福井謙一 - 人物概述

日本量子化學(xué)家。1918年10月4日生于奈良市。1948年獲京都大學(xué)博士學(xué)位，1951年起任京都大學(xué)物理化學(xué)教授。

長期致力于烴類的研究，并在量子化學(xué)方面有很深的造詣。1952年他提出前線軌道理論，并用以解釋多種化學(xué)反應(yīng)規(guī)律。這一理論的基本觀點是分子的許多性質(zhì)主要由最高占據(jù)分子軌道和最低未占分子軌道決定，對于分子的化學(xué)反應(yīng)具有重要意義。由于這些軌道處于化學(xué)反應(yīng)的前沿，所以稱為前線軌道。

福井謙一的早期理論并未引起人們的注意。后來到1965年R.霍夫曼和R.B.伍德沃德首先用前線軌道的觀點討論了周環(huán)反應(yīng)的立體化學(xué)選擇定則，才引起化學(xué)家們的重視。1969年霍夫曼和伍德沃德以“分子軌道對稱守恒原理”來概括他們在1965年提出的理論解釋，所以福井謙一的“前線軌道理論”和霍夫曼的“分子軌道對稱守恒原理”同樣重要。這個理論不但解釋了在它提出之前的有關(guān)經(jīng)驗規(guī)律，而且預(yù)言和解釋了其后的許多化學(xué)反應(yīng)。因此，福井謙一和霍夫曼共獲1981年諾貝爾化學(xué)獎。福井謙一還致力于人工固氮的研究。

福井謙一 - 職業(yè)選擇

1918年10月4日，福井出生于日本奈良縣井戶野町的一個職員家庭，他的父親畢業(yè)于東京商科大學(xué)，供職于一家英國公司。家境富裕的福井自幼便受到良好的教育，不僅學(xué)習(xí)過《論語》等傳統(tǒng)典籍，同時也受到歐美文化和先進科學(xué)技術(shù)的熏陶。中學(xué)時代的福井謙一先后就讀于大阪府立今宮初級中學(xué)和舊制大阪高中，他的數(shù)學(xué)與德語成績優(yōu)異，但是這位日后的理論化學(xué)家卻對中學(xué)化學(xué)非常不感興趣。在進入大學(xué)的升學(xué)考試中，福井受到家族親戚，京都帝國大學(xué)工業(yè)化學(xué)系教授喜多源逸的影響，選擇了自己最不喜歡的化學(xué)作為終身的專業(yè)。

福井謙一 - 學(xué)習(xí)歷程

1938年福井考入京都大學(xué)工業(yè)化學(xué)系，進入大學(xué)的福井沒有放棄自己對數(shù)學(xué)的興趣，選修了大量數(shù)學(xué)和理論物理方面的課程，在這一時期打下了堅實的數(shù)理基礎(chǔ)。1941年福井大學(xué)畢業(yè)，進入京都大學(xué)燃料化學(xué)系兒玉信次郎教授的實驗室攻讀碩士學(xué)位。兒玉信次郎早年留學(xué)德國，返回日本時帶回了大量歐洲的書籍資料，當(dāng)時的歐洲量子理論正出于空前的發(fā)展之中，福井謙一通過這些珍貴的書籍，接觸到了當(dāng)時理論科學(xué)研究前沿。l943年任京都大學(xué)講師，1948年福井獲得了他的博士學(xué)位。畢業(yè)后的福井留在京都大學(xué)燃料化學(xué)系，在一間條件簡陋的研究室中從事理論研究。1951年起任京都大學(xué)物理化學(xué)教授。同年，福井謙一發(fā)表了前線軌道理論的第一篇論文《芳香碳氫化合物中反應(yīng)性的分子軌道研究》奠定了福井理論的基礎(chǔ)。福井初期的工作并不為人們所認可，他的同事和上司認為福井不專心從事應(yīng)用化學(xué)的研究，而是希望提出全新的化學(xué)基礎(chǔ)理論，并且希望將當(dāng)時還不為化學(xué)界所接受的量子力學(xué)引入到化學(xué)領(lǐng)域中，是不切實際和狂妄的；日本學(xué)術(shù)界對福井的理論也并不重視，直到1960年代，歐美學(xué)術(shù)界開始大量引用福井的論文之后，日本人才開始重新審視福井理論的價值。由于福井在前線軌道理論方面開創(chuàng)性的工作，京都大學(xué)逐漸形成了一個以他為核心的理論化學(xué)研究團隊，福井學(xué)派也成為量子化學(xué)領(lǐng)域一個重要的學(xué)派。

福井謙一 - 個人榮譽

1981年福井謙一與提出分子軌道對稱性守恒原理的美國科學(xué)家霍夫曼分享了諾貝爾化學(xué)獎。同年，他又獲得了美國科學(xué)院外籍院士、歐洲藝術(shù)科學(xué)文學(xué)院院士、日本政府文化勛章、英國皇家學(xué)會會員等一系列榮譽。1982年福井從京都大學(xué)退休，被京都工藝?yán)w維大學(xué)（京都技術(shù)學(xué)院）聘為校長，同時擔(dān)任福井基礎(chǔ)化學(xué)研究所所長、京都基礎(chǔ)化學(xué)研究院理事等職。

福井謙一 - 學(xué)術(shù)貢獻

福井謙一在長期從事量子化學(xué)理論并對有機化合物的研究中，總結(jié)出著名的前線軌道理論。他指出化合物分子的許多性質(zhì)主要出最高占據(jù)分子軌道相最低未占分子軌道所決定的。凡是處于前線軌道的電子，可優(yōu)先配對。這對選擇有機合成反應(yīng)路線起決定性作用。1951年福并謙一提出這一理論時，并未引起人們的注意。1959年伍德沃德和雷夫曼首先肯定這一理論的價值，并用它來研究周環(huán)反應(yīng)的立體化學(xué)選擇定則，進一步把它發(fā)展成為分子軌道對稱守恒原理。這些發(fā)現(xiàn)不僅解釋了以前化學(xué)反應(yīng)中的一些不能解釋的現(xiàn)象，而且能預(yù)測許多化學(xué)反應(yīng)是否能進行。維生素B12的合成就是在前線軌道理論和分子軌道對稱守恒原理指導(dǎo)下極成功的例子。

1、前線軌道理論

前線軌道理論是福井謙一賴以成名的理論，這一理論將分子周圍分布的電子云根據(jù)能量細分為不同能級的分子軌道，福井認為有電子排布的，能量最高的分子軌道（即最高占據(jù)軌道HOMO）和沒有被電子占據(jù)的，能量最低的分子軌道（即最低未占軌道LUMO）是決定一個體系發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵，其他能量的分子軌道對于化學(xué)反應(yīng)雖然有影響但是影響很小，可以暫時忽略。HOMO和LUMO便是所謂前線軌道。

福井提出，通過計算參與反應(yīng)的各粒子的分子軌道，獲得前線軌道的能量、波函數(shù)相位、重疊程度等信息，便可以相當(dāng)滿意地解釋各種化學(xué)反應(yīng)行為，對于一些經(jīng)典理論無法解釋的行為，應(yīng)用前線軌道理論也可以給出令人滿意的解釋。前線軌道理論簡單、直觀、有效，因而在化學(xué)反應(yīng)、生物大分子反應(yīng)過程、催化機理等理論研究方面有著廣泛的應(yīng)用。

2、內(nèi)稟反應(yīng)坐標(biāo)法

過渡態(tài)理論認為，化學(xué)反應(yīng)的過程就是體系從勢能面上的一個最低點經(jīng)過某一特定途徑，滑動到另一個最低點的過程，研究體系滑動在勢能面上留下的軌跡，是化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的一項任務(wù)，福井提出的內(nèi)稟反應(yīng)坐標(biāo)法可以闡明體系在反應(yīng)途徑上每一處所受到的作用力與核位移之間的關(guān)系。

3、量子化學(xué)直觀化

無論是前線軌道理論還是內(nèi)稟反應(yīng)坐標(biāo)法，都是將復(fù)雜、抽象的量子化學(xué)公式轉(zhuǎn)化為簡單直觀的近似理論，福井謙一所有的工作都是圍繞量子化學(xué)直觀化這一目標(biāo)進行的，通過他提出的理論，傳統(tǒng)的化學(xué)家可以不經(jīng)過抽象的公式推導(dǎo)和計算，直接使用量子化學(xué)的理論指導(dǎo)實驗，為他們打開了理論化學(xué)神秘的大門。為此福井專門編寫了《圖解量子化學(xué)》一書，這部書是非理論化學(xué)專業(yè)工作者了解量子化學(xué)的經(jīng)典讀物。

福井謙一 - 人物故事

福井謙一是近一百年來獲得諾貝爾獎的唯一一位東方人。他因運用量子力學(xué)理論研究化學(xué)反應(yīng)的過程，闡明了分子軌道對稱守恒原理，于1981年獲諾貝爾化學(xué)獎。那是什么使他成為一名偉大的科學(xué)家呢？

福井謙一1918年10月4日出生于日本奈良市，他的父親福井亮吉不愿意在落后、閉塞的鄉(xiāng)村里繼續(xù)生活下去，于是全家遷往大阪府的岸里。當(dāng)時的岸里還保留著自然的田園風(fēng)光。謙一就經(jīng)常留戀于大自然的風(fēng)光中，并使他產(chǎn)生了探索大自然無窮奧秘的遐想。每逢暑假他就乘火車回到他的出生地——奈良的外婆家，欣賞大自然的風(fēng)光，感受大自然的情趣。

他在中小學(xué)時期從沒有獲得過什么值得夸耀的成績，雖然他并不是不認真學(xué)習(xí)的孩子，但令他更感興趣的是到大自然中去游玩。而他的父母采取不干涉主義，也從不過問他的學(xué)習(xí)成績。但只要是對學(xué)習(xí)有好處的事，便會默默地去做。他們?yōu)楹⒆淤徺I大量文學(xué)和科普類的少兒讀物，但從不強迫孩子去讀書，而是讓孩子憑著自己的愛好和興趣去自覺地讀書，使讀書成為一種樂趣和享受。在福井謙一的記憶中，父母從未對他說過“要好好學(xué)習(xí)”之類的話，也幾乎沒有問過“學(xué)校教了什么？”“成績怎么樣？”他倒是記得經(jīng)常在考試的前一天晚上，父親特意和他下了一盤圍棋。而《國家地理》和《昆蟲記》這兩本書將福井謙一熱愛大自然的樸素感情逐漸上升到了探求科學(xué)奧秘的高度，對他的一生產(chǎn)生了重要的影響。

中學(xué)時期的福井謙一討厭化學(xué)，因為他討厭死記硬背，在上第一節(jié)化學(xué)課前，他難得認真地背熟了答案，回答老師問題，老師卻絲毫不贊賞。從此，他對背化學(xué)成分、公式和元素周期表就更沒興趣了，并對整個化學(xué)課都很厭煩。中學(xué)快畢業(yè)時，京都大學(xué)工學(xué)院工業(yè)化學(xué)系副教授喜多源益聽說他數(shù)學(xué)和德語比較好時，向他推薦化學(xué)專業(yè)。這使原本討厭化學(xué)的他日后成為一名世界著名化學(xué)家。

1938年，他進入了京都大學(xué)工學(xué)院工業(yè)化學(xué)系學(xué)習(xí)。但是他對本專業(yè)并不熱心，相反倒是經(jīng)常跑去理學(xué)院聽物理課，并對當(dāng)時物理學(xué)的前沿理論量子力學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，在圖書館借閱了大量這方面的書籍。這在當(dāng)時一般人看來似乎是有點“不務(wù)正業(yè)”，而這恰恰為工學(xué)院工業(yè)化日后從事化學(xué)理論研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

直到大學(xué)的最后一年，他遇上了新宮春男副教授，才體會到了化學(xué)實驗的樂趣，逐漸真正喜歡上了化學(xué)，并確定了用物理學(xué)的前沿理論去說明化學(xué)反應(yīng)過程的研究目標(biāo)。1951年，他開始了用量子力學(xué)理論說明化學(xué)反應(yīng)原理的第一篇論文的構(gòu)思和撰寫工作。這篇論文在美國物理學(xué)會的《化學(xué)物理學(xué)》雜志1952年4月號上發(fā)表，日本國內(nèi)有些人不以為然。直到60年代以后，他所創(chuàng)立的“前沿軌道理論”受到歐美許多著名科學(xué)家的高度評價后，他才逐漸得到日本化學(xué)界的承認。此后，他繼續(xù)進行研究，使“前沿軌道理論”逐漸完善并發(fā)展為“分子軌道對稱守恒原理”。由于此項研究成果，1981年福井謙一榮獲了諾貝爾化學(xué)獎。

在他獲得諾貝爾化學(xué)獎后，經(jīng)常有人問他：是什么使他走上了科學(xué)道路，并取得重要科學(xué)成就呢？福井謙一反復(fù)強調(diào)了大自然的作用，大自然不僅是他對科學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，還培養(yǎng)了他對科學(xué)的敏銳洞察力。