沃尔特·科恩

美国理论物理学家、理论化学家

沃尔特·科恩（Walter Kohn，1923年3月9日～2016年4月19日），出生于奥地利名城维也纳的一个犹太家庭，早年其父母均在纳粹集中营中被杀害，16岁的科恩从纳粹统治的奥地利逃亡加拿大，并入伍参加了第二次世界大战。战后的科恩进入加拿大的多伦多大学深造，并于1945年获数学和物理学学士学位，1946年再次于多伦多大学获应用数学硕士学位，1948年在哈佛大学获博士学位。2016年4月19日，美著名理论物理学家、理论化学家，诺贝尔化学奖获得者Walter Kohn，在加利福尼亚家中因癌症逝世，享年93岁，其生前任教的加州大学圣塔芭芭拉分校 (UCSB) 降半旗致哀。

个人履历

科恩曾任哈佛大学物理系教员，卡内基-梅隆大学助教和教授，圣迭戈的加利福尼亚大学物理系教授，系主任，1979年来到圣巴巴拉的加利福尼亚大学，先后任理论物理所所长和物理系教授。科恩同时担任了IBM、通用原子、Bell电话实验室等多家著名企业的顾问。并被接受为伦敦皇家学会的外籍会员，量子分子科学国际科学院、国家科学院和美国艺术与科学院院士。

个人贡献

沃尔特·科恩提出的密度泛函理论对化学作出了巨大的贡献，与约翰·波普尔（提出波函数方法）分享了1998年的诺贝尔化学奖。

研究成果

早在1964-1965年沃尔特·科恩就提出：一个量子力学体系的能量仅由其电子密度所决定，这个量比薛定谔方程中复杂的波函数更容易处理得多。他同时还提供一种方法来建立方程，从其解可以得到体系的电子密度和能量，这种方法称为密度泛函理论，已经在化学中得到广泛应用，因为方法简单，可以应用于较大的分子。沃尔特·库恩的密度泛函理论对化学作出了巨大的贡献。量子化学理论和计算的丰硕成果被认为正在引起整个化学的革命。量子化学家几十年的辛勤耕耘得到了充分的肯定。这标志着古老的化学已发展成为理论和实验紧密结合的科学。沃尔特·库恩的密度泛函理论构成了简化以数学处理原子间成键问题的理论基础,是目前许多计算得以实现的先决条件。传统的分子性质计算基于每个单电子运动的描写,使得计算本身在数学上非常复杂。沃尔特·库恩指出,知道分布在空间任意一点上的平均电子数已经足够了,没有必要考虑每一个单电子的运动行为。这一思想带来了一种十分简便的计算方法——密度泛函理论。方法上的简化使大分子系统的研究成为可能,酶反应机制的理论计算就是其中典型的实例,而这种理论计算的成功凝聚着无数理论工作者30余年的心血。如今,密度泛函方法已经成为量子化学中应用最广泛的计算方法。

计算方法

约翰·波普尔发展了化学中的计算方法，这些方法是基于对薛定谔方程（Schrodinger equation）中的波函数作不同的描述。他创建了一个理论模型化学，其中用一系列越来越精确的近似值，系统地促进量子化学方程的正确解析，从而可以控制计算的精度，这些技术是通过高斯计算机程序向研究人员提供的。今天这个程序在所有化学领域中都用来作量子化学的计算。

量子化学理论和计算的丰硕成果被认为正在引起整个化学的革命。量子化学家几十年的辛勤耕耘得到了充分的肯定。这标志着古老的化学已发展成为理论和实验紧密结合的科学。约翰·波普尔系统完整地建立了的量子化学方法学,被应用于化学的各个分支。随着计算机科学的飞速发展,量子化学计算已成为与实验技术相得益彰、相辅相成的重要手段。基于薛定谔等人所建立的量子力学基本方法,约翰·波普尔发展了多种量子化学计算方法。波普尔的方法使得在理论上研究分子的性质以及它们在化学反应中的行为成为可能。简单地说,应用波普尔的方法(程序),人们把一个分子或一个化学反应的特征输入计算机中,所得到的输出结果就是该分子的性质或该化学反应可能如何发生的具体描述,这些计算结果通常被用于形象地注释或预测实验结果。通过设计GAUSSIAN程序,波普尔使他的计算方法和技术容易地被研究者所采用。该程序的第一版本GAUSSIAN70于1970年完成。此后,他和合作者相继推出了从GAUSSIAN76到GAUSSIAN98八个版本的逐步完善的程序库系列。GAUSSIAN程序库已成为当今全世界在大学、研究所及商业公司中工作的成千上万化学工作者的重要研究工具。时至今日,量子化学已应用于化学的所有分支和分子物理学。它在提供分子的性质和分子间相互作用的定量信息的同时,也致力于深入了解那些不可能完全从实验上观测的化学过程。

英文介绍

Walter Kohn is an Austrian-born American physicist who was awarded, with John A. Pople, the Nobel Prize in chemistry in 1998. The award recognized their contributions to the understandings of the electronic properties of materials. In particular, Kohn played a leading role in the development of the density functional theory, which made it possible to incorporate quantum mechanical effects in the electronic density (rather than through its many-body wavefunction). This computational simplification led to many insights and became an essential tool for electronic materials, atomic and molecular structure.

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