那个总打碎玻璃仪器的年轻人,后来独享诺贝尔奖,102岁仍在写论文

2026年7月16日，理论化学泰斗鲁道夫·马库斯辞世，享年102岁。马库斯在理论化学中留下了两项奠基性贡献：参与构建 RRKM 单分子反应速率理论；开创性提出后来以他名字命名的“马库斯电子转移理论”——凭借这一成就，他独享1992年诺贝尔化学奖。直至离世前数日，这位百岁老顽童仍思考科学问题、撰写论文。对数学的痴迷和对科学问题的纯粹好奇心，贯穿了他超过一个世纪的人生，这也是他科学创造力长久不衰的源泉。

撰文 | 郭晓强（河北体育学院）

2026年盛夏，加州理工学院发布官方讣告：鲁道夫·阿瑟·马库斯（Rudolph Arthur Marcus）于2026年7月16日在帕萨迪纳家中安详离世，距他的103岁生日仅差5天。

马库斯是化学领域的传奇学者，攻克了化学动力学领域两大核心难题：一手协助构建RRKM单分子反应速率理论；又提出系统阐释电子转移规律的“马库斯理论”，并因此独享1992年诺贝尔化学奖。值得一提的是，这两大成就都源于他对数学的偏好——基于严谨的数学推导拆解化学谜题。即便年过百岁，他仍坚持伏案演算、撰写全新论文，横跨一个世纪的人生里，探索未知化学机制的热忱从未消减。

马库斯（1923.7.21—2026.7.16） 丨图源：nobelprize.org

一

从热爱数学的少年到理论化学家

1923年7月21日，马库斯出生在加拿大魁北克蒙特利尔的一个立陶宛犹太移民家庭，是家中独子。父母都没读完高中，家境一直拮据，父亲先后做过相框生意、开过水果店，但夫妇俩拼尽全力供孩子读书。母亲是他最重要的人生引路人。母亲后来告诉他，在马库斯小时候，她常推着婴儿车在麦吉尔大学校园里散步，早早就打定主意要送他考上这所大学。小马库斯还有两位毕业于麦吉尔大学、从事医学工作的伯父，都是他少年时的精神榜样。

高中时马库斯充分展露出对数学的浓厚兴趣：老师仅要求间隔完成半数习题，他却主动将剩余题目全部解出，纯粹享受数学本身的乐趣。后来马库斯如愿进入麦吉尔大学，受当时社会环境限制，犹太学生攻读纯数学专业的就业渠道相对狭窄，在导师建议下，他最终选择化学作为主修方向。但他始终未放弃数学，大学期间主动修读高阶数学课程，这份远超同期普通化学专业学生的扎实数理功底，成为他将来开创两套划时代理论的基础。

1943年，马库斯本科毕业并留校深造，3年后又顺利获得博士学位，随即进入加拿大国家研究委员会开展第一份博士后研究，主攻气相反应速率。这项研究以实验为主，要搭建真空反应装置、调配化学试剂，而他本人性格偏于急躁，时常不慎打碎玻璃仪器。尽管自己喜欢动手实验，但他不愿把时间浪费在这些琐碎之事上，并感觉研究中少了些东西——用数学公式解析化学反应的内在规律。

为补足理论知识不足，他和同期博士后好友瓦尔特·特罗斯特（Walter Trost）组成双人学习小组，每周轮流为对方解读理论文献、共同推演公式，系统学习了反应动力学与量子力学相关的知识。

随着研究深入，马库斯愈发感受到理论化学的独特魅力，最终下定决心彻底转向理论研究，尽管这条路径在当时看来前景极不明朗。他后来还诙谐调侃，做实验常会打碎昂贵的玻璃仪器，研究理论最多折断几根铅笔，完全不会带来这类额外麻烦。

1948年，马库斯做出了在旁人看来极具冒险性的决定：向全美六位顶尖理论化学家投递博士后申请信。当时的他尚无任何理论研究成果，基本不具备竞争优势，最终仅北卡罗来纳大学教堂山分校的奥斯卡·赖斯（Oscar Rice）给出积极答复，还专门为他申请到美国海军研究项目的科研经费。

1949年早春，马库斯南下抵达教堂山，自此全身心投入理论化学领域，再未转向其他研究方向。

二

教堂山的双重收获

在教堂山分校的最初三个月，马库斯系统研读了大量经典理论论文，同时修读了量子力学课程，并在导师一对一会谈引导下快速补全了研究所需的基础，正式开启理论化学研究者的职业生涯。

化学动力学是物理化学领域的重要分支，其中单分子反应指仅由单一反应物参与的反应，其反应过程仅与反应物自身性质相关，这一简洁模型为相关机制探索提供了极大便利。从20世纪20年代起，学界已逐步对单分子反应的规律形成了初步认识，包括早期林德曼-欣谢尔伍德机理（分子反应需要先通过碰撞获得足够能量），RRK理论（Rice-Ramsperger-Kassel，分子的总能量会在各个振动自由度之间统计分配）等。

1952年，马库斯进一步将过渡态理论与原有RRK理论深度融合，构建出一套全新模型，即RRKM理论，新增的第四个字母“M”即马库斯。该理论指出：反应物分子并非仅通过简单碰撞便能直接转化为产物，中间需经历一个特殊的过渡状态——此前理论仅认为反应体系只存在反应物与产物两种状态，过渡态理论补充了这一瞬时高能量的中间态描述，完整还原了旧键部分断裂、新键部分生成的动态反应过程。此外他还将量子力学理念融入其中，改变了最初理论的能量连续性设定。这些改进使理论计算结果更接近实验值，从而推动了单分子反应领域的快速发展。

RRKM理论假设示意图

马库斯在教堂山不仅取得科研的重大突破，还获得了人生中最温暖的礼物：他刚到校没几天，便结识社会学与文化人类学专业研究生劳拉·赫恩（Laura Hearne），二人观念高度契合，相识半年便步入婚姻殿堂。2003年劳拉辞世，这段长达54年的相伴时光，成为马库斯人生中时常提及的温柔回忆。

两年博士后结束后，马库斯先后寄出35封求职信，绝大多数石沉大海。这并不意外，尽管他做出了RRKM理论，但他那时仍是刚转向理论研究不久的年轻学者，而理论化学领域发展远未成熟。最终，在一次美国化学学会学术会议期间，经人牵线，马库斯获得了布鲁克林理工学院助理教授职位，1951年正式入职，开启了独立的科研生涯。

三

颠覆固有认知的马库斯电子转移理论

布鲁克林理工学院任教时期，是马库斯学术创造力的巅峰阶段。工作之初，马库斯尚没有明确的研究方向，一方面认为单分子反应理论研究不值得进一步探索，后续仅有一名学生对该理论的一个分支做了拓展，除此之外再没接触这一主题；另一方面，他对理论研究一时又找不到突破口，只能让学生做一些实验研究，部分内容涉及验证RRKM理论。理论研究又是马库斯最热爱的领域，因此那段时间陷入了进退两难的困境，两三年内几乎没有产出什么像样的成果。

马库斯在讲授统计力学课程时，遇到学生提问，能否将这些理论应用于导电高分子聚合物（称为聚电解质）的电离问题，这一问题为他提供了一个新方向，并因此积累了扎实的静电学基础。

1955年他翻阅旧期刊时，注意到威拉德·利比（Willard Libby）的一篇论文尝试将弗兰克-康登原理（Franck-Condon principle）用于解释电子交换反应，但推导存在根本性漏洞：完全忽略溶剂分子的结构重排效应，结论无法同时满足电子跃迁与能量守恒两大基础规则。

多数研究者遇到这类疏漏，往往仅撰写一封勘误信提醒作者，马库斯却从中捕捉到横跨化学、生物领域的关键谜题：Fe²⁺与Fe³⁺之间仅单电子互换、全程无化学键断裂，按常理反应本应瞬时完成，实测速率却异常缓慢，与常规认知完全相悖。他便想要构建通用数学模型，系统解析电子转移反应的速率规律，这时电离研究中打下的基础便派上了用场。他推却全部非必要行政与社交事务，全身心投入研究，从启动到凝练核心结论仅耗时一月。马库斯在后续多次学术访谈中提及，这是他整个科研生涯推进效率最高的课题，后续再无研究能达到这一速度。

马库斯借鉴了弗兰克-康登原理关于“电子跃迁快于原子核运动（源于电子比原子核轻太多，因此速度差距达到千倍以上）”和“电子仅在等能条件下发生垂直跃迁”的思想，将其推广至电子转移过程。由于电子跃迁几乎瞬间发生，反应分子及周边溶剂层所有原子的空间位置可近似认为不发生位移。但要让电子转移在能量守恒条件下发生，体系必须先通过热涨落调整至特定原子核构型（化学键长度、角度、溶剂分子排列适配），进入电子能量完全对等的瞬时过渡态，电子方可完成跨粒子转移。马库斯将体系调整至该特殊适配构型所需的能量定义为“重组能（λ）”，以重组能与反应驱动力（-ΔGo）为两大核心变量，推导出反应活化能的经典二次函数表达式

从而建立了“马库斯电子转移理论”。

单电子转移的马库斯理论图示

这套颠覆性反应规律可划分为三个具有代表性的区域：

正常反应区：当-ΔGo数值小于重组能λ时，随着反应驱动力逐步提升，活化能持续降低，电子转移速率随之加快，与当时大量氧化还原和电化学反应所呈现的经验规律一致。

速率峰值点：当-ΔGo数值与重组能λ完全相等时，活化能降至零，电子转移无需克服额外能量壁垒，反应速率达到理论最大值。

马库斯反转区：当-ΔGo数值超过重组能λ后，活化能不再随驱动力提升继续降低，反而逆势上升，电子转移速率随之逐步放缓。这一结论直接打破了当时学界“反应驱动力越大、速率越快”的固有共识。

这一现象的形成机制可通过下图直观解释：在正常反应区，两条抛物线的交点位于反应物抛物线的右侧支上，随着产物抛物线整体下移，电子转移的发生难度逐步降低，反应更易进行；达到速率峰值点时，交点恰好落在反应物抛物线的最低点，此时电子转移的能垒达到最小，电子转移最容易发生，反应速率达到峰值；进入马库斯反转区后，产物抛物线相对反应物抛物线下降幅度过大，交点反而移动到反应物抛物线能量更高的左侧支上，反应需要翻越的能垒显著升高，最终导致电子转移速率不升反降。

电子转移三个典型区域示意图

论文投稿后，初审专家最初评价“内容完全不像是熟悉化学现象的学者所写，大量推论与现有实验认知相悖”，但逐条核验数学推导后，专家完全认可了内容的科学性，还提出诸多建设性修改意见，助力论文顺利刊发。不过，“反转区”的预言过于颠覆传统化学认知，在此后近三十年里始终没有直接实验观测佐证，学界长期对这套理论持半信半疑的态度。

马库斯并未受此影响，持续拓展理论适用边界，将其覆盖至无机氧化还原反应、有机光化学反应等多个领域，还专门将其延伸至光合作用电子传递通路的分析，完美解释了植物高效捕获光能的核心机制：马库斯反转效应会“延缓”被阳光激发的电子回归初始基态的速度，为电子留出充足时间参与光合循环后续反应。

随着高精度超快光谱实验技术逐步成熟，1984年一组研究团队首次精准观测到马库斯反转区的真实存在，整个化学界为之震动。如今，马库斯理论已从基础无机化学拓展到生物医学、能源材料等众多领域，例如用于阐释线粒体呼吸氧化还原、细胞衰老相关的DNA损伤机制、长程电子转移、生物分子马达的能量转化原理；指导太阳能电池、光电催化、导电聚合物的定向设计等，只要涉及电子转移的过程，大多可通过这套理论定量计算反应速率。

1992年，马库斯独享诺贝尔化学奖，表彰其创立化学体系电子转移反应理论的突出贡献。瑞典皇家科学院的伦纳特·埃伯松（Lennart Eberson）在颁奖仪式致辞中表示：“您的理论搭建起化学领域的统一框架，助力人们深入理解生物化学、光化学、无机化学与有机化学范畴内的各类电子转移反应，推动了整个自然科学的发展。”此时距离马库斯完成该理论的核心推导，已过去三十余年。

四

温和通透的科学界“老顽童”

斩获诺贝尔奖并未改变马库斯原本的生活节奏。1994年《洛杉矶时报》报道，他仍坚持每日步行往返家与校区，日常驾驶一辆已使用16年的旧汽车；妻子劳拉出席诺奖典礼穿着的礼裙是她亲手缝制的。他也并未购置任何奢侈品，同事调侃称这笔独享的百万大奖到头来大概率只给他添置了一件新毛衣。

谈及各类学术荣誉，马库斯始终态度淡然通透：“人最好不要过度看重奖项这类东西，这会让你的关注点发生偏移，我们本该专注于研究工作本身，聚焦具体的科学问题以及对应的解决路径。”他一生热爱生活，年过八十仍坚持高山滑雪与网球两项运动，闲暇时研读历史著作、欣赏古典音乐，精神世界极为丰富。

教学育人是马库斯毕生另一大热爱，他始终不领导大规模课题组，每届仅指导寥寥数名研究生与博士后，习惯以平等姿态和学生交流，鼓励年轻人跳出固有思维惯性看待化学问题。2024年，两名他早年指导过的博士后捐赠3000万美元，在加州理工设立了鲁道夫·A·马库斯理论化学研究中心，用于吸纳扶持顶尖青年理论化学研究者。马库斯谈及这份馈赠时十分动容，坦言从未料到当年对学生的点滴指导，能产生如此深远的影响，更没想到他们会以这种方式延续学术理想。

年届百岁之后，马库斯仍保持常年伏案的科研习惯。2023年加州理工为他举办百岁专题研讨会，各地赶来的亲友学生齐聚为他送上祝福，他却表示当时最迫切的愿望是立刻返回办公室推进手头的新课题。直至离世前数日，102岁的他仍在撰写三篇理论论文，其中包括关于生物分子马达如何实现化学能与机械能转化机制的理论研究。2024年《加州理工杂志》（Caltech Magazine）专访中，他分享了自己的科研感悟：“科学令人兴奋的原因在于不确定性。从事科研必须做好准备涉足前景未知、成败难料的领域，愿意经历反复摸索、甚至长时间一无所获的阶段，我这么多年已经历过无数次这样的探索过程。”在他看来，科研就像是和大自然开展的趣味博弈，找到一件自己由衷热爱、不伤害他人同时能考验创造力的事，沉浸在探索过程本身，就是最大收获。

直至95岁高龄他才正式告别讲台，不再承担授课任务，当时他还幽默调侃：“也该适可而止了，学校确实该请真正懂行的年轻学者来承担教学工作了。”共事多年的老友、加州大学欧文分校杰出教授沙乌尔·穆卡梅尔（Shaul Mukamel）评价道：“他兼具超凡的物理直觉，以及从繁杂分子现象中提炼出核心简洁模型的特殊天赋，他永远对新课题保持超乎常人的好奇心，满怀热忱投入研究，直至生命最后一刻都还在完成精密的理论计算。”

五

跨越百年的学术遗产

马库斯毕生留下两座里程碑式学术高峰，分别奠定了单分子动力学、电子转移动力学两大化学分支的学科根基，时隔半个多世纪，影响力至今仍在持续延伸。以色列特拉维夫大学的约书亚·约尔特纳（Joshua Jortner）谈道：“伟大的科学家应当拥有两项重大发现，单一发现或许只是运气或偶然因素促成的结果，鲁道夫·马库斯完美契合这一标准。”

更重要的是，马库斯留下了一套极为珍贵的治学范式：不盲从实验观测的表面现象，以严谨数学逻辑挖掘底层规律；不畏惧短期内的质疑与冷落，始终坚守理论推演的科学性；看淡外界名利干扰，终身保持对未知事物的纯粹好奇心。

如今坐落在加州理工的马库斯理论化学研究中心，仍在延续他的科研理想。一代又一代青年学者顺着他搭建的理论框架，在新能源、肿瘤药理、天体化学等全新领域不断拓展研究边界。这位一生爱开玩笑的百岁“老顽童”虽已辞世，但他推导出的那些简洁优美的方程，以及通透真诚的治学态度，长久影响着化学乃至整个自然科学领域里每一位追逐前行的研究者。马库斯的一生没有惊天动地的戏剧性转折，却始终贯穿着一条清晰主线：忠于自身真正热爱的事业，以严谨逻辑一步步拆解自然隐藏的谜题。

参考文献

[1] Hargittai I. Rudolph A. Marcus at 100 – theoretician of electron transfer reactions. Struct Chem, 2023,34:1619-1621.

[2] Marcus RA. Unimolecular dissociations and free radical recombination reactions. J Chem Phys,1952,20:359-364.

[3] Marcus RA. On the theory of oxidation-reduction reactions involving electron transfer. Part I. J Chem Phys.1956,24:966-978.

[4]
https://magazine.caltech.edu/post/rudy-marcus-interview-chemistry（2026年8月）

[5]
https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1992/summary/（2026年8月）

[6]
https://www.latimes.com/science/story/2026-07-17/rudolph-marcus-dead-102-caltech-chemist/（2026年8月）

[7]
https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Time-Dependent_Quantum_Mechanics_and_Spectroscopy_2025e_(Tokmakoff)/19%3A_Energy_and_Charge_Transfer/19.04%3A_Marcus_Theory_for_Electron_Transfer（2026年8月）

[8]
https://macmillan.princeton.edu/wp-content/uploads/VWS-Marcus.pdf（2026年8月）

[9] Marcus RA, Spectrum Editors. The "M" in RRKM Theory: An Interview With Nobel Laureate Rudolph A. Marcus, The Spectrum, 2003, 16(2):4-7(21).

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