【牛人介绍】：William A. Goddard III目前是加州理工大学化学与化学工程学院的Charles and Mary Ferkel教授。他目前已经发表超过1200篇论文。他的研究领域是计算材料学，运用第一性原理计算材料性质。是材料计算领域中的大牛。他们组目前发明的ReaxFF可以运用分子动力学计算化学反应过程。
英文题目：Criticalpoints and random events that shaped the early career of William A. GoddardIII.
译自：J.Phys. Chem. A 2000, 104, 2147 – 2150
译者：何政达
我的祖父母们在1905-1912年搬到南加州的沙漠地带---Imperical Valley。他们来自Arkansas（William Andrew Goddard I；他的爸爸Peter是一位浸礼会牧师，他的妈妈Lucy Minor Goddard的祖上可以追溯到独立战争时期）；Colorado（Frances Thomas Goddard Whitsett; 她父亲有一半的科曼奇族（Comanche）血统（【小科普：科曼奇族是北美印第安人的一支】）；Texas东部的Angelina小镇（Lisa Austin Bright; 他的一位祖母是彻罗基（Cherokee）族人）；以及Coushataa, Louisiana （Lula Gray Bright）。他们的祖先分别来自于印第安人（北美土著），以及从1700-1840到美洲大陆的德国、荷兰、英国、苏格兰以及爱尔兰人。
我的父亲（1912年，生于Holtville, California）在九年级就离开了学校（他的弟弟是家族中第一个完成高中学业的，但没有进入大学）。我的母亲（1918年，生于Calexico, California）从高中毕业，这也是她家族中唯一的一位。【之后在她50多岁的时候，兼职读大学（与此同时在太平洋电话做晚班的全职工作）并取得了英文专业的本科学位。】
1937年3月29日，我出生在加州棒球球馆后一个小房间里。那时我父亲的工作是制作一些木头盒子来帮助船运芹菜、萝卜、葡萄以及甜瓜。这样，我们就必须每年在不同地方来回奔波（【小编注：文中列举了一堆地名。。。】）。我们也曾经在Arizona州的Yuma居住过（这是我在拿到PhD之前去的最东边的地方）；以及几次搬到Coachella Vally。我们居住在房车之中，从一个停车场走到了另一个停车场。那时，我们仅仅拥有两本书：一本和一本Webster字典。但我妈妈在每周末会带我去图书馆（主要捐助者为卡内基）借书，我那时非常喜欢心理学。
在1946年Jean Pangle（当时他是标准石油公司在El Centro的主管）给了我一本关于棒球统计的书，我很快就成为了计算分数与小数的专家（计算batting averages, sluggingpercentages, earned run averages, win-loss percentages等等棒球统计数据），但那时我连小数点是什么都不知道。这也让我在五年级之后，成为班上算数（arithmetic）最好的学生。我的父母从来没有教导过我读书的重要性，而我也是自由选择自己喜欢的去学习（有时甚至远超过当时的学习要求）。那时，California采取分班制（让成绩最好的在一个班、成绩差的在另一个班），我总是在好班当中（尽管有时会被人说“一事无成”），但那些“fruit tramps”（我们那时这么叫）总是被排到慢班当中【小知识：fruit tramps指的是在大萧条当中来美国工作的外籍移民】。由于我的同学都来自于中产阶级，因此我们计划在高中时就开始学习大学预科【小编注：相当于今天的AP】。但是，我妈妈认为上大学是不切实际的想法，她更多的希望我去学一些实用性的课程。因此，每年我都开始学习一门职业培训课。结果表明她的意见非常有用。当时我是一个非常好的测绘者（draftsman）。在高二的时候，Imperial Country Assersors office找到我的测绘老师（Guy Hatch），让他推荐一个测绘员（他们自己的测绘员被派往参加朝鲜战争了），于是老师便推荐了我。因此在高二之后我实际上处于“半工半学”状态。在假期中，我都是全职工作的。在高中毕业后我又在那里全职工作了一年，直到我攒够了足够的钱去上大学。作为一个测绘人员，我需要阅读官方文件并帮助评审员评估每块地需要交多少税。那时我可以手工在地图上画出那些细节性的信息（然而这些手艺在我的学生和秘书看来已经没什么大用了）。这份工作让我存下了$2200，相当于今天的$8000--$12000。
回想起高中时光，我的英语老师（El Centro：Proudfoot与Gillette， Delano：Miller）与我的数学老师（El Centro：Hinshaw，Delano：de Fraga）对我产生了巨大影响。我还记得那令人憎恨（abomination）的物理老师以及愚蠢（stupid）的化学课【小编注：果然大牛的品位从小就不同^_^】。由于每天下课以及周六我都用工作，因此我的课外活动少得可怜，有的也只是在闲暇时候组织一下国际象棋俱乐部罢了。我高中时的好朋友Tom Foss和Paul Werve想成为工程师，我也有一样的目标。我们一起研究摩托车和汽车，将引擎拆散并组装回去以检验我们是否正确理解其结构。我们还培养了修理刹车（brakes）以及离合器（clutches）的本事。
在我高二的时候，我就开始收集各个大学的宣传册（brochures）。我发现如果要去Stanford那一年的学费是$750；如果要去Caltech那一年的学费为$600；但每年UCLA只要$92。因此我知道我会去UCLA，因为它最便宜。另外UCLA的招生条件要求不高（只要保证没门功课在B以上，并在为工程师设计的专门考试上取得高分即可），因此这也表明我可以不用那么刻苦的学习了。由于放学后我都要去工作，因此我会逃课去剪头发、买衣服或者买汽车与摩托车的零件。但这样的无拘无束也带来了致命后果：学校管理层处罚了我好几次，并把我踢出了Scholastics Honor Society（小编注：估计相当于我们的三好学生吧）。之后我听高中老师说，在毕业之前的一周，我的6位老师被召集起来判断我是否可以毕业，幸运的是，有四个老师都投了赞成票，因此我得以顺利毕业。值得一提的是，我那frustrated的数学老师预测我将来会一事无成（只能做一些简单劳动或者在公园中与别人赛棋）。
居住在农场镇上的我最大的梦想就是搬到洛杉矶（LA）（当我到了LA后，我就再也没有离开过）。那是UCLA的工程学刚刚起步，由于规模还不大，仅仅招了40位本科生。系主任Boelter认为未来工程学将会发生巨大变化，导致原来的工程学教育在10年后将不复存在。因此我们并没有区分电气工程师（electric engineer），机械工程师（mechanical engineer）以及化学工程师（chemical engineer），而是所有人都学相同的课程。我们有相同的电路分析课（在课上会分析各种电学、机械学以及声学电路），相同的场论课（在课上学习Maxwell方程组和Navier-Stokes方程）。我们每个学期都有一门必修的实验课，里面涵盖工程学的所有分支。当然这样的课程设计模式在Boelter走后就转变成了常规的模式。我唯一的化学课是在大一时选修的，但我极度不喜欢（因为上课时的重点就是记住各种有机化合物的名称【小编注：大家可以看看英文有机化学的命名。。。】与各种金属配合物的颜色）。课上唯一让我感兴趣的是原子结构。大二时的工程学课我们开始从原子层面研究材料（授课老师是Frankel），我对此也颇有兴趣。由于我喜欢原子，因此我觉得我应该成为一个核工程师（nuclear engineer），因此我给六所学校写信，并拿到了核工程学上的AES奖学金（fellowship）。MIT在那是应该是核工程领域最好的学校（他们提供了两页的课程选择），而Caltech只提供两门课，因此我决定去MIT。由于MIT的招生简章中说明了他们希望申请者完成何种课程，因此我大学四年的选课基本是围绕这个说明来进行的。那时，UCLA的工程系设在一个临时大楼里，但学生们（他们有一个协会叫ESUC）自主开办了一个休息室（lounge），提供咖啡、茶与甜甜圈（donuts）。里面有许多大桌子可供讨论，整个工程系的老师和学生在一天中会时不时来这里喝喝咖啡，聊聊天。因此我们和老师有了很多的轻松交流机会。在大四的时候，我是ESUC的主席，因此这让我拥有了更多和教授们交流的机会。
对我职业生涯影响最大的人应该是我的教授Paul Pietrokowsky。他曾在JPL（Caltech的喷气动力实验室）为Pol Duwez设计Ti合金。Pol未来成为了Caltech材料系的一位教授，Pietrokowsky也在1959年拿到了他的博士学位（博士导师就是Duwez）。在我大四的时候Pietrokowsky在UCLA是一位助理教授并教授一门材料学的专业课程。这门课太棒了！我们讨论了Mathieu公式与能带理论（band theory），半导体中的donor/acceptor缺陷，在高纯度Si中的Chelikowsi生长，32个晶体学点群以及stereodiagram，常见的晶体结构，X射线衍射的湮灭准则（extinction rules），晶体管放大器（transistor amplifier）的原理，霍尔效应（Hall effect）以及热电性质（thermogalvanic properties）。【小编注：翻译到这里已经按耐不住新中的激动了。。。好像参加这样的课呀！】我记得很清楚，有一次作业是分析一个粉末的衍射图样。这个材料是Ti3Au，它的晶体结构具有A15的对称性。
图 1. 拥有A15对称性的晶体结构（通式为A3B）
与此同时这个材料也是高温超导材料。这份作业非常难，但幸运的是，我做对了。【下面小编给大家展示了Ti3Au的X-ray衍射图案】：
图 2.Ti3Au的两种不同晶体结构以及它们的X射线衍射图。（估计就是Goddard的作业）
在这门课中（1960年春季），Pietrokowsky告诉我们电子学（electronics）的未来是运用冶金学去制造集成电路，这些集成电路可以被用来制造放大器（amplifier）、电容器（capacitor）、感应器（inductor）以及电阻器（resistor）。这门课使我开始对材料学产生了浓厚的兴趣。在这门课上的另一位同学Ron Lindh，也激发了同样的兴趣。之后他去了Caltech在Duwez手下读博士，并拿到了Caltech的第一个材料科学博士。后来自己创办了一家公司，现在是非常有影响力的Caltech校友（trustee）。
在成为UCLA本科生的前一个月，我在El Centro遇到了Amelia Yvonne Correy。那时她在县（County）里工作，并申请了一笔来自Imperial County Credit Union（我正好在那里做兼职）的贷款。因此，我在UCLA时的每个周末都去El Centro看Yvonne，有时也会去她妈妈在Rosarito沙滩的一个沙滩小屋。结果就是，我得了两个B，以及花完了我全部的存款。由于我没了存款，我申请了退学并在Douglas Aircraft Company找到了一份工具设计的职位（我的测绘经验在我找工作时起到了很大的作用，妈妈，感谢你！）。在DAC，我开始设计更好的工具，目的是为了更好的制造navy 3D fighter（一款战斗机）以及雷神（Thor）导弹系统。Yvonne和我在1957年的10月结婚，接着我回到UCLA开始更加刻苦努力的学习（在DAC时，我应用手册来计算梁的受力以及找到适合与目前项目的铝合金。）。在我大三时，我们的第一个儿子（Bill IV）诞生了。Yvonne由于怀孕而被公司辞退，但我们有每周$40的补贴（在最差的时候，我们需要每周用$12来维持生计）。由于有了一个儿子，因此我有想法退学从而找份工作。我的一个朋友Irwin Maltz向他的导师Bussel（教我们电子线路的老师，在那门课上我是全班最好的学生）我可能会退学。Bussel开始聘请我作为他的助教，来改作业和为考试卷打分。我的工作是按小时来计费的，因此我必须要花费大量的时间来打分。但由于这份工作使得我可以坚持读完大三。当时，由于苏联先发射了一枚人造卫星，因此美国开始为学习科学技术的学生提供助学贷款。但在当时UCLA只能分到这批贷款的很少一部分。因此在大四的时候，我只能依靠借来的钱以及我的TA工资勉强度过大学中的最后一年。
我同时申请了AEC核工程奖学金与NSF研究生奖学金。但当时我必须从两者中选择一个。两个奖学金的数额是一样的（都是$2400每年，因为我结婚了并有一个孩子），但Pietrokowsky建议我接受NSF的奖学金，从我未来决定读材料科学而并非核物理来看，这是一个非常好的建议。在当时我只申请了MIT的核物理项目并被录取了。在我大四的最后时光中，我发现只用NSF的奖学金不足以支持一个家庭和一个孩子。当然，NDEA助学金也是一个很好的资源，但是在UCLA这样的助学金少得可怜，但我想在MIT这样的资源应该会比较多。我在Atomics International（现在是Rockwell International）找到了一份研究工程师的工作。在那里我的工作是为SNAP 10核能卫星设计传热装置。我决定我将全职工作并利用剩余时间兼职完成UCLA的硕士研究生项目，并为之后去MIT读全职博士存钱。为了申请UCLA的硕士项目，我需要三位导师的推荐信。其中一位就是Pietrokowsky。尽管他是我遇到的最好的导师，但UCLA还是在一年之后辞退了他。他对工程学未来的想法在UCLA不被重视，他认为以后材料科学家如果不去做半导体行业，那么将没有任何出路。我去他家看他，他对我说如果我放弃NSF的奖学金那真是愚蠢至极。另外他说Caltech可能比较适合我，我向他解释Caltech并没有核工程，但他和我说在研究生院最重要的不是听课（course-taking）而是做研究（research）。他还和我说在Caltech有许多助学基金而且对我来说申请这些资助很容易。一周之后我收到了Caltech的一份申请表格，这是Paul（Pietrokowsky教授的名字）安排的，几周之后我提交了这份申请（现在想想好像是他设计让我提交的），这大约是在八月底。一周之后我得到了接收函，接着我就请了一天的假去参观Caltech。我发现我的经济状况可以被极大的改善：NSF的奖学金没有覆盖的地方我可以申请其他助学金，同时我也可以得到NDEA的全额助学金。我还和材料系的人交流了一下，并选择师从Pol Duwez开始读博士学位。
在这之后，Paul Pietrokowsky给了推荐了好几本书：
Pauling的《The Nature of Chemical Bond》
Griffith的《Transition Metal Ions》
Ziman的《Electrons and Phonons》
Wilson的《Theory of Metals》
Kittel的《Solid State Physics》
Wells的《Structural Inorganic Chemistry》
Smith的《Semiconductor Physics》
Nye的《Symmetry and Tensors》
以及Seitz的《Modern Theory of Solids》
还有一本书是Hume-Rothery的。
他让我在每学期上5门课的同时研读这些书。这是一份很好的规划，使我为未来的兴趣（材料科学）奠定了坚实的理论基础。工程科学系要求所有的学生在经典物理（classical physics），量子力学（quantum mechanics），以及高等数学（advanced mathematics）方面有坚实的基础。我又选了很多与材料科学有关的课程以及其他在Caltech开办的课程。尤其重要的是开课一学年的晶体结构（crystallography）（要知道在此之前，我唯一学的化学课就是在大一时学的Freshman Chemistry）。这门课由Jules Sturdivant主讲。在课上我学会了空间群的概念（通过研读Seitz的经典论文），并向Jules学习了许多他对晶体结构的洞见。此外，Rudolf Mossbauer（他在我作为研究生进入Caltech之后以博士后身份加入Caltech，并在获得Nobel Prize之后的第二年被迅速提拔为教授（full professor））开设了一个持续5个学期的有关固体物理的课程，这门课帮助我填补了许多知识上的缺口。Paco Lagerstrom也开设了一门为期一学年的高级群论课，课上讲授Lie群以及其他高级群论，对我来说最重要的知识应该是SU(n)群。
世界上第二台电子显微探针仪在Duwez实验室被Dave Wittry在1959年制造出来，而目前它已经被解体并搬到领一栋楼当中。我到了Duwez组的第一份工作就是让这个自家生产的仪器重新工作。我完成了这个任务，但这台仪器并不总是听话。而且在一到两年之后，商用的扫描电子显微镜（SEM）也被制造出来了。在我第一年读研究生的时候，我发现即使我有了NDEA和NSF两个奖学金，这还是不足以维持我的正常生活。因为那时在我第一学年末我的女儿Suzy出生了。这个时候，Pietrokowsky被Autonetics雇佣。Autonetics希望他可以组建一个团队将他的理想（用冶金学技术来制造集成电路）变成现实。每年夏天的时候我都会作为这个团队的顾问加入进去（在这段时间我赚的钱是9个月NSF基金的1.35倍）。在Autonetics我设计并制造了一台设备用于：（1）测量Hall效应（2）在液氦温度下测量高电阻率Si的导电性。整个项目进展的十分缓慢，原因是没有实验方面的专家可以指导我们。但在这三年的夏天中，我学到了许多有关材料科学与电子材料的相关知识。
在加州理工，Duwez允许我按照自己的研究兴趣进行工作。Duwez组当时的任务是研发一个快速冷却装置。这个装置使得他们可以观察到很多无定形态（amorphous）的Ge和Si；简单立方合金；无定型金属以及许多亚稳态的结构。而我则苦恼于如何利用我学过的理论、概念来理解这些合金变化多端的结构和性质。那时，我是晶体结构方面的专家，但是在文献中找到的解释往往不能说明我身边实验中所得到的现象。因此我从中得到了启发：我应该去更加深入的理解金属合金中的成键作用。那时我认为计算机模拟是没有任何意义的（因为其中有太多的假设）。当然现在我不再这么想了。我感觉如果想得到真正意义上的理解，我必须从群论（group theory）和选择定则（selection rules）出发。这种方法尽管不能用在粗糙的晶体结构（gross crystal structure）中，但它可能可以用来解释反铁磁性（antiferromagnetic）。我当时知道对于金红石结构（XO2）有许多都是反铁磁性的，但它们展现出不同的模式；也有另一部分（例如VO2）表现出一大类扭曲的晶体结构。我发现我可以使用Heisenberg的交换哈密顿量并加上交换算符对时间的变分这种方法来解释这些现象。接下来我就很想计算出来这些交换算符，但是很快就意识到要从第一性原理出发得到结论是非常困难的。当然，那时我并不知道我需要的那套理论其实在量子力学中已经十分成熟了。我知道有一些氟氧化物当中有三个金属原子具有强相互作用，但与周围的原子作用很弱。因此我想可以尝试着去确定以下它们的自旋耦合状态。那时我纠结在如何让波函数既满足合理的自旋本征态又满足Pauli不相容原理。由于我是群论方面的专家，精通对称群以及SU(2)，因此我可以设计出一个群算符来帮助我完成这件事请。然而，我逐步意识到这种方法只能讨论一维情况。从这，我认识到如果将这个群算符乘以自旋-轨道，我可以发明一种方法来确定轨道的最优形状（这种方法现在被成为GI方法），这种方法我认为应该会让我们对于成键本质有更深入的理解。理论推导的过程十分艰难。在那时我听说过Hartree-Fock理论但是对它的细节还不是很了解。当时我认为对于H2以及CH4来说最适合的分子轨道是可以同时满足以下条件的：（1）轨道在各个原子上都有分量（2）满足Pauli不相容原理（3）满足自旋状态（4）满足空间对称性。在我四年的学习生涯中，我并没有去学习如何编写程序。我的四年NSF资助也告一段落了。
在NSF资助停止的前6个月，我开始写毕业论文总结这四年的研究成果。三周后我有了初稿，但是Duwez认为在工程科学系没有人能看得懂我的论文（实际上，Milton Plesset，一位核工程专家，也在我的答辩委员会中，但是他从来没有阅读到我对Moller-Plesset理论（MPn方法的基础）的讨论以及其与GI方法之间的关系）。结果，一位物理系的教授和两位化学系的教授（Sunney Chan and Russ Pitzer）加入了我的答辩委员会。在给他们我的论文前我并没有与他们有任何接触。PhD的答辩十分顺利。Chan教授有充分理由抱怨我的写作水平，的确有点烂。在接下来的两周中我拼命修改论文以满足Chan教授的要求。在这期间他问我我未来的打算是什么。我知道当NSF的资助停止时，Duwez教授可以资助我一段时间，让我把论文中的内容写成文章并发表。我自己认为当时我可能会在航空航天或者电气工业中当一名实验员。尽管我有妻子和两个孩子需要扶养，但在当时我并没有去申请任何一份工作！在这个时候，我真的很想去学习编程并将我的理论用于真实的分子中，但我并不寄希望于这件事能帮我找到工作。那是我还不知道研究理论能成为一个全天性的工作。Chan问我是否愿意加入化学系（作为Noyes Fellow，非终身制的讲师），我同意了他的建议，在1964年11月1日正式上岗。
在第一个月中我学会了如何编写Fortran II程序。我的学习方法是：找Pitzer借了许多代码并一行一行的读，在此基础上进行学习理解。并且在此基础上解决了H2的分子轨道随H-H间距的变化。从模拟中可以看到，分子轨道在H-H键远离时的确局域化到了每个原子上，并且分解过程也十分合理。在第二个月我开始研究有关Li原子的问题，当时在预测Li原子自旋密度方面学术界有强烈的兴趣。Hartree-Fock方法得到的结果很糟糕，运用自旋非限制Hartree-Fock方程可以得到结果质量的极大提高。在当时有人预测，如果可以在自旋投影之后进行轨道优化，那么可以得到更好的答案。GI方法的确做到了这一条，并且证明了这个想法的正确性。接下来的9个月中我开始将程序逐步完善并做成通用版，并开始写三篇文章。再一次，Chan在如何进行有效写作方面对我给予了很大的帮助，Pitzer则让我使用他的计算机程序（Cambridge Polyatomic Integrals Code）。在经过与审稿人的博弈之后，这些文章终于发表了。与此同时我也拿到了Caltech、Harvard以及MIT的终身教职。尽管那是Harvard是做理论的绝佳地点，但Chan建议我还是留在Caltech（毋容置疑这是一个正确的选择）。
在一波又一波有着极高天赋的研究生们的帮助下（同时还有博士后与本科生们），我们得以发展新的方法并将它们用于不同的问题当中。在这个过程中，我对化学的理解不断加深，我意识到目前它已经成为我的挚爱之一（当然还有Yvonne）。这的确是一个伟大的国家（美国），可以使得一个贫穷的乡下少年得到机会并逐步成长为以理解材料如何工作为乐的专业学者。
【小编提问】：
William A.Goddard的成长经历对你有什么启发？
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鸟语虫声总是传心之诀，花英草色无非见道之文！
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