謝雨桐/編譯

杰羅姆·卡爾勒在美國海軍研究實驗室

● 杰羅姆·卡爾勒（Jerome Karle）在晶體學(xué)相位問題研究方面做出了巨大貢獻，并因此在1985年獲得了諾貝爾化學(xué)獎。2013年6月6日，他在美國弗吉尼亞州安嫩代爾去世。他卓越的物理洞察力和數(shù)學(xué)功力使他從同時代最優(yōu)秀的科學(xué)家中脫穎而出。

杰羅姆1918年6月18日在紐約州布魯克林市出生，在康尼島長大，他對這里有很深的感情。他的教育是在紐約的公立教育系統(tǒng)中完成的，之后進入紐約市立大學(xué)。1937年和他一同畢業(yè)的赫伯特·豪普特曼 （Herbert Hauptman）與他共享了諾貝爾獎。

杰羅姆在1938年拿到了哈佛大學(xué)的碩士學(xué)位。他花了兩年時間在紐約州奧爾巴尼市的州立醫(yī)學(xué)實驗室工作，在這里他開發(fā)了一種檢測供水系統(tǒng)中氟含量的方法。之后去密西根大學(xué)攻讀化學(xué)博士。在一堂化學(xué)實驗課中，他被按照字母順序分到和美籍波蘭人伊莎貝拉·露果斯基 （Isabella Lugoski）一組。他們在上學(xué)的時候就結(jié)為了夫妻。杰羅姆和伊莎貝拉都在勞倫斯·布羅克韋（Lawrence Brockway）的指導(dǎo)下完成了博士學(xué)位并成為電子衍射領(lǐng)域的專家。這方面的工作后來對杰羅姆在X射線結(jié)構(gòu)方面做出的貢獻非常重要。

在第二次世界大戰(zhàn)期間完成博士學(xué)位后，卡爾勒夫婦加入了芝加哥大學(xué)的曼哈頓項目，研究钚化學(xué)的不同領(lǐng)域。戰(zhàn)爭過后不久，他們加入華盛頓特區(qū)的美國海軍研究實驗室（NRL）。他們在NRL的大多數(shù)早期工作都與電子衍射相關(guān)。在杰羅姆的早期貢獻中有一個新型電子衍射譜儀設(shè)計，它極大地超越了同時代的機器。

20世紀50年代早期，結(jié)晶學(xué)相位問題從數(shù)學(xué)角度上被認為是不可能解決的，但是杰羅姆和豪普特曼發(fā)現(xiàn)他們可以解決這個問題。一個典型的結(jié)晶學(xué)實驗會記錄晶體衍射的X光的方向和亮度。測量的亮度是結(jié)構(gòu)因子的平方，是電子密度的傅里葉變換。人們可能會預(yù)期電子密度能用反向傅里葉變換得到；電子密度的峰值和原子核的位置相對應(yīng)。但相位問題是因為結(jié)構(gòu)因子的復(fù)雜性而產(chǎn)生的。當這個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)因子被平方時，相位信息就丟失了。沒有了相位，就不能構(gòu)造反向傅里葉變換來得到電子密度和分子結(jié)構(gòu)。

杰羅姆和豪普特曼意識到這個問題的難度實際上被高估了：觀測的數(shù)據(jù)數(shù)量遠遠超過了決定晶體晶胞中所有原子位置的參數(shù)數(shù)量。如果這個問題的難度真的被過高估計了，那么就一定能找到一個解決方案。最后，這個解決方案是通過結(jié)構(gòu)因子間成立的不等式找到的。重要的是，這些不等式都是在一種約束條件下推導(dǎo)出來的。這個條件恰恰是杰羅姆在他早期的電子衍射數(shù)據(jù)研究者中應(yīng)用的：各處電子密度均為正的數(shù)學(xué)約束。

杰羅姆和豪普特曼撰寫了解決相位問題的數(shù)學(xué)條件，他們在1953年共同發(fā)表了一篇專題著作，這篇著作有一個很讓人驚訝的名字——《相位問題解決方法I:中心對稱晶體》。其中不僅涉及到了數(shù)學(xué)，而且展示了它是如何真正解決晶體結(jié)構(gòu)問題的。伊莎貝拉在她的X光測量中應(yīng)用了數(shù)學(xué)不等式，解決了別人無法解決的結(jié)構(gòu)問題。這樣相位問題不管從理論上還是在實驗中都被攻克了。杰羅姆強烈地感覺到伊莎貝拉的實驗工作應(yīng)該能夠和他分享諾獎并被大家廣泛認同。然而，她不是第一個受到諾貝爾獎委員會歧視的女性。

現(xiàn)在要想意識到解決相位問題對晶體學(xué)界產(chǎn)生的影響并不難。杰羅姆在他的諾貝爾獎官方自傳中總結(jié)道：“很多科學(xué)家根本不相信我們說的話?！焙蛻岩傻臍夥障喾矗绹＼娧芯繉嶒炇业墓賳T始終沒有動搖過他們對卡爾勒夫婦的堅定支持。杰羅姆強調(diào)美國海軍研究實驗室的支持對他們研究的最終成功起了決定性作用。

杰羅姆是以一個很戲劇性的方式得知自己得到諾貝爾獎的。那天是1985年10月16日，當時他正在從倫敦開往華盛頓特區(qū)的飛機上。機長詹姆斯·格林（James Green）廣播了這則消息：“我們很榮幸，今天與我們同在這架飛機上的有一位新晉的諾貝爾獎獲得者，他自己甚至都不知道呢?！敝髾C長邀請杰羅姆在頭等艙就座。

在美國海軍研究實驗室，杰羅姆1986年建立了物質(zhì)結(jié)構(gòu)實驗室。幾十個同事在那里和他工作了許多年，主要研究分子結(jié)構(gòu)，很多人對他充滿感激。他向同事們展示了一種極大的善意，像愛自己的家人一樣愛他們。

杰羅姆總是一個持久的工作狂。來實驗室時，他常常會在辦公室門口停下來，重新溫習(xí)一下前天晚上帶回家做的工作。一天結(jié)束時，他會再次停下討論一天中工作進展。在他的職業(yè)生涯后期，他和同事們一同進入了量子晶體學(xué)領(lǐng)域，用X射線來代表電子的量子態(tài)。2011年，在杰羅姆退休后仍和同事們一起發(fā)表論文，用量子力學(xué)來預(yù)測高能高密度分子的爆炸性。

杰羅姆不止是一個優(yōu)秀的科學(xué)家，他還是一個很偉大的男人。諾貝爾獎沒有改變這些。在大家看來，他最明顯的特點就是謙卑。在重要的科學(xué)貢獻之外，他過著一種很簡單、很樸實的生活。他總讓那些和他聊天的人覺得舒服、平等，感受到尊重。杰羅姆的人性是值得被思考和效仿的。