張方方
“按我自己的評(píng)價(jià),這次得以獲獎(jiǎng)的工作中,我在33歲以前開始進(jìn)行的工作占了大部分,60歲以后的情形是一方面。”在獲得2001年度國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)之后,黃昆這樣說(shuō)。
他口中的“33歲以前”,指的是從1945年到1951年的旅英時(shí)光,學(xué)術(shù)界多認(rèn)為那是他科研生涯中的黃金時(shí)代。而他再次站到國(guó)際前沿,已經(jīng)是20世紀(jì)80年代。
在國(guó)際物理學(xué)界看來(lái),從1951年回國(guó),一直到文化大革命結(jié)束,黃昆的科研生涯出現(xiàn)了一個(gè)斷層??墒?,就像沒(méi)有人覺得畫作中的留白多余,黃昆也不覺得一心撲到物理教育上的時(shí)光可惜,他認(rèn)為那同樣也是在實(shí)現(xiàn)自己的價(jià)值。
黃金時(shí)代
1945年10月,黃昆來(lái)到英國(guó)布里斯托爾大學(xué),師從國(guó)際著名固體物理學(xué)家莫特。莫特是20世紀(jì)最偉大的理論物理學(xué)家之一,曾獲得1977年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。黃昆是莫特在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后招收的第一位博士生。他最初從莫特那里接到的兩個(gè)博士論文研究題目:一是理論研究稀固溶體的X光衍射;二是計(jì)算小角度晶粒間界的能量。黃昆當(dāng)時(shí)對(duì)如何處理晶粒間界問(wèn)題還是一頭霧水,自然選擇了前者。
一般認(rèn)為,具有嚴(yán)格周期對(duì)稱性的完整晶體,其X散射應(yīng)遵循布拉格定律。但實(shí)際材料中的原子往往不這么循規(guī)蹈矩,它們總是會(huì)偏離嚴(yán)格的周期排列。究其原因:一是晶體原子的熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的偏離,被稱為“熱致漫散射”;另一種可能,則是由材料中外來(lái)的雜質(zhì)與缺陷引起的。而這一點(diǎn),正是黃昆的入手點(diǎn)。
經(jīng)過(guò)大膽假設(shè)、小心求證,黃昆針對(duì)長(zhǎng)程彈性畸變導(dǎo)致的X射線漫散射提出了幾個(gè)“預(yù)言”,如:雜質(zhì)原子的存在使布拉格衍射峰強(qiáng)度減小了一個(gè)因子,該因子與倒格矢的平方成反比,且與雜質(zhì)濃度有關(guān)。
以當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)技術(shù),這些發(fā)現(xiàn)根本不可能得到一一驗(yàn)證。這也是它們?cè)诤荛L(zhǎng)一段時(shí)間被稱之為“預(yù)言”的原因。20多年后,黃昆的預(yù)言才被國(guó)際學(xué)術(shù)界普遍承認(rèn),為了區(qū)別于熱致漫散射,這種漫散射被稱作“黃漫散射”,或簡(jiǎn)稱為“黃散射”。從20世紀(jì)60年代末到70年代初,“黃散射”發(fā)展成為一種能直接有效地研究晶體中微觀缺陷的手段,只是那時(shí)國(guó)內(nèi)正陷于文化大革命中,消息不暢,黃昆并不知道有此進(jìn)展。
黃昆一直相信這些預(yù)言是正確的,也相信這些現(xiàn)象完全可以在低溫下被觀測(cè)到,卻并不認(rèn)為去驗(yàn)證它們是自己最重要的工作。1946年9月,這些預(yù)言以“稀固溶體的X光漫散射”為題發(fā)表在《英國(guó)皇家學(xué)會(huì)錄A》上。這是黃昆第一篇受到物理學(xué)界長(zhǎng)時(shí)間重視的論文,直到半個(gè)世紀(jì)后,每年依然會(huì)被平均引用6?7次。可以說(shuō),黃昆開創(chuàng)了X射線漫散射研究一個(gè)新的分支,但他本人卻再未涉足這里。
第一份答卷交上去之后,勤快的黃昆開始自己找事做。一次,他讀到了莫特的一篇文章。文中講述了莫特通過(guò)托馬斯-費(fèi)米方法來(lái)處理異價(jià)原子固溶體的電荷屏蔽問(wèn)題。黃昆一下子被托馬斯—費(fèi)米方法吸引了。他第一次知道原來(lái)還有這樣一種確立空間電子氣濃度、電勢(shì)與費(fèi)米能級(jí)之間關(guān)系的近似方法,并且折服于它的簡(jiǎn)單和有效。
異價(jià)原子的固溶體電荷屏蔽可以這樣處理,那同價(jià)元素的稀固溶體可不可以呢?
這么好的方法,自然要為己所用。黃昆很快做出了反應(yīng),聯(lián)想到了金銀稀固溶體。它們的原子實(shí)的荷電情況一樣,但由于功函數(shù)不同,在金原子處可能就會(huì)形成勢(shì)阱,電子可以堆積在阱里,導(dǎo)致電荷在空間出現(xiàn)不均勻分布與屏蔽勢(shì)。借助托馬斯-費(fèi)米方法,黃昆研究了同價(jià)原子金和銀的固溶體的結(jié)合能和殘余電阻率問(wèn)題,提出了同價(jià)原子構(gòu)成的固溶體中的電荷屏蔽分布機(jī)制。不僅如此,他還創(chuàng)造性地采用了量子力學(xué)散射理論的相位移動(dòng)方法,從理論上來(lái)計(jì)算電子波函數(shù)。
這項(xiàng)工作,被黃昆寫成了《金銀稀固溶體的溶解熱和電阻率》。不過(guò),在這篇論文中,黃昆只給出了電勢(shì)與電荷密度分布的短程變化趨勢(shì),沒(méi)有進(jìn)一步將其長(zhǎng)程振蕩部分的函數(shù)關(guān)系顯示出來(lái)。后來(lái),莫特的女婿夫里德耳提出了固體物理中著名的“夫里德耳振蕩”,而這一點(diǎn)在其中得到了完整的體現(xiàn)。雖然如此,但是黃昆的影響卻是實(shí)實(shí)在在的,一直到今天,他的這篇論文還常常被國(guó)外科學(xué)家在論文中引證。
到了1947年春天,黃昆已經(jīng)完成了他的兩項(xiàng)研究及博士論文??勺钤绲牟┦繉W(xué)位典禮也要等到1948年1月。
當(dāng)時(shí),程開甲正在愛丁堡大學(xué)留學(xué),他的導(dǎo)師玻恩教授也是黃昆傾慕的對(duì)象。玻恩是國(guó)際公認(rèn)的量子力學(xué)奠基人之一和晶格動(dòng)力學(xué)奠基人,也是1954年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者。1915年,玻恩就以德文寫過(guò)一部《晶格動(dòng)力學(xué)》,后來(lái)又計(jì)劃以量子力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)重新系統(tǒng)地闡述《晶格動(dòng)力學(xué)理論》。第二次世界大戰(zhàn)前,玻恩就已經(jīng)開始動(dòng)筆了,只是因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)和其他原因,這部專著被慢慢擱淺了。搬到英國(guó)后,玻恩發(fā)現(xiàn)英國(guó)物理系的學(xué)生中懂德語(yǔ)的少,了解晶格動(dòng)力學(xué)的更少。黃昆恰恰滿足這兩個(gè)條件。在程開甲的引薦下,黃昆見到了這位偶像。
顯然,大師也是需要知己的。這一老一小就這樣成了忘年交,玻恩甚至把自己的《晶格動(dòng)力學(xué)理論》手稿讓黃昆閱讀,還邀請(qǐng)他共同完成這部著作。
沉甸甸的“餡餅”掉下來(lái),黃昆卻沒(méi)敢馬上接受。這個(gè)急于要以知識(shí)報(bào)國(guó)的年輕人,在完成博士論文之后就早早寫信給西南聯(lián)合大學(xué)時(shí)期的碩士導(dǎo)師吳大猷,商討回國(guó)后的工作問(wèn)題,當(dāng)年就收到了北京大學(xué)的教授聘書,而他的留英獎(jiǎng)學(xué)金也將在1948年10月結(jié)束。短短幾個(gè)月,怎么能夠?qū)懙猛赀@部書呢?
但黃昆到底還是心動(dòng)了,在寫給時(shí)任北京大學(xué)理學(xué)院院長(zhǎng)饒毓泰的信里,還特意提及此事,饒毓泰表示了支持。緊接著,新的轉(zhuǎn)機(jī)來(lái)了。黃昆回到布里斯托爾接受博士學(xué)位時(shí),遇到昔日的合作者弗勒利希。弗勒利希正準(zhǔn)備去利物浦大學(xué)新成立的理論物理系擔(dān)任系主任,邀請(qǐng)黃昆同往做為期3年的帝國(guó)化學(xué)工業(yè)公司博士后研究員,并且同意他以一半的時(shí)間來(lái)撰寫《晶格動(dòng)力學(xué)理論》。這下子,錢的問(wèn)題也迎刃而解,黃昆沒(méi)有理由再拒絕玻恩的邀請(qǐng)了,當(dāng)然,他本來(lái)也不愿意拒絕。
合作之初,黃昆和玻恩出現(xiàn)了意見分歧。玻恩的計(jì)劃是從量子理論最一般的原理出發(fā),以演繹的方式盡量推導(dǎo)出晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。黃昆卻認(rèn)為,單有晶格動(dòng)力學(xué)的系統(tǒng)推導(dǎo)是不夠的,這只是抽象的“普遍理論”,為了便于理解,應(yīng)該再增加“基礎(chǔ)理論”部分作為過(guò)渡。在他的堅(jiān)持下,玻恩不得不做了讓步。而這部專著也就有了現(xiàn)在看到的版本——被分為3章“基礎(chǔ)理論”和4章“普遍理論”,前者包含所有晶體的基礎(chǔ)知識(shí)與實(shí)驗(yàn)應(yīng)用;后者由一般理論及由此導(dǎo)致的一些更為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)組成,包括理論預(yù)言的一系列新的光學(xué)現(xiàn)象。隨著激光的發(fā)現(xiàn),書中的理論結(jié)果已經(jīng)被一一證實(shí)。
隨著合作寫作的深入,他在一些問(wèn)題的研究上也得到了升華。1950年,他與助手里斯(中文名李愛扶,后來(lái)成為黃昆的妻子)合作發(fā)表了《F中心的光吸收與無(wú)輻射躍遷理論》,同時(shí)建立了光躍遷過(guò)程中的多聲子理論與無(wú)輻射躍遷過(guò)程中的多聲子理論。國(guó)際物理學(xué)界公認(rèn)這項(xiàng)工作對(duì)于多聲子躍遷領(lǐng)域的開創(chuàng)作用,將之稱為“黃—里斯理論”,論文中使用的標(biāo)志晶格弛豫強(qiáng)度的參量被稱作“黃—里斯因子”。
年輕的黃昆有個(gè)執(zhí)念,覺得人們對(duì)論文的關(guān)注度總不如對(duì)專著高。這是他當(dāng)初接受玻恩邀請(qǐng)的一個(gè)小“私心”。翻開《晶格動(dòng)力學(xué)理論》,不難發(fā)現(xiàn),他當(dāng)時(shí)的很多研究工作都在其中得到了體現(xiàn),比如黃方程的闡述、聲子極化激元的理論推導(dǎo)、均勻變形理論、晶格內(nèi)部的平衡條件等,均收錄在“基礎(chǔ)理論”部分,而這些很難在其他文獻(xiàn)中找到。
這部書的獨(dú)一無(wú)二,還在于已發(fā)表的玻恩學(xué)派的研究成果中,有很多被貼上了“黃昆”的標(biāo)簽。比如在對(duì)玻恩-奧本海默近似的闡述、晶格理論的長(zhǎng)波方法等方面,黃昆都做了大膽的創(chuàng)新。
從出版到現(xiàn)在,《晶格動(dòng)力學(xué)理論》在固體物理學(xué)領(lǐng)域從未被超越過(guò),成為幾代固體物理學(xué)家們的方向標(biāo)。從1975年至2001年3月,該書的英文版被引用5254次,俄文版被引用376次,平均每年200多次。它停印過(guò)3年,又被呼吁再版,從此加印不止。學(xué)者們從不吝惜贊美和褒揚(yáng),1989年,在德國(guó)舉行的一個(gè)學(xué)術(shù)會(huì)議上,美國(guó)麻省理工學(xué)院物理系主任對(duì)北京大學(xué)物理系張樹霖教授說(shuō):“我把黃昆的書像《圣經(jīng)》一樣放在我的桌上。”
為了這部“圣經(jīng)”,玻恩和黃昆都花了太多心血。1951年10月,黃昆起程回國(guó),書稿也基本完成,唯有最后一章需要做修改。玻恩以為,黃昆帶走的1/4能夠很快回來(lái),結(jié)果等到牛津大學(xué)正式出版時(shí)已經(jīng)是1954年了。原因是,黃昆回國(guó)時(shí)正值“三反五反”運(yùn)動(dòng),他要教書,還得參加政治學(xué)習(xí),幾乎無(wú)暇顧及書稿。而且在那種特殊時(shí)期,與國(guó)外聯(lián)絡(luò)還需要通過(guò)申請(qǐng)和批準(zhǔn),黃昆的書稿在完成半年后才寄回給玻恩。
“到最后時(shí)期,如果不是有約在前,已經(jīng)很不想寫下去了,因?yàn)檫@在當(dāng)時(shí)遠(yuǎn)不是一個(gè)熱門。我想書出版后大概也沒(méi)有多少人看,過(guò)兩年也就停止出版了?!迸c黃昆的悲觀不同,玻恩一直對(duì)他們的合著充滿期待,在給愛因斯坦的信中寫道:“書稿內(nèi)容已完全超越了我現(xiàn)在的理解,我能懂得年輕的黃昆以我倆的名義所寫的東西,就很高興?!?/p>
“沉寂”在三尺講臺(tái)上
1951年10月,黃昆回國(guó)。誰(shuí)也沒(méi)想到,他竟然從此在國(guó)際物理學(xué)界沉寂了近30年。這段遠(yuǎn)離一線科研的時(shí)間里,他去哪兒了呢?
玻恩曾說(shuō)黃昆是個(gè)“熱忱的共產(chǎn)主義者”,聽到新中國(guó)成立的消息,“就想回國(guó)參加正在進(jìn)行的一切事情”。玻恩所說(shuō)的“一切事情”,轉(zhuǎn)換到當(dāng)時(shí)的黃昆身上,就是站到北京大學(xué)物理系的講臺(tái)上。
1952年,一場(chǎng)轟轟烈烈的“院系調(diào)整”運(yùn)動(dòng)之后,北大物理系進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段,從學(xué)生數(shù)量、教學(xué)體制到學(xué)科設(shè)置都發(fā)生了重大的變化。黃昆的教程也從統(tǒng)計(jì)物理、近代物理轉(zhuǎn)換到普通物理上。
在現(xiàn)在的大學(xué)物理課程中,普通物理并不像“四大力學(xué)”(理論力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、量子力學(xué))課程那么受矚目,但作為理工科大學(xué)生的入門基礎(chǔ)課,絕大多數(shù)物理學(xué)家都認(rèn)為它才是物理系學(xué)生最根本的“當(dāng)家”課。改組后的北大物理系為之組建了一個(gè)黃金陣容:虞福春、黃昆、褚圣麟、葉企孫、沈克琦、汪永銓、趙凱華、叢樹桐、李椿等,這些人無(wú)一不是后來(lái)物理學(xué)研究和教育中的中堅(jiān)力量。其中,虞福春教授擔(dān)任教研組主任,黃昆為副主任。
意外的是,初登講臺(tái)的黃昆,他的教學(xué)榜樣不是哪個(gè)教育家,而是京劇藝術(shù)大師梅蘭芳先生——不管多熟的戲路,上臺(tái)演出之前,梅蘭芳先生都要再對(duì)一遍戲詞,再做一次演練。黃昆要的就是這種一絲不茍的范兒:不論講什么課,講過(guò)多少遍,聽的人是誰(shuí),每一節(jié)課都要重新寫講稿;備課要備好全部板書,細(xì)致到表述方式、詳略安排、講述節(jié)奏、書寫位置,甚至哪些內(nèi)容不能輕易擦掉都已考慮好。
如此一來(lái),每周6個(gè)學(xué)時(shí)的普通物理課,他光備課就要耗去50?60小時(shí)??陕犨^(guò)黃昆講課的學(xué)生都知道,他在課堂上很少去看講稿,反而更像個(gè)“讀心專家”,根據(jù)學(xué)生的微表情,做出即興調(diào)整。這也是他講課的另一個(gè)原則,先假定聽講人對(duì)所聽問(wèn)題一無(wú)所知又反應(yīng)較慢,在問(wèn)別人是否聽懂之前,先不斷自問(wèn)是否已經(jīng)講清楚。張宗燁院士恰好是1952年院系調(diào)整后考入北大物理系的,黃昆的普通物理課程令她至今記憶猶新:“他把每一個(gè)問(wèn)題都分析得很深,把背后的東西都挖掘了出來(lái)。”同樣是北大1952級(jí)的秦國(guó)剛院士則認(rèn)為:“聽他的課是一種享受,除了科學(xué)以外,能體會(huì)到一種美感?!?/p>
“回國(guó)后全力以赴搞教學(xué)工作,是客觀形勢(shì)的需要,是一個(gè)服從國(guó)家大局的問(wèn)題。這也并非我事業(yè)上的犧牲,因?yàn)楦憬虒W(xué)工作并沒(méi)影響我發(fā)揮聰明才智,而是從另一方面增長(zhǎng)了才干,實(shí)現(xiàn)了自身價(jià)值?!秉S昆說(shuō)。
一個(gè)“大局”,讓他一個(gè)猛子扎進(jìn)物理教學(xué)里,一邊向?qū)W生形象地傳播知識(shí),一邊將自己的經(jīng)驗(yàn)潛移默化地傳遞給身邊的教師。正是有了如他一樣物理人的努力,北大物理系才在短短幾年內(nèi)就形成了“立論嚴(yán)謹(jǐn)、概念清楚”的教學(xué)傳統(tǒng)。他的做派,也一直保持了下來(lái),很多聽過(guò)他講課的人都直呼“過(guò)癮”。
然而,黃昆自己卻覺得不過(guò)癮。20世紀(jì)50年代,距今只有60多年,物理學(xué),尤其是物理學(xué)教育上的空白點(diǎn)卻不少。拿現(xiàn)在極為普通的固體物理來(lái)說(shuō),國(guó)內(nèi)外竟然只有學(xué)術(shù)專著,沒(méi)有現(xiàn)成的教科書藍(lán)本,遑論作為新興學(xué)科的半導(dǎo)體物理學(xué)。作為國(guó)際固體物理界領(lǐng)軍人物,黃昆認(rèn)為固體物理應(yīng)該是物理學(xué)中一門重要的基礎(chǔ)課,而半導(dǎo)體物理則將是固體物理中最活躍的領(lǐng)域,為長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì),編著完整規(guī)范的教材勢(shì)在必行。
1958年,黃昆與謝希德一起完成了《半導(dǎo)體物理學(xué)》。這本書從理論上系統(tǒng)地闡述了正在迅速發(fā)展的半導(dǎo)體物理學(xué)科的基本物理現(xiàn)象和理論,是中國(guó)半導(dǎo)體領(lǐng)域最早的一本專著。
1965年,黃昆根據(jù)講義全面修訂了《固體物理學(xué)》,可惜未及印刷就被文化大革命耽誤了,一誤就到了1979年才第一次出版。與同類教材相比,黃昆的《固體物理學(xué)》更接地氣,而他卻因這個(gè)時(shí)間差,“始終有不安之感”。幾年后,當(dāng)這部教材被建議修訂再版,黃昆卻認(rèn)為摘摘抄抄不是教材編寫之道,應(yīng)該徹底翻新,加入新的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),才能不過(guò)時(shí)。彼時(shí),黃昆已經(jīng)是中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所所長(zhǎng),疏離了教學(xué)一線。他建議由曾經(jīng)的助手——北京大學(xué)韓汝琦教授執(zhí)筆改編,而他則擔(dān)任指導(dǎo)角色。1988年10月,黃昆原著、韓汝琦改編的《固體物理學(xué)》正式出版。這本教材立足于20世紀(jì)80年代物理學(xué)的新發(fā)展,將原著風(fēng)貌與物理學(xué)新突破漂亮地融合在一起,成為一代經(jīng)典,先后獲得1992年全國(guó)優(yōu)秀教材評(píng)選之國(guó)家級(jí)特等獎(jiǎng)及1996年全國(guó)科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
這兩部專著,在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)成為半導(dǎo)體物理和固體物理專業(yè)的必讀之作。黃昆,也作為中國(guó)固體物理學(xué)的開創(chuàng)者及中國(guó)半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的奠基人,被銘刻在中國(guó)現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展的里程碑上。
第二個(gè)春天
“有一位老科學(xué)家,搞半導(dǎo)體的,北大叫他改行教別的,他不會(huì),科學(xué)院半導(dǎo)體所請(qǐng)他做學(xué)術(shù)報(bào)告,反映很好。他說(shuō)這是業(yè)余研究的。這種用非所學(xué)的人是大量的,應(yīng)當(dāng)發(fā)揮他們的作用,不然對(duì)國(guó)家是最大的浪費(fèi)。他是學(xué)部委員、全國(guó)知名的人,就這么個(gè)遭遇。為什么不叫他搞本行?北大不用他,可以調(diào)到半導(dǎo)體所當(dāng)所長(zhǎng),給他配黨委書記,配后勤人員?!闭f(shuō)這段話的人是鄧小平,時(shí)間是1975年9月。
當(dāng)時(shí),話中的“老科學(xué)家”黃昆還窩在北京市郊昌平的“北大200號(hào)”接受所謂的“斗、批、改”,忙著生產(chǎn)半導(dǎo)體器件。鄧小平點(diǎn)將,當(dāng)時(shí)并沒(méi)有給黃昆帶來(lái)什么“好處”,反而把他卷到了鄧小平大起大落的政治生涯中去,被要求寫批鄧文章。盡管最后刊登的文章另有人捉刀,黃昆卻認(rèn)為,署了名就要承擔(dān)責(zé)任,要記住這個(gè)教訓(xùn)。
無(wú)獨(dú)有偶,1977年鄧小平再次出山后,聽聞黃昆還在“北大200號(hào)”,依然堅(jiān)持人才不該被埋沒(méi)?!八S昆)批了我,是我害了他。”言辭中的豁達(dá),與黃昆的自責(zé)相映生輝,交織出一個(gè)伯樂(lè)與千里馬的佳話。
這一次,黃昆一路綠燈,走到了中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體所所長(zhǎng)的位置上。用現(xiàn)在的觀點(diǎn)看,黃昆的“后臺(tái)”實(shí)在是夠硬,他卻忽然懷疑起自己的能力。在他看來(lái),國(guó)家交付的半導(dǎo)體新材料及相關(guān)器件的研發(fā)任務(wù),并非自己的長(zhǎng)項(xiàng);做一個(gè)研究所的“大家長(zhǎng)”,也是大姑娘上轎頭一回。然而,當(dāng)他在1年后向時(shí)任中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)方毅遞上辭職信后,等來(lái)的卻是鄧小平的一句話:“要他當(dāng)所長(zhǎng)就是要他進(jìn)所直接到實(shí)驗(yàn)室去。”
在間斷了近30年之后,以花甲之齡重返科研一線,對(duì)誰(shuí)來(lái)說(shuō)都是一種挑戰(zhàn)。然而,為了心中一直未曾湮滅的科研夢(mèng)想,為了知遇之恩與報(bào)國(guó)之念,黃昆還是迎了上去。
1979年,黃昆受邀訪問(wèn)意大利國(guó)際理論物理中心。在國(guó)際學(xué)術(shù)舞臺(tái)上,這是黃昆個(gè)人的復(fù)出,也是中國(guó)物理學(xué)的復(fù)出,自然不能空手而去。黃昆準(zhǔn)備趁機(jī)梳理出多聲子躍遷領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò),作為他的出山之作。
到了此時(shí),“黃—里斯理論”中的多聲子光躍遷部分已經(jīng)板上釘釘,而多聲子無(wú)輻射躍遷雖然被定性,卻無(wú)法與實(shí)驗(yàn)定量比較相匹配。黃昆嘗試將理論與實(shí)驗(yàn)并行展現(xiàn),同時(shí)把圍繞該理論出現(xiàn)的爭(zhēng)議一一澄清。他建立的“統(tǒng)一理論”(統(tǒng)一絕熱近似與靜態(tài)耦合的理論)成為連續(xù)三屆國(guó)際半導(dǎo)體物理會(huì)議上的新寵,又被英國(guó)皇家學(xué)會(huì)院士、物理學(xué)家德利編入剛剛出版的教科書《半導(dǎo)體中的量子過(guò)程》。他與顧宗權(quán)一起發(fā)展的多頻聲子模型,也成為多聲子躍遷理論在應(yīng)用上的一個(gè)重要突破。當(dāng)黃昆再次成為“世界領(lǐng)頭的固體物理學(xué)家”,他的復(fù)出作品獲得1984年中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng),也就不算什么稀罕了。
文化大革命之前,黃昆就預(yù)感到半導(dǎo)體物理學(xué)將成為固體物理學(xué)中最活躍的領(lǐng)域。出山就擔(dān)任半導(dǎo)體所所長(zhǎng)的他,自然也少不了在這上面下功夫。在他的帶領(lǐng)下,半導(dǎo)體所建成了我國(guó)半導(dǎo)體超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,開創(chuàng)了我國(guó)在材料科學(xué)和固體物理學(xué)中嶄新領(lǐng)域的研究工作。而繼英國(guó)黃金時(shí)代之后,他又推出了一個(gè)“姓黃”的理論——“黃—朱模型”。“朱”是指他的搭檔朱邦芬院士。后來(lái),他們還在超晶格光學(xué)聲子“黃—朱模型”的基礎(chǔ)上,提出了國(guó)際上第一個(gè)系統(tǒng)的多量子阱和超晶格中光學(xué)聲子拉曼散射微觀理論。
這里還有個(gè)小插曲。由于回國(guó)后沉醉于物理教育,國(guó)際上很多人都以為黃昆已經(jīng)告別了學(xué)術(shù)界。他的名字被列入玻恩等大師同列,被當(dāng)作是前輩來(lái)仰望?!包S—朱模型”橫空出世的時(shí)候,很多人無(wú)法將兩個(gè)“黃昆”聯(lián)系在一起,以至于得知兩者為同一人之后,引來(lái)一眾驚嘆。國(guó)際著名的固體物理學(xué)家、德國(guó)馬普學(xué)會(huì)固體物理研究所前所長(zhǎng)卡多納教授在提到他時(shí),充滿敬意:“他好比現(xiàn)代的鳳凰涅槃,從灰燼中飛起,又成為世界領(lǐng)頭的固體物理學(xué)家?!?/p>
但得夕陽(yáng)無(wú)限好,何須惆悵近黃昏。黃昆用一腔熱忱證明了他的時(shí)代尚未遠(yuǎn)去,也在不經(jīng)意間成為后輩們的勵(lì)志書。
性情黃昆
獲得國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)之后,學(xué)術(shù)圈外的人開始越來(lái)越多地問(wèn)“黃昆是誰(shuí)”。很多人以為他的成長(zhǎng)經(jīng)歷是由神童而成天才,他自己卻覺得應(yīng)該屬于智力發(fā)育滯后的類型,小學(xué)時(shí)的表現(xiàn)“說(shuō)不出有多么優(yōu)秀”。
真正的轉(zhuǎn)變,是在他插班到燕京大學(xué)附屬中學(xué)初中二年級(jí)的半年里。一次,黃昆的伯父偶然看見他放學(xué)后很悠閑,就問(wèn)他作業(yè)做好了沒(méi)有。黃昆回答,老師布置的數(shù)學(xué)作業(yè)都完成了。伯父卻告訴他,數(shù)學(xué)課本上的習(xí)題要一道道地全都做完。小黃昆乖乖地按照伯父的要求去做了。因?yàn)槊τ谧隽?xí)題,他很少去看書上的例題,也就很少套用例題的思路去解答,免去了“照貓畫虎”的思維干擾。這個(gè)做法后來(lái)延伸成他的一個(gè)重要習(xí)慣,即“從第一原理出發(fā)”的治學(xué)之道——做研究時(shí)先不看已有文獻(xiàn),而是獨(dú)立地從最基本的概念開始思考,這樣才能不受他人的束縛,開展主動(dòng)性的研究。
中學(xué)時(shí)代的黃昆已經(jīng)很出色,尤其在英文學(xué)習(xí)上很有天賦,當(dāng)時(shí)就已經(jīng)能夠毫無(wú)困難地閱讀英文小說(shuō)。事實(shí)上,除了語(yǔ)文,他在高中3年的學(xué)習(xí)總成績(jī)始終名列全年級(jí)之首。
“老師出作文題,我不是覺得一句話就解答了,就是覺得無(wú)話可說(shuō)。這可影響我一輩子啦!報(bào)考清華大學(xué)、北洋工學(xué)院,都明顯是由于語(yǔ)文成績(jī)太差而未被錄取?!?/p>
黃昆一生都將語(yǔ)文視為關(guān)口,從早年的考試到后來(lái)的寫作以及各種發(fā)言,“都受到牽累”。1944年,他參加留美留英兩項(xiàng)考試,留美考試中因語(yǔ)文考試只得了24分而最終落選;留英考試中作文只寫了3行便再也寫不下去,只好就此交卷,居然給了40分,令他一度認(rèn)為“撿了便宜”。1946年,導(dǎo)師莫特建議他將“黃散射”的工作成果介紹給法國(guó)著名的實(shí)驗(yàn)晶體學(xué)家尼吉耶,以引起對(duì)方的注意,從而開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。等到黃昆在布里斯托爾的招待會(huì)上終于有機(jī)會(huì)見到尼吉耶,卻因?yàn)榍訄?chǎng)沒(méi)能開口。如果他當(dāng)時(shí)做了介紹,“黃散射”會(huì)不會(huì)被提前驗(yàn)證?可惜科學(xué)上沒(méi)法假設(shè)。
好在,黃昆對(duì)于這種無(wú)話可說(shuō)的窘?jīng)r不是很在意,中學(xué)時(shí)代的他已經(jīng)知道不能過(guò)于求全,轉(zhuǎn)而將精力放在了自己喜歡的功課上。1937年,黃昆經(jīng)保送進(jìn)入燕京大學(xué)物理系?!跋道镎n程設(shè)置門類較少,內(nèi)容也較淺,但我學(xué)習(xí)比較主動(dòng)?!彼麡O為珍視這種主動(dòng)性,認(rèn)為無(wú)論學(xué)習(xí)還是從事研究,主動(dòng)性都是最重要的。
那時(shí)候,他讀了很多書籍,其中,尤以《數(shù)學(xué)家》和《探索微生物的人們》對(duì)他影響最大。他震撼于科學(xué)家們的獻(xiàn)身精神,覺得再?zèng)]有比科學(xué)家的事業(yè)更輝煌的了。從此,他對(duì)物理的興趣,逐漸轉(zhuǎn)變成對(duì)科學(xué)的向往,甚至在大學(xué)三四年級(jí)時(shí)就開始自學(xué)在國(guó)內(nèi)尚屬于新鮮深?yuàn)W的量子力學(xué)。
大學(xué)三年級(jí)時(shí),黃昆在近代物理實(shí)驗(yàn)課上,結(jié)識(shí)了助教葛庭燧(國(guó)際著名物理學(xué)家)。葛庭燧對(duì)這個(gè)主動(dòng)性極強(qiáng)的學(xué)生很有好感,1941年,黃昆獲得燕京大學(xué)學(xué)士學(xué)位之后轉(zhuǎn)而到西南聯(lián)合大學(xué)擔(dān)任助教,就是經(jīng)過(guò)葛庭燧的介紹。
到西南聯(lián)大之后,黃昆眼界大開。在那里,“量子力學(xué)”分別由吳大猷、王竹溪、馬仕俊講授;“電動(dòng)力學(xué)”由周培源、王竹溪講授。除了共同擔(dān)綱外,王竹溪還會(huì)獨(dú)自講授“統(tǒng)計(jì)力學(xué)”和“動(dòng)力學(xué)”;吳大猷講授“高等力學(xué)”“量子力學(xué)與原子光譜”“量子化學(xué)”和“物理學(xué)基礎(chǔ)”;周培源講授“廣義相對(duì)論”和“流體力學(xué)”;吳有訓(xùn)講授“X射線”??整個(gè)學(xué)校大師云集,黃昆的所謂教學(xué)任務(wù)也不過(guò)是每周帶一次普通的物理實(shí)驗(yàn)。其余的時(shí)間,足夠他盡可能多地去聽大師們的授課,不僅是物理系,還有數(shù)學(xué)系的多門課程。
而他聽到的第一門課就是吳大猷的《古典動(dòng)力學(xué)》,用他的話說(shuō),這門課一下子讓他進(jìn)入了一個(gè)新的思想境界。也正是這種奇妙的緣分,讓他終于成為吳大猷的弟子。吳大猷的弟子很多,楊振寧、李政道、黃昆等都投在他的門下,其中受教最多的還是黃昆。那時(shí)候,吳大猷夫婦住在昆明市郊區(qū)一個(gè)叫作崗頭村的小村子里。他們有一排五間的泥地泥墻小屋。吳大猷在那里想方設(shè)法搭起了一套土制的光譜設(shè)備,試圖開展一些實(shí)驗(yàn)研究。這間“實(shí)驗(yàn)室”緊挨著黃昆住的小屋,使他有了得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),可以隨時(shí)與老師討論問(wèn)題。
年輕時(shí)代的黃昆好爭(zhēng)辯。西南聯(lián)大時(shí),黃昆與張守廉、楊振寧號(hào)稱“三劍客”,他們思考風(fēng)格迥異,卻難得志趣相投?!叭齽汀毕嘟徽搫?,不只是在科學(xué)上,從古代的歷史到當(dāng)代的政治,從大型宏觀的文化模式到新上映的電影,他們幾乎爭(zhēng)辯一切事情。有一次,為弄明白量子力學(xué)中“測(cè)量”的含義,他和楊振寧的爭(zhēng)論從茶館喝茶的時(shí)候開始,持續(xù)討論到晚上,一直到回宿舍還在進(jìn)行,熄燈后上了床爭(zhēng)論沒(méi)有結(jié)果,過(guò)了好久又爬起來(lái),點(diǎn)亮蠟燭,翻開權(quán)威資料來(lái)解決爭(zhēng)論。
直到黃昆成為一位在國(guó)際上極具聲望的科學(xué)家,這種爭(zhēng)辯的精神也一直都在。王炳燊是黃昆文化大革命后招收的第一位研究生,起初很少主動(dòng)和黃昆討論問(wèn)題。黃昆就要求他把辦公桌搬到自己房間來(lái),以增加討論的機(jī)會(huì)。此后,與他合作的年輕人都開始習(xí)慣這一風(fēng)格。從1986年到1999年,黃昆一直和朱邦芬在一個(gè)辦公室工作。討論物理問(wèn)題時(shí),他們常常毫不留情地抓住對(duì)方論據(jù)中的漏洞加以辯駁,場(chǎng)面很是激烈。如果朱邦芬的意見正確,他也會(huì)痛快地接受,并不會(huì)因此覺得顏面掃地。
黃昆從不覺得自己是“天才”,科研事業(yè)完全得益于嚴(yán)謹(jǐn)、勤奮和追求完美。他也以這樣的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)嚴(yán)格要求那些年輕的助手。他的助手們都知道,黃昆喜歡給年輕人設(shè)定一些目標(biāo)——看上去很高,經(jīng)過(guò)努力又能達(dá)到。
以嚴(yán)格著稱的黃昆,總是反省自己不太會(huì)照顧別人。然而他的放手,又總是能讓年輕人得到真正的成長(zhǎng)。即使從不把關(guān)心放在嘴邊,那些經(jīng)過(guò)他指點(diǎn)的年輕人卻總是視他如良師,以人生中得遇黃昆而慶幸。
參考文獻(xiàn)
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[2] 余瑋. 黃昆:一生傾情物理學(xué)[N].北京青年報(bào),2005-07-11.
[3] 朱邦芬. 讀1947年4月黃昆給楊振寧的一封信有感——紀(jì)念黃昆先生誕辰90周年[J].物理,2009(8):575-580.
科學(xué)中國(guó)人2017年7期