清晰地了解化學(xué)反應(yīng)的全過程以及本質(zhì)，是化學(xué)家們幾個(gè)世紀(jì)以來夢(mèng)寐以求的目標(biāo)之一。
過去，人們只局限于研究宏觀反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程，因此無法完整描述化學(xué)反應(yīng)中分子的真實(shí)變化過程。為了進(jìn)一步揭示這一過程，必須要在微觀的分子層次上了解基元化學(xué)反應(yīng)的過程與機(jī)理。
由于化學(xué)反應(yīng)的基元反應(yīng)是在極快的時(shí)間內(nèi)完成的，這就需要借助必要的手段——脈寬為飛秒的激光脈沖技術(shù)——在很短的時(shí)間里觀測(cè)化學(xué)反應(yīng)的過程。
自1960年世界上第一臺(tái)激光器——紅寶石激光問世之后的20年里，激光脈沖的寬度逐漸縮短。1981年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室R.L.Fork等人首次利用碰撞脈沖鎖模（CPM）的染料激光器獲得了6飛秒的超短激光脈沖，從此飛秒時(shí)代宣告到來。
此后，世界各地的科學(xué)家便開始了利用飛秒激光研究各種超快過程的探索。其中，擁有埃及和美國(guó)雙重國(guó)籍的化學(xué)家艾哈邁德·澤維爾（Ahmed Zewail）在利用飛秒激光脈沖技術(shù)研究化學(xué)反應(yīng)方面做出了開拓性的貢獻(xiàn)，并創(chuàng)立了一門稱之為“飛秒化學(xué)”的化學(xué)物理學(xué)科分支。更重要的是，他所采用的新技術(shù)使得幾代化學(xué)家的夢(mèng)想得以實(shí)現(xiàn)。
澤維爾的研究成果使“運(yùn)用激光技術(shù)觀測(cè)化學(xué)反應(yīng)時(shí)分子中原子的運(yùn)動(dòng)成為可能”，鑒于這種“對(duì)基礎(chǔ)化學(xué)反應(yīng)的先驅(qū)性研究”，有助于人們理解和預(yù)期重要的化學(xué)反應(yīng)，瑞典皇家科學(xué)院將1999年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了澤維爾。
與生俱來的選擇
1946年2月26日，澤維爾出生于埃及北部城市達(dá)曼胡爾，直到2016年8月去世時(shí)他仍然保留著埃及國(guó)籍。在美麗的尼羅河畔，他度過了一個(gè)愉快的童年，父親的專注真誠(chéng)和母親的善良和藹讓他自小耳濡目染。
除了父母之外，Rizk叔叔是對(duì)澤維爾一生影響最大的人。“特別是在我的少年時(shí)期，我從他身上學(xué)到了很多東西，比如對(duì)批判性分析的重視、對(duì)音樂的欣賞等。”澤維爾回憶道。這些影響也讓他逐漸形成了自己的興趣愛好：讀書、聽音樂、一些運(yùn)動(dòng)以及玩西洋雙陸棋。不過，徜徉在書的海洋里一直是澤維爾獲得快樂的真正源泉。
事實(shí)上，澤維爾從小便對(duì)數(shù)學(xué)、力學(xué)、化學(xué)有著莫名的好感。他甚至冒著把房子點(diǎn)著的危險(xiǎn)，在自己的臥室里動(dòng)手建造了一個(gè)小型裝置和幾根玻璃管，安裝在媽媽用于制作阿拉伯咖啡的燃油器的外部，而這一切只是因?yàn)樗胫滥静木烤故侨绾无D(zhuǎn)化為燃燒的氣體和液體物質(zhì)的。
正是這種在科學(xué)上的執(zhí)著精神以及不達(dá)目的誓不罷休的堅(jiān)持，促使他獲得了最后的成功。
高中畢業(yè)后，澤維爾申請(qǐng)了大學(xué)，并順利進(jìn)入了埃及亞歷山大大學(xué)就讀。入學(xué)的第一天，他就被大學(xué)里崇高而神圣的氛圍所感動(dòng)，對(duì)科學(xué)的激情也愈加濃厚。
1967年，澤維爾以優(yōu)異成績(jī)獲得了理學(xué)學(xué)士學(xué)位，并被授予了該校的終身教職——Moeid職位。擁有了這一職位，便可以繼續(xù)攻讀碩士、博士，然后再回到亞歷山大大學(xué)執(zhí)教。
在執(zhí)教過程中，澤維爾發(fā)現(xiàn)，用最簡(jiǎn)潔、最清晰的方式解釋科學(xué)現(xiàn)象和自然現(xiàn)象很有吸引力和樂趣。正值21歲的他認(rèn)為，在每一個(gè)普遍現(xiàn)象的背后，對(duì)其的描述必須是美麗而簡(jiǎn)潔的。這一信念一直貫穿至他生命的最后一刻。
1969年，澤維爾獲得了亞歷山大大學(xué)的碩士學(xué)位。在攻讀碩士學(xué)位期間，澤維爾僅用了8個(gè)月的時(shí)間便完成了碩士學(xué)位應(yīng)有的課程。而這都要?dú)w功于他接觸到了光譜儀這一工具。
有了光譜儀，他進(jìn)一步推進(jìn)了對(duì)“如何以及為什么某些分子的光譜會(huì)隨著溶劑的變化而變化”的理解，而這些新的理解也促使他開始考慮繼續(xù)攻讀博士學(xué)位。當(dāng)時(shí)，澤維爾所在部門的El Ezaby教授和Yehia El Tantawy教授都鼓勵(lì)他出國(guó)完成博士學(xué)位，然而周遭的環(huán)境卻并不如人意。
一方面，澤維爾與國(guó)外并沒有任何聯(lián)系；另一方面，1967年“六月戰(zhàn)爭(zhēng)”剛剛結(jié)束，埃及的美國(guó)股票價(jià)格正處于最低點(diǎn)，因此當(dāng)時(shí)出國(guó)學(xué)習(xí)只能被送往前蘇聯(lián)或者東歐國(guó)家。
對(duì)澤維爾來說，他必須要直接獲得來自美國(guó)大學(xué)的獎(jiǎng)學(xué)金，才能有機(jī)會(huì)到美國(guó)深造。盡管困難重重，但他絲毫沒想過放棄。
功夫不負(fù)有心人。在與十幾所美國(guó)大學(xué)聯(lián)系之后，最終，包括賓夕法尼亞大學(xué)在內(nèi)的幾所大學(xué)同時(shí)向澤維爾拋出了橄欖枝。這些大學(xué)不僅提供獎(jiǎng)學(xué)金和學(xué)費(fèi)，同時(shí)還會(huì)支付他每月約300美元的津貼。
于是，1969年，澤維爾踏上了前往美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)化學(xué)系攻讀博士學(xué)位的征程。
異國(guó)求學(xué)路漫漫
對(duì)澤維爾來說，來到賓夕法尼亞大學(xué)仿佛縱身躍進(jìn)了充滿知識(shí)、文化和機(jī)會(huì)的海洋。
每一天，他都如饑似渴地在化學(xué)、物理以及其他領(lǐng)域?qū)W習(xí)著新的知識(shí)，他尤其熱衷于在物理和化學(xué)學(xué)科之間任意馳騁。在這里的一切都“讓人感到愉快，我?guī)缀?lsquo;晝夜不停’地工作”。
連軸轉(zhuǎn)的澤維爾同時(shí)做著幾個(gè)研究項(xiàng)目：簡(jiǎn)單分子的斯塔克效應(yīng)，像NO2-、苯等類物質(zhì)的塞曼效應(yīng)，光探測(cè)磁共振技術(shù)（ODMR）等等。如此的勤奮耕耘換來了不小的收獲——他的論文發(fā)表數(shù)量不斷增加。
1974年，獲得博士學(xué)位后，澤維爾成為了加州大學(xué)伯克利分校研究所受IBM公司資助的博士后研究員。
在澤維爾看來，對(duì)科學(xué)發(fā)展而言，伯克利絕對(duì)是個(gè)好地方。在實(shí)驗(yàn)室里，他使自己在博士期間有關(guān)雙分子光譜（稱為二聚體）的研究得到了有效利用。
不僅如此，他還遇到了重要的學(xué)術(shù)“知己”Charles Harris教授。他們一見如故，經(jīng)常討論學(xué)術(shù)問題直到深夜。Harris思維活躍，他的一些想法常常令澤維爾茅塞頓開。在與Harris的接觸中，澤維爾受到極大啟發(fā)，并在較短的時(shí)間內(nèi)形成了一個(gè)新的、較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摶A(chǔ)。
學(xué)術(shù)上的共識(shí)與激勵(lì)，讓他與Harris一起合作研究了“多維系統(tǒng)中的一致性與固體中的能量傳遞”，并共同撰寫科研論文。而這一課題也成了他此后職業(yè)生涯的研究方向。
在Harris的極力促使下，1976年，澤維爾被聘為加州理工學(xué)院化學(xué)系教授，兩年后便成為了終身教授，并一直在此工作。
激光閃光照相機(jī)
科學(xué)的發(fā)展總是依賴于技術(shù)的進(jìn)步。從20世紀(jì)70年代后期開始，澤維爾就開始利用超快激光研究化學(xué)反應(yīng)。
由于分子內(nèi)部、化學(xué)反應(yīng)過程中及凝聚相中分子間相互作用過程是在非常短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的，比方說，化學(xué)反應(yīng)過渡態(tài)的壽命一般只有幾十個(gè)飛秒，所以必須在飛秒的時(shí)間尺度上對(duì)化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行檢測(cè)。換句話說，就像照相一樣，要用足夠短的“快門”，來捕捉分子運(yùn)動(dòng)與變化瞬間行為的信息。
可是，飛秒到底有多快？1飛秒=1×10-15秒，這比利用電子學(xué)方法所獲得的最短脈沖還要短幾千倍。因此，在普通實(shí)驗(yàn)條件下根本無法達(dá)到對(duì)飛秒過程“拍照”的“快門”要求。
為此，通過設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)，澤維爾另辟蹊徑，采用了一種叫做泵浦—探測(cè)（Pump Probe）的技術(shù)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，他采用了兩束飛秒脈沖激光：第一個(gè)脈沖（泵）開始，導(dǎo)致一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，然后第二個(gè)探頭監(jiān)測(cè)下一個(gè)動(dòng)作。就這樣，澤維爾及其團(tuán)隊(duì)拍攝下了振動(dòng)流、狀態(tài)重排和反應(yīng)產(chǎn)物的快照，這些照片揭示了連貫性的深刻作用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)出乎了學(xué)界的意料。
澤維爾的飛秒光學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，就好像電視節(jié)目通過慢動(dòng)作來觀看足球精彩鏡頭一樣，他的研究成果可以讓人們通過“慢動(dòng)作”來觀察處于化學(xué)反應(yīng)過程中的原子與分子的轉(zhuǎn)變狀態(tài)，從根本上改變了人們對(duì)化學(xué)反應(yīng)過程的認(rèn)識(shí)。
開創(chuàng)性的研究成果使他成為諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)呼聲很高的候選人，并得到過多次提名。最終，1999年，澤維爾獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
此外，他還獲得了被稱為“以色列的諾貝爾獎(jiǎng)”的Wolf獎(jiǎng)、埃及最高獎(jiǎng)?wù)翭aisel國(guó)王獎(jiǎng)、富蘭克林獎(jiǎng)?wù)�、德�?guó)洪堡獎(jiǎng)?wù)�，以及多�?xiàng)美國(guó)化學(xué)會(huì)和美國(guó)物理學(xué)會(huì)頒發(fā)的專門獎(jiǎng)?wù)�，并�?998年榮獲了埃及一等功勛獎(jiǎng)?wù)隆?/font>
盡管榮譽(yù)等身，但是在澤維爾的心中，始終念念不忘的是祖國(guó)和同胞。作為阿拉伯語國(guó)家中獲得諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)第一人，他的身上充滿了濃烈的尼羅河情結(jié)。正如他在諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)致辭中所說的：“這塊獎(jiǎng)牌上的圖案是伊西斯（古埃及女神），她攜帶著象征豐收的羊角從云中走來……我在伊西斯的土地上成長(zhǎng)，我的工作是埃及人民6000年來一系列科學(xué)成就中的一項(xiàng)。”■