麽不会爆炸?结果後来证实我大部分的科学生涯都在试着去解释这些问题;所以 看这本书的确对我有深远的影响。 学校呢?我有从学校那儿学到任何东西吗?呃... 有一点。首先低年级的时候我必须学会阅 读和学点算数。如果没有先会这些,我无法在我自己的地下室自修。其次,我很缓慢的学会 了如何问问题的时候不让老师不爽。我学会要比我的本性还要更礼貌的问问题。这技巧在 後来参加讨论会(attendingseminars)的时候很有用!不过另一方面,因为我很慢才抓住这 个窍门,我其实常常被送到校长那儿受点体罚(甚至到八年级/初二的时候)。有些老师(例 如数学老师,比较不像教练那样)是非常的鼓励我,甚至让我去附近 Indiana University 的校区去修课。我退学後,去大学正式注册成一个化学系学生。那时候有机化学仍然是我 的人生目标,但我修了很多数学课;数学教授甚至叫我去主修数学。比起化学系的进阶课, 我其实修了更多的物理和数学的进阶课程。有机实验的两个点改变了我的人生轨迹。我们 在有机实验课里面做的东西比起我在家里地下室做的还要简单太多了,我应该会觉得很无 聊。幸运的是,实验课指导老师,Hered 教授允许我的实验报告可以无限扩充 introduction 部分,只要内容相关。因此我的实验报告变得蛮理论的。蒸馏实验的简介 部分是关於相平衡;SN 1 反应则是尝试着用量子力学来合理化这个现象。来自实验课的第 二个刺激则比较不正面些。在一个 esterification的实验里面,我们必须用要放在 hood 里面的冰醋酸和硫酸。当我拿醋酸的时候,我注意到一件怪事–我的双脚突然感觉到一阵 温暖。我往下看,发现我正站在一滩本来应该在一个大桶子里的浓硫酸中间。我一个同学 拿起了桶子但是炸开了因为桶子放在一个加热板旁边。她因为被最大沱喷溅喷到而严重烧 伤;我比较幸运些,但那段实在是个很令人不安的事件。 亲核反应的理论成为我的爱好。我觉得我可以用 transition state theory 和 polymer chain statistics来把 SN2 反应中的立体效应(steric effect)来电脑建模。我尝试着把 这些解释给 Hered 教授听,但是他说这超出他的能力了,不过他说 Indiana University 的 Bloominton 校区有正牌的理论学家可以帮我。我父母载我去三小时车程外的 Bloomington,见到了 Don MacQuarrie2和一个新的助理教授Robert Roberts。解释我的 理论给 MacQuarrie 并不简单,而且他非常的挑毛病。我一路哭着回家。之後我得知其实 他对我印象深刻,他和 Roberts 教授建议我转学去 Bloomington 完成剩下的学业。我在 Bloomington 的一年就像真正的大学生活了。我学会玩 pinochle 和 Risk,而且开始熬 夜。不过没喝酒。我还太年轻了,而且酒精会杀脑细胞。我的 SN2 反应 project 没什麽 突破,但我开始学会了做真正的研究。Roberts 是个很棒的指导老师,而且让我像个研究生 一样做研究。MacQuarrie 试着让我对生物问题(其实是脑)感兴趣。我跟 Roberts 说我不 想做生物因为这不是化学。Roberts 很明白的告诉我,你干嘛管是什麽问题?如果这个问题 有趣,你就去做它。这段真是重要而且有影响力的建议,但我那时还是没有做生物。 我在 Bloomington 读了一本好书,一套 David Pines 的多体问题 (Many-body Problems) 的讲义。里面有着令人眼睛一亮的想法:基本方程式并不是全部;从高角度看下 ,新的概念会出现(Basicequations were not everything but that new concepts could emerge at higher level)。举例来说,『quasi-particle』的概念是基本物件被其 和环境的交互作用改变,但能够保持其特性。那似乎意味着有可能可以把我的多体想法带 进化学当中,所以化学可以以此方式被了解和计算。 有了学士学位以後,我可以正式的上研究所了,不过有些限制。我的父母担心我住得离家太 远。一个选择是离家附近的芝加哥大学(University of Chicago),但是我祖母住在麻州的 Cambridge,所以Harvard 和 MIT 也是选项之一。我不确定 Harvard 是不是最好的选择, 但是就是 Harvard 了! 哈佛真正是” 大联盟(big league)”。我几乎在迎新会上就被吓到了。我在大学时候就 已经上过了实分析和复变,但一个同学居然学过拓朴,而且是在 Princeton!在哈佛的化学 物理博士学程里,我们几乎跟物理系的一年级学生上一样的课。虽然我觉得量子挺容易的( 真的),但研究所程度的电磁学让我挺担心的。我大学时没有修过电磁,而且课堂上有大概 十本教科书,像是标准的 Jackson、Born and Wolf 的 Optics,两册蓝道 -列夫谢兹 (Landau-Lifschitz)还有教师 Nicolaas Bloembergen的自己两本书。我修的还不错,原因 是因为被 Bloembergen 吓到努力用功。虽然 Bloembergen 以实验学家着名,但我从他的 课上学到很多如何专业的做理论的方式。二十年後,我接近吓到发现Bloembergen(那时候 已经是诺贝尔奖得主)并不是他在课堂上那麽严厉的样子。在一个美国国家科学院的公园 派对上,他其实很爱笑而且迷人,几乎跟政治人物一样的友善(chummy)。 现在通常学生开始研究都是先选个指导老师，然後加入一个正在进行的研究计画，当年 Harvard并不是这样。哈佛收你的时候指望你先找到你的论文问题，然後找老师们寻求建 议看问题怎麽解决（速度不限）。通常理论组学生有指导老师，但他们通常只是稍受指导 （lightly advised）而已。我名义上的指导老师是Roy Gordon。理论化学组的学生都待 在一栋跟教师们分开建筑里面，叫做『The Morton Stanley Prince Psychological House』，简称『Prince House』。声名狼藉的哈佛心理系教授Timothy Leary 在60 年代 的时候在这儿。大家怀疑他当年实验後残存的迷幻药对之後待在这栋建筑的人还是有点影 响。无庸置疑的是很多有创意的理论家都在那里待过，像是Bill Miller, Eric Heller,Bill Reinhardt 和Arieh Warshel 等等。我到哈佛的时候那里是一群很强的组， 包括Iwao Ohhmine,Zan Luthey, Peter Rossky, Klaus Schulten, Attila Szabo 和 Andy McCammon。我们从彼此身上学到很多，也开始在地下室举办我们自己的讨论会，教 师们偶尔会参加一下。 我找不太到可以的论文题目的方向。我觉得临界现象（Critical Phenomena）的问题和非 古典的指数项（Non-Classical Exponent）很有趣，但是这已经被人利用Widom, Kadanoff, Fisher 和Wilson的想法解决了。流体力学也很吸引我，因为那有很新很棒的 多体概念。但是这个概念的理论架构被Alder 和Winwright 的电脑模拟结果里面的『 long time trails』给挑战了。Mode Coupling Theories 给了个解释，但是不太严谨。 我觉得我可以做点东西。我做到了，但只是一点点成就而已。我严谨的给出Mode Coupling Theories 高估了那项作用，所以流体力学仍然是可以的。其实这是挺无聊的结 果，但这个理论给了我第一篇文章，而且大概是我唯一的一篇数学上严谨的文章。为了完 成我的论文，我向外到MIT 寻求更多建议。John Ross 给我几个很棒的建议。他说我那篇 Mode Coupling Theories的文章证明我有能力做出点东西，但我应该记住，一个能被解决 的难题并不代表这个问题是重要的或是值得解决（just because a problem is hard and could be solved does not mean it is important orworth solving ）。我以後选 课题要选的更好些。我也开始跟哈佛里面MIT 来的老师John Deutsch 讨论。他觉得我关 於流体力学中的边界问题的想法很不错。这个研究之後成为我论文的绝大部分。几个月之 後，因为我个人的因素想留在Cambridge，John Deutsch 给了我博士後的位子。当我那篇 严谨的文章在Physical Review 刊出後他相当的不开心。我文章中的通讯地址上开了个玩 笑：『The Centerfor Correlation Function Research』。那是在一个学术界中还没有 什麽『中心』的时代，当然现在很普遍了。当这篇文章刊出以後，John 大为光火，他说 ：『科学是很严肃的，科学就跟打仗一样。科学是不给幽默的。』他继续解释，有些很有 权势的人是一点幽默感也没有的，例如，Herb Gutowsky。如果他看到了那篇文章，我一 定拿不到伊利诺大学的教职。其实我之後发现Herb 有足够的幽默感来容忍我的不庄重。 我一到MIT 以後，John 跟我说Harvard 那边打电话问我要不要申请教职回去。他建议不 要，但是我不听。我在哈佛教职的日子里压力很大，但我的化学中多体问题研究起头起的 还蛮成功的。我跟Jim Skinner 合作的环境摩擦效应对於凝态中的速率问题让Kramer 那 个物化学家早忘记的老想法又复活了。这个研究得到了很大注意，令我欣慰的是，很多校 包括伊利诺大学都给我终身职（我回到哈佛三年整後）。虽然（或是因为）伊利诺以严谨 着名，我接受了它的职位。这是一个很棒的决定。它有着在物理和化学的卓越早以奠基， 但没人因此满足的传统。物理系的John Bardeen 得过了两次诺贝尔奖，但是觉得两个三 分之一奖也不过是三分之二个诺贝尔奖而已。我也开始跟Hans Frauenfelder和Harry Drickamer 交流，而且他们也是非常棒的导师。我当时仍然需要人教，而且他们很有耐心 。 我在伊利诺的科研成果非常的丰硕，但我最大的发现是Kathleen Bucher。虽然我花了很 大的功夫才说服她嫁给我，但她自此後一路跟随我人生的冒险，一直是我强而有力的靠山 ；有需要时，则也是理智的批评者。 之後在伊利诺、UC Sandiego 和Rice，我有太多科学上脱序的故事可以说了。除了我教新 生的时候，远离实验室工作避免我造成的爆炸。我一直可以跟着Roberts 的建议，不在乎 我研究被怎麽叫。这唯一的缺点是我必须参加不同学系的一大堆的教师会议。我可以优游 於热力学、动力学、随机问题、量子现象、玻璃、蛋白质，甚至细胞和基因...但还没到 脑这块领域。从中我发展了一些有用的多体化学概念，例如funnels、和rugged energy landscapes 等等。我的研究工作本质上都是多体现象的问题，而我在其中的角色就像是 『quasi-particle』一样。我的着作列表证明了我从合作的人身上学了多少。我一直试着 从同事和竞争对手身上学东西。他们都值得我的一声感谢。 [完] --

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