院士荐书——伊斯雷尔奇维利的学术传奇
J. N.伊斯雷尔奇维利（Jacob N. Israelachvili，1944-），现任加州大学圣巴巴拉分校化学工程系和材料系教授。长期从事分子间力和表面力、胶体分散体系、流变学和摩擦学表面研究。曾获Alpha Chi Sigma 化工研究奖（美国）、黏附学会的黏附科学卓越奖、材料研究协会奖（黏附与摩擦领域）、美国化学学会国家奖（胶体和表面化学领域）、美国化工学会沃克奖（化学工程刊物卓越奖）、摩擦学金奖。2008年，被美国化工学会提名为“百名现代化学工程师”之一。《分子间力和表面力》是其成名作，第三版中文版目前由科学出版社出版发行。
早期岁月，1944年-1971年（以色列和英国）
1944年8月，伊斯雷尔奇维利出生于以色列特拉维夫市，是波兰人和乔治亚人的后裔。7岁时，父母送他到英格兰布赖顿两位堂亲那里的寄宿学校求学。“在那个时代，如果你能够负担得起，这里有全欧洲最好的教育。”伊斯雷尔奇维利很好地适应了寄宿学校的学习生活和英语学校体系，这样的体系鼓励学生尽早选择特定的学科，而伊斯雷尔奇维利选择了科学。“从那时起我已经知道我内心希望从事物理或者工程研究，”他说。“年幼时，我总是利用棍棒和石块来制作物品，因为当时我们还没有乐高、麦卡诺或者建造模型。”
当完成中等教育之后，伊斯雷尔奇维利返回以色列完成其义务兵役。随后怀着对英式教育的更多渴望，他考入了剑桥大学（剑桥，英国）学习物理学并获得自然科学优等考试项目资格，该项目要求学生在确定专业之前学习多门类的科学知识。在1968年获得学士学位之后，他继续在剑桥大学卡文迪许实验室从事研究工作（博士），导师是著名的实验表面物理学家David Tabor。
“Tabor对我有着难以用语言描述的深远影响，”伊斯雷尔奇维利说，“因为这种影响更多是精神上或者是潜意识上的。”他回忆Tabor采取了苏格拉底式的方式来培养学生，培养他们的独立性，并且以问题的形式引导他们而不只是告诉他们如何去做。更为重要的是，Tablor从来没有强制性地影响学生。“现在看来这种方式似乎并不新鲜，但是在当时欧洲各类学校中教授们曾经有这样的共识，如果你有位著名的教授作为导师，他课题组的所有人都会是他的某种信徒，”他说，“他们必须相信他所相信的，但是Tablor不是这样的。”
在Tablor指导下，伊斯雷尔奇维利的博士论文是测定表面间的范德华作用力，伊斯雷尔奇维利构建了一套装置，其可以测定空气中最低间距为15Aº的表面间的相互作用力，该装置测量精度达到了埃级。这是开创性工作，使得测量首次能够达到该尺度范围和测量精度。伊斯雷尔奇维利的装置最终被命名为表面力仪（surface force apparatus，SFA），成为测量表面间引力和斥力的一种有价值的工具。“但是在当时它还没有名字。它仅仅是我为了得到博士学位而制作的工具”他说。他从来没有想到之后许多人想要使用这个装置和它的衍生品，他也从未想到他将因此被授予多项专利。
中期岁月，1972年-1985年（英国、瑞典、澳大利亚）
在接下来的几年，伊斯雷尔奇维利没有运用先前发展的技术，因为他走上了一条不同的研究道路，以适应他所接受的严格的自然科学优等教育。1971年获得博士学位之后，伊斯雷尔奇维利继续留在卡文迪许实验室从事了为期两年的博士后研究，领域为材料摩擦和剪切强度。之后，他去了斯德哥尔摩大学（斯德哥尔摩，瑞典）担任欧洲分子生物学组织（EMBO）研究员。在斯德哥尔摩，他开始从事生物磷脂中脂质分子运动方面的研究，转向了生物物理学领域。研究领域的转换不是他自愿的选择，而是受迫于资金因素和其它外部因素。“但是现在回头看，”他说，“这是非常美妙的，因为这些年是我的成长岁月，我非常庆幸没有在整个生涯中只做同样的事情”。
1974年，伊斯雷尔奇维利前往澳大利亚的澳大利亚国立大学（堪培拉，澳大利亚）开始第三个博士后研究。在那里他回归其早期表面力方面的工作，只是从空气环境转向液体环境，这灵感源自关于水性质的不寻常发现，当时对于水性质的研究方兴未艾。“水似乎陷入了这样一个循环：人们时常会说水具有神秘的或者奇怪的性质。冷聚变就是这样一个例子，此外水具有记忆能力的观点（“记忆水”）也是类似案例。当时关于聚合水存在广泛的争论，”他说。“聚合水的故事源自上世纪六十年代，俄国科学家Boris Derjaguin所提出：如果水被加热，然后通过石英毛细管，水将凝结形成比液态水更加稳定“聚合”状态”，其呈现令人惊讶的性质。如果操作合适，水可以在室温条件下形成凝胶甚至固体，”伊斯雷尔奇维利说。
因为水的表面力似乎诱导这个现象，伊斯雷尔奇维利决心研究和设计新的表面力仪来测量液体中表面间（最初是云母）相互作用力。当时研究者仅仅能够（直接）测量真空或者空气中的力。但是伊斯雷尔奇维利研究发现在这些所谓的特殊条件下，水表现得更像正常的液体。很快，其他持怀疑观点的研究者发现了“不光彩”的事实：观察到的所有与聚合水相关的水性质的变化仅仅是由于有机和无机物质污染所致，例如毛细管表面脱落的硅胶。
这些早期的测试很快引领了一系列测量不同液体中不同表面间作用力的实验。除了水之外，其他液体也被用于测试，对于每种液体，诸如溶质浓度和温度等不同参数的改变将有助于识别作用力微小的变化。当时伊斯雷尔奇维利关注这个领域的快速发展，计算机模拟变得非常强大，例如蒙特卡洛和分子动力学模拟，足以用于处理复杂流体间相互作用。当他继续这些研究时，他很自然地着眼于生物相关表面，例如受体-配基或者抗原-抗体相互作用，这增加了额外的复杂性。“与非生物胶体系统相比，现在表面不再具备对称性，”他说，“并且存在全新类型的相互作用，例如生物特异性相互作用”。
一组特殊的测量催生了有相当深远影响的研究。在1980年，与同事Roger Horn合作，伊斯雷尔奇维利测量了表面间振荡力，该力是由吸附在表面上的溶剂结构所导致（有序或者层状结构）。这些力依据溶剂分子尺寸的改变而周期性地从吸引力向排斥力转变。但是在意识到所观测到的事实之前，伊斯雷尔奇维利和Horn花费了相当长的时间来测量这些作用力。“就像英国谚语所说，硬币的降落需要时间，”他说。“我们从各处获取数据，但是它没有任何意义。我们认为表面存在污染层，但是并没有任何迹象。最终我们发现了它…欧，你可以得到连续的和有意义的图，其由分散的点组成。”伊斯雷尔奇维利和Horn希望他们的数据能够遵从线性或者曲线，但是他们（起初）没有意识到衰减正弦波可以完美的拟合数据。“这是令人震惊的发现，”伊斯雷尔奇维利说，他现在仍然无法相信这耗费如此长的时间才意识到这个明显的结果，“但是它也让我意识到，即便是我认为在观测中没有丝毫偏见，但是事实上我还是具有如此的科学偏见。”
美国时期，1986年-现在（加州大学）
液体中表面力的研究深深地吸引了伊斯雷尔奇维利。起初他只打算在澳大利亚生活2至3年，但是实际上他在那里整整生活了12年。当他两个女儿逐渐长大，他的家庭面临抉择。“我们考虑‘我们是否应该永久地生活在这里？’澳大利亚是个很棒的地方，这里的生活非常舒适，但是太隔离了，”他说。他们起初计划返回欧洲，并且伊斯雷尔奇维利开始寻找职位，但是很快他的意愿发生了改变，加州大学圣芭芭拉分校（UCSB）提供了教职。加州大学圣芭芭拉分校正在扩充其工程系，并且希望伊斯雷尔奇维利能够加入该团队。“当我得知该消息，我说‘但是我并不是一位工程师’，而他们说‘嗯，你就是一位工程师！你已经从事了在美国所被认可的工程方面的工作，’”他说。他同意访问加州大学圣芭芭拉分校，那里的院系和所引进的高质量教职人员给他留下深刻的印象，当然他也被那里适宜的天气所吸引。MIT著名生物物理学家George Benedek也影响了他，Benedek告诉他：“通过学习物理，你已经获得了坚实科学基础；现在是离开物理并将你所学应用到其它领域的时候了”。因此，1986年伊斯雷尔奇维利加入加州大学圣芭芭拉分校化学工程系和材料项目组-该项目组很快发展成为材料系。
来源于欧洲和澳大利亚的背景，伊斯雷尔奇维利承认他对美国科研和基金系统感到有点儿惊奇。“我对此依然感到震惊，”他说。“其一是这里更像是一个企业。”当时在欧洲和澳大利亚，研究所或者大学通常从机构内部获得大量的资助，但是在美国伊斯雷尔奇维利现在不得不申请他自己（外部）的基金。尽管这个过程增加了不确定性，有种成败全靠自己的感觉，他很快发现其提供了更加合作的氛围，这是预想不到的。“我可以自由地与其他教授合作，因为我们不会为同一个基金而彼此竞争，”他说。“然而在我曾经工作过的其它地方，所有的都是内部的，你知道如果你得到更多的资助，那么走廊中就有其他人没有得到。”尽管美国系统中无需提供更多的资金担保，但是其给出了更多承诺。“在这里，人们有点限制，但是更多地是无拘无束。而在其它地方，存在清楚的限制。”他说。
伊斯雷尔奇维利充分利用了美国的合作氛围，并且在过去的28年中拓展了其研究领域。“我拥有前所未有的机会来发展我的工作，并且在所有不同类型的体系中寻找基本作用力和相互作用。”他说，“我既为公司进行非常实际的工作，也做基础研究”。他的研究领域非常广泛，有些有点儿深奥，比如包括：研究巧克力和蛋黄酱的流动和摩擦（口感）；壁虎如何能够快速在墙壁和天花板上奔跑；地面采油；岩石形貌如何随（地质）时间变化；如何消除开车时按下离合器或者使用刹车时的有害振动；研究导致骨关节炎的关节处润滑机制的破坏原因；生物细胞膜和病理疾病之间的关系，诸如多发性硬化等自免疫疾病中引起中枢神经系统（CNS）中膜膨胀的髓鞘中脂质和蛋白质间相互作用：“我认为，对于从事临床领域的人，他们通常不会以物理作用力的方式考虑这些变化，而这些是一个崭新的方法。”他说。
依然沉迷于理解水和餐后演讲
聚合水和记忆水已经被归入科学幻想的范畴，但是水的一些奇特性质依然存在：其中最重要的就是疏水效应或者“疏水键”。“疏水相互作用是水性质之中尚未完全了解的问题之一，”伊斯雷尔奇维利说，“虽然自从人类开始测量和记录疏水相互作用已经超过60年了，它们似乎是与水结构相关的某种敏感的相互作用，或者是氢键网络，或者甚至是质子在水分子间跳跃迁移，这就使其区别于任何其它流体或者实际的化学键。但是这种相互作用依然导致了最强和最重要的生物相互作用。它是蛋白质折叠和生物膜维持在一起的原因，与具有方向性的其它共价或者离子键不同，这种相互作用的美妙之处在于其虽然很强但是允许物质保持柔性。这就是细胞容易发生形变但细胞膜依然完整的原因。”连续测量将很快提供决定性答案，其将破译疏水效应的本质和水的其它特性，也将提供用于全部或者部分疏水（和亲水）表面的统一方程（如果存在的话）来描述相互作用势。
伊斯雷尔奇维利偶尔会被劝说发表餐后演讲来介绍他最新的工作（例如壁虎或者疏水相互作用），他乐于分享知识：科学历史和哲学。因为在他求学时期，他乐于阅读历史资料和关于历史上具有最伟大科学头脑人的传记，包括文艺复兴时期的人物，比如伽利略；科学恶棍，比如本杰明·汤普森（也被称为伦福德伯爵），他将科学与政治阴谋混在一起；“文静”——在当时——未得到充分欣赏的思想家，比如约西亚·吉布斯——第一位得到工程博士学位的美国人，也是伊斯雷尔奇维利最欣赏的人之一。所有这些科学家都给他提供了一种惊奇和灵感，而不是提供消遣。
奖项、社团成员和其它科学活动
伊斯雷尔奇维利现在是澳大利亚科学院院士，伦敦皇家学会院士和美国物理学会院士，也是美国国家科学院院士，美国科学促进学会院士和美国国家工程院外籍院士。他也得到一些重要奖项，包括1991年阿尔法气西格玛化工研究奖（美国），2002年粘附学会的粘附科学卓越奖，2004年材料研究协会奖（粘附与摩擦领域），2009年美国化学学会国家奖（胶体和表面化学），2012年美国化工学会沃克奖（化学工程刊物卓越奖），2013年摩擦学金奖。在2008年，他被美国化工学会提名为“百名现代化学工程师”之一。
值得指出的是，伊斯雷尔奇维利因其教科书“分子间力与表面力”而出名，1985年为第一版。他为多个化学和医药公司提供咨询，包括3M，基因泰克，安捷伦，埃克斯石油公司，宝洁，欧莱雅，通用汽车公司。在过去几年中他已经设计或者改善了几种设备，例如直接测定表面力和其它界面现象的表面力仪（SFA），也是一家制造和销售SFAs公司——SurForce LLC的总裁。
本文摘编自(美)J.N.伊斯雷尔奇维利著，王晓琳、唐元晖、卢滇楠译《分子间力和表面力(原书第3版)》一书。
在过去的近30年，原著一直是英文滚球体育 图书销售排行榜经久不衰的畅销书籍，无可非议是当今国际胶体与界面科学研究领域的经典之作。
中科院院士范守善
中科院院士李亚栋
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《分子间力和表面力(原书第3版)》详细阐述、解释和演绎了物理学、化学、化学工程学及生物学等学科领域与“分子间力和表面力”密切相关的诸多现象，以及过去50多年在“分子间力和表面力”理论基础和应用研究方面所取得的巨大进展。本书共三个部分，第一部分论述原子和分子间力，第二部分论述粒子和表面间力，第三部分论述自组装结构和生物系统。本书可供从事胶体与界面科学方面相关滚球体育 的研究人员和技术人员参考，也可作为物理、化学、生物、化工、材料、医学、环境等相关专业的大专院校研究生在胶体与界面科学方面的课程教科书。
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