王江山

71歲生日那天，德國(guó)化學(xué)家格哈德·埃特爾（Gerhard Ertl）收到了一份特殊的“禮物”—2007年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。和大多數(shù)同行一樣，他一直關(guān)注著這一學(xué)術(shù)最高獎(jiǎng)，卻從未想到，自己也會(huì)成為獲獎(jiǎng)?wù)摺．?dāng)記者問“您認(rèn)為瑞典皇家科學(xué)院為什么會(huì)把今年的化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給您”時(shí)，他只是微笑回答：“我真的不知道，也許你該去問評(píng)獎(jiǎng)的人。”

有音樂天賦的小小科學(xué)家

1936年10月10日，格哈德·埃特爾出生于德國(guó)西南部城市斯圖加特的巴特坎施塔特。在他3歲時(shí)，全家遷到了附近的施密登村，他就在那里度過了童年。埃特爾從小就是一個(gè)喜歡思考和實(shí)踐的孩子。在那個(gè)沒有電腦、電子游戲的時(shí)代，男孩子們喜歡聚集在一起打鬧追逐，然而埃特爾的娛樂方式卻很特別——他迷上了化學(xué)實(shí)驗(yàn)。很長(zhǎng)一段時(shí)間中，埃特爾的母親經(jīng)常擔(dān)憂地望著兒子的房間：那里總是傳出奇怪的噪聲和強(qiáng)烈刺鼻的氣味，她從健康角度考慮，總是命令他停止這些活動(dòng)。

埃特爾不愿意忤逆母親，就只好將興趣轉(zhuǎn)移到別的地方。他開始研究收音機(jī)，從化學(xué)轉(zhuǎn)向了物理。掌握收音機(jī)原理后，他經(jīng)常幫家人修理機(jī)器，這回母親再也不阻止他了。

雖然學(xué)習(xí)成績(jī)一直很棒，但埃特爾可不是一心只想著學(xué)習(xí)的書呆子——他很有音樂天賦，從童年起就開始學(xué)習(xí)鋼琴，還加入了樂隊(duì)，甚至還靠著這項(xiàng)技能賺了不少錢。也許擁有天賦的人就是這樣，無論在什么領(lǐng)域，都可以有一番作為。

與化學(xué)的不解情緣

很快，埃特爾要上大學(xué)了，到底選什么專業(yè)呢？他拿捏不定?？紤]到自己數(shù)學(xué)成績(jī)很優(yōu)秀，適合解決困難的物理問題，他便選擇了物理專業(yè)。1955年，埃特爾進(jìn)入斯圖加特大學(xué)，后來又到巴黎和慕尼黑進(jìn)行學(xué)習(xí)和訪問。那是一個(gè)群星閃耀的時(shí)代，物理學(xué)界人才輩出。埃特爾沉迷于那些學(xué)科英雄的演講，如德布羅意（de Broglie）、約里奧（Joliot）、海森堡（Heisenberg）等。這些科學(xué)巨人給埃特爾留下了深刻的印象，也激發(fā)了他的科學(xué)熱情。演講者中的許多人都是諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，那時(shí)年輕的埃特爾還不知道，自己在幾十年后也會(huì)成為他們中的一員。

然而，臨近畢業(yè)時(shí)，埃特爾忽然發(fā)現(xiàn)，其實(shí)自己對(duì)化學(xué)更感興趣—他回想起少年時(shí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，即使條件艱難，他還是很享受那段時(shí)光。于是他做了一個(gè)決定：選擇物理化學(xué)方向作為自己的畢業(yè)論文項(xiàng)目。幸運(yùn)的是，埃特爾遇到了導(dǎo)師海因茨·格里舍（Heinz Gerischer）。

作為20世紀(jì)杰出的電子化學(xué)家之一，格里舍對(duì)物理化學(xué)的許多問題都非常感興趣。在埃特爾加入他在哥廷根的團(tuán)隊(duì)之前，格里舍就已經(jīng)開發(fā)出了新的技術(shù)來研究溶液中快速反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)，并因此獲得了1967年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

在格里舍的實(shí)驗(yàn)室中，埃特爾第一次接觸到了真正的科學(xué)研究—他終于從小鎮(zhèn)上的天才少年，成為了踏入科學(xué)殿堂的青年學(xué)者。

名師出高徒

在哥廷根的實(shí)驗(yàn)室，埃特爾的科學(xué)生涯真正展開了。他著迷于開發(fā)一種儀器來測(cè)量化學(xué)中的基本反應(yīng)之一—H+和OH-對(duì)H2O的重組速率常數(shù)。

他認(rèn)為這種方法可以基于微波輻射的短脈沖對(duì)水相的快速加熱來實(shí)現(xiàn)。埃特爾信心滿滿，認(rèn)為自己很快就能解決這個(gè)任務(wù)，然而實(shí)驗(yàn)和理論完全是兩回事，他很快發(fā)現(xiàn)，這種技術(shù)的適用性非常有限，研究進(jìn)入了瓶頸。

埃特爾決定換一個(gè)博士項(xiàng)目，進(jìn)軍表面科學(xué)。格里舍對(duì)埃特爾說：“如果你真的想進(jìn)入一個(gè)我們知之甚少的領(lǐng)域，那么，與其去研究固體/液體界面（注：凡在物質(zhì)相界面上所發(fā)生的物理化學(xué)現(xiàn)象統(tǒng)稱為界面或表面現(xiàn)象），不如去想想你能從固體/氣體界面中找到什么。其實(shí)我對(duì)這一領(lǐng)域一無所知，但如果你決心要做，我會(huì)給你足夠的學(xué)術(shù)自由和全力支持，只要我能做到?！卑Ｌ貭柎笫芨袆?dòng)。

表面科學(xué)領(lǐng)域需要很高的實(shí)驗(yàn)精度，必須維持足夠長(zhǎng)的表面清潔時(shí)間，而這需要超高真空（特高壓）來實(shí)現(xiàn)。雖然受到種種條件限制，但埃特爾還是成功地將合適的儀器制作出來，用于研究鍺單晶表面的反應(yīng)—雖然這不是最好的選擇，但也足夠讓他獲得博士學(xué)位了。

不斷成長(zhǎng)

埃特爾開始研究氧與各種銅單晶表面的相互作用。他與自己的第一個(gè)博士生合作，將低能電子衍射（LEED）的結(jié)構(gòu)信息與O2、CO和Pd（110）表面相互作用的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)結(jié)合在一起。1968年，他成為漢諾威工業(yè)大學(xué)的物理化學(xué)教授，擴(kuò)大了自己的研究隊(duì)伍，繼續(xù)研究金屬單晶表面的小分子吸附反應(yīng)。5年后，他又接過了慕尼黑大學(xué)的橄欖枝，這時(shí)，他已經(jīng)走向了表面化學(xué)領(lǐng)域的權(quán)威位置。

埃特爾和他的團(tuán)隊(duì)獲得了新設(shè)備，研究了新問題。比如催化氨合成的機(jī)理，比如如何通過亞穩(wěn)態(tài)惰性氣體原子去激發(fā)最外層原子從而了解電子性質(zhì)，比如建立分子束裝置，等等。這一切開啟了埃特爾在氣體表面動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的研究。

1986年，埃特爾出任馬普學(xué)會(huì)（Max Planck Society）的弗里茨·哈伯研究所所長(zhǎng)，接替了他的導(dǎo)師格里舍的職位，師徒二人的精神就這樣得到了完美的傳承。

最棒的禮物

在研究所，埃特爾在物理化學(xué)的領(lǐng)域大展身手。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)探究非線性動(dòng)力學(xué)和時(shí)空模式的形成（包括理論），通過掃描隧道顯微鏡觀察原子尺度上的表面過程，用飛秒激光技術(shù)研究快速表面過程的動(dòng)力學(xué)，研究表面反應(yīng)和原子尺度電化學(xué)中的外電子發(fā)射等項(xiàng)目。

從職業(yè)生涯初期到成為業(yè)界元老，埃特爾總是別具一格—他特別喜歡使用新的觀察技術(shù)，比如低能電子衍射（LEED）、紫外光電子能譜（UPS）和掃描隧道顯微鏡（STM）等，因此常常能產(chǎn)生突破性的成果。比如，他發(fā)現(xiàn)了鉑表面振蕩反應(yīng)這一重要現(xiàn)象，并利用光電子顯微鏡首次成像了反應(yīng)過程中表面結(jié)構(gòu)和覆蓋范圍的振蕩變化；他還確定了鐵催化合成氨和鉑催化氧化一氧化碳的詳細(xì)分子機(jī)制。除此之外，埃特爾的研究也有接地氣的一面，比如可以解釋燃料電池如何在不污染的情況下產(chǎn)生能源，催化轉(zhuǎn)換器如何清潔汽車尾氣，甚至鐵為什么生銹，等等。

71歲生日那天，他得到了一個(gè)巨大的生日禮物—諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。瑞典皇家科學(xué)院認(rèn)為埃特爾的研究為現(xiàn)代表面化學(xué)奠定了基礎(chǔ)，不僅能適用于學(xué)術(shù)研究，也有利于工業(yè)發(fā)展?！氨砻婊瘜W(xué)甚至可以解釋臭氧層的破壞，因?yàn)榉磻?yīng)的關(guān)鍵步驟實(shí)際上發(fā)生在平流層的小冰晶表面?！敝Z貝爾化學(xué)委員會(huì)秘書阿斯特麗德（Astrid Graslund）說，埃特爾的工作為發(fā)展清潔能源鋪平了道路，并將指導(dǎo)燃料電池的發(fā)展。

埃特爾那獨(dú)特的試驗(yàn)思想、深刻的學(xué)術(shù)洞察和豐富的研究經(jīng)歷，極大地開闊了表面化學(xué)領(lǐng)域的視野，也真正惠及了我們每個(gè)普通人的生活。