院士薦書——伊斯雷爾奇維利的學術傳奇
J. N. 伊斯雷爾奇維利（Jacob N. Israelachvili，1944-），現任加州大學圣巴巴拉分校化學工程系和材料系教授。長期從事分子間力和表面力、膠體分散體系、流變學和摩擦學表面研究。曾獲Alpha Chi Sigma 化工研究獎（美國）、黏附學會的黏附科學卓越獎、材料研究協會獎（黏附與摩擦領域）、美國化學學會國家獎（膠體和表面化學領域）、美國化工學會沃克獎（化學工程刊物卓越獎）、摩擦學金獎。2008年，被美國化工學會提名為“百名現代化學工程師”之一。《分子間力和表面力》是其成名作，第三版中文版目前由科學出版社出版發行。
早期歲月，1944年-1971年（以色列和英國）
1944年8月，伊斯雷爾奇維利出生于以色列特拉維夫市，是波蘭人和喬治亞人的后裔。7歲時，父母送他到英格蘭布賴頓兩位堂親那里的寄宿學校求學。“在那個時代，如果你能夠負擔得起，這里有全歐洲最好的教育。”伊斯雷爾奇維利很好地適應了寄宿學校的學習生活和英語學校體系，這樣的體系鼓勵學生盡早選擇特定的學科，而伊斯雷爾奇維利選擇了科學。“從那時起我已經知道我內心希望從事物理或者工程研究，”他說。“年幼時，我總是利用棍棒和石塊來制作物品，因為當時我們還沒有樂高、麥卡諾或者建造模型。”
當完成中等教育之后，伊斯雷爾奇維利返回以色列完成其義務兵役。隨后懷著對英式教育的更多渴望，他考入了劍橋大學（劍橋，英國）學習物理學并獲得自然科學優等考試項目資格，該項目要求學生在確定專業之前學習多門類的科學知識。在1968年獲得學士學位之后，他繼續在劍橋大學卡文迪許實驗室從事研究工作（博士），導師是著名的實驗表面物理學家David Tabor。
“Tabor對我有著難以用語言描述的深遠影響，”伊斯雷爾奇維利說，“因為這種影響更多是精神上或者是潛意識上的。”他回憶Tabor采取了蘇格拉底式的方式來培養學生，培養他們的獨立性，并且以問題的形式引導他們而不只是告訴他們如何去做。更為重要的是，Tablor從來沒有強制性地影響學生。“現在看來這種方式似乎并不新鮮，但是在當時歐洲各類學校中教授們曾經有這樣的共識，如果你有位著名的教授作為導師，他課題組的所有人都會是他的某種信徒，”他說，“他們必須相信他所相信的，但是Tablor不是這樣的。”
在Tablor指導下，伊斯雷爾奇維利的博士論文是測定表面間的范德華作用力，伊斯雷爾奇維利構建了一套裝置，其可以測定空氣中最低間距為15Ao的表面間的相互作用力，該裝置測量精度達到了埃級。這是開創性工作，使得測量首次能夠達到該尺度范圍和測量精度。伊斯雷爾奇維利的裝置最終被命名為表面力儀（surface force apparatus，SFA），成為測量表面間引力和斥力的一種有價值的工具。“但是在當時它還沒有名字。它僅僅是我為了得到博士學位而制作的工具”他說。他從來沒有想到之后許多人想要使用這個裝置和它的衍生品，他也從未想到他將因此被授予多項專利。
中期歲月，1972年-1985年（英國、瑞典、澳大利亞）
在接下來的幾年，伊斯雷爾奇維利沒有運用先前發展的技術，因為他走上了一條不同的研究道路，以適應他所接受的嚴格的自然科學優等教育。1971年獲得博士學位之后，伊斯雷爾奇維利繼續留在卡文迪許實驗室從事了為期兩年的博士后研究，領域為材料摩擦和剪切強度。之后，他去了斯德哥爾摩大學（斯德哥爾摩，瑞典）擔任歐洲分子生物學組織（EMBO）研究員。在斯德哥爾摩，他開始從事生物磷脂中脂質分子運動方面的研究，轉向了生物物理學領域。研究領域的轉換不是他自愿的選擇，而是受迫于資金因素和其它外部因素。“但是現在回頭看，”他說，“這是非常美妙的，因為這些年是我的成長歲月，我非常慶幸沒有在整個生涯中只做同樣的事情”。
1974年，伊斯雷爾奇維利前往澳大利亞的澳大利亞國立大學（堪培拉，澳大利亞）開始第三個博士后研究。在那里他回歸其早期表面力方面的工作，只是從空氣環境轉向液體環境，這靈感源自關于水性質的不尋常發現，當時對于水性質的研究方興未艾。“水似乎陷入了這樣一個循環：人們時常會說水具有神秘的或者奇怪的性質。冷聚變就是這樣一個例子，此外水具有記憶能力的觀點（“記憶水”）也是類似案例。當時關于聚合水存在廣泛的爭論，”他說。“聚合水的故事源自上世紀六十年代，俄國科學家Boris Derjaguin所提出：如果水被加熱，然后通過石英毛細管，水將凝結形成比液態水更加穩定“聚合”狀態”，其呈現令人驚訝的性質。如果操作合適，水可以在室溫條件下形成凝膠甚至固體，”伊斯雷爾奇維利說。
因為水的表面力似乎誘導這個現象，伊斯雷爾奇維利決心研究和設計新的表面力儀來測量液體中表面間（最初是云母）相互作用力。當時研究者僅僅能夠（直接）測量真空或者空氣中的力。但是伊斯雷爾奇維利研究發現在這些所謂的特殊條件下，水表現得更像正常的液體。很快，其他持懷疑觀點的研究者發現了“不光彩”的事實：觀察到的所有與聚合水相關的水性質的變化僅僅是由于有機和無機物質污染所致，例如毛細管表面脫落的硅膠。
這些早期的測試很快引領了一系列測量不同液體中不同表面間作用力的實驗。除了水之外，其他液體也被用于測試，對于每種液體，諸如溶質濃度和溫度等不同參數的改變將有助于識別作用力微小的變化。當時伊斯雷爾奇維利關注這個領域的快速發展，計算機模擬變得非常強大，例如蒙特卡洛和分子動力學模擬，足以用于處理復雜流體間相互作用。當他繼續這些研究時，他很自然地著眼于生物相關表面，例如受體-配基或者抗原-抗體相互作用，這增加了額外的復雜性。“與非生物膠體系統相比，現在表面不再具備對稱性，”他說，“并且存在全新類型的相互作用，例如生物特異性相互作用”。
一組特殊的測量催生了有相當深遠影響的研究。在1980年，與同事Roger Horn合作，伊斯雷爾奇維利測量了表面間振蕩力，該力是由吸附在表面上的溶劑結構所導致（有序或者層狀結構）。這些力依據溶劑分子尺寸的改變而周期性地從吸引力向排斥力轉變。但是在意識到所觀測到的事實之前，伊斯雷爾奇維利和Horn花費了相當長的時間來測量這些作用力。“就像英國諺語所說，硬幣的降落需要時間，”他說。“我們從各處獲取數據，但是它沒有任何意義。我們認為表面存在污染層，但是并沒有任何跡象。最終我們發現了它…歐，你可以得到連續的和有意義的圖，其由分散的點組成。”伊斯雷爾奇維利和Horn希望他們的數據能夠遵從線性或者曲線，但是他們（起初）沒有意識到衰減正弦波可以完美的擬合數據。“這是令人震驚的發現，”伊斯雷爾奇維利說，他現在仍然無法相信這耗費如此長的時間才意識到這個明顯的結果，“但是它也讓我意識到，即便是我認為在觀測中沒有絲毫偏見，但是事實上我還是具有如此的科學偏見。”
美國時期，1986年-現在（加州大學）
液體中表面力的研究深深地吸引了伊斯雷爾奇維利。起初他只打算在澳大利亞生活2至3年，但是實際上他在那里整整生活了12年。當他兩個女兒逐漸長大，他的家庭面臨抉擇。“我們考慮‘我們是否應該永久地生活在這里？’澳大利亞是個很棒的地方，這里的生活非常舒適，但是太隔離了，”他說。他們起初計劃返回歐洲，并且伊斯雷爾奇維利開始尋找職位，但是很快他的意愿發生了改變，加州大學圣芭芭拉分校（UCSB）提供了教職。加州大學圣芭芭拉分校正在擴充其工程系，并且希望伊斯雷爾奇維利能夠加入該團隊。“當我得知該消息，我說‘但是我并不是一位工程師’，而他們說‘嗯，你就是一位工程師！你已經從事了在美國所被認可的工程方面的工作，’”他說。他同意訪問加州大學圣芭芭拉分校，那里的院系和所引進的高質量教職人員給他留下深刻的印象，當然他也被那里適宜的天氣所吸引。MIT著名生物物理學家George Benedek也影響了他，Benedek告訴他：“通過學習物理，你已經獲得了堅實科學基礎；現在是離開物理并將你所學應用到其它領域的時候了”。因此，1986年伊斯雷爾奇維利加入加州大學圣芭芭拉分校化學工程系和材料項目組-該項目組很快發展成為材料系。
來源于歐洲和澳大利亞的背景，伊斯雷爾奇維利承認他對美國科研和基金系統感到有點兒驚奇。“我對此依然感到震驚，”他說。“其一是這里更像是一個企業。”當時在歐洲和澳大利亞，研究所或者大學通常從機構內部獲得大量的資助，但是在美國伊斯雷爾奇維利現在不得不申請他自己（外部）的基金。盡管這個過程增加了不確定性，有種成敗全靠自己的感覺，他很快發現其提供了更加合作的氛圍，這是預想不到的。“我可以自由地與其他教授合作，因為我們不會為同一個基金而彼此競爭，”他說。“然而在我曾經工作過的其它地方，所有的都是內部的，你知道如果你得到更多的資助，那么走廊中就有其他人沒有得到。”盡管美國系統中無需提供更多的資金擔保，但是其給出了更多承諾。“在這里，人們有點限制，但是更多地是無拘無束。而在其它地方，存在清楚的限制。”他說。
伊斯雷爾奇維利充分利用了美國的合作氛圍，并且在過去的28年中拓展了其研究領域。“我擁有前所未有的機會來發展我的工作，并且在所有不同類型的體系中尋找基本作用力和相互作用。”他說，“我既為公司進行非常實際的工作，也做基礎研究”。他的研究領域非常廣泛，有些有點兒深奧，比如包括：研究巧克力和蛋黃醬的流動和摩擦（口感）；壁虎如何能夠快速在墻壁和天花板上奔跑；地面采油；巖石形貌如何隨（地質）時間變化；如何消除開車時按下離合器或者使用剎車時的有害振動；研究導致骨關節炎的關節處潤滑機制的破壞原因；生物細胞膜和病理疾病之間的關系，諸如多發性硬化等自免疫疾病中引起中樞神經系統（CNS）中膜膨脹的髓鞘中脂質和蛋白質間相互作用：“我認為，對于從事臨床領域的人，他們通常不會以物理作用力的方式考慮這些變化，而這些是一個嶄新的方法。”他說。
依然沉迷于理解水和餐后演講
聚合水和記憶水已經被歸入科學幻想的范疇，但是水的一些奇特性質依然存在：其中最重要的就是疏水效應或者“疏水鍵”。“疏水相互作用是水性質之中尚未完全了解的問題之一，”伊斯雷爾奇維利說，“雖然自從人類開始測量和記錄疏水相互作用已經超過60年了，它們似乎是與水結構相關的某種敏感的相互作用，或者是氫鍵網絡，或者甚至是質子在水分子間跳躍遷移，這就使其區別于任何其它流體或者實際的化學鍵。但是這種相互作用依然導致了最強和最重要的生物相互作用。它是蛋白質折疊和生物膜維持在一起的原因，與具有方向性的其它共價或者離子鍵不同，這種相互作用的美妙之處在于其雖然很強但是允許物質保持柔性。這就是細胞容易發生形變但細胞膜依然完整的原因。”連續測量將很快提供決定性答案，其將破譯疏水效應的本質和水的其它特性，也將提供用于全部或者部分疏水（和親水）表面的統一方程（如果存在的話）來描述相互作用勢。
伊斯雷爾奇維利偶爾會被勸說發表餐后演講來介紹他最新的工作（例如壁虎或者疏水相互作用），他樂于分享知識：科學歷史和哲學。因為在他求學時期，他樂于閱讀歷史資料和關于歷史上具有最偉大科學頭腦人的傳記，包括文藝復興時期的人物，比如伽利略；科學惡棍，比如本杰明·湯普森（也被稱為倫福德伯爵），他將科學與政治陰謀混在一起；“文靜”——在當時——未得到充分欣賞的思想家，比如約西亞·吉布斯——第一位得到工程博士學位的美國人，也是伊斯雷爾奇維利最欣賞的人之一。所有這些科學家都給他提供了一種驚奇和靈感，而不是提供消遣。
獎項、社團成員和其它科學活動
伊斯雷爾奇維利現在是澳大利亞科學院院士，倫敦皇家學會院士和美國物理學會院士，也是美國國家科學院院士，美國科學促進學會院士和美國國家工程院外籍院士。他也得到一些重要獎項，包括1991年阿爾法氣西格瑪化工研究獎（美國），2002年粘附學會的粘附科學卓越獎，2004年材料研究協會獎（粘附與摩擦領域），2009年美國化學學會國家獎（膠體和表面化學），2012年美國化工學會沃克獎（化學工程刊物卓越獎），2013年摩擦學金獎。在2008年，他被美國化工學會提名為“百名現代化學工程師”之一。
值得指出的是，伊斯雷爾奇維利因其教科書“分子間力與表面力”而出名，1985年為第一版。他為多個化學和醫藥公司提供咨詢，包括3M，基因泰克，安捷倫，埃克斯石油公司，寶潔，歐萊雅，通用汽車公司。在過去幾年中他已經設計或者改善了幾種設備，例如直接測定表面力和其它界面現象的表面力儀（SFA），也是一家制造和銷售SFAs公司——SurForce LLC的總裁。
本文摘編自?(美)J.N.伊斯雷爾奇維利著，王曉琳、唐元暉、盧滇楠譯《分子間力和表面力(原書第3版)》一書。
在過去的近30年，原著一直是英文科技圖書銷售排行榜經久不衰的暢銷書籍，無可非議是當今國際膠體與界面科學研究領域的經典之作。
中科院院士范守善
中科院院士李亞棟
聯合推薦
《分子間力和表面力(原書第3版)》詳細闡述、解釋和演繹了物理學、化學、化學工程學及生物學等學科領域與“分子間力和表面力”密切相關的諸多現象，以及過去50多年在“分子間力和表面力”理論基礎和應用研究方面所取得的巨大進展。本書共三個部分，第一部分論述原子和分子間力，第二部分論述粒子和表面間力，第三部分論述自組裝結構和生物系統。本書可供從事膠體與界面科學方面相關科技的研究人員和技術人員參考，也可作為物理、化學、生物、化工、材料、醫學、環境等相關專業的大專院校研究生在膠體與界面科學方面的課程教科書。
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