Recenzja ksiązki
Lucjan Piela, Idee chemii kwantowej
Prof. dr hab. Piotr Petelenz
Zakład Chemii Nieorganicznej, Wydział Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego

„Idee chemii kwantowej” są dziełem niezwykłym. Imponujący jest ogrom włożonej pracy, całościowe potraktowanie, (niemal) kompletność tematyczna, staranny i niezwykle aktualny zbiór odsyłaczy, w tym również do prac najnowszych. Nie mam wątpliwości, że jest to książka unikalna, i to nie tylko w skali polskiej. Nie wiem, czy posiada jakikolwiek odpowiednik w literaturze światowej; jestem przekonany, że zasługuje na (szybkie) tłumaczenie na język angielski w celu udostępnienia jej szerszemu gronu czytelników. Myślę, że taki przekład ma duże szanse stać się bestsellerem.

Jak już Pani pisałem, książki tej nie uważam za podręcznik, i na pewno nie będę w tym charakterze zalecał jej studentom. W moim rozumieniu, podręcznik musi być dla studentów wzorcem, również pod względem językowym. Kolokwialność stylu „Idei chemii kwantowej” wyklucza w moim rozumieniu zastosowanie tego dzieła jako podręcznika.

Z punktu widzenia wykładowcy, pewną trudnością jest też nieliniowy, rozgałęziony sposób ułożenia materiału. Naturalnie wykładowca ma tu możliwość samodzielnego sterowania sekwencją materiału przez pomijanie rozdziałów i zmianę kolejności ich wykładania, ale doświadczenie uczy, że takie rozwiązanie jest zwykle dla słuchaczy mniej przejrzyste i nieco zniechęcające. Zastrzegam jednak, że ten aspekt uważam za drugorzędny.

Mnie osobiście w czytaniu przeszkadzają również pewne aspekty aranżacji wizualnej. Np. wstawki z sylwetkami uczonych, umieszczone w trzonie tekstu, mnie osobiście raczej utrudniają koncentrację. Na pewno wolałbym, aby były one zebrane na końcu lub na początku rozdziału, np. jako podrozdział „Dramatis personae”. Obecny sposób potraktowania, charakterystyczny dla współczesnych tekstów popularno-naukowych (gdzie również bardzo mi przeszkadza), w dziele par excellence naukowym wydaje mi się niestosowny. Być może jest to tylko dowód, że nie jestem „młody duchem” i że moja percepcja nie nadąża za współczesnymi zmianami konwencji (i mody) prezentacji.

Mimo to, aneks internetowy uważam za cenny i przydatny. Autor słusznie zdecydował, że tam, gdzie nie ma znaczenia integracja materiału uzupełniającego z tekstem książki, warto odesłać czytelnika bezpośrednio do materiałów źródłowych. Ich łatwa dostępność (dzięki „linkom” do odpowiednich witryn) oszczędza wiele czasu i wysiłku, stwarzając nadzieję, że czytelnicy będą z tej opcji istotnie korzystać. Z drugiej strony, nie jest ona nadużywana, tak, że brak dostępu do Internetu nie stanowi przeszkody w zrozumieniu omawianego w książce materiału.

Jeśli nie podręcznikiem, to czym więc są „Idee chemii kwantowej”? Myślę, że jako określenie najbliższe adekwatności przyjąłbym „poradnik”, i w takim właśnie charakterze gorąco je polecam moim studentom. Dzieło obejmuje olbrzymi wachlarz zagadnień (niemal wszystko, co w zakresie chemii kwantowej może dla studenta chemii być istotne) i przedstawia je w sposób bardzo prosty i obrazowy, wpisując się w najlepszą tradycję światową w zakresie poglądowej prezentacji trudnych problemów fizycznych. W moim przekonaniu, w umiejętności prostego wyjaśnienia i ilustrowania trudnych pojęć Autor dorównuje klasykom w rodzaju Atkinsa („Molecular quantum mechanics”), Mattucka („Feynman diagrams in many body theory”) czy Zimana („Principles of the theory of solids”). Umiejętność trafienia do intuicji czytelnika oraz świadome jej kształtowanie uważam za bodaj czy nie najistotniejszy atut omawianego dzieła.

Jakkolwiek niezupełnie stosowny dla podręcznika, potoczny styl prezentacji bardzo ułatwia zrozumienie. Książkę czyta się lekko i z przyjemnością, przytaczane przykłady są na ogół świetnie dobrane i interesujące. Z drugiej strony, systematyczne wyprowadzenie niektórych wzorów, choć niekonieczne pojęciowo (i możliwe do pominięcia w pobieżnym czytaniu), znakomicie ułatwia niedoświadczonemu czytelnikowi oswojenie się z koniecznymi przekształceniami matematycznymi i stopniowe nabywanie swobody w tym zakresie. Cennym uzupełnieniem są tu suplementy dostępne przez Internet, prowadzące czytelnika „za rękę” od wzoru do wzoru.

Z ogromnego materiału omówionego w książce, osobiście szczególnie wysoko cenię potraktowanie trzech zagadnień.

Po pierwsze, część dotyczącą rożnych metod uwzględniania korelacji międzyelektronowej jest zwarta, przejrzysta i zrozumiała, znakomicie systematyzując trudną dziedzinę o rozbudowanym aparacie formalnym.

Po drugie, bardzo podoba mi się potraktowanie reakcji chemicznych. Rozważenie tego samego procesu w trzech rożnych opisach jest ogromnie instruktywne i daje czytelnikowi znakomity wgląd zarówno w naturę opisywanych procesów, jak i w cechy charakterystyczne rożnych sposobów ich opisywania.

Po trzecie, w rozdziale poświęconym oddziaływaniom międzycząsteczkowym uderza swoboda eksperta, który w oparciu o własne doświadczenie potrafi zarówno w sposób prosty, niejako ”na palcach„, zobrazować rzeczywistość fizyczną, jak i wyakcentować zasadnicze problemy pojęciowe.

Generalnie, nawiązując do znanego opisu anegdotycznego różnych typów wykładowców, sposób ujęcia całości dzieła mówi „patrzcie, jakie to proste”, a nie „patrzcie, jaki ja jestem mądry”. To zjednuje czytelnika; równocześnie musze też z przyjemnością stwierdzić, że w prezentacji Pieli nawet trudne zagadnienia rzeczywiście są proste.

Przy moim (na ogół raczej entuzjastycznym) odbiorze całości dzieła, w jednym aspekcie odczuwam silny niedosyt. Mianowicie (poza nielicznymi fragmentami) tekst skoncentrowany jest na właściwościach stanu podstawowego badanych układów. Prowadzi to do dalszego utwierdzenia zasadniczej luki w wykształceniu typowego absolwenta polskich studiów chemicznych: na ogół jego podejście do spektroskopii jest instrumentalne i pozbawione głębszego zrozumienia. Typowym przejawem jest brak skojarzeń pomiędzy (dosyć powszechnie znanymi) regułami wyboru dla przejść optycznych a równaniem Schroedingera zależnym od czasu i sposobem jego rozwiązywania. W „Ideach chemii kwantowej” znaleźć można wszystkie ingrediencje konieczne dla stworzenia i umocnienia takich skojarzeń: jest równanie Schroedingera zależne od czasu, jest jego rozwiązanie, jest nawet „Złota Reguła Fermiego”, są też gdzieniegdzie reguły wyboru, a nawet wzmiankowany jest marginalnie sposób ich uzyskania. Ginie on jednak zupełnie, pojawiając się w przypadkowym kontekście.

Wspomniałem powyżej, że książka zawiera „niemal wszystko, co w zakresie chemii kwantowej może dla studenta chemii być istotne”. „Niemal” w tym sformułowaniu wynika właśnie z marginalnego potraktowania może nawet nie tyle właściwości stanów wzbudzonych, ile samego zjawiska wzbudzenia optycznego. Dla dużej grupy eksperymentatorów spektroskopowe zastosowania są z praktycznego punktu widzenia najpotrzebniejszą dziedziną chemii kwantowej. Jednakże w „Ideach chemii kwantowej” czytelnik taki znajdzie na ich temat niewiele materiału użytecznego.

Osobiście bardzo brakuje mi w książce rozdziału poświeconego systematycznemu wykładowi rozumowania prowadzącego od równania Schroedingera do reguł wyboru, wyprowadzenia (przecież elementarnego!) reguł wyboru dla typowych spektroskopii, omówienia metod kwantowo-chemicznych, które są stosowane do obliczania podstawowych charakterystyk spektralnych. Powinno tam znaleźć się miejsce i na CASSCF, i na TDDFT (jeżeli w książce zostały omówione metody teorii funkcjonału gęstości), i na problemy związane z optymalizacją geometrii stanów wzbudzonych. Myślę, że niewielkim kosztem mogłyby tu trafić i nieliniowości optyczne, i koherentne techniki spektroskopowe.

W moim przekonaniu, „Idee chemii kwantowej” mają ogromne znaczenie jako (udatna!) próba konsolidacji różnych aspektów chemii kwantowej. W swej roli integracyjnej, dzieło sięga bardzo daleko (aż po teorię układów dynamicznych czy teorię katastrof). Szkoda, że zagadnienia spektroskopowe, ważne a znacznie bliższe trzonu tej dyscypliny wiedzy, znalazły się poza jej nawiasem – gdzie zresztą, w mentalności znacznej części środowiska, zwykle trafiają. Bardzo bym się ucieszył, gdyby w następnym wydaniu „Idei..” znalazły należne im miejsce.

W dziele tak monumentalnym niesposób ustrzec się drobnych braków, pomyłek czy niezręczności. Nie próbując nawet podać kompletnej ich listy (są one i tak pozbawione znaczenia), oto kilka przykładów:

Dodatkowe „the” w tytule niektórych znanych czasopism (J.Chem.Phys., J.Phys.Chem.), powtarzające się wielokrotnie, jest albo zbędne, albo umieszczone w niewłaściwym miejscu: (The) Journal of Chemical Physics, a nie Journal of THE Chemical Physics.

Gerhard Herzberg: jego wieloletnie zatrudnienie w National Research Council w Ottawie nie jest nawet wzmiankowane.

Na str.925, akapit 2 mówi o przepływach, wzmiankując równocześnie stan równowagi. Dla czytelnika nieobytego z termodynamiką procesów nieodwracalnych stan stacjonarny łatwo tu pomylić ze stanem równowagi.

Na str. 986, notka na dole, zdaje się ignorować istnienie iloczynu kroneckerowskiego macierzy (którego definicji czytelnik może nawet nie znać, ale powinien wiedzieć o jego istnieniu).

Str. 1081, wśród możliwych analiz populacyjnych warto byłoby wspomnieć o analizie Hirschfelda, coraz bardziej obecnie popularnej, zwłaszcza w kontekście metod DFT.

Cenię fakt, że eksponowane są osiągnięcia polskich badaczy; z przyjemnością stwierdzam, że Autor umiał wyszukać i wspomnieć nawet o osiągnięciach mniej znanych ogółowi. Nie razi mnie szczególnie, że Autor wykazuje tu pewną preferencje pro domo sua; nie ulega wątpliwości, że ma czym się szczycić. Natomiast w tym kontekście ja też nie czuję się zażenowany działając pro domo mea: sądzę, że wśród wielu innych, nie byłoby chyba nieuzasadnione wspomnienie osoby Prof. Alojzego Gołębiewskiego, choćby jako jednego z pionierów metody MCSCF.