趙學莊

趙學莊，物理化學家與化學教育家。長期從事化學動力學的科研和教學工作。曾編寫化學反應動力學教材，在場論中對稱性原理的化學套用、非線性化學反應動力學和富勒烯化學等方面取得若干有意義的研究成果。

基本介紹

• 中文名：趙學莊
• 國籍：中國
• 民族：漢族
• 出生地：江蘇省南京市
• 職業：物理化學家與化學教育家
• 長期從事：化學動力學的科研和教學工作

主要經歷

1933年6月8日 出生於江蘇省南京市，原籍為福建省福州市。

1951-1952年 清華大學化學系學習。

1952-1955年 北京大學化學系學習至畢業。

1655-1956年 北京大學化學系研究生。

1956-1959年 吉林大學化學系研究生至畢業。

1959-1963年 吉林大學化學系任教。

1963年至今 南開大學化學系任教。

教學工作

趙學莊原籍福建省福州市，1933年6月8日出生於江蘇省南京市，1951年高中畢業，考入清華大學化學系。1952年院系調整他轉入北京大學化學系繼續學習。當時清華大學和北京大學化學系有一批化學界著名專家任教，在這樣的環境下他較好地完成了大學本科學習，並開始步入化學研究領域。1956年在《化學學報》上發表他的第一篇學術論文《Slater型原子軌函和電離能近似計算法的改進》是此期間在徐光憲教授指導下完成的。該文提出一套改進的描述原子中電子的禁止效應的參數，直到80年代仍然被國內學者所引用。1955年大學畢業留校做研究生，導師是孫承諤教授，1956年轉學到吉林大學繼續做研究生，師從蔡鎦生教授。在蔡鎦生和唐敖慶教授的培養下，他在基礎理論和實驗技能方面受到嚴格訓練。1959 年，研究生畢業留吉林大學化學系工作，從事了大量教學工作，主講過“化學動力 學”、“量子化學”與“統計力學”等課程。

科學研究

1963年趙學莊被調到南開大學化學系，致力於物理化學的教學和科研工作，講授的課程有“化學動力學”和“催化作用”等。正當工作開始步入正軌時，“文化大革命”開始，工作中斷。1970年全家去農村插隊落戶，除參加勞動外，開展了赤黴素、固氮菌和白僵菌等生物農藥在農村的推廣套用。1973年返回南開大學，參加教育革命和開門辦學等活動。為大沽化工廠七二一大學講授“高等數學”，歷時兩年。同時，查閱了國際上這些年在理論化學領域的進展。由於這一時期的努力，“文化大革命”結束後，在較短時期內他連續發表了十多篇研究論文，並寫了專著《場論中對稱性原理的化學套用》。

教研成果

趙學莊主持編寫的研究生教材《化學反應動力學原理》上、下冊，由高等教育出版社分別於1984年和1990年出版。他還曾受聘擔任全國高等化學教育研究中心和北京大學結構化學開放實驗室的學術委員及《物理化學學報》、《化學物理學報》、《分子科學學報》、《有機化學》等刊物的編委。

1986年趙學莊晉升為教授，90年代初開始招收博士研究生。他講授過“分子反應動態學”和“理論化學選讀”等課；科研方面主要集中在富勒烯化學和非線性化學反應動力學等方面。迄今他共出版了一本專著和一套教材（上、下冊）以及140多篇論文。1997 年與他相伴40年的伴侶臧雅茹因病辭世，使他精神受到巨大創傷，通過幾年調整才逐漸有所解脫。

分子研究

“分子軌道對稱性守恆原理”在20世紀60年代國際理論化學界取得重要的進展。這原理對許多化學反應的研究起過指導作用。由於“文化大革命”干擾，趙學莊工作起步雖晚，但也開展了一些有價值的工作，根據其研究成果寫了一本專著《場論中對稱性原理的化學套用》，由科學出版社於1986年出版，並獲天津市優秀科技成果三等獎。他還曾應邀在國內外一些著名的高等學府如日本東京工業大學、東京大學和京都大學，美國加州理工學院和波士頓學院以及北京大學、吉林大學和香港大學等做學術報告，介紹有關研究工作。他在這方面的主要成果有：

1.用場論方法分析分子軌道對稱性守恆原理，區分對稱性與守恆量這兩個相關而不同的概念。首次用場論中的Noether定理分析分子軌道對稱性守恆原理。指出該原理是Noether定理對具有點群對稱性的相互作用體系的套用；指出分子軌道對稱性守恆原理提出時未明確分辨對稱性和守恆量是兩個相關但不同的概念；稱有關守恆量為廣義宇稱。

2.提出點稱和點稱守恆原理。趙學莊建議將點群的守恆量稱為點稱，並從Noether定理框架出發，將分子軌道對稱性守恆原理表述為：具有點群對稱性的分子反應體系，其相互作用過程點稱是守恆的，稱為分子軌道的點稱守恆原理更宜。探討光譜躍遷和光化學反應過程受對稱性制約的選律，研究並找到光子等的內稟點稱，表明對這些過程點稱守恆原理也成立。

3.找到反應反演變換及其相關的對稱性。趙學莊指出，雖然σ遷移等反應體系不存在點群的對稱性，但確實存在一種新的對稱性。這種對稱性與所謂的反應反演變換相關，利用它可以較好地討論這類反應受對稱性制約的選律。

4.提出分子局域場方法。將場論中的局域場方法，推廣到分子體系，提出分子局域場方法。討論涉及手性分子的過程和某些開殼反應的有關特徵。

5.提出空間稱和空間稱守恆原理。用Noether定理分析具有空間群對稱性的體系。找到相應守恆量（空間稱）和守恆原理（空間稱守恆原理），用以討論某些與固體物理相關過程受對稱性制約的選律。

非線性科學

非線性科學的發展被認為是繼相對論和量子論之後物理學在20世紀的又一重大成就，它推動了自然界許多學科領域的發展。趙學莊等在他編寫的《化學反應動力學原理》中就已注意介紹這方面內容，並開展一些研究。其主要成果有：

1.在國內率先開展化學振盪反應的研究。1984年趙學莊等發表的有關Belousov Zhabotinskii（BZ）反應的研究論文，是國內較早發表的有關化學振盪反應研究論文。

2.開展對新的化學振盪反應體系的研究。當時國內進行多限於對BZ反應或類似反應的唯象研究，趙學莊等轉向對其他化學振盪反應的研究，研究的化學振盪反應體系有醛類的自氧化和含硫化合物的振盪反應，並觀察到一些新的化學振盪反應和非線性化學現象。

3.進行有關化學混沌特徵及其控制的研究。在對化學振盪反應的非線性特徵研究的基礎上，他們進行了有關化學混沌特徵及其控制的研究。為此引入數理方面新的功率譜方法，對反應的混沌運動重構狀態空間，得到方便而滿意的結果。通過數值計算和實驗對幾種控制化學混沌運動的新方法作了研究。這是對非線性化學反應體系認識上從“預測”到“控制”的飛躍。當時，國內尚少此類研究，並套用隨機理論和方法等進行數值模擬計算研究得到與實驗基本相符的預期結果。

4.進行對微觀化學反應動力學的非線性特徵初步研究。他們以{H、F、Cl}三原子體系為例，進行了微觀分子反應體系的非線性動力學研究。分析其勢能面（靜態）和軌線（動態）特徵，對其巨觀分支與微觀分支等進行非線性動力學分析，並利用模式識別和人工神經網路等方法對屬於混沌運動的長壽命軌線形成條件和特徵進行研究，為開展長壽命過渡態反應的控制研究打好基礎。