杰罗姆·卡尔勒（1918-2013）

谢雨桐/编译

杰罗姆·卡尔勒在美国海军研究实验室

● 杰罗姆·卡尔勒（Jerome Karle）在晶体学相位问题研究方面做出了巨大贡献，并因此在1985年获得了诺贝尔化学奖。2013年6月6日，他在美国弗吉尼亚州安嫩代尔去世。他卓越的物理洞察力和数学功力使他从同时代最优秀的科学家中脱颖而出。

杰罗姆1918年6月18日在纽约州布鲁克林市出生，在康尼岛长大，他对这里有很深的感情。他的教育是在纽约的公立教育系统中完成的，之后进入纽约市立大学。1937年和他一同毕业的赫伯特·豪普特曼 （Herbert Hauptman）与他共享了诺贝尔奖。

杰罗姆在1938年拿到了哈佛大学的硕士学位。他花了两年时间在纽约州奥尔巴尼市的州立医学实验室工作，在这里他开发了一种检测供水系统中氟含量的方法。之后去密西根大学攻读化学博士。在一堂化学实验课中，他被按照字母顺序分到和美籍波兰人伊莎贝拉·露果斯基 （Isabella Lugoski）一组。他们在上学的时候就结为了夫妻。杰罗姆和伊莎贝拉都在劳伦斯·布罗克韦（Lawrence Brockway）的指导下完成了博士学位并成为电子衍射领域的专家。这方面的工作后来对杰罗姆在X射线结构方面做出的贡献非常重要。

在第二次世界大战期间完成博士学位后，卡尔勒夫妇加入了芝加哥大学的曼哈顿项目，研究钚化学的不同领域。战争过后不久，他们加入华盛顿特区的美国海军研究实验室（NRL）。他们在NRL的大多数早期工作都与电子衍射相关。在杰罗姆的早期贡献中有一个新型电子衍射谱仪设计，它极大地超越了同时代的机器。

20世纪50年代早期，结晶学相位问题从数学角度上被认为是不可能解决的，但是杰罗姆和豪普特曼发现他们可以解决这个问题。一个典型的结晶学实验会记录晶体衍射的X光的方向和亮度。测量的亮度是结构因子的平方，是电子密度的傅里叶变换。人们可能会预期电子密度能用反向傅里叶变换得到；电子密度的峰值和原子核的位置相对应。但相位问题是因为结构因子的复杂性而产生的。当这个复杂的结构因子被平方时，相位信息就丢失了。没有了相位，就不能构造反向傅里叶变换来得到电子密度和分子结构。

杰罗姆和豪普特曼意识到这个问题的难度实际上被高估了：观测的数据数量远远超过了决定晶体晶胞中所有原子位置的参数数量。如果这个问题的难度真的被过高估计了，那么就一定能找到一个解决方案。最后，这个解决方案是通过结构因子间成立的不等式找到的。重要的是，这些不等式都是在一种约束条件下推导出来的。这个条件恰恰是杰罗姆在他早期的电子衍射数据研究者中应用的：各处电子密度均为正的数学约束。

杰罗姆和豪普特曼撰写了解决相位问题的数学条件，他们在1953年共同发表了一篇专题著作，这篇著作有一个很让人惊讶的名字——《相位问题解决方法I:中心对称晶体》。其中不仅涉及到了数学，而且展示了它是如何真正解决晶体结构问题的。伊莎贝拉在她的X光测量中应用了数学不等式，解决了别人无法解决的结构问题。这样相位问题不管从理论上还是在实验中都被攻克了。杰罗姆强烈地感觉到伊莎贝拉的实验工作应该能够和他分享诺奖并被大家广泛认同。然而，她不是第一个受到诺贝尔奖委员会歧视的女性。

现在要想意识到解决相位问题对晶体学界产生的影响并不难。杰罗姆在他的诺贝尔奖官方自传中总结道：“很多科学家根本不相信我们说的话。”和怀疑的气氛相反，美国海军研究实验室的官员始终没有动摇过他们对卡尔勒夫妇的坚定支持。杰罗姆强调美国海军研究实验室的支持对他们研究的最终成功起了决定性作用。

杰罗姆是以一个很戏剧性的方式得知自己得到诺贝尔奖的。那天是1985年10月16日，当时他正在从伦敦开往华盛顿特区的飞机上。机长詹姆斯·格林（James Green）广播了这则消息：“我们很荣幸，今天与我们同在这架飞机上的有一位新晋的诺贝尔奖获得者，他自己甚至都不知道呢。”之后机长邀请杰罗姆在头等舱就座。

在美国海军研究实验室，杰罗姆1986年建立了物质结构实验室。几十个同事在那里和他工作了许多年，主要研究分子结构，很多人对他充满感激。他向同事们展示了一种极大的善意，像爱自己的家人一样爱他们。

杰罗姆总是一个持久的工作狂。来实验室时，他常常会在办公室门口停下来，重新温习一下前天晚上带回家做的工作。一天结束时，他会再次停下讨论一天中工作进展。在他的职业生涯后期，他和同事们一同进入了量子晶体学领域，用X射线来代表电子的量子态。2011年，在杰罗姆退休后仍和同事们一起发表论文，用量子力学来预测高能高密度分子的爆炸性。

杰罗姆不止是一个优秀的科学家，他还是一个很伟大的男人。诺贝尔奖没有改变这些。在大家看来，他最明显的特点就是谦卑。在重要的科学贡献之外，他过着一种很简单、很朴实的生活。他总让那些和他聊天的人觉得舒服、平等，感受到尊重。杰罗姆的人性是值得被思考和效仿的。