高分子化学泰斗迈克尔·施瓦茨（Michael Szwarc）的人生传奇

李志良

如果要设立高分子化学名人堂的话，那么其中必有一尊是迈克尔·施瓦茨（Michael Szwarc，1909-2000）。

Szwarc是高分子化学发展史上的一位里程碑式人物。他所发现的“活的高分子（活性聚合）”概念，不仅为高分子化学理论体系添光加彩，同时也创造了一种高分子工业生产的全新路线，因而备受学界业界一致推崇。此工作也一度被认为是诺贝尔奖级的成就。

此前关于Szwarc的生平文字较少，人们对他个人生活知之不多，或以为这是一位沉默寡言、经历平顺而无多故事者。最近笔者偶然在美国科学史研究所（Science History Institute）的口述史数据库中发现一篇Szwarc的专业访谈，对其求学履历、学术生涯、人际交往、生活感想等记录甚详。也因此始知Szwarc原来是一位颇具幽默感且阅历丰富的人。特作整理，以飨同仁。

Michael Szwarc肖像¹ ，约拍摄于1986年

[1] Oral history interview with Michael Szwarc - Science History Institute Digital Collections。

早年求学生涯

1909年，Szwarc出生于波兰本津的一个犹太裔家庭，父亲是一名商人，母亲为家庭主妇，以下还有两个妹妹。Szwarc三岁随家人迁往华沙，虽遭逢第一次世界大战，但在那里度过了一个印象中还算美好的童年。

九岁起，Szwarc上当地文理中学的初级班，渐渐对天文学、化学、物理学等各类科学产生浓厚兴趣。约十四岁时升入高年级，开始正式修习物理学和化学课程。他的物理老师利奥波德·英费尔德²非常出色，可以说是他所有科学的启蒙老师。后来奥波德成为利沃夫大学的教授，他也曾是爱因斯坦的同事。

Szwarc在家里还设有小型实验室，总爱混合各种化学物质，若发生爆炸反而会特别开心，因为那正是他对化学的理解和期待。他甚至有一次差点“毒死”母亲。在学校上实验课，Szwarc总能“荣幸”地承担课后的打扫任务，因为这样他就能留在实验室做实验了。

Szwarc在波兰接受教育，深谙本国历史，也酷爱阅读文学作品，读过许多英语作家的波兰语译本，比如杰克·伦敦的《野性的呼唤》和《马丁·伊登》，以及有许多其他作品，比如莎士比亚的剧作。他也一直热爱数学，事实上，考大学时他曾考虑过数学专业。但在1920年代中期，学数学的学生只能当教师，数学领域前景并不乐观。物理学同样前途渺茫。从实用角度看，化学是最具吸引力的选择。所以出于现实考量，他最终决定攻读华沙理工学院的化学系。

在华沙理工学院，Szwarc受益最深之处是物理化学教授斯维托斯拉夫斯基³的“精密量热”，但他最初并未意识到这一点。斯维托斯拉夫斯基是热化学领域的著名奠基人之一，开发了极其精密的量热测量技术，能测量极微量的热量。但对Szwarc而言，这简直枯燥至极－精确到0.1卡路里又如何？当时他对此毫无兴趣，甚至在听到成为化学家生涯必须要经历这一训练时，曾笑说“不如杀了我算了。”但后来的一个契机扭转了Szwarc的这一观点。那是在二战结束后的1945年，Szwarc加入了英国曼彻斯特大学迈克尔·波兰尼⁴ 的团队，并接受波兰尼的建议开始研究键解离能问题。很快，Szwarc在键解离能领域建立了最早的学术声誉。而这项工作最终要求正是测量生成热。那时他才开始理解斯维托斯拉夫斯基的价值，意识到精细量热问题对他的研究成功至关重要。

初踏职场

1932年从华沙理工大学毕业后，Szwarc于第二年与玛丽亚·弗伦克尔（Marysia）结婚，而玛丽亚的哥哥与Szwarc的妹妹拉拉（Rala）结婚—有点像换亲的模式。

Szwarc的第一份工作是在一家小作坊。当时的工作任务是配制各种药用纯盐。比如用于胃部检查时的造影剂硫酸钡。给病人受检者服用硫酸钡时，必须确保其中不含剧毒的可溶性钡，此外还要求硫酸钡在水中摇晃时能悬浮并缓慢沉降。当时市场上最知名的产品出自德国默克公司—这家纯化学品与医药化学品制造商赫赫有名。而Szwarc成功制备出了比默克更优异的硫酸钡！其沉降速度更慢，沉降过程也更为均匀。

有关硫酸钡，还有一个故事。有一次，Szwarc受邀在意大利佛罗伦萨作为期两周的系列讲座，借此机会结识托斯卡纳化学学会的朋友。受邀演讲时，他问一位分会主席的研究方向，得到回复说正研究沉淀硫酸钡的晶体结构如何随月相变化而变化－将氯化钡与硫酸钠混合后得到硫酸钡，发现沉淀物的形态会随月相变化而改变，且存在明确的对应关系。Szwarc一时觉得可笑，暗自揶揄：这世上怪人本就不少，多一个也无妨，不必在意。

而两年后，Szwarc发现自己其实小看了这一工作。当时他在以色列魏兹曼研究所工作，那里对太阳能和海水淡化技术极为关注。其中有一位女研究员负责解决结垢问题，任务是寻找处理碳酸钙、碳酸镁等盐类沉淀的方法－这些物质正是结垢元凶。她试图让形成的沉淀物保持蓬松而非坚硬，从而通过冲洗而非刮除清除。她正确地从成核问题入手展开研究，因为任何沉淀物都围绕晶核形成，结晶过程便是如此。她在文献中发现，成核现象常源于空气中悬浮的微小盐晶体－这些微晶来自海浪拍岸时形成的泡沫。于是，Szwarc便意识到月相变化与晶体生长存在关联－满月时海浪更高，此类微晶的生成量也更大，显然这会影响结晶过程及沉淀物的晶体形态。因此，之前那位科学家－至少他的观察－是正确的。当然，他的推论是错误的，因他当时考虑的是月球对晶体的引力作用之类的问题。人们有时会采取错误的推理和方法来解决问题，却依然能获得良好的、有效的结果。这本身也是富于哲趣的话题。

[2] 英费尔德（Leopold Infeld），波兰物理学家，爱因斯坦的助手。任助手时英菲尔德已年近40，已经不那么年轻。他是因为在英国与玻恩合作的相对论工作引起爱因斯坦的注意而被他招过去的。

[3] 斯维托斯拉夫斯基（Wojciech Alojzy Swietoslawski，1881-1968）是波兰物理化学家。他于1906年毕业于基辅理工学院，曾在莫斯科和华沙的大学任教，后于1918年至1960年担任华沙理工学院教授。他因发明‌沸点测定仪‌（Swietoslawski ebulliometer）而闻名，该设备用于测定溶液的沸点‌。

[4] 迈克尔·波兰尼（Michael Polanyi，1891-1976），英籍犹太裔物理化学家和哲学家，生于匈牙利布达佩斯，先后获医学博士（1913）与化学博士（1917）学位。1912年发现X射线衍射现象。1933年移居英国任曼彻斯特大学教授。二战之后转向哲学领域，1946年出版《科学、信仰与社会》。

以色列深造

1935年，一方面反犹风潮突起，一方面工作报酬低廉，Szwarc迫不得已离开波兰，前往以色列寻找机会。那是岳父帮忙安排的出国行程，Szwarc移民一年后，他的姐姐和姐夫也去了那里。Szwarc的三个孩子中有两个是在他在耶路撒冷逗留期间出生的。那是一段极其艰难的岁月，最后他有幸在希伯来大学实验室找到落脚点－但还不是工作，因为没有报酬。Szwarc不得不另谋生计，在近两年间他靠担任夜间警卫维持生计－夜间巡逻守护大学，轮班从晚上七点到午夜，或从午夜到凌晨五点。这种生活较之从前也并不轻松。

1936年希伯来大学各院系正陆续组建。最早成立的是文学、语言学和圣经研究系。后来化学系成立，首批学生于1937年入学。Szwarc负责管理学生有机合成实验室，当时设备相当简陋。所有加热操作都靠本生灯完成，导致火灾频发。

同时，Szwarc开始在那里攻读有机化学博士学位，并于1942年顺利获得。但他觉得毫无成就感，自认为做得并不好，因为当时根本找不到好的课题。当时战争爆发后，不得不选择为军队做事－按要求制备纯磷酸。军队飞机的引擎活塞每飞行千小时需清洗，清洗时需浸入磷酸去除附着的腐蚀性物质。军方坚持必须使用超高纯度磷酸，不能掺入哪怕微量的硫酸，虽然Szwarc指出微量硫酸是无害的。在这种情况下，Szwarc不得不以过磷酸钙为原料，生成的绿色杂质磷酸经氢氧化钠中和后形成磷酸氢二钠，该物质可完美结晶，再将重结晶盐与纯硫酸反应，最终获得高纯度磷酸。但这一方案的成本比常规高出百倍。

总之，战争扭曲了学术氛围，希伯来大学整个环境动荡不安，这并非Szwarc向往的学术生活。于是，他有意去英国或美国知名大学深造。系负责人法尔卡斯，建议他去曼彻斯特大学拜访迈克尔·波兰尼。这或许是Szwarc一生中最幸运的决定，因为后来波兰尼成为Szwarc学术生涯成功转折的引路人。

曼彻斯特大学：键能研究与高分子化学研究的开端

Szwarc到达曼彻斯特后，波兰尼教授因一直对键能很感兴趣而未能展开，因此提议说：“或许你可以研究有机碘化物的键解离能测定问题。”于是，Szwarc先研究了苄基碘化物，但很快发现该体系无法实现预期目标。而他的新思路是通过断裂键来测量反应动力学，认为测定甲苯中C-H键解离能更为可行。波兰尼回应道：“这个想法很有意思，但我认为行不通，你可以试试。”事实是，实验卓有成效，这又让波兰尼刮目相看。于是波兰尼每晚都会前来探讨，次日清晨便急切询问Szwarc的进展。

1947年，Szwarc在曼彻斯特大学获得物理化学博士学位。这是他获得的第二个博士学位。同时他发表了关于键能的首篇论文。而键能研究的重要意义在于，又引出了Szwarc在对二甲苯高分子聚合方面的成果，即“甲苯载体技术”。而且，让Szwarc颇引以为傲的是，他从获得灵感到实验获得重大突破，仅仅用了两周时间。

当时，他研究了各种芳烃（特别是二甲苯）的热裂解，预期会得到同类产物。但当他进行对二甲苯热裂解时，却得到意外结果：捕集器玻璃上形成了一层薄膜，是一层褐色沉积物，拆卸设备后可以取得一层薄薄的管状物质，就像“小蛇的皮”。 他意识到这是交联聚合物。

当时Szwarc一直是独自工作，尚未招收学生。短短两周内，他便通过简单实验证实生成的是对二甲苯的聚合物。既无助手协助也未借助精密仪器－确实是在两周内完成的，不过，一周有七天而非五天，一天长达二十小时。

这时被誉为“美国聚合科学之父”的赫尔曼·马克⁶来曼彻斯特开会，他专程来参观Szwarc的这种聚合物薄膜，并当即断言：“你就是高分子化学家！”Szwarc这一研究成果引起了广泛关注，当时人们正在寻找热稳定性聚合物，而聚对二甲苯恰好具备这种特性。

这一创举让Szwarc收获很大的荣誉，不少学术机构开始邀请他讲学。一次，他在牛津法拉第学会的国际会议上发表了两篇论文：一篇是关于甲苯和二甲苯的C-H键解离，另一篇是关于二甲苯的形成及其聚合为聚（对二甲苯）。这两篇论文都受到好评。

时任美国普林斯顿研究生院院长的休·泰勒 到曼彻斯特参观后，邀请Szwarc到美国考察，同时进行一次美国大学和工业研究实验室的巡回演讲。于是在泰勒的精心安排下，便有了Szwarc于1950年3月赴美展开的为期四个月的访问行程。

[5] 聚对二甲苯（派瑞林）的发展历史|派瑞林涂层镀膜涂敷服务|吉世科涂装官网Specialty Coating Systems。

[6] 赫尔曼·马克（Herman Mark，1895-1992），是纽约大学理工学院（现纽约大学Tandon工程学院）的创始人之一，被誉为“美国聚合科学之父”。他在20世纪初推动了聚合科学的发展，将该校发展为该领域的全球研究中心。

美国访问之旅

美国访问让Szwarc受益匪浅。泰勒包办了所有安排：以普林斯顿大学为访问常驻地，同时争取到外地访问的邀请函。泰勒事事周全，唯独忽略了地理跨度的因素，难免导致行程过于紧张。

比如，Szwarc往往上午先在耶鲁讲两场课，接着紧赶慢赶，下午赶往芝加哥，或者今天在纽约大学，随后当天又赴波士顿，最后又折返别处。总之，短短四个月间，奔波行程达一万七千英里。最富神奇色彩的一次，莫过于普渡大学到伊利诺伊的那次。上午在普渡大学讲两场课后，下午就得赶往伊利诺伊大学厄巴纳分校再讲两场，关键是两地相距五百里之遥。当时还没有高速公路，从普渡到厄巴纳只能先乘火车到芝加哥，再折返厄巴纳。正当Szwarc焦头烂额地琢磨如何从普渡大学赶到厄巴纳准时开讲时，普渡的一位教师里奇·亚历山大 提议可用他的直升飞机送Szwarc过去，Szwarc只需支付燃油费。就这样，在三刻钟内从普渡的一片草坪飞抵厄巴纳另一片草坪。等Szwarc到了厄巴纳，那里的人简直目瞪口呆！他们难以置信，惊叹他如何能完成任务！这真是一场奇妙的经历。

四个月的旅程精彩绝伦，Szwarc共走访了四十余地，从东部启程，最终抵达西部的加州大学伯克利分校和加拿大。此次行程的另一个收获是，促成了他次年移居美国。1951年，他受邀参加美国化学会七十周年庆典。中间他收到了美国锡拉丘兹大学大学⁹ （Syracuse University），也就是雪城大学的聘书，并欣然接受。一年后便移居美国。

[7] 休· 泰勒(Hugh Stott Taylor，1890–1974)，麻省理工学院化学工程系创始人之一。是第一个提到活性位点的复杂性和可变性的人之一。

[8] 里奇·亚历山大，普渡大学教师。1950年曾与Szwarc结识。两年之后，不幸于一次飞行中遇难。

[9] 即今纽约大学锡拉丘兹校区。

Szwarc肖像图2¹⁰ ，约拍摄于1966年

[10] 拍摄者为纽约州立大学（SUNY）锡拉丘兹林业学院的Rod Cochran。

移居美国：创立“活的高分子”理论

1951年，Szwarc的恩师波兰尼离任了，M·G·埃文斯接任。当时，曼彻斯特理工学院出现独立教授职位的空缺，Szwarc询问埃文斯是否愿意推荐他获得这个教职。埃文斯回答说虽然他是位优秀的研究人员，但不确定能否创建一个系。这个回答让Szwarc很恼火。这是导致Szwarc离开曼彻斯特移居美国的直接原因。后来他收到来自美国雪城大学的聘书，觉得有了一个证明自己有能力创建一个系的机会，于是接受了邀请。当时雪城大学尚没有高分子化学系，仅设有林业学院。

但Szwarc声明无法立即赴任，因手下有七八名研究人员，但承诺一年内可完成曼彻斯特的工作。后来，他终于带了这几名曼彻斯特的学生前往雪城大学，在申办手续的时候还因此有过一个小插曲。Szwarc从英国带学生到美国需要签证，而每次申请学生签证都需雪城大学的院长签字。当他递上第四或第五份申请时，院长便问：“难道我们没有优秀的美国孩子吗？”Szwarc则回答：“当然有优秀的美国学生，但他们不会来雪城大学，只会去哈佛这类名校。你们无法满足他们的需求。而对英国学生，我能提供独特价值－让他们亲身体验美国的生活与文化。”这番话终于说服了院长！

抵达美国后不久，Szwarc就接连发表了关于甲基亲和力研究的多篇论文。这与热解问题存在直接关联。Szwarc提出甲基自由基由氢气与甲苯反应生成，最终形成苯分子与甲基自由基，即今天所称的“原子裂解”。而这也促成了“活的高分子”的研究¹¹。

当时Szwarc在布鲁克海文实验室与一位学生合作，核心思路是通过热解法重新研究键解离能，但这次使用了放射性碳标记的化合物以确定反应机理。具体方案是热解乙烷产生甲基自由基，并通过放射性碳标记的乙烷追踪其轨迹。他每月都会去布鲁克海文监督工作并讨论结果。

那年夏天Szwarc遇见了密苏里州圣路易斯华盛顿大学的萨姆·韦斯曼（Samuel Weissman）。萨姆说：“我对你们的论文很感兴趣，因为我们正在研究芳香烃的电子亲和力。我们的数据序列与你们一致。”Szwarc完全不知道萨姆是如何测定电子亲和力的，便追问：“具体方法是？”萨姆解释说他们主要研究自由基阴离子的平衡反应，该平衡如预期受电子亲和力差支配。

Szwarc在听讲解时灵光乍现：若向苯乙烯等物质转移电子，或许能在一端形成碳负离子，另一端形成自由基。由于两者均可引发聚合反应，那么或许能同时启动自由基聚合与离子聚合两种路径。Szwarc问萨姆：“你试过向苯乙烯转移电子吗？”萨姆的回答让Szwarc忍俊不禁。“没用，它直接聚合了。”Szwarc说：“介意我研究这个问题吗？”“当然不介意。”于是，伟大的发现即将开始。

Szwarc很快发现，首要问题在于自由基离子的二聚化反应，而关键在于避免聚合终止。不到一年时间，他的小组再次证明了存在能同时抑制终止与转移的体系。并将其命名为“活的高分子”，这一理念后来得到进一步发展和拓展。

不过，一个细节是，Szwarc最初并未预见到苯乙烯端基会否终止聚合，因为当时连聚合能否发生都无法确定，首要任务是启动反应。当反应启动后，最令人震惊的是苯乙烯基阴离子的特征颜色持续存在。颜色暗示着异常现象，通常聚苯乙烯是无色的，这初步表明聚合物显然具有持续生长的能力。因此Szwarc推测反应可能未终止。这便是“活的高分子”假说。提出假说后，便设计实验加以验证，结果证实确实如此。这一实验始于1955年，同年结束。首篇论文发表于1956年。这标志着高分子化学历史上一个里程碑式的发明诞生了。

“活的高分子”理论并不是终点，很快延伸到电子自旋共振研究。这也是电子转移研究的延伸成果。不过，是萨姆·韦斯曼开创了整个领域，首次揭示了芳香烃可转化为自由基离子的机制。而Szwarc通过操作自由基发生装置，以不同方式涉足了电子自旋共振研究，建立了一个新方向，使用了一个新术语－休眠聚合物（Dormant polymer）。

1955年Szwarc实验室活性阴离子聚合真空装置¹²

[11] Szwarc在高分子化学方面最著名的成就是首先研究了活的高分子。1956年，对萘钠在四氢呋喃(THF)中引发苯乙烯聚合首先发现“活的高分子”。发现在阴离子聚合反应过程中可使链终止反应停止进行，从而得到活的高分子阴离子。用这个方法可制得多种嵌段共聚物、其他“分子设计”成的高分子，以及单分散高分子等。从此，将高分子引入分子设计阶段。

[12] 郑安呐, 管涌, 危大福, 许祥, 陈波, 苏凌. 烯烃阴离子聚合发展60年的现状与释疑的努力[J]. 功能高分子学报, 2017, 30(4): 367-421.

与中国的交集

早在1963年，Szwarc便因一次机会与中国结缘。那年Szwarc是以“英国皇家学会研究教授”的名义在英国利物浦大学合作研究。很巧，当时浙江大学的杨士林正被国家公派在那里进修。Szwarc将这位来自中国的访问学者聘入自己的团队。作为异国师生，他们开展了愉快而富有成果的合作。杨士林1965年回到浙大。

在利物浦，Szwarc曾多次热情邀请杨士林到家里或餐厅用餐，但很奇怪，他始终被婉拒。直到临别当日，Szwarc坚持道：“我们共事整年，至少让我请你吃顿午餐吧。”杨士林这才应允。这是杨士林唯一接受的邀约，共进午餐后，便与Szwarc道别回了中国。1965年两人分别后，由于众所周知的原因，很长时间内再没能有所交流。在Szwarc一边看来，杨士林从此“失联”了。直到约二十年后，中国改革开放了，二人才有机会重逢，那时杨士林已成为浙江大学的校长。

1983年，杨士林邀请Szwarc赴华学术访问¹³。重逢时，Szwarc脱口而出：“能请你吃饭吗？”杨士林幽默地再次回绝：“不行！这次我请客。”......这已成为高分子界的一段佳话。江明教授曾有文章记录了Szwarc的的这次中国之行（参见链接）。

Michael Szwarc肖像图3¹⁴，约拍摄于1990年代

荣誉纷至，著作等身

1964年，Michael Szwarc被授予雪城大学（即纽约州立大学，SUNY）杰出教授职位，于1967年创立了大学聚合物研究中心，并成为中心的第一任主任。1966年，他当选为英国皇家学会院士。1970年，他获得了美国化学会高分子化学奖。在雪城大学期间，出版了三本书,发表了500多篇科学论文。他于1980年成为名誉教授。

Szwarc于1979年从雪城大学退休后，又加入了加州大学洛杉矶分校的洛克碳氢化合物研究所，继续他的科学活动，与人合作发表多篇科学论文。基于他在高分子领域的卓越贡献，Szwarc一直备受美国化学公司的推崇和礼遇，联碳、道康宁、陶氏化学和3M等公司邀请他担任他们的永久顾问。

1983年Szwarc来中国期间获聘浙江大学荣誉教授。1988年，他当选为波兰科学院外籍院士。1991年获得京都先进技术奖，以表彰他对高分子科学的基本贡献－这个奖项通常被称为“日本的诺贝尔奖”......可惜，因种种缘故，Szwarc惜与真正的诺贝尔奖缘悭一步。不过，作为真正的高分子理论专家，Szwarc早已是众人心目中的学术泰斗、无冕之王。

日常生活中，Szwarc和夫人玛丽亚的热情好客是众所周知的。他经常邀请他的合作者和学生以及来自各地的朋友到他家做客。他没有一点势利。他一视同仁对待有前途的年轻学生和最杰出的访问科学家。

Szwarc喜欢音乐，尤其是肖邦，钢琴弹得非常好。偶尔，他会用简短的钢琴独奏会来欢迎他的客人。他也是一名出色的游泳运动员。参加戈登会议¹⁵的人们总记得，每天下午，在湖边远处的水中浮现一个小脑袋，那正是酷爱游泳的Szwarc。而在迈阿密举行的美国化学会会议期间，他常去海里游泳，然后消失在地平线之外。当大家对他的安全深表关心时，他的妻子玛丽亚说他一直这样做，会安全回来的。但是，要知道，当时他已经近80岁了。

Szwarc就是这样安排他的繁忙而又洒脱的退休生活的。在进入21世纪的第一年，Szwarc在家中安详离世，走完了他勤奋、豁达、光辉、传奇的一生。

[13] 江明院士 | 我心目中的“高分子三女杰”之封麟先教授。

[14] 大牛们的另一面 | 蜜月时还在学习的高分子大拿 Krzysztof Matyjaszewski。

[15] Gordon Research Conferences（戈登研究会议），由美国Neil E. Gordon于1931年创建，是为介绍和讨论生物、化学、物理和工程科学及其界面的前沿研究提供的一个国际论坛。会议特别倡导充分的自由讨论交流。

郭明雨，姚琳通 编辑

转载自《旦苑晨钟》公众号