1904年1月2日,瓦尔特·海因里希·海特勒(Walter Heinrich Heitler)出生于德国卡尔斯鲁厄。他对量子电动力学和量子场论做出贡献。他通过价键理论量子力学引入化学
1922年,海特勒在卡尔斯鲁厄、柏林、慕尼黑学习物理,受到阿诺德·索末菲(Arnold Sommerfeld)和卡尔·赫茨菲尔德(Karl Herzfeld)的指导,后者是他博士论文导师。
1926年博士毕业后,海特勒拿到洛克菲勒基金会资助。此后,他在哥本哈根跟随尼尔斯·玻尔(Neils Bohr),在苏黎世跟随埃尔温·薛定谔(Erwin Schrödinger)做研究。这之后,他在哥廷根大学做马克思·玻恩(Max Born)的助手。1933年,他完成了成为大学教授的资质准备,但却因为犹太身份被驱逐。玻恩安排他去布里斯托尔大学跟随内维尔·莫特(Nevill Mott做研究。之后于1941年,海特勒受到薛定谔邀请,来到都柏林高等研究院。薛定谔描述海特勒是“20世纪40年代都柏林高等研究院的无名英雄(unsung hero)。”1946年,海特勒接替薛定谔,成为都柏林高等研究院理论物理院的院长。1949年,海特勒接受了苏黎世大学的教授职位,直到1974年退休。1958年,海特勒成为莱顿大学的理论物理的洛伦兹讲席教授(Lorentz Chair)。
量子力学与价键理论
早年在苏黎世,海特勒和弗里兹·伦敦(Fritz London)将量子力学应用于处理氢分子,解释了氢分子中共价键的实质问题。
海特勒和伦敦认为,既然分子由原子组成,假定原子原来存在未成对的电子,如果自旋又是反平行的,就能两两地结合成电子对,这对电子运动所在的原子轨道就会重叠,从而形成了价键。原子轨道重叠愈多,所形成的共价键愈稳定。一个电子与另一个电子配对后就不能与第三个电子配对。
这个理论基本上解决了某些基态分子成键的饱和性和方向性。例如氢有一个未成对的电子、氯也有一个未成对的电子,它们就能配对形成单键,键的形成又在电子云密度最大的方向,所以具有一定的方向。
这为化学键的价键理论提供了理论基础,而价键理论的基本观点与化学家熟知的价键概念是一致的,所以很快被化学界所接受,并得到发展。量子化学这门学科由此建立。
莱纳斯·鲍林(Linus Pauling)当时博士刚毕业,拿着古根海姆基金会资助到苏黎世来访问。这项工作对鲍林产生很大了影响,此后他一生都在研究化学键的本质。
其他贡献
在布里斯托尔,海特勒独自研究量子场论和量子电动力学。海特勒也和其他从德国来逃难的科学家合作。他和汉斯·贝特(Hans Bethe)合作发表了一篇论文,提出轫致辐射的贝特-海特勒公式(Bethe-Heitler formula for Bremsstrahlung)。
在都柏林,海特勒与彭恒武开展对辐射阻尼理论的研究。他们应用“阻尼的量子理论”来研究宇宙线介子。研究发现,新理论能够解释主要与介子相关的宇宙线现象,包括其产生、在大气层中的扩散、介子簇射和转换为中性介子。理论得到的介子密度随能量、高度、地磁纬度等变化情况与实验测量相一致。
1936年,海特勒出版了关于量子电动力学的主要工作《辐射的量子理论》(The Quantum Theory of Radiation),指出了理论的未来发展方向。这本书重版多次。
1942年到1943学年,海特勒开课讲基础波动力学。在课上,希克森(W. S. E. Hickson)做了笔记并完成了手稿。这成为后来海特勒1943年出版《波动力学原理:入门课程》(Elementary Wave Mechanics: Introductory Course of Lectures)一书的基础。1945年改版后的《波动力学原理》多次重版,并被翻译成法语、意大利语、德语等。1957年改版为《基础波动力学及其量子化学应用》(Elementary Wave Mechanics With Applications to Quantum Chemistry)。
资料来源:
[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Walter_Heitler
[2]彭桓武:物理天工总是鲜
http://www.ccdi.gov.cn/lswh/renwu/202004/t20200422_215831.html
[3]价键理论的提出及其发展——建立在量子力学基础上的现代化学键理论
https://www.xuexi.cn/46e933a56c715e057a1bef54d2ecfef7/e43e220633a65f9b6d8b53712cba9caa.html
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