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。

本文收录于合集

撰文| 郭晓强（河北体育学院运动人体科学系）

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 。

RR KM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（ - ΔG o ）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 - ΔG o 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 - ΔG o 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 - ΔG o 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 R A , Spectrum Editors . The "M" in RRKM Theory: An Interview With Nobe l Laureate Rudolph A. Marcus, The Spectrum , 2003 , 16 ( 2 ):4-7(21) .

文章转载自"返朴"公众号