物理化学学科的成长过程及基本内容
1.要么是物理化学，要么是核物理
物理化学学科在科学和技术上的作用与物理化学的研究内容和特点紧密相关。我们知道，物理化学是研究化学学科中的原理和方法，研究化学体系行为最一般规律和理论的学科，是化学的理论基础。一般来讲，物理化学可以被认为是使用物理方法研究的那部分化学，也是那些与特定化学物质有关的那部分物理，所以物理化学是处于物理学和化学的分界线上，使得两门学科的边界没有非常严格和清晰的划分。所谓物理化学和化学物理本身也没有严格的区别，只是侧重点稍有不同的同一个学科。
物理化学关注的是化学性质和变化的本质。早期的许多物理学家和化学家都可以被称作物理化学家，比如发现气体定律的玻意耳，提出万有引力定律的牛顿，研究电磁转换本质的法拉第，完成电磁理论的麦克斯韦等。他们当时都被称为自然哲学家，他们的许多贡献，是物理化学早期发展中的重要核心内容。目前人们基本上公认1887年是物理化学作为一个学科诞生的年份，因为第一份专门研究物理化学的期刊Zeitschrift fur Physikalische Chemie在该年创刊。创办人Wilhelm Ostwald(1909年诺贝尔化学奖获得者)在1877年的硕士论文中就宣称：“现代化学需要变革。”他的努力的目标是将化学家们的注意力“从参与化学反应的物质转移到化学反应本身的研究上来”，这自然包括化学反应的条件(热力学)、进程(动力学)以及研究化学反应的条件和进程的物理方法。物理化学就在这样的环境和目标下形成为一门研究化学反应本质的学科。
17世纪以来开始的早期物理化学研究内容，主要是将力学的原理应用到化学问题上来。19世纪末，通过热力学原理研究气体、液体和固体中的化学问题成为物理化学研究的主流，人们关注化学中的热、光、电等现象，化学中属于物理化学的电化学、胶体和表面化学、气体运动学、化学动力学、化学热力学以及光化学等都在这一时期得到了发展。因此，物理化学研究的内容和手段一开始就非常的广泛。早在1920年代，核磁共振(NMR)技术和量子理论还没有发展和应用到化学问题之前，G．N．Lewis就声称：“(自然)科学要么是物理化学，要么是核物理。”按照Lewis的说法，物理化学将包括化学、生物学、地学、宇宙学，以及大部分的物理学。同样，照此说法，随着核磁共振技术等的发展，今天的物理化学还包括部分核物理的内容。Lewis的定义是目前对物理化学的最为广义的一个定义。这样一个过于广泛的定义，表明与物理化学相关的科学研究范围的广泛程度，在很大程度上也表明物理化学研究范围的广泛程度超出人们靠常识所能够想像的范围。比如说，IBM目前花巨资正在研制的最快的代号为蓝色基因(blue gene)的超级计算机用以进行复杂的大分子分子动力学计算。一般公众谁能想到，负责其计算方法的小组的是包括一群进行理论研究的物理化学家。
2.物理化学起源于欧洲，成长于美国
物理化学研究包含的内容极为广泛。但许多物理化学的研究内容实际上可以比较容易地归属到其他相关的学科研究领域中去，所以，物理化学研究的内容非常广泛这一事实的出现，并不完全是必然的。这种情形实际上是与物理化学的发展历程有很大的关系，特别是与物理化学在美国的成长过程很有关系。虽然大家都了解美国在大多数学科中都有相当重要的地位，但是，人们却忽略了美国的物理化学在世界中的影响处于绝对主导地位的事实。在美国国家科学院院士中，与物理化学学科相关的院士人数占整个化学学科院士人数的一半以上，这些人都是国际上最为著名的物理化学家。同时，由于美国的物理化学范围最广，这些物理化学家中的一些人在其他国家中往往会被归类为物理学家或其他。
Ostwald开创的物理化学在欧洲并没有成长成为一门像在美国那样特别有影响的学科。其中的原因当然非常之多，但这主要与欧洲的科学和学术传统，以及社会中其他化学学科与工业的关系有关。19世纪以来，欧洲传统化学的力量通过推动化学工业的发展从而对社会产生了非常重要的影响，由于各种与当时的应用直接相关的化学学科相当发达，物理化学这一新兴学科的影响自然很难打破已经形成的学科格局。当时欧洲的物理学界也已经强大和成熟，因此，欧洲的许多从事物理化学研究的科学家往往会倾向于认为自己是物理学家或者更希望自己成为物理学家。另外，物理化学研究的内容非常广泛和显得相对琐碎，需要许多不同的物理化学实验室，但欧洲的大学数目有限，其学术任命结构并不容许在整个欧洲存在许多物理化学的教授职位。因此，学习物理化学的欧洲学生人数也相当有限。
物理化学作为一个学科起源于欧洲，但却是在美国成长为非常有影响的系统的学科。由于物理化学研究的基础性和开放性，因而更具有国际性，所以从一开始在欧洲的主要物理化学的实验室中就有许多从美国前来的留学学生和访问学者。这一景象，与那些与工业应用结合相对比较紧密的实验室外国学生稀少颇为不同。Ostwald的物理化学正是通过他的美国学生和访问学者大规模地传播到了美国。据统计，在1889-1905年间，就有超过45位美国物理化学家在德国Leipzig大学Ostwald的物理化学实验室进行研究和访问，这些人回到美国后都成为美国各个最为著名大学的教师，后来这些人中很多又都成为美国和世界物理化学领域的著名科学家，其中不乏A．A．Noyes(美国麻省理工学院、加州大学Berkeley分校和加州理工学院化学学科的具有开创性贡献的人物)，G．N．Lewis(Lewis酸碱理论，现代光化学研究、Lewis电子结构式)和T．W．Richards(1914年诺贝尔化学奖获得者)这样的物理化学大家。
这些从欧洲回国的美国人成立的物理化学实验室数日，很快就超过了欧洲所有的物理化学实验室的总数。由于他们具有共同的科学背景和思想，因此，也给形成具有凝聚力的学术团体和组织准备了良好的基础。不同美国留学生之间在欧洲期间也有更多的机会进行交流和交往，因而也大大有利于不同的学科之间的美国学生之间的学术和思想交流，大大促进了后来美国科学的交叉性和综合性发展。同时，这些美国人回国后正赶上了美国大学教育扩张的时期，因此，虽然物理化学研究在工业界和社会中在当时没有表现出非常实际的用处，但却在美国大学教育体系中找到了安身之地。John W．Servos在《物理化学－从Ostwald到Pauling》一书中研究这一段历史时指出：“物理化学在美国比在其他国家得到了更友好的接受，并不是因为美国的大学对抽象的研究有更强的承诺，也不是因为美国的商业界更愿意承担工业研究，而是因为当时美国的大学和学院正在以西方世界从未有过的速度增长，而物理化学家们当时也愿意和能够适应环境，使自己适应多面手和通才的角色，使自己成为这些成长的大学机构中的万事通”。确实，物理化学家与其他学科的科学家相比，与不同背景的学生和同事沟通和交流的能力毫不逊色，并且有许多优势。因为这些原因，再加上美国当时并不存在界限特别明确的特别强大的科学学科，美国的物理化学家研究的内容才能够在阻力不太大的条件下不断发展，并且形成了具有重要学术地位和社会影响的物理化学学科和学术团体。简单地对比就可以了解，物理化学在欧洲的发展情景则相当不同。
第二次世界大战前，特别是第二次世界大战以来，美国国家国防和工业界对基础和工业研究产生了巨大的需求，这种需求使得具有相对强有力的学科影响和学术团体的物理化学学科在大学象牙塔的抽象学术研究之外，得到了进一步的发展机会。战争的需求，大大刺激了物理学和物理化学的发展，许多著名的美国本土和来自欧洲的物理化学家推动和领导了二战中的重要科学和技术研究。比如，来自欧洲的匈牙利物理化学家Leo Szilard就是动员爱因斯坦向罗斯福总统写信建议美国政府开始其原子弹计划的人；而发现重水的美国哥伦比亚大学的物理化学家Harold Urey(1934年诺贝尔化学奖获得者)，则负责了美国原子弹计划的扩散法同位素分离工作。由于物理化学研究内容的基础性和在解决复杂的实际物质科学问题中的重要性，物理化学学科的研究内容和影响扩展到了更为广阔的范围。反过来，这些范围更广的对国防和工业问题的研究，又提出了许多需要解决的物理化学基本问题。物理化学的研究内容在其固有的核心内容之外，得到了更为广泛的发展。不言而喻，我们在了解和看待物理化学学科以及其他学科的内容的时候，不能够完全脱离社会环境和历史阶段来看问题。在一个社会中被看做物理化学的内容的东西，在另一个社会中有可能被看做其他学科的内容。同样，我们在规划和了解一个学科的未来发展的时候，也应该充分了解在不同的社会环境和历史阶段下不同的任务和发展可能性。所以，我们更应该认清物理化学的学科特性以及在中国现代化进程中的重要作用。
3.物理化学是大国和强国的基础学科
从物理化学过去100年来在美国的传播和发展，我们可以清楚地看到，物理化学的基础性和研究内容的广泛性，表明物理化学是一个大国的学科。因为在一个大的国家中，才能有更多的大学和更为灵活的学术制度，同时，才能有非常广泛的国防和工业研究而产生对物理化学知识和人才的需求。同时，物理化学也是一个强国的学科，没有广泛的国防和工业需求，物理化学的重要作用也无法充分发挥出来。在产业结构单一和缺乏与物质科学相关的高技术产业的社会中，物理化学往往只能局限在象牙塔之内，无法发挥在社会中的重要作用。一个不争的事实是，在美国军事和工业界的研究和技术部门的重要领袖中，有相当多的关键人物具有物理化学博士学位和研究背景。当然，其中实验物理学家也不在少数。物理化学的这些特征不仅表现在美国的物理化学发展历史中，从英国的物理化学发展历史也可以得出相同的结论。这两个国家，物理化学学科的研究和学术团体也是最为发达的。
他山之石，可以攻玉。中国物理化学学科在未来的发展，不仅取决于物理化学学科为工业和国防研究输送多少人才和解决多少实际问题。实际上，我们都知道，这样的渠道并不通畅。其中一个重要原因就是现代物理化学的发展在中国还相当薄弱，学术和技术影响还有待建立。因此，在现阶段以及未来20年或更长的时间内，可能更为重要的是，中国的物理化学学科究竟如何成长成为一个具有良好学术基础和拥有较为强有力的学术团体的学科。具体来说，就是为中国的大学培养和引进了多少具有前沿研究能力和教育能力的物理化学和普通化学教授，如何在物理化学前沿上开展了哪些重要的和前瞻性的研究，如何形成和培养出一个健康的和具有广泛包容性的物理化学学术共同体。从历史发展来看，无论物理化学的研究内容多么广泛，无论物理化学培养出来的人才可能在社会和工业中能够起多大的作用，物理化学学科的发展必须抓住与基础和前沿研究密切相关的核心内容，抓住大学与化学基础教育相关的核心内容，才能使得本学科不会成为无根之木，才能够具有强大的生命力并得到真正的发展，也更符合物理化学作为所有化学相关学科的基础的学科特点和规律。
4.物理化学的核心内容
公认的物理化学学科核心内容包括化学热力学、结构化学和反应动力学。还包括与胶体界面化学、电化学、光化学和催化等具有重要应用背景领域相关的化学热力学、结构化学和反应动力学等基础性和原理性的内容。物理化学学科又被分为实验物理化学和理论物理化学两个方面。实验物理化学包括与在分子和分子相关层次上关于化学体系的物理性质的所有内容、手段和方法；而理论物理化学则包括与分子或分子相关层次上的电子结构、统计力学、化学动力学和计算机模拟相关的理论和计算内容、手段和方法。
美国国家科学基金会(NSF)化学部认为，实验物理化学在实验方法上包括整个电磁波频谱范围的频域和时域光谱技术，也包括从高能射线、X射线、紫外可见光、红外和微波、NMR等结构和动力学光谱手段，还包括通过分子态和质量选择的化学体系的时间分辨动力学，以及分子束中的反应性碰撞散射等技术；实验物理化学在化学体系上包括从单个或隔离状态下的分子或离子，到团簇、液体和固体体系，也就是所有的物质状态下的化学体系；实验物理化学在化学性质上包括分子结构，基态和电子激发态的势能面的形态，单分子和双分子化学过程的化学动力学，团簇、界面和溶液中的溶剂／溶质相互作用等；实验物理化学还包括与原子、分子和光物理学，生物物理学，大气化学，以及材料科学相关的许多内容、手段和方法。
美国国家科学基金会(NSF)化学部认为，理论物理化学的目的是要对化学性质和反应性提供分子和分子相关层次上的理解和诠释，其应用范围包括所有的化学体系，包括小分子到大分子及其聚集态、团簇和宏观分子体系，当然也包括生物学和材料科学中的分子体系；同时，理论物理化学还包括与化学体系的实验热力学和凝聚相动力学中实验数据与理论诠释的内容；理论物理化学还包括与原子、分子与光物理学、材料理论、生物物理学、尖端计算科学研究有关的内容、手段和方法。
