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前面我们已经分享了量子力学理论对一些化学基本问题的解释，
今天我们将继续跟大家分享——量子力学的建立
这一节我将会介绍量子力学理论对化学反应问题的解释。
本文节选自北大物理学教授秦克诚先生的《方寸格致》！
化学中另一个基本问题是化学反应。1953年，日本化学家福井谦一（1919—1998）把分子轨道理论应用于研究化学反应，提出了前线轨道理论。所谓前线轨道，包括最高已占分子轨道（Highest Occupied Molecular Orbit，缩写为HOMO）和最低未占分子轨道（Lowest Unoccupied Molecular Orbit，缩写为LUMO）。这个理论认为，分子的许多性质（特别是化学反应的方向）主要由分子中的前线轨道决定。原因是，在分子中，HOMO上的电子能量最高，所受束缚最小，所以最活泼，容易变动；而LUMO在所有未占轨道中能量最低，最容易接受电子。因此，这两个轨道决定着分子的电子得失和转移能力，决定着分子间反应的方向等重要性质。这个理论可以令人满意地解释各类化学反应，福井谦一为此获得1981年诺贝尔化学奖（图31-9）。福井谦一原来是学工业化学的，但是，他对应用不感兴趣，而是努力学习物理学方面的基础课程，他的成功来自物理学和化学的结合。他后来回忆说：“我是学应用化学的，却不喜欢这个专业，固执地厌恶化学那种只凭经验的特征，怎么也合不来……如果我过早地迷上化学实验，肯定就不会去钻研物理理论，我也就不会得诺贝尔奖 了。”
1998年诺贝尔奖的颁奖公告中，瑞典科学院宣称，“量子化学将化学带入一个新时代……化学不再是纯实验科学了。”也就是说，理论化学成了化学中一个独立的分支学科。而“理论化学实际上就是物理学……理论化学最终的归宿是在量子力学中”（著名物理学家费曼语）。从19世纪末创立物理化学，从物理学中寻求概念、理论和方法解决化学问题，提高化学的理论水平，到理论化学独立成军，经过了大半个世纪。
图 47-25（马尔代夫 1995）
理论物理学是在麦克斯韦电磁理论建立之后，在19世纪末成为一门独立学科的。在理论物理学建立一个世纪后，理论化学也建立起来了。严密化和理论化将成为一切学科的发展趋势，理论地质学、理论生物学都将出现。科学历来有两种模式：博物学模式和数理模式。卢瑟福所说的“一切科学，要么是物理学，要么是集邮”，就是这个意思。所谓博物学模式，就是搜集和记述事实，加以分类，进行简单的对比，总结出经验规律。任何一门科学的幼年期都处于这个模式。随着这门学科的发展成熟，它越来越系统，越来越严密，数学用得越来越多。使用数学并不只是为了定量化，更是为了逻辑的严密化，从几条基本原理出发，用演绎的办法建立起统一的理论体系，解释已知事实，预言新的现象，再用实验检验，这就是数理模式。一般说来，一门学科的研究对象越简单，这门学科就越早进入数理模式。物理学研究的对象是最简单的，正如费曼所说，“物理学家有个习惯，对任何一种现象，只研究它们最简单的例子，把这叫做‘物理’，而把更复杂的情况看成其他领域的事。”因此，物理学发展得最成熟，最早进入数理模式。它以探索自然界的最终奥秘、建立关于自然界的统一理论为自己的追求，积累了丰富的经验，掌握了一套成熟的方法（如建立模型的方法）。这样，当姐妹学科从博物学模式向数理模式转换时，物理学就有可能向它们提供不可或缺的帮助。从这个意义上说，物理学思想并不只属于物理学，而是一切自然科学的基础。
今天就先跟大家分享到这里，明天我们继续为大家分享！
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