《不列颠百科全书》将1885年列为物理化学诞生之年，在这一年弗里德里奇 ·奥茨瓦尔德（Friedrich Ostwald）所著的《普通化学教程》（Lehrbuch der allgemeinen Chemie）的第一卷问世了。因此，值此（美国）科学研究会（The Scientific Research Society）诞生一百周年之际，以这门学科来作纪念是再合适不过了。本文将对涉及范围很广的化学中的这个小领域谈些感想，重点放在下列几个论题（其选择多少带有些任意性）上：化学键的本质，化学动力学，激光和电子计算机对物理化学的影响等。这些论题尽管不一定都是最重要的，但它们的重要性却是勿容置疑的。这里要强调的是这一点：许多起先属物理学中的概念和仪器转移到了物理化学领域，再由物理化学领域转至生物化学，生物学及医学领域。
我们不准备讨论很多历史，尤其是那些年代久远的历史。原因是，化学的发展过程是以一系列几乎连续不断的错误为特征的：燃素说（在十八世纪人们认为可燃物中存在一种燃烧要素，他们称这种假想物为“燃素”）；不能正确接受及运用阿佛伽德罗假说（认为在相同压力和温度下的不同气体含有相同的分子数目），等等。现代量子力学澄清了许多错综复杂的问题，从量子力学的观点来看物理化学发展过程中的论争也将容易得多。
化学键
在十九世纪初，现代化学的创立者们很想了解使原子结合在一起的力的本质，尤其是决定各种原子相互结合的定量规则。约翰 · 道尔顿（John Dalton）发展了原子论，但遗憾的是其中含有一些根据不足的限制条件。亚历桑德罗 · 伏打（Alessandro Volta）发明了电池，汉弗莱 · 戴维（Humphrey Davy）又对其作了改进，这样实验工作者就有了比以前好得多的稳定电流源，从而导致了下述发现：在适当的导电溶液中通过电流时，化合物会部分分解成单质。化学家很快用上了这一发现。
琼斯 · 伯兹列斯（J?ns Berzelius）由电解实验受到了很大启发，并建立了一种化学键的理论，化学键当时被称为“亲合势”（affinity）。此理论认为原子带有正负两种电荷，对于任一特定元素来说都有一种电荷（正或负）是主要的。因此，负电荷占主要地位的元素的原子将与主要是正电荷的元素的原子相互吸引。这一理论最终被放弃了，因为它不适用于有机化合物。但是，认为化学键包含电荷这一概念却保留了下来。
认为电本身是以原子形式存在的这一观点到十九世纪中叶已被普遍接受，而对迈克尔 · 法拉弟电解定律的诠释使其基本上确定了下来。实际上，约翰斯通 · 斯托尼（Johnstone Stoney）在这种电荷单元发现之前就给它起好了名字：电子（electron）。J. J. 汤姆逊进行了一系列的实验，将电子分离出来，测出其电荷和质量，并认识到所有原子都包含电子。
许多物理学家，如汤姆逊、欧内斯特 · 卢瑟福、尼尔斯 · 玻尔等，都对建立一种基础牢靠的原子模型作出了贡献。在这模型中，原子是由一个很小的、带正电的、集聚了原子大部分质量的原子核加上环绕它运动的带负电的电子云所组成的。这些物理学家的工作表明，必须对牛顿力学作某些修正。“旧”量子论尝试给出新规则，但不很成功。
尽管物理上的这些进展当时并没有给化学键图像的澄清以很大帮助，但也不能对它们视若无睹。（美国）伯克利的化学家吉尔伯特 · 刘易斯（Gilbert Lewis）迈出了重要的几步。他接受并发展了这一观点：由八个电子组成的外壳层环绕着的原子通常是特别稳定的。他注意到：很少存在带有奇数个电子的分子，至少在周期表的头几行是这样。由此他提出了电子倾向于配对这一假说，但他错误地把这归因于磁力的缘故。
刘易斯将这些思想综合起来，建立了一个共价键的规则：外壳层即价电子对，倾向于在每个原子周围以八个组成一组；两个原子可分享一对、两对或三对电子，并由此成键。例如，乙炔（C2H2）中的三键用刘易斯发明的化学键的“点子记录法”（dot formulas）来表示是这样的：
H：C：：：C：H
环绕每个碳原子有八个价电子；原先每个碳原子所有的4个外层电子中有3个与另一个碳原子形成三键，余下的一个与氢原子形成单键。起先他认为这八个一组的电子占据了一个立方体的八个顶角，后来他不怎么提这一几何图像了，部分原因是对欧文 · 朗缪尔（I-rving Langmuir）对此图像的强调作出反应。刘易斯认为，朗缪尔对它的拥戴的热情程度及所作的宣扬有点过头了。刘易斯的“点子记录法”后来变得很有用，从某种程度上说到今天仍是如此，虽则这一记录法并未与迅速发展的物理挂钩。由此看来，刘易斯对电子配对的强调超越了物理学家若干年。
1925年量子力学的发现就像突然掀开了一大块黑帘幕，广袤的迷人的地貌一下子呈现在人们眼前。人们不再东拼西凑地运用“旧”量子论，新理论迅速地成功地运用到了所有基本的和经典的问题中。当时的欧洲确有一批血气方刚的充满了新思想的物理学家——保罗 · 狄拉克和沃纳 · 海森堡当时21岁，欧温 · 薛定谔35岁。对量子力学发现的头两三年中正在欧洲做博士后工作的那些幸运的美国人来说，这是个多么美妙的时期啊！虽然他们当时还不大能作出很大的贡献，但选送委员会最后肯定为这些年轻的化学家和物理学家感到很自豪：约翰 · 斯莱特（John Slater），列纳斯 · 泡令（Linus Pauling）和罗伯特 · 密立根（Robert Mi-lliken）回国后很快开始对这一迅猛发展的时代作出了贡献。
量子力学建立起来后人们首先着手用它去解决的是氢分子问题。氢分子中有两个电子和两个带正电的棱，后者比电子重得多，因此认为核固定在空间中是一个很好的第一级近似。沃尔特 · 海特勒（Walter Heitler）和弗里茨 · 伦敦（Fritz London）在1927年通过一种近似处理首次证明了下述结论：运用量子力学原理加上带电粒子间作用力的平方反比例（库仑定律），可计算得到实验测得的氢分子束缚能的主要部分。这样，对于刘易斯的电子对共价键的最简单情形现在就能作理论计算了。
量子力学是由三位物理学家几乎同时发现的，这确实是异乎寻常的。这三位物理学家是海森堡、薛定谔和狄拉克（当然也包含了其他物理学家的共同努力）。他们所用的都是很不相同的数学工具——矩阵代数，微分方程和算符微积分。因此开始时不清楚他们的理论是否都完全等价。从量子力学中亦产生了现代科学中最重要原理和哲学成果之一的“海森堡不确定原理”（the Heisenberg uncertainty Principle。也有译为“测不准原理”的——译者）。它是由量子力学得到的，但从量子的概念出发也很容易直接得到。人们只需知道，测量对被测体系总会产生某些最小的扰动，原因是最小的相互作用就是一个量子。如果我们在测量时尽力增加对目标粒子定位的准确性，就不可避免会增加向时测量粒子动量时的不确定性，因为当我们改善位置测量时或者传递给粒子更多的动量或者传递给它的动量的方向将更不确定。
牛顿力学最初出发点就是对所有粒子的位置和动量的精确测量，而不确定原理把它给否定掉了。量子力学打交道的对象是几率。薛定谔波动方程有特解少，它代表一个特定问题中的波函数，其绝对值的平方预言的是当体系的能量测定后在给定的极小体积元中找到粒子的几率。能量的允许值由其对薛定谔方程能解出有意义的波函数这一条件决定。
尽管物理学界的教皇阿尔伯特 · 爱因斯坦对其表示怀疑并进行批评，但量子力学的新理论很快被物理学家们、尤其是较年轻的物理学家们接受了。直至他在1955年去世为止，爱因斯坦一直一个接一个地提出对量子力学的反对意见，其中大部分是以佯谬形式出现的。玻尔和马克斯 · 玻恩（Max Born）一直在通信中诚心劝说他停止这种努力，但他没被说服。量子力学只能计算几率而得不到确定性这一点使爱因斯坦在感情上接受不了。或许这些活跃的小伙子把某些半哲学问题过于容易地消除掉了。目前最新的实验支持的是量子力学，即使有时结果与直觉不一致。
量子力学的发现及其在氢分子中的应用提出了一些重要的带有普遍性的问题。首先，海特勒——伦敦的近似处理尽管方法简单，结果也不错，但由它得到的氢分子束缚能与实验值的差别决不在实验误差范围以内。不过这一问题很快得到了解决，詹姆斯（Hubert James）和库利奇（Albert Sprague Coolidge）在1933年将海特勒——伦敦处理的精度提高了一级后，就使理论值与实验值之差接近实验误差限了。他们的结果是用手摇台式计算器计算得到的，有人在1964年用现代电子计算机改进了他们的结果。
诸如此类的结果造成了某些相当缺乏根据的观点。其一是声称化学现在不过是物理学的一个分支而已。尽管我们有了超大型电子计算机，但对绝大多数化学问题来说，运用量子力学来解决仍是很不现实的。用量子力学计算为数不多的几种很简单的小分子的结构和电子性质，能达到充分高的精确性，这当然还是很有用的。计算的困难随电子数目增多而迅速增长，很快就超出了最大型电子计算机所能及的范围。
即使像人们所相信的那样，量子力学的理论完全是对的，并且我们拥有超 - 超 - 超大型电子计算机，现有的化学体系是否能够无须实验室工作就建立起来呢？想一想这个问题意味着什么是令人感兴趣的。仅仅为了弄通原子和分子的基本概念就需要数百年艰苦的实验室工作（在十九世纪，化学界花了大量的时间最终才接受了氧、氢及氮分子均由两个原子组成的看法）。人们花费了无数时间用于发现、制备、纯化和研究几百万种已知化合物，化学动力学的原理，或者蛋白质和DNA的存在这些问题能从计算中推演出来吗？确实很值得怀疑。
人类智慧所创造的业绩中很少有能够比得上经典化学家所建立的化学体系的，当然更没有其他学科会像化学这样有如此广大的领域和应用范围的。有了量子力学，我们开始看到了许多从经验中得到的事实、规则和原理的理论基础。虽然我们可以认为我们知道了最基本的定律，即薛定谔波动方程，但我们却没法由它推演出长篇宏幅的《化学文摘第十集体索引》（Tenth Collective Index of Chemical Abstracts。它有72厚卷）中的一个零头。
即使在氢分子（H2）这样较简单的情形，它是由其电子对把两氧核即质子结合起来的，我们现在是否最终弄清了化学键呢？答案是含糊的。在六十年代初期，化学教科书中都写着惰性气体（氦、氖、氩、氪、氙；它们的外层轨道都是填满的）不形成化合物，理论学家也给出了为何这样的简单原因。今天，氟化氙和许多类似的化合物已制备成功并得到了应用，理论学家又迅即提出了他们的解释。对于假定中存在的第二种水，“聚水”（Polywater），理论解释来得稍稍早了些，因为“聚水”有一个很不幸的性质：它是不存在的。
尽管距离把化学键从物理中推出还差得很远，但我们对它的认识已有了很多进展。这里有决定意义的是电子自旋、电子轨道、泡利（Wolfgang Pauli）提出的泡利不相容原理等概念。
1925年人们分析原子光谱时发现电子有另外一个性质，称为自旋。狄拉克证明自旋是一种相对论效应，它赋予每个电子以一个固定的自旋角动量，这样依赖此角动量的取向，电子可处在两个自旋态中的一个、量子力学中的轨道是玻尔旧量子论中原子轨道的类比物，它们是某个电子的三个空间坐标的函数，并有适当的形式以组成电子空间波函数。泡利不相容原理可追溯到旧量子论，它指出，在一个轨道和自旋态上不能有一个以上的电子。在量子力学中，泡利原理是这样的：如果我们对换任意两个电子的坐标和自旋，对波函数的影响只是使它改换正负号。对H2的两电子波函数。只要两电子的自旋相反，我们就能把它们都置于具有最低能量的轨道上。刘易斯的电子配对即由此产生。
如果我们想要处理两个氦原子，He2由于它有4个电子，我们需要两组轨道，其中一组的能量比另一组要高。定量分析表明，He2只有斥力，即它不存在键，原因是泡利不相容原理迫使要有两个电子处在能量较高的轨道上。定性来看对氟化氙（XeF2）来说也是如此：当氟逐渐接近氙时，来自原子价壳层的电子总有些得提升到较高能量的轨道上去。但在这点上我们非得定量不可。将He2中的一个电子提升到下一个轨道所需的能量比将氙中的一个电子提升到8个电子组成的满壳层外所需的能量要大得多，因此氙提升所需能量在某种程度上被XeF2中的键能抵消了（但在Xe2中显然不是这样）。
上述论证有些过分简化了，应用时必须小心才行。然而它确实表明了这一点：尽管化学键只包含简单的静电力，它却需要有关电子分布的较具体的知识，这又包含了电子自旋、可能轨道、不确定原理和泡利不相容原理。当我们已知正确答案时，定性论证可能是令人满意的，但这通常是去凑已知结果。为了保险起见，必须进行定量计算。1962年发现氙的第一种化合物时，对包含像氙这样多电子的分子，尚无法进行定量计算。
化学动力学
化学键涉及的主要是组成分子的原子的静态排列，而化学动力学研究的则是给定分子或分子组中化学键的变化——在化学反应中发生的变化，其研究目的是发现反应物分子通过哪些具体反应步骤转化为生成物。
化学动力学从其他领域的发展中汲取了很多营养。即便到了本世纪三十年代，许多化学动力学的实验工作还都采用相当原始的化学分析技术——我记得我的同事乔治 · 基斯夏科斯基（George Kistiakowsky）将这方面的工作向前推进了一步。他用某些酯的顺式异构体与反式异构体在一种市售矿物油Nujol中具有不同溶解度这一性质来决定这些生成物的比例随时间变化的函数关系。
由于分析手段的限制，研究人员只能测量总压强随时间的变化。为了解释这些数据总需要许多假定，而这些假定常常是错误的。差不多就在这时，紫外、红外和喇曼光谱及质谱等开始能实际用于分析工作中了。而后，其他各种谱——电子顺磁共振，微波谱，尤其是核磁共振——成了重要的分析工具。
化学动力学目前又在经历一场新的激荡。激光的发明及各种不同波长和用途的激光器的发展使得鉴定和测出各种化合物和反应中介产物时有了更强有力的技术。这些新工具大都是由物理学家首先制成的，但物理化学家在方法的进一步改进及认识到这些仪器在化学中的潜在应用方面做了大量的工作。
化学动力学中有一分支，它研究的是所谓“单分子反应”（unimolecular reactions），这一分支中包含了许多优美的理论，它们尚未全部完成或彻底检验过。人们早就知道，在某些气相反应中，在一段很短的时间间隔中起反应的分子数目似乎与其时的反应物分子数目成正比而与压强无关。这与放射衰变定律是相似的，两者都与压强无关。因此人们认为这些气相单分子反应与碰撞无关，因为碰撞数依赖于压强或者说分子数密度。
在1916年到1928年期间，有几位化学家提出：这些反应景由于分子吸收了来自容器壁的热辐射后被激活而发生的。这种理论被称为单分子反应的“辐射假说”，它能解释为何反应速率不依赖于压强但随温度的升高而增大、这一理论提出后，有人激烈地反对它，也有人竭力支持它，一连串决定性的实验不久就推翻了这一错误理论，这也提供了这方面的一个富于启发性的例证。例如，N2O5的分解当时被认为是典型的单分子反应，但它在“辐射假说”所要求的频率范围内却不存在吸收带。此外，以定量来看，所需辐射能量是可得值的10，000倍。最后，穿过红外辐射强场（当然决没有激光那样的强度）的分子束其反应速率并不增大。
如果当时拥有的实验技术其可靠性更高一些，这一理论就会在更短的时间内被推翻。虽然理论本身不怎么高明，但当时也有人提出一些正确的见解。例如有人指出，如果不知道真正的单分子反应的存在，就不必发明一个理论去解释它了。“辐射假说”提出时的实际情况就是如此——当时列举的所有单分子反应的例子后来发现都不属真正的单分子反应，其中有些是由容器壁的催化引起的反应，其余的也由于各种不同缘由被排除在单分子反应之外。
然而，存在被认为确属真正单分子反应的化学反应。目前的单分子反应理论认为，反应的第一步是双分子的，此时碰撞分子中有一小部分跃迁到振动激发态。它们中大多又通过碰撞失去了获得的额外能量，然而有少许这种分子，其振动能在碰撞损失发生前可能碰巧传递给了一临界键，并使其断裂，只要由碰撞引起的激发速率比下一步的断键速率大得多，总的反应速率与激活速率间将没有显著的依赖关系，这样总的反应速率就像是单分子反应的反应速率，它与反应物的浓度或者说压强无关，但如果压强下降到足够低时，从某一压强值起总的反应速率将随压强的下降而减小。
今天人们对这些反应仍有很大的兴趣，在理论方面，人们关心的主要是反应物分子由碰撞而激活的细节，及激活能的去向问题，尤其热门的是研究额外能量分配到不同振动模式中的速率问题，例如在碳氢键中的情形 · 回答了这个问题，就意味着使用不同频率的光去激活反应物分子时即能得到不同的生成物分子，不过这种能量再分配的速度很快，因此在许多情形下激发的杂乱化使得想得到有选择性结果的企图落空。
除了鉴定各种化合物的技术手段的发展之外，其他各种实验上的进展也很重要。一个突出的例子是分子碰撞束的运用：将真空室中的两束不同分子束相互对准，这样这两种分子就碰撞并起反应。我们能够控制分子束的速率，两束间的交角，也可使分子束处于特定的振动态。与其配套的仪器使我们能够测量束的各种性质，有时还可选择所需的束性质。这些强有力的工具使得对反应碰撞发生过程的测定达到在三十年代连做梦都想不到的精细程度。仅举一例来看，我们现在能够测定某一化学反应中释放出来的能量是如何分配的——有多少分配到了生成物的平动能中，有多少分配到了其振动能中，有多少分配到了其转动能中，等等。研究从一种态到另一种态的化学反应也正在成为可能。
尽管离子和自由基的寿命很短，但现在也能研究它们的反应了。离子和分子间的反应属于一类特殊的反应，原因是带电分子（即离子）产生的是长程力，这使得离子的有效直径很大；即当一个离子距一个中性分子有相当大距离而通过时也会产生化学变化，即此时碰撞的激活球半径比两中性分子碰撞的激活球半径要大得多。
我们现有的关于简单气相反应速率的知识已得到了很大扩展，并可把它们用于两个非常激动人心的领域中：由小分子组成的星际云中的化学反应及我们自一己的大气层中的化学反应。后者已变得尤为重要。因为它关系到未来的气候，甚至也关系到地球是否继续适合于人类居住，为了较为可靠地预言向大气中排放各种危害环境物质（诸如碳的氟化物，如CF2Cl）将造成的后果，需要有一个相当规模的研究计划，许多人类活动的附带产物也受到了怀疑。早先的有些担心已被证明是不成熟的，因为当时实际上并没有所必需的有关各种过程速度的完整数据。例如曾经有人认为超音速飞机排出的氮氧化物的某些反应有可能威胁到大气层中重要的臭氧层。但这种看法后来被证明是杞人忧天，原因是所采用的几百种有关成分的数据是不恰当的。然而当时已有技术手段能够相当迅速地收集大部分需要的信息。绝不是说所有的问题都已得到了解答，但工农业活动对大气层所造成的影响已被证明比原先所设想的要更复杂，而且很可能更具有威胁性。
用新近发展起来的技术监测大气层中各种关键成分（如氢氧基OH。这些东西含量不大，但大气性质对其含量的变化却很敏感）的含量已得到了一些重要的结果。例如，造成温室效应的不仅是CO2，可能还有其他化合物。为了探测变化趋势常需要数十年的时间。由此发现甲烷（CH4）以每年的速度增加。遗憾的是，我们并不能肯定我们的知识总能使我们认清尚未碰到过的危险并及时制订和贯彻正确的措施。
这类环境问题提供了一个明显的例证，说明专家们要能跨越各学科间的壁垒。酸雨问题涉及到的就有化学家、气象学家、植物学家、地质学家、物理学家、工程师——还有作用绝不容忽视的院外活动家及政治家等。很明显，科学家还没能向公众提供一种有足够说服力的讲法以压倒院外活动家们的喧嚷。通常，科学家们总试图把所需解决的问题分解成几个方便的部分，并且在很大程度上他们选择去解决那些能够对付的问题。不幸的是，自然界在选取和安排环境问题时并没有考虑到科学家对于简单性的愿望。
化学动力学另一个相当新的应用是在巨大的星系物质云中。大约有六十种小分子已由它们的微波谱鉴定出；这些分子大都含有一个或更多的碳原子。这六十种小分子中有一些是在生命化学中相当重要的小分子。这些分子、离子和自由基中有一些已被证明在实验室中将它们制备出来以前就存在于空间中。这些星际云中的条件是很异乎寻常的：在某些密度很小的区域，每年可能只发生一次碰撞，但其光谱却能观测到，原因是星际云的体积很大。研究是哪些反应产生了这些分子的工作还只是刚刚开始。
激 光
激光是二十世纪最具有革命性的发明之一，它使许多领域发生了剧变。这些领域包含战争、外科手术、报纸印刷、光谱、通讯及地震研究等。激光[其英文名Lase只是“Light amplification by stimulated emission of radiation”（由辐射的受激发射引起的光放大）的字头缩略词]的发明过程提供了一个有益的例证说明真正重要的发明是如何完成的，及某些极普通的传统做法会如何阻碍或延缓重要发明的诞生。
像其他许多革命性的进展一样，激光的发明来自一篇看上去相当普通的论文，它是爱因斯坦写的，研究黑体（它是一种理论模型，能够吸收所有落在其上的辐射）的辐射随频率的变化关系，爱因斯坦在文中指出，为了说明这种已知辐射，需假设辐射与物质间有三种方式的相互作用：吸收，自发辐射和受激辐射。受激辐射是这样的：处在非最低能态的物质如果受到频率为v的辐射（这种辐射其光子能量是hv，其中h是普朗克常数）的辐照，而hv等于此物质从现能态落到某个较低能态的能量差的话，则可使此物质加速跃迁到那个较低能态同时发出更多的辐射。这种额外辐射的速率与物质所受到的频率为v的辐射的强度成正比，而自发辐射的速率与受到的辐射的强度无关。
通向激光道路中的下一步是使一束氨（NH3）分子束产生微波辐射的受激辐射的实验。氨分子具有能“倒反”的特性，这种运动就像伞的翻里向外。这一振动引起氨分子的转动能级的分裂，在分裂能级间的跃迁发出的光子频率接近20，000兆赫芝，是一容易得到的微波频率。与此频率有关的有两个能级，氨分子束中处于这两个不同能量状态的分子受电场作用时的偏转不同，从而可将它们分离开来。将处于较高能级的分子导入一调谐至上述倒转频率的微波腔，而使其余分子偏转开不能进入此微波腔。这样，在微波腔中的分子中处于“倒反”能级中较高能级的要多于处于较低能级的。这时，微波腔中频率等于倒转频率的弱辐射场就能使分子从较高能级跃迁至较低能量，同时发出具有倒转频率的光子，总的效果就是放大了原先的弱辐射。因此这一仪器被称为“激射器”[英文名maser，与激光（laser）的差别就是将“光”（l）改为“微波”（m）]。
将放大器放大后的辐射中的一部分按照合适的相位反馈送到放大器的输入端，这一放大器就成了振荡器。这样，氨 - 激射器就既能起放大作用又能作为振荡器，从而成为一微波颇率源。氨 - 激射可用作时钟，原因是其频率主要依赖于NH3的分子性质而与温度、压强和腔尺寸的关系很小。
从氨 - 激射器到第一支放大可见光的激光器只有几步之遥了。最后，终于出现了各种各样的激光器，目前它们的频率范围从微波到红外、紫外直至软X射线波段。它们的输出具有极好的单色性，极？的强度，相干性也极好；现在的激光比所有原来的辐射源要优越好几个数量级。化学动力学中也采用了激光，并得益于它所能产生的极短光脉冲（10-15秒）。
现代化的电话和通讯系统采用的主要是玻璃纤维光缆和每隔一定距离设置的激光中继器。现在来看下面这件事既有趣又能给我们某些启发。汤斯（Charles Townes，他因对发展激光所作的贡献而荣获诺贝尔物理奖——译者）曾说过这么一件事：贝尔电话研究所的专利经管部一开始对于为激光申请专利不感兴趣，因为他们看不出激光会有什么实际用途。今天激光是个几十亿美元的大工业了。
问一问这个问题也是很重要的：即如果所有的政府机构只向能马上立竿见影的研究项目提供资金，那么激光能否如期发明呢？比如说，（美国）国家卫生研究院（the National Institutes of Health）向研究治疗视网膜剥离新方法的科研项目提供资金，能否导致激光的发明呢？真实情况是，激光是由于提供研究资金的机构愿意支持纯科学（即基础科学）的微波谱研究而得到发明的，这些机构当时并没有预见到研究氨中的受激辐射会产生这么许多的实际应用。
电子计算机的影响
一个人如果没有在电子计算机出现以前亲身从事过物理化学的工作，就很难理解那时这一学科是如何才取得进展的，要知道当时只有计算尺、对数表，就是再近一点也只有仅仅能进行加减乘除运算且运算速度根本不能与电子计算机相比的手摇计算器。但在这样的条件下仍取得了进展，一个突出的例子是对氢分子解离热的漂亮计算，其中需要将一些很大的数值矩阵对角化。
科学，尤其是物理化学，受到了现代电子计算机的深刻影响。这种影响最大之处不仅表现在大大缩短了计算所需时间，更重要的是改变了人们对这一学科的态度。过去人们总认为，通常我们没法将理论研究最终得到的表达式转换成有用的、可靠的数值；这样，就需对理论表达式作大幅度的近似才能得到分析表达式。可能有一些具有超人勇气和坚韧不拔精神的人曾经尝试过这些使人望而却步的计算，但人们大多认为这些计算很难避免出错，因此这种尝试极少。今天，尽管仍有许多数值计算超出了最大最快的电子计算机的能力范围，但有不少原先不现实的计算现在已成了家常便饭，这就开辟了研究的新天地。
电子计算机对科学产生的第一个重大影响或许是用于决定有机分子的结构。化学家满有理由为决定有机分子结构的经典方法的优美性及所取得的成功而感到自豪。这些方法对研究像“士的宁”（strychnine，一种药物）这样的天然存在物尤为重要 · 化学家们很喜欢确定这些东西的结构对他们提出的有力挑战。那时每个物理化学家都知道，确定“士的宁”结构所需的就是一小块这种晶体的几百种X射线反射的振幅和相位的数据；这样就能免除用标准的有机化学方法确定结构时许多研究生的苦差事：连续几个月做各种反应试验、过滤、沉淀等，最后用巧妙的间接方法证明在某处存在某个分子团。但要得到X射线反射的数据有一个困难——相位是不能测定的；替代方法主要用反复尝试摸索的手段，它们有时能得到结果，但需做的计算其劳动量与用上述有机化学方法不相上下。
当电子计算机的新时代最终来到时，这一切都改变了。只要能制备出合适的晶体，人们花费适当的劳动就能得出许多结构。用X射线衍射来决定晶体结构成了很现实和有用的工具。不过，也不能把原来的化学决定方法一笔勾销，因为不是所有物质都很容易制成晶体的，但对许多种物质来说，决定结构的有机化学方法基本上不用了，更新的结构决定工具如核磁共振方法的出现使得情况更是如此。
我们现在不仅用电子计算机做许多复杂的计算——如采用最小二乘法将数百个数据点用一包含二十个参量的函数来拟合，这在过去只是原理上可能而实际上行不通——化学家和其他科学家也开始将电子计算机用于非数值计算领域，如作出复杂分子的示图并显示从不同方向看上去它们是怎样的，或画出某些反应的可能产物的分子示图。
电子计算机的另一非数值计算应用是从数据库中搜寻化学文献以找出我们所需的信息。对于快要被如潮涌来的刊物文章“海洋”（每年发表在各种专业杂志上的文章差不多有一百万篇）淹没的研究工作者来说，这种救援实在是太及时了。它推迟了这一天的到来：那时研究出一项成果将比发现这项成果别人已作出并发表要来得较容易一些。
热力学，统计力学及浑沌问题
写一篇有关物理化学的文章时，如果不用相当部分的篇幅论及热力学，那简直是不合情理，因为本世纪中有数十年时间内物理化学差不多就是热力学。现在情况当然不同了，但热力学在实际中仍很重要，并且它作为一门学科来说有很高的美感——它的三个基本定律及由此导出的各种方程和规则具有很像欧几里德几何学的优美逻辑。热力学的优美处之一在于它对分子的结构甚至它们的存在性都没作任何假定，而只需样品的有限的几个测量量。然后通过适当的热力学方程由这些测量量的数值给出样品的其它热力学量的数值而不需再作测量；例如，测量了平衡常数随温度变化的函数关系后就能（计算）得到反应热的值。
热力学分别从许多声称对其具有所有权的学科（如物理学、化学、地质学和工程学）的角度来看时，似有所不同，但却总是基于三个定律：能量守恒；在能量为常量时无序程度（用熵表达）增加的趋向；及不如前两者那样不容争辩的第三定律：在某些情况下，温度趋于绝对零度时熵趋向于零。实际上还有个第四定律（尽管人们不这样称呼它）：关于不可逆过程热力学的昂色格关系。
对人类智慧的这一伟大业绩（指热力学——译者），我们只谈这点就算了，这有些不恭，对此我们表示抱歉。下面我们将接着谈（与物理化学有关的）另一门重要学科：统计力学，可也只能走马观花一番。
统计力学在教学中通常与热力学放在一起，然而从某种方面看两者互为对立面：统计力学需要详细的分子模型。统计力学的出发点是这样的：分子是很小的，因此数量极多。这样，统计论证即使用于相当小的样品，结果也是相当可靠的。尤其是，统计力学中给熵所下的定义使得这点很清楚：熵增加的趋势（即热力学第二定律）是一个统计规律；因此，我们可以预期并且也确实发现了在瞬时和局部区域违反这一定律情况的发生。采用统计定律也大大澄清了有关零熵的第三定律并使它比从前有用得多。统计力学对可逆过程和不可逆过程均可运用，它是一门离完成还差得很远的学科，它提出了许多尚未得到回答的问题。
统计力学这一很特别的学科有许多长处，除此之外，它还将化学家和物理学家的工作真正融合起来了，那我们为何就此匆匆略过就不谈它了呢？原因是文章篇幅的限制及编辑强调作者对他所写的领域必须精通至一定水准才行。
下面我们谈谈“浑沌”（chaos）的问题。近来，在一个接一个的科学领域中，人们发现在某些条件下，简单体系的一个或一个以上参量的取值超过某些特定值时，体系的行为就会显示出相当大的浑沌性。这些体系可以是数学上的、力学上的、电学上的、化学上的或生物学上的，但它们都包含某些非线性性；这些体系常可用简单方程来很好地描述，但却会显示出意想不到的复杂行为。在化学中，浑沌表现为具有振荡性的化学反应。如果读者中有人对浑沌这类较新发现的现象尚不熟悉，我希望阅读这一小段文字能促使他们赶快去学一些有关知识，因为无论他们在什么领域工作都很可能会碰到浑沌现象。
本文的重点放在了其他科学中许多概念向物理化学中的转移上。但是物理化学中的概念向其他科学的转移可能更多，特别是向生物化学、生物学和医学中，这方面最明显的例子或许是分子结构的概念和有关分子结构的许多详细规则。泡令（Linus Pauling）和科利（Robert Corey）建立的蛋白质的“α螺旋”结构是这种概念转移的里程碑。物理学家当时也在考虑这个问题，不过泡令和科利得到了答案。他们认识到，这种螺旋结构不一定非得具有周期性，重要的是肽分子必须保持为平面型。詹姆斯 · 华生（James Watson）和弗朗西斯 · 克里克（Francis Crick）提出DNA（脱氧核糖核酸）的双螺旋结构是引起科学革命的那些罕见发现中的一个。显然这一发现也从泡令的工作中得益匪浅。
另一重要的概念转移是将核磁共振（NMR）用于生物化学、生物学，尤其值得注意的，是用于医学（如用于人脑的精细造影）。做核磁共振时，将被测物置于一很强的均匀等强磁场中，这样被测物中氢核（质子）的自旋磁矩就将与磁场方向平行或反平行。两种取向时的能量将稍有差别。将磁场强度作适当调节以使这一能量差别被普朗克常数h除后等于所加射频的频率，这就是共振条件。此时射频能量将被吸收，就产生了核磁共振信号。氢所处的化学环境不同，则氢核处的场也会稍有不同，共振频率将稍有不同，这样就需要改变磁场的强度（以使共振在固定频率发生）。例如，CH3OH显示出两个质子核磁共振信号，较强的是CH3中三个氢的，另一个是OH中的氢的。其他有适当核自旋的核子，如13C，也能用来产生核磁共振信号。
配有电子计算机分析系统的核磁共振扫描仪，所测样品可从生化物、生物样品直至所有有机物最后到人，它正产生日益巨大的影响。这些应用得以实现与用液氦冷却的超导螺线管（它能产生很大的均匀磁场）的出现是分不开的，与运用能对核磁共振信号进行实时分析并显示出它们在各处分布的电子计算机也是分不开的。这个极好的例子说明了物理学家、化学家、生物学家和医学科学家的共同努力能产生怎样的结果。在此结束本文是很合适的，因为本文试图说明和强调的就是基础学科间相互关联的性质及物理化学所具有的特殊重要性。
（American Scientist，1986年1 ~ 2月）