飞秒化学之父泽维尔的成就贡献：开创飞秒化学

当化学家用化学理论推测出某反应的化学机理时，他们希望能够发明更先进的测量工具和实验方法，以真正观察到分子中化学键的断裂和生成。然而，我们都知道，大多数化学反应过程极快，有的甚至可以用飞秒（10- ¹⁵秒）的级别来衡量，再加上生成的中间体在极短的时间内就会消失，难以捕捉，因此观察到化学反应的过程是极其困难的。化学家为此进行了无数次的探究和实验，但始终难以取得很大的进展。

1987年，激动人心的时刻来到了！具有埃及和美国双重国籍的科学家泽维尔做了一系列试验。他用激光闪光照相机，通过飞秒激光光束拍摄下反应过程中的变化及生成的中间体，捕捉到了一百万亿分之一秒瞬间处于化学反应中的原子间的化学键断裂和新键形成的过程。这从根本上改变了我们对化学反应过程的认识，使人们从基础化学反应动力学研究上升到动态学研究。这也是物理化学研究中的先驱性工作，因为它催生了新的物理化学分支——飞秒化学，一个研究在极短时间内发生的化学反应的过程和机理的学科。

常规状态下，人们是看不见原子和分子的化学反应过程的，原因是它们进行得太快，一般来说，反应分子中的原子完成一次振动的时间间隔为10至100飞秒，使用一般的仪器无法观察到反应过程中的每一个瞬间，更不用说我们的肉眼了。化学家预测，在化学反应中，会出现相对稳定的分子或者分子碎片，化学家把这些分子碎片称为中间体，中间体的生成降低了反应的活化能，使反应在较低条件下得以实现。化学反应就在这样极短的时间内，在从反应物到中间体到产物的过渡态平衡中发生了。如果这个机理是合理的话，就一定能够找到中间体。

泽维尔为我们解决了这个难题。他用超高速激光闪光照相机拍摄化学反应过程中的每次原子或分子振荡的动态图像，然后通过“慢动作”回放来观察处于化学反应过程中的原子和分子的转变状态，就如电视节目通过慢动作来回放足球赛精彩镜头那样。为了理解反应过程中的机理，泽维尔从相对稳定的分子或分子碎片（中间体）开始，不断缩短脉冲照相的时间间隔，捕捉过渡态中的分子或分子碎片，使反应连续起来。这个过程与拍一朵花开放的过程，或者一颗幼苗生长的过程正好相反。前者为快速拍下每一个极短瞬间的图像，然后合成，放慢到人的肉眼能够观察的速度，而后者是在相对漫长的过程中拍摄照片，然后合成，放快到人的肉眼能感觉到变化的速度。泽维尔的这种方法被称为飞秒光学技术，归属于飞秒光谱学的范畴。他通过这种方法巧妙地观察到了反应的中间体，看到了原子间的化学键断裂和新键形成。泽维尔的技术成果充分体现了科学和技术的相互依赖和促进的关系。

泽维尔因在飞秒光谱学方面的贡献而获1999年度诺贝尔化学奖。瑞典皇家科学院称，他的研究成果使“运用激光技术通过化学反应观测原子在分子中的运动成为可能”。泽维尔给化学以及相关科学领域带来了一场革命，他的技术还可应用于设计电子元件、观察生命运动过程中的最细微结构，甚至可以促进未来的药品生产。可以预见，运用飞秒化学，化学反应将会更为可控，新的分子将会更容易制造。