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        留白大師
        ——記中國固體和半導體物理學奠基者、著名物理學家黃昆

        2018-01-02 01:58:19張方方
        科學中國人 2017年19期
        關鍵詞:物理學半導體理論

        本刊記者 張方方

        留白大師
        ——記中國固體和半導體物理學奠基者、著名物理學家黃昆

        本刊記者 張方方

        黃昆(攝于1992年)

        “按我自己的評價,這次得以獲獎的工作中,我在33歲以前開始進行的工作占了大部分,60歲以后的情形是一方面。”在獲得2001年度國家最高科學技術獎之后,黃昆這樣說。

        他口中的“33歲以前”,指的是從1945年到1951年的旅英時光,學術界多認為那是他科研生涯中的黃金時代。而他再次站到國際前沿,已經是20世紀80年代。

        在國際物理學界看來,從1951年回國,一直到文化大革命結束,黃昆的科研生涯出現(xiàn)了一個斷層??墒牵拖駴]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光可惜,他認為那同樣也是在實現(xiàn)自己的價值。

        黃金時代

        1945年10月,黃昆來到英國布里斯托爾大學,師從國際著名固體物理學家莫特。莫特是20世紀最偉大的理論物理學家之一,曾獲得1977年諾貝爾物理學獎。黃昆是莫特在第二次世界大戰(zhàn)結束后招收的第一位博士生。他最初從莫特那里接到的兩個博士論文研究題目:一是理論研究稀固溶體的X光衍射;二是計算小角度晶粒間界的能量。黃昆當時對如何處理晶粒間界問題還是一頭霧水,自然選擇了前者。

        一般認為,具有嚴格周期對稱性的完整晶體,其X散射應遵循布拉格定律。但實際材料中的原子往往不這么循規(guī)蹈矩,它們總是會偏離嚴格的周期排列。究其原因:一是晶體原子的熱運動導致的偏離,被稱為“熱致漫散射”;另一種可能,則是由材料中外來的雜質與缺陷引起的。而這一點,正是黃昆的入手點。

        經過大膽假設、小心求證,黃昆針對長程彈性畸變導致的X射線漫散射提出了幾個“預言”,如:雜質原子的存在使布拉格衍射峰強度減小了一個因子,該因子與倒格矢的平方成反比,且與雜質濃度有關。

        以當時的實驗技術,這些發(fā)現(xiàn)根本不可能得到一一驗證。這也是它們在很長一段時間被稱之為“預言”的原因。20多年后,黃昆的預言才被國際學術界普遍承認,為了區(qū)別于熱致漫散射,這種漫散射被稱作“黃漫散射”,或簡稱為“黃散射”。從20世紀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,只是那時國內正陷于文化大革命中,消息不暢,黃昆并不知道有此進展。

        黃昆一直相信這些預言是正確的,也相信這些現(xiàn)象完全可以在低溫下被觀測到,卻并不認為去驗證它們是自己最重要的工作。1946年9月,這些預言以“稀固溶體的X光漫散射”為題發(fā)表在《英國皇家學會錄A》上。這是黃昆第一篇受到物理學界長時間重視的論文,直到半個世紀后,每年依然會被平均引用6~7次??梢哉f,黃昆開創(chuàng)了X射線漫散射研究一個新的分支,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托馬斯-費米方法來處理異價原子固溶體的電荷屏蔽問題。黃昆一下子被托馬斯—費米方法吸引了。他第一次知道原來還有這樣一種確立空間電子氣濃度、電勢與費米能級之間關系的近似方法,并且折服于它的簡單和有效。

        異價原子的固溶體電荷屏蔽可以這樣處理,那同價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,聯(lián)想到了金銀稀固溶體。它們的原子實的荷電情況一樣,但由于功函數(shù)不同,在金原子處可能就會形成勢阱,電子可以堆積在阱里,導致電荷在空間出現(xiàn)不均勻分布與屏蔽勢。借助托馬斯-費米方法,黃昆研究了同價原子金和銀的固溶體的結合能和殘余電阻率問題,提出了同價原子構成的固溶體中的電荷屏蔽分布機制。不僅如此,他還創(chuàng)造性地采用了量子力學散射理論的相位移動方法,從理論上來計算電子波函數(shù)。

        這項工作,被黃昆寫成了《金銀稀固溶體的溶解熱和電阻率》。不過,在這篇論文中,黃昆只給出了電勢與電荷密度分布的短程變化趨勢,沒有進一步將其長程振蕩部分的函數(shù)關系顯示出來。后來,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實在在的,一直到今天,他的這篇論文還常常被國外科學家在論文中引證。

        到了1947年春天,黃昆已經完成了他的兩項研究及博士論文??勺钤绲牟┦繉W位典禮也要等到1948年1月。

        當時,程開甲正在愛丁堡大學留學,他的導師玻恩教授也是黃昆傾慕的對象。玻恩是國際公認的量子力學奠基人之一和晶格動力學奠基人,也是1954年諾貝爾物理學獎獲得者。1915年,玻恩就以德文寫過一部《晶格動力學》,后來又計劃以量子力學的觀點來重新系統(tǒng)地闡述《晶格動力學理論》。第二次世界大戰(zhàn)前,玻恩就已經開始動筆了,只是因為戰(zhàn)爭和其他原因,這部專著被慢慢擱淺了。搬到英國后,玻恩發(fā)現(xiàn)英國物理系的學生中懂德語的少,了解晶格動力學的更少。黃昆恰恰滿足這兩個條件。在程開甲的引薦下,黃昆見到了這位偶像。

        貢獻

        黃昆是世界著名物理學家,早在20世紀40年代就已經異軍突起。他大膽地預言與晶格中雜質有關的X光漫散射,后稱為“黃散射”。他受邀與馬克斯·玻恩合著的《晶格動力學理論》,至今仍是該領域的權威著作。他提出的“黃方程”和由此引申的極化元的重要概念,對理論物理的發(fā)展做出了重要貢獻。

        他是中國固體和半導體物理學的奠基人之一和杰出的教育家。他參與創(chuàng)建了中國第一個半導體物理專業(yè),編著了我國第一部《固體物理學》教材,為中國信息產業(yè)培養(yǎng)了第一批人才。

        榮譽

        1956年 中國科學院自然科學獎三等獎(第一屆國家自然科學獎)

        1984年 美國第二屆理論物理弗雷曼獎,被美國中部州立大學協(xié)會授予“卓越外國學者”稱號

        1993年 國家自然科學獎二等獎

        1995年 何梁何利科學技術成就獎

        1996年 陳嘉庚物理學獎

        2001年 國家最高科學技術獎

        2010年 國際永久編號為48636號的小行星被命名為“黃昆星”

        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《晶格動力學理論》手稿讓黃昆閱讀,還邀請他共同完成這部著作。

        沉甸甸的“餡餅”掉下來,黃昆卻沒敢馬上接受。這個急于要以知識報國的年輕人,在完成博士論文之后就早早寫信給西南聯(lián)合大學時期的碩士導師吳大猷,商討回國后的工作問題,當年就收到了北京大學的教授聘書,而他的留英獎學金也將在1948年10月結束。短短幾個月,怎么能夠寫得完這部書呢?

        但黃昆到底還是心動了,在寫給時任北京大學理學院院長饒毓泰的信里,還特意提及此事,饒毓泰表示了支持。緊接著,新的轉機來了。黃昆回到布里斯托爾接受博士學位時,遇到昔日的合作者弗勒利希。弗勒利希正準備去利物浦大學新成立的理論物理系擔任系主任,邀請黃昆同往做為期3年的帝國化學工業(yè)公司博士后研究員,并且同意他以一半的時間來撰寫《晶格動力學理論》。這下子,錢的問題也迎刃而解,黃昆沒有理由再拒絕玻恩的邀請了,當然,他本來也不愿意拒絕。

        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出晶體的結構和性質。黃昆卻認為,單有晶格動力學的系統(tǒng)推導是不夠的,這只是抽象的“普遍理論”,為了便于理解,應該再增加“基礎理論”部分作為過渡。在他的堅持下,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“基礎理論”和4章“普遍理論”,前者包含所有晶體的基礎知識與實驗應用;后者由一般理論及由此導致的一些更為復雜的實驗事實組成,包括理論預言的一系列新的光學現(xiàn)象。隨著激光的發(fā)現(xiàn),書中的理論結果已經被一一證實。

        隨著合作寫作的深入,他在一些問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,后來成為黃昆的妻子)合作發(fā)表了《F中心的光吸收與無輻射躍遷理論》,同時建立了光躍遷過程中的多聲子理論與無輻射躍遷過程中的多聲子理論。國際物理學界公認這項工作對于多聲子躍遷領域的開創(chuàng)作用,將之稱為“黃—里斯理論”,論文中使用的標志晶格弛豫強度的參量被稱作“黃—里斯因子”。

        年輕的黃昆有個執(zhí)念,覺得人們對論文的關注度總不如對專著高。這是他當初接受玻恩邀請的一個小“私心”。翻開《晶格動力學理論》,不難發(fā)現(xiàn),他當時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、均勻變形理論、晶格內部的平衡條件等,均收錄在“基礎理論”部分,而這些很難在其他文獻中找到。

        在辦公室與來訪的諾貝爾物理學獎獲得者布洛姆伯根教授合影

        這部書的獨一無二,還在于已發(fā)表的玻恩學派的研究成果中,有很多被貼上了“黃昆”的標簽。比如在對玻恩-奧本海默近似的闡述、晶格理論的長波方法等方面,黃昆都做了大膽的創(chuàng)新。

        從出版到現(xiàn)在,《晶格動力學理論》在固體物理學領域從未被超越過,成為幾代固體物理學家們的方向標。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3年,又被呼吁再版,從此加印不止。學者們從不吝惜贊美和褒揚,1989年,在德國舉行的一個學術會議上,美國麻省理工學院物理系主任對北京大學物理系張樹霖教授說:“我把黃昆的書像《圣經》一樣放在我的桌上。”

        為了這部“圣經”,玻恩和黃昆都花了太多心血。1951年10月,黃昆起程回國,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,結果等到牛津大學正式出版時已經是1954年了。原因是,黃昆回國時正值“三反五反”運動,他要教書,還得參加政治學習,幾乎無暇顧及書稿。而且在那種特殊時期,與國外聯(lián)絡還需要通過申請和批準,黃昆的書稿在完成半年后才寄回給玻恩。

        “到最后時期,如果不是有約在前,已經很不想寫下去了,因為這在當時遠不是一個熱門。我想書出版后大概也沒有多少人看,過兩年也就停止出版了。”與黃昆的悲觀不同,玻恩一直對他們的合著充滿期待,在給愛因斯坦的信中寫道:“書稿內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”在三尺講臺上

        1951年10月,黃昆回國。誰也沒想到,他竟然從此在國際物理學界沉寂了近30年。這段遠離一線科研的時間里,他去哪兒了呢?

        玻恩曾說黃昆是個“熱忱的共產主義者”,聽到新中國成立的消息,“就想回國參加正在進行的一切事情”。玻恩所說的“一切事情”,轉換到當時的黃昆身上,就是站到北京大學物理系的講臺上。

        1952年,一場轟轟烈烈的“院系調整”運動之后,北大物理系進入了一個新的發(fā)展階段,從學生數(shù)量、教學體制到學科設置都發(fā)生了重大的變化。黃昆的教程也從統(tǒng)計物理、近代物理轉換到普通物理上。

        在現(xiàn)在的大學物理課程中,普通物理并不像“四大力學”(理論力學、電動力學、統(tǒng)計力學、量子力學)課程那么受矚目,但作為理工科大學生的入門基礎課,絕大多數(shù)物理學家都認為它才是物理系學生最根本的“當家”課。改組后的北大物理系為之組建了一個黃金陣容: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,這些人無一不是后來物理學研究和教育中的中堅力量。其中,虞福春教授擔任教研組主任,黃昆為副主任。

        意外的是,初登講臺的黃昆,他的教學榜樣不是哪個教育家,而是京劇藝術大師梅蘭芳先生——不管多熟的戲路,上臺演出之前,梅蘭芳先生都要再對一遍戲詞,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,講過多少遍,聽的人是誰,每一節(jié)課都要重新寫講稿;備課要備好全部板書,細致到表述方式、詳略安排、講述節(jié)奏、書寫位置,甚至哪些內容不能輕易擦掉都已考慮好。

        如此一來,每周6個學時的普通物理課,他光備課就要耗去50~60小時??陕犨^黃昆講課的學生都知道,他在課堂上很少去看講稿,反而更像個“讀心專家”,根據(jù)學生的微表情,做出即興調整。這也是他講課的另一個原則,先假定聽講人對所聽問題一無所知又反應較慢,在問別人是否聽懂之前,先不斷自問是否已經講清楚。張宗燁院士恰好是1952年院系調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:“他把每一個問題都分析得很深,把背后的東西都挖掘了出來?!蓖瑯邮潜贝?952級的秦國剛院士則認為:“聽他的課是一種享受,除了科學以外,能體會到一種美感。”

        “回國后全力以赴搞教學工作,是客觀形勢的需要,是一個服從國家大局的問題。這也并非我事業(yè)上的犧牲,因為搞教學工作并沒影響我發(fā)揮聰明才智,而是從另一方面增長了才干,實現(xiàn)了自身價值?!秉S昆說。

        一個“大局”,讓他一個猛子扎進物理教學里,一邊向學生形象地傳播知識,一邊將自己的經驗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就形成了“立論嚴謹、概念清楚”的教學傳統(tǒng)。他的做派,也一直保持了下來,很多聽過他講課的人都直呼“過癮”。

        然而,黃昆自己卻覺得不過癮。20世紀50年代,距今只有60多年,物理學,尤其是物理學教育上的空白點卻不少。拿現(xiàn)在極為普通的固體物理來說,國內外竟然只有學術專著,沒有現(xiàn)成的教科書藍本,遑論作為新興學科的半導體物理學。作為國際固體物理界領軍人物,黃昆認為固體物理應該是物理學中一門重要的基礎課,而半導體物理則將是固體物理中最活躍的領域,為長遠計,編著完整規(guī)范的教材勢在必行。

        1958年,黃昆與謝希德一起完成了《半導體物理學》。這本書從理論上系統(tǒng)地闡述了正在迅速發(fā)展的半導體物理學科的基本物理現(xiàn)象和理論,是中國半導體領域最早的一本專著。

        1965年,黃昆根據(jù)講義全面修訂了《固體物理學》,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》更接地氣,而他卻因這個時間差,“始終有不安之感”。幾年后,當這部教材被建議修訂再版,黃昆卻認為摘摘抄抄不是教材編寫之道,應該徹底翻新,加入新的實踐經驗,才能不過時。彼時,黃昆已經是中國科學院半導體研究所所長,疏離了教學一線。他建議由曾經的助手——北京大學韓汝琦教授執(zhí)筆改編,而他則擔任指導角色。1988年10月,黃昆原著、韓汝琦改編的《固體物理學》正式出版。這本教材立足于20世紀80年代物理學的新發(fā)展,將原著風貌與物理學新突破漂亮地融合在一起,成為一代經典,先后獲得1992年全國優(yōu)秀教材評選之國家級特等獎及1996年全國科技進步獎二等獎。

        這兩部專著,在很長一段時間內成為半導體物理和固體物理專業(yè)的必讀之作。黃昆,也作為中國固體物理學的開創(chuàng)者及中國半導體科學技術的奠基人,被銘刻在中國現(xiàn)代物理學發(fā)展的里程碑上。

        第二個春天

        “有一位老科學家,搞半導體的,北大叫他改行教別的,他不會,科學院半導體所請他做學術報告,反映很好。他說這是業(yè)余研究的。這種用非所學的人是大量的,應當發(fā)揮他們的作用,不然對國家是最大的浪費。他是學部委員、全國知名的人,就這么個遭遇。為什么不叫他搞本行?北大不用他,可以調到半導體所當所長,給他配黨委書記,配后勤人員?!闭f這段話的人是鄧小平,時間是1975年9月。

        當時,話中的“老科學家”黃昆還窩在北京市郊昌平的“北大200號”接受所謂的“斗、批、改”,忙著生產半導體器件。鄧小平點將,當時并沒有給黃昆帶來什么“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,黃昆卻認為,署了名就要承擔責任,要記住這個教訓。

        無獨有偶,1977年鄧小平再次出山后,聽聞黃昆還在“北大200號”,依然堅持人才不該被埋沒?!八S昆)批了我,是我害了他?!毖赞o中的豁達,與黃昆的自責相映生輝,交織出一個伯樂與千里馬的佳話。

        這一次,黃昆一路綠燈,走到了中國科學院半導體所所長的位置上。用現(xiàn)在的觀點看,黃昆的“后臺”實在是夠硬,他卻忽然懷疑起自己的能力。在他看來,國家交付的半導體新材料及相關器件的研發(fā)任務,并非自己的長項;做一個研究所的“大家長”,也是大姑娘上轎頭一回。然而,當他在1年后向時任中國科學院院長方毅遞上辭職信后,等來的卻是鄧小平的一句話:“要他當所長就是要他進所直接到實驗室去?!?/p>

        在間斷了近30年之后,以花甲之齡重返科研一線,對誰來說都是一種挑戰(zhàn)。然而,為了心中一直未曾湮滅的科研夢想,為了知遇之恩與報國之念,黃昆還是迎了上去。

        1979年,黃昆受邀訪問意大利國際理論物理中心。在國際學術舞臺上,這是黃昆個人的復出,也是中國物理學的復出,自然不能空手而去。黃昆準備趁機梳理出多聲子躍遷領域的發(fā)展脈絡,作為他的出山之作。

        到了此時,“黃—里斯理論”中的多聲子光躍遷部分已經板上釘釘,而多聲子無輻射躍遷雖然被定性,卻無法與實驗定量比較相匹配。黃昆嘗試將理論與實驗并行展現(xiàn),同時把圍繞該理論出現(xiàn)的爭議一一澄清。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)三屆國際半導體物理會議上的新寵,又被英國皇家學會院士、物理學家德利編入剛剛出版的教科書《半導體中的量子過程》。他與顧宗權一起發(fā)展的多頻聲子模型,也成為多聲子躍遷理論在應用上的一個重要突破。當黃昆再次成為“世界領頭的固體物理學家”,他的復出作品獲得1984年中國科學院科技進步獎一等獎,也就不算什么稀罕了。

        文化大革命之前,黃昆就預感到半導體物理學將成為固體物理學中最活躍的領域。出山就擔任半導體所所長的他,自然也少不了在這上面下功夫。在他的帶領下,半導體所建成了我國半導體超晶格國家重點實驗室,開創(chuàng)了我國在材料科學和固體物理學中嶄新領域的研究工作。而繼英國黃金時代之后,他又推出了一個“姓黃”的理論——“黃—朱模型”?!爸臁笔侵杆拇顧n朱邦芬院士。后來,他們還在超晶格光學聲子“黃—朱模型”的基礎上,提出了國際上第一個系統(tǒng)的多量子阱和超晶格中光學聲子拉曼散射微觀理論。

        這里還有個小插曲。由于回國后沉醉于物理教育,國際上很多人都以為黃昆已經告別了學術界。他的名字被列入玻恩等大師同列,被當作是前輩來仰望?!包S—朱模型”橫空出世的時候,很多人無法將兩個“黃昆”聯(lián)系在一起,以至于得知兩者為同一人之后,引來一眾驚嘆。國際著名的固體物理學家、德國馬普學會固體物理研究所前所長卡多納教授在提到他時,充滿敬意:“他好比現(xiàn)代的鳳凰涅槃,從灰燼中飛起,又成為世界領頭的固體物理學家?!?/p>

        但得夕陽無限好,何須惆悵近黃昏。黃昆用一腔熱忱證明了他的時代尚未遠去,也在不經意間成為后輩們的勵志書。

        性情黃昆

        獲得國家最高科學技術獎之后,學術圈外的人開始越來越多地問“黃昆是誰”。很多人以為他的成長經歷是由神童而成天才,他自己卻覺得應該屬于智力發(fā)育滯后的類型,小學時的表現(xiàn)“說不出有多么優(yōu)秀”。

        真正的轉變,是在他插班到燕京大學附屬中學初中二年級的半年里。一次,黃昆的伯父偶然看見他放學后很悠閑,就問他作業(yè)做好了沒有。黃昆回答,老師布置的數(shù)學作業(yè)都完成了。伯父卻告訴他,數(shù)學課本上的習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。因為忙于做習題,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。這個做法后來延伸成他的一個重要習慣,即“從第一原理出發(fā)”的治學之道——做研究時先不看已有文獻,而是獨立地從最基本的概念開始思考,這樣才能不受他人的束縛,開展主動性的研究。

        中學時代的黃昆已經很出色,尤其在英文學習上很有天賦,當時就已經能夠毫無困難地閱讀英文小說。事實上,除了語文,他在高中3年的學習總成績始終名列全年級之首。

        “老師出作文題,我不是覺得一句話就解答了,就是覺得無話可說。這可影響我一輩子啦!報考清華大學、北洋工學院,都明顯是由于語文成績太差而未被錄取?!?/p>

        黃昆一生都將語文視為關口,從早年的考試到后來的寫作以及各種發(fā)言,“都受到牽累”。1944年,他參加留美留英兩項考試,留美考試中因語文考試只得了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,令他一度認為“撿了便宜”。1946年,導師莫特建議他將“黃散射”的工作成果介紹給法國著名的實驗晶體學家尼吉耶,以引起對方的注意,從而開展相關實驗研究。等到黃昆在布里斯托爾的招待會上終于有機會見到尼吉耶,卻因為怯場沒能開口。如果他當時做了介紹,“黃散射”會不會被提前驗證?可惜科學上沒法假設。

        好在,黃昆對于這種無話可說的窘況不是很在意,中學時代的他已經知道不能過于求全,轉而將精力放在了自己喜歡的功課上。1937年,黃昆經保送進入燕京大學物理系。“系里課程設置門類較少,內容也較淺,但我學習比較主動。”他極為珍視這種主動性,認為無論學習還是從事研究,主動性都是最重要的。

        那時候,他讀了很多書籍,其中,尤以《數(shù)學家》和《探索微生物的人們》對他影響最大。他震撼于科學家們的獻身精神,覺得再沒有比科學家的事業(yè)更輝煌的了。從此,他對物理的興趣,逐漸轉變成對科學的向往,甚至在大學三四年級時就開始自學在國內尚屬于新鮮深奧的量子力學。

        大學三年級時,黃昆在近代物理實驗課上,結識了助教葛庭燧(國際著名物理學家)。葛庭燧對這個主動性極強的學生很有好感,1941年,黃昆獲得燕京大學學士學位之后轉而到西南聯(lián)合大學擔任助教,就是經過葛庭燧的介紹。

        2002年,黃昆與李愛扶風雨同舟一起度過了50年

        到西南聯(lián)大之后,黃昆眼界大開。在那里,“量子力學”分別由吳大猷、王竹溪、馬仕俊講授;“電動力學”由周培源、王竹溪講授。除了共同擔綱外,王竹溪還會獨自講授“統(tǒng)計力學”和“動力學”;吳大猷講授“高等力學”“量子力學與原子光譜”“量子化學”和“物理學基礎”;周培源講授“廣義相對論”和“流體力學”;吳有訓講授“X射線”……整個學校大師云集,黃昆的所謂教學任務也不過是每周帶一次普通的物理實驗。其余的時間,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)學系的多門課程。

        而他聽到的第一門課就是吳大猷的《古典動力學》,用他的話說,這門課一下子讓他進入了一個新的思想境界。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。那時候,吳大猷夫婦住在昆明市郊區(qū)一個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法搭起了一套土制的光譜設備,試圖開展一些實驗研究。這間“實驗室”緊挨著黃昆住的小屋,使他有了得天獨厚的優(yōu)勢,可以隨時與老師討論問題。

        年輕時代的黃昆好爭辯。西南聯(lián)大時,黃昆與張守廉、楊振寧號稱“三劍客”,他們思考風格迥異,卻難得志趣相投。“三劍客”相交論劍,不只是在科學上,從古代的歷史到當代的政治,從大型宏觀的文化模式到新上映的電影,他們幾乎爭辯一切事情。有一次,為弄明白量子力學中“測量”的含義,他和楊振寧的爭論從茶館喝茶的時候開始,持續(xù)討論到晚上,一直到回宿舍還在進行,熄燈后上了床爭論沒有結果,過了好久又爬起來,點亮蠟燭,翻開權威資料來解決爭論。

        直到黃昆成為一位在國際上極具聲望的科學家,這種爭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,起初很少主動和黃昆討論問題。黃昆就要求他把辦公桌搬到自己房間來,以增加討論的機會。此后,與他合作的年輕人都開始習慣這一風格。從1986年到1999年,黃昆一直和朱邦芬在一個辦公室工作。討論物理問題時,他們常常毫不留情地抓住對方論據(jù)中的漏洞加以辯駁,場面很是激烈。如果朱邦芬的意見正確,他也會痛快地接受,并不會因此覺得顏面掃地。

        黃昆從不覺得自己是“天才”,科研事業(yè)完全得益于嚴謹、勤奮和追求完美。他也以這樣的標準來嚴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定一些目標——看上去很高,經過努力又能達到。

        以嚴格著稱的黃昆,總是反省自己不太會照顧別人。然而他的放手,又總是能讓年輕人得到真正的成長。即使從不把關心放在嘴邊,那些經過他指點的年輕人卻總是視他如良師,以人生中得遇黃昆而慶幸。

        [1] 朱邦芬. 黃昆:聲子物理第一人[M].上海:上海科學技術出版社,2002.

        [2] 余瑋. 黃昆:一生傾情物理學[N].北京青年報,2005-07-11.

        [3] 朱邦芬. 讀1947年4月黃昆給楊振寧的一封信有感——紀念黃昆先生誕辰90周年[J].物理,2009(8):575-580.

        專家簡介:

        黃昆,1919年9月出生于北京,浙江嘉興人。中國科學院院士、瑞典皇家科學院國外院士、第三世界科學院院士。曾任北京大學教授,中國科學院半導體研究所研究員、所長、名譽所長。2005年7月6日在北京病逝,享年86歲。

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