黃昆：在科學巔峰散步的固體物理學先驅

文/吳志菲

黃昆（1919—2005），著名物理學家與教育家，中國固體物理學先驅與中國半導體技術奠基人，中國科學院院士、瑞典皇家科學院外籍院士、第三世界科學院院士。歷任英國愛丁堡大學物理系、利物浦大學理論物理系研究員，北京大學物理系教授，中國科學院半導體研究所所長、名譽所長等職；曾當選中國物理學會理事長與全國人大代表、全國政協(xié)常委。

黃昆院士在世界學術界赫赫有名，然而直到獲得國家最高科技獎之后，國內民眾才對他有所了解。

黃院士已經(jīng)離開我們十幾年了，但那次采訪永生難忘。經(jīng)過近一個星期的預約，筆者才有機會拜訪固體物理學泰斗黃昆?？邕M辦公室，俯在案頭正一筆一畫地寫著什么的黃老聽見腳步聲，停下手中的工作。拿著采訪提綱，他像學生接受面試一樣。我暗暗慶賀自己幸運，面對面感受了大師風范。這位功勛卓著的大腕級科學家，在筆者眼里又是一位普普通通、十分平易近人的慈祥老人。

國外專家稱“我把黃昆的書像圣經(jīng)一樣放在我的書桌上”

曾與黃昆在一個研究室工作過的朱邦芬教授在談到黃老青年時期的求學之路時說，1945年8月，黃昆到英國布里斯托大學做了莫特的博士研究生，莫特當時已是國際上著名的理論物理學家，后于1977年獲諾貝爾物理學獎，他對許多物理問題有很深的洞察力，善于透過錯綜復雜的表面現(xiàn)象把握本質，傾向于用簡單的物理模型方法解決問題而不主張借助復雜的數(shù)學推導。莫特對黃昆學術風格的形成起了決定性的作用，使黃昆“避免了在數(shù)學公式里繞圈子的這種彎路，并且懂得重視實踐和理論的聯(lián)系”。在兩年的研究生學習期間，黃昆先后完成了3篇論文，對后來物理科學的發(fā)展都深有影響。其中，第一篇論文提出了雜質或缺陷引起的漫散射，后來被稱為“黃漫散射”。

“現(xiàn)在想來，我在科學研究的方向選擇上是非常幸運的。選擇莫特做導師，也就選擇了將固體物理作為自己的研究方向，這門學科當時才剛剛形成?！辈稍L中，黃昆一再表示自己適時把握了成才的機遇。“其實，早在西南聯(lián)大時有一位英國教授給聯(lián)大捐贈了一大批英國出版的科學書籍。我對這批書很感興趣，引起我注意的是莫特先生的幾本書，使我感到他的學識之淵博、研究領域之豐富?；诖耍业搅瞬祭锼雇写髮W做了莫特的研究生?！?/p>

黃昆的一生和諾貝爾獎大師緊密相連，從英國布里斯托大學、愛丁堡大學到利物浦大學，從諾貝爾獎獲得者莫特教授到玻恩教授，黃昆的第一個“黃金時代”到來了。物理學大師玻恩是量子力學的創(chuàng)始人，也是晶體原子運動系統(tǒng)理論的開創(chuàng)者。早在第二次世界大戰(zhàn)期間，玻恩就打算從量子力學最一般原理出發(fā)，寫一部關于晶格動力學的專著，但戰(zhàn)后因忙于他事，且年事已高，此事一度擱置。1947年5月中旬，黃昆來到了愛丁堡大學玻恩教授處短期工作，工作中玻恩發(fā)現(xiàn)黃昆熟悉這門學科，且有深邃見解，便將完成用量子力學闡述晶格動力學理論的《晶格動力學》專著的重任交給了黃昆，同時交給他的還有玻恩的一些殘缺不全的舊手稿……

“我覺得這是個發(fā)揮聰明才智的極好機會，樂于從命?！秉S昆從1948年開始，在4年時間內不僅以嚴謹?shù)恼撌龊颓逦奈锢韴D像對這個固體物理學中的最基本領域進行了系統(tǒng)的總結，而且還以一系列創(chuàng)造性的工作發(fā)展和完善了這個領域?！皩戇@樣的書非同兒戲，有一段時間，我同玻恩教授為要不要在點陣動力學的系統(tǒng)推導之前加上基本導論性的三章發(fā)生了爭論……后來，他讓步表示同意我的想法?！闭l也沒想到，黃昆當初寫的內容在1960年激光發(fā)現(xiàn)以后，一一被實驗證實。由此，奠定了他在固體物理學領域的權威地位。連玻恩這位諾貝爾獎獲得者也不得不伸出了大拇指，他在給愛因斯坦的信中說：“書稿內容現(xiàn)在已經(jīng)完全超越了我的理論，我能懂得年輕的黃昆以我們兩人的名義所寫的東西，就很高興了?！?/p>

這部書問世后，多次再版并一再重印，且被譯成多國文字。1985年發(fā)行了第三版，此次出版在封底特意加了一段評價：“玻恩和黃昆關于晶格動力學的主要著作已出版30年了。當年，本書代表了該主題的最終總結，現(xiàn)在，在許多方面該書仍是該主題的最終總結?！笔聦嵣洗_實如此，幾十年來，這本書一直作為晶格振動及其相關效應如拉曼散射、瑞利散射、紅外光譜、比熱和彈性等理論的經(jīng)典著作，成了幾代科學家的入門指導書和必備參考書。1979年英國劍橋大學科學委員會主席R.J.Elliot曾在一個報告會上說：“我是在學習玻恩和黃昆合著的《晶格動力學理論》一書中受到教益和啟發(fā)以后，才開始研究晶格動力學的?！痹趯⒔雮€世紀后，牛津大學出版社把它列入了“牛津經(jīng)典物理著作叢書”，并有國外專家稱“我把黃昆的書像圣經(jīng)一樣放在我的書桌上”。

距返回祖國還有兩年多時間，黃昆應英國利物浦大學理論物理系主任弗洛里希的聘請，任博士后研究員。這期間，除了潛心撰寫《晶格動力學》外，在學術上有兩項開創(chuàng)性的貢獻，即著名的“黃方程”與“黃—里斯理論”。

楊振寧說“我一生中最重要的一年，不是在美國做研究，而是當時和黃昆同處一舍的日子”

1937年，黃昆經(jīng)保送進入燕京大學物理系?！跋道镎n程設置門類較少，內容也較淺，但我學習比較主動。當時國內量子力學尚被視為一門新鮮深奧的學問，在三、四年級我便完全通過自學圖書館里僅有的幾本有關書籍，初步掌握了量子力學的基礎，為以后開始進入科學研究領域創(chuàng)造了有利的條件?！毖啻笫且凰绹虝鬓k的大學，在動亂的舊中國可以說是“世外桃源”。學校的教育雖然存在許多缺陷，但是求實、寬松、開放的環(huán)境熏陶了黃昆，使他養(yǎng)成了凡事獨立思考，不盲目隨從、自加壓力的習慣?！吧蠈嶒炚n，老師嚴格要求基本操作要正規(guī)化，并親自演示。在這里，我接受了最初的科學實驗的基本功和工作態(tài)度的訓練，培養(yǎng)了我嚴肅、嚴格、嚴密的科學學風及自己實踐的動手能力。”

因大學課程不重，各門學科成績又名列前茅，每年都得到學校頒發(fā)的“司徒雷登獎學金”，黃昆有很多時間讀書。給他印象最深的有兩本書——《數(shù)學家》（）與《探索微生物的人們》（）。讀了這兩本書，黃昆覺得：科學家的事業(yè)，是再輝煌不過的，比什么都振奮人心?！斑@些科學家們對科學事業(yè)的追求和獻身精神，對我震撼很大，影響著我的人生，使我對科學事業(yè)產(chǎn)生了興趣和愛好。”我看到，精神矍鑠的黃老眼神中透出幾分興奮與睿智。

在抗日戰(zhàn)爭的艱苦歲月里，燕大是淪陷區(qū)少有的一塊“自由”學習園地。能夠在那湖光塔影的寧靜環(huán)境里學習，自然是一生難忘的日子。給他印象最深的是一些老師，正是這些老師的引導與點撥，為他今后的學習、工作、研究打下了良好的根基。大學期間，黃昆有幸遇上了一位剛從劍橋大學畢業(yè)不久的英國教師賴普魯教他的微積分課。賴普魯不僅是一位講課十分出色、課后諄諄教導的好老師，而且親自組織尖子生成立了一個課外研究小組，研究內容包括這位老師自己也不懂而想學的新知識，如相對論、量子力學及矩陣數(shù)學。“雖然大家最終都沒有學懂相對論，但我從中學到了矩陣代數(shù)的基本知識，對以后學電子力學很有用?！秉S昆感念參與課外研究小組活動的日子，說這期間更重要的是，活動使他的思想超越了上課學知識的框架，開始感受到活的、生動的科學研究和發(fā)展，激發(fā)了自己對科學的強烈愛好和熾熱追求。顯然，他自選的畢業(yè)論文《海森堡和薛定諤量子力學理論的等價性》得以獨立完成，跟他積極參加課外研究小組的活動不無關系。1941年，黃昆出色完成了大學學業(yè)，并榮獲燕大頒發(fā)的“金鑰匙”最高榮譽獎勵。

繼而，黃昆考取西南聯(lián)合大學物理系研究生，師從著名物理學家吳大猷。在這里，黃昆如饑似渴地吮吸著物理知識的精華，不但聽許多物理系高年級課程，還選學數(shù)學系多門課程，感覺得益不少，大開眼界。在這里，學術討論風氣盛行，使得從小便酷愛爭論的黃昆有了一個爭辯的天地。喝茶中，談天說地，爭論不休。正是通過學術討論與課外無數(shù)次辯論，黃昆同楊振寧、張守廉等真正地認識了彼此，從此結下了長達半個多世紀的深厚友誼。

“一生于我影響最大的人是楊振寧，盡管那時相處的時間比較短。我跟楊振寧在西南聯(lián)大的時候，是我生活最愉快、最高興的日子，是生活最豐富的時期。”在科學界享有盛名的黃昆，晚年依然忘懷不了在西南聯(lián)大的時光。那時的黃昆和楊振寧都年方二十出頭，同住一屋，都喜歡縱論天下，互相頂牛。黃昆往往將話題引向極端，引發(fā)無休止的爭論。有一次，為弄明白量子力學中“測量”的含義，他們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。時隔數(shù)十年后，諾貝爾獎獲得者楊振寧對黃昆的認真仍然念念不忘，“我一生中最重要的一年，不是在美國做研究，而是當時和黃昆同處一舍的日子。正是那些爭論，使我找到科研的感覺?！倍苏媸切挠衅萜菅桑H有同感。

“楊振寧是我很好的朋友，我覺得他很有天賦，聰明過人，課堂上一些我認為非常艱深的理論，他很快就能輕松地掌握。在日常交往中，那些知識成了我們隨時討論的話題，交往中我受到了感染?！秉S昆在言及科學家最需要什么樣的素質時，認為光有興趣不行，還得有一定的能力，需要一定的科學基礎?！奥?lián)大時，我相當迷信天才?，F(xiàn)在倒認為這種看法不能過分強調——我年輕時在國外一起學習工作過的人有幾個得了諾貝爾獎，他們就并非一定有特別的能力?！?/p>

他率先提出在北大開設固體物理和半導體物理課程

1951年年底，在“五星紅旗迎風飄揚”的歌聲中，黃昆坐船取道香港回國。他帶回國的“大件”是一臺打字機，這是為了完成《晶格動力學》書稿所必需的。踏上離別2000多個日夜的祖國土地上，黃昆第一次看到五星紅旗在空中飄揚，心里有說不出的興奮，立志把滿腔熱忱投入到新中國的建設事業(yè)。

回到剛剛解放的新中國，他應約到北京大學物理系任教授?？紤]到當時我國百廢待興，急需培養(yǎng)大批物理學人才，已是一名享譽世界的青年科學家的黃昆毅然暫時中斷已多年從事的研究項目，全身心投入到教學工作中去，開始自己長達26年之多的教學生涯。“回國后，我全力以赴搞教學工作，是客觀形勢發(fā)展的需要，也并非是我事業(yè)上的犧牲，因為搞教學工作并沒影響我發(fā)揮聰明才智，而是從另一個方面長了才干，實現(xiàn)自我價值?！蹦菚r，還單身的他一個人住在學校實驗室里，常常在疲憊中酣然入睡。

重返燕園后，黃昆開講的第一門課是物理系學生的“當家”課程——“普通物理”。雖然每周只講3次，6個學時，但他用于備課的時間每周足足要用50—60小時，而且每教一遍都重新認真?zhèn)湔n，幾乎是集中全部精力鉆研教學內容，悉心探索最好的教學方法。在講授“表面張力”這個概念時，他從分子間吸引力與排斥力有不同作用距離的物理圖像出發(fā)，講得十分透徹，使學生得到了深刻而清晰的理解，課堂生動而引人入勝，精辟入理，當年的學生日后仍印象十分深刻。北京大學1952級的秦國剛在2001年當選為院士，回憶起近半個世紀前的時光時說：“我原以為是位老教授給我們上課，沒想到他那么年輕，才30多歲。聽他的課，好像是一種享受，除了科學以外，能體會到一種美感。他分析特別透徹，能夠讓人比較快地掌握關鍵之處?，F(xiàn)在回想起來，黃先生也不是天生就會講課，為講一節(jié)課經(jīng)常要備課好長時間?！?/p>

經(jīng)過在英國多年的研究，黃昆當時在固體物理領域屬于國際上的領頭科學家，他的水平無疑在國內固體物理領域首屈一指。為了為祖國培養(yǎng)大量建設人才，他率先提出在北大開設固體物理和半導體物理課程。經(jīng)過多年的反復實踐，從無到有，逐漸形成系統(tǒng)的專業(yè)物理課程。從事“兩彈一星”研究的許多科技人員都從這里走出，或者曾經(jīng)聆聽過他的授課。那時，無論國內國外都僅有專著，而無現(xiàn)成的教科書可供借鑒。黃昆對教材質量十分重視，一向認為講課講義對科學問題的講解必須明確、具體，基本概念和理論闡述必須確切。他在多年改進講義的基礎上所著的《固體物理學》以及與謝希德教授合著的《半導體物理學》，都是在前無藍本的情況下自己編著的教科書。這兩部著作都以講解透徹、精辟著稱，在很長一段時間內成為我國理工專業(yè)學生和科研人員必讀的著作。作為中科院第一批院士（當時稱學部委員）當中最年輕的一位，他的著作真的可以說哺育了世界上幾代科學家的成長。

“我開設固體物理課是從碰釘子開始的。當時首次開設這門課的嘗試就碰了壁，其實這門課究竟應包括些什么，我也不清楚。還是以后在給科學院物理所講課，并結合專業(yè)建設才形成了一門比較系統(tǒng)的大學課程。起初講課時，好幾個學時是依照自己熟悉的一點知識拼湊起來的——回想起來，開設這門課最大的受益者恐怕倒是我自己?！弊鳛橹袊腆w物理學科的開創(chuàng)者，黃昆實話實說自己的“創(chuàng)業(yè)史”。

不唯書，不唯上，只唯實。這就是黃昆的治學品格。他不喜歡翻閱文獻資料，喜歡從“第一原理出發(fā)”去探尋物理世界的奧秘。“我文獻看得比較少，因為那樣容易被人牽著鼻子走，變成書本的奴隸。自己創(chuàng)造的東西和接受別人的意見，對我來說，后者要困難得多。學別人的東西很難，而自己一旦抓住線索，知道怎么做，工作就會進展很順利?！闭沁@種治學風格，使黃昆在學術上屢屢攻城略地，一系列以他的姓氏命名的理論就是例證。

令他感到欣慰的是，親自指導、培養(yǎng)的一批學生和助手已茁壯成長，活躍在固體物理學的科研和教學崗位上，挑起了大梁。其中甘子釗、秦國剛、夏建白等好幾位當選為中國科學院院士。黃昆不僅把深刻的物理思維傳輸給了后生，更把嚴謹?shù)闹螌W作風傳承給了他們。

不停地行進的“黃昆星”永遠閃爍

在利物浦大學擔任博士后研究員期間，黃昆先后發(fā)表了3篇大概在他一生中最有影響的論文。其中一項就是和他當時的研究助手艾夫·里斯合作拓展的多聲子躍遷理論，1950年他們共同署名發(fā)表了《F中心的光吸收和非輻射躍遷理論》，得到國際同行的高度評價，被稱為“黃—里斯理論”。這個他們二人智慧的共同結晶，是固體中雜質缺陷上的束縛電子態(tài)躍遷理論的奠基石。除了在固體物理學發(fā)展史上建起了一座座豐碑，黃昆和他的夫人艾夫·里斯之間的愛情與婚姻也是科學界的一段佳話，他們的愛情之樹也因相互的了解和共同的追求開出了絢麗的花朵。

小他7歲的威爾士人里斯，原是布里斯托大學物理系本科生，大學畢業(yè)后與黃昆同時來到了利物浦大學理論物理系，擔任系主任弗洛里希的行政助理，并幫助黃昆進行理論計算。黃昆的聰敏與敬業(yè)深深地吸引了里斯小姐，里斯小姐的學識、勤奮和溫柔美麗也給黃昆留下深刻印象。共同的事業(yè)追求與愛好把兩個不同國籍的青年人的心緊緊連在一起。從此，在黃昆成功的背后，一直有一位來自異國的“賢內助”的默默奉獻。

1952年4月，里斯克服重重阻力，遠涉重洋追隨著他來到中國，先期回國的黃昆特地趕到天津去接她。黃昆的哥哥給里斯取了一個中文名字——“李愛扶”，既是諧音，又寓意“樂于助人”。不久，二人喜結伉儷，相敬如賓，撫養(yǎng)的孩子均學有成就，是一個令人羨慕的家庭。

“夫人到一個具有完全不同文化背景的國家，中國的一切，從語言到做飯，都要從頭學起?！秉S昆對夫人李愛扶打出了90分的高分?！八秊榱藧矍椋瑢幵干釛壱磺?，不遠萬里來到中國，操持家務上十分儉樸?！彪y怪許多和她接觸過的人對她的評價都很高。1999年，黃昆患上了帕金森病，連扣扣子都有點困難，家里的事情幾乎全靠夫人操持。

談起自己的個人業(yè)余興趣與愛好，黃昆興致很高：“如果說有什么興趣，那就是散步，或者說是走路，還有爬山。在20世紀60年代，每個禮拜天我跟夫人、孩子去登妙峰山，后來年紀大了，體力差了一點，便到香山爬山?！痹?jīng)一家人多次進行爬鬼見愁（香山最高峰）比賽，看誰最先到達頂峰?！钡?，晚年的黃昆連香山也爬不上去了，只是每個雙休日隨夫人到頤和園。“堅持走路，是我業(yè)余的一個習慣，走路讓我心情暢快無比。老年人嘛，應該多活動活動。”

1983年2月17日，黃昆（左）與著名科學家楊振寧教授在北京合影

“如今，您與年輕人相處，除了您傳授知識，從年輕人身上您獲得了些什么東西？”面對筆者的提問，老人不緊不慢、咬文嚼字地說：“在我看來，相比我而言，60歲的人都可以說是年輕人。我一直像自己在年輕時候的導師如何待我一樣對待年輕人。與其說我關心他們，還不如說他們給予了我許多收獲。比如，給年輕人講課，沒有年輕人聽課，我的講課便失去了生動活潑，只將是死氣沉沉。”黃昆的第三代學生、北大物理專業(yè)碩士生彭進說：“黃先生真是一個學者，中國知識分子非常優(yōu)秀的一面在他身上得到了徹底的體現(xiàn)。他的虛懷若谷決不是假的，是實實在在的謙虛?！?/p>

工作一向異常勤奮的黃昆，晚年仍每天堅持到辦公室坐上半天，不停地寫、算、思考，仍堅持和年輕人交流探討。甚至在家中，在節(jié)假日，他還經(jīng)常伏案工作。某一年的春節(jié)，有位同事登門拜年。黃昆好不高興，沒想到的是客人進門不久，他便把自己在家中做的一些計算拿出來討論……稀疏的銀發(fā)，微微的駝背，無不顯示出他的身體正在衰老?？墒?，永遠不會衰老的是他那顆青春般執(zhí)著的心及對科研不斷創(chuàng)新的勇氣！他還在工作著，他的心永遠是年輕的！

除了諾貝爾獎，黃昆幾乎得到了所能得到的一切榮譽。面對許許多多巨大的榮譽和獎勵，黃昆是如此的低調：“我是一個普通的科技工作者，沒有什么神奇和驚人的地方。各方面給我榮譽不少，我不能位尊無功，俸高無勞。”是啊，他這位“全國優(yōu)秀共產(chǎn)黨員”、“全國五一勞動獎章”獲得者和“全國優(yōu)秀科技工作者”的一言一行，都是在履行自己的諾言。

2005年7月6日，黃昆在北京病逝，享年86歲。2011年5月初，由中科院國家天文臺施密特CCD小行星項目組發(fā)現(xiàn)的小行星獲得國際永久編號，并經(jīng)過國際天文學聯(lián)合會批準正式以黃昆的名字命名。

如今，科學泰斗已離我們而去，但是蒼穹中那顆不停地行進的“黃昆星”永遠閃爍在我們的心底……