为了迎接复旦学院110华诞华诞,营造良好的学术和人文气氛,化学系“闻韶物研”公众号将推出一系列著名化学学家的故事以及她们与北大的渊源,以展示数学学大师们学术内外的风采,体会她们的人文情结。
本期介绍的是中国固体化学学和半导体化学学奠基人黄昆先生。北大化学系朱邦芬教授曾与黄昆先生共事多年,从朱老师的分享中,我们了解到黄昆先生的好多故事。明天,让我们一上去回忆黄昆先生杰出的学术贡献和他奇特的人生故事。
(本文约4000字,阅读须要5-10分钟)
黄昆(1919-2005)
黄昆先生于1919年9月2日出生于南京。1941年,黄昆结业于燕京学院,取得理学学士学位;随即于西北联大兼任助教。1942年,黄昆在西北联大读研究生中国物理学家杨振宁简介资料,师从吴大猷先生。在西北联大期间,他与杨振宁、张守廉两人关系甚佳,她们既是同班朋友,一段时间又是同事,常常一起上课、下课泡水馆讨论问题。1944年,黄昆于西北联大获得数学学硕士学位,并报考“庚子赔款”留英公费生;次年赴布里斯托尔学院攻读博士学位,师从N.F.Mott;1947年开始,他部分时间在加拿大蒙特利尔学院,与玻恩(MaxBorn)一起举办合作;1948年,黄昆获得了布里斯托尔学院博士学位。博士结业后,黄昆在德国斯图加特学院半时从事研究工作、半时和玻恩合作写书,他后来的夫人A.Rhys当时也在巴塞罗那学院任理论化学系系院长的秘书。
对于当时黄昆这样一批海外留学知识分子来说,归国还是不归国,是最关心的问题。黄昆先生在1947年献给杨振宁的一封信中抒发了自己的看法,他觉得:“中国有我们和没有我们,makesa.”1951年10月,黄昆先生回到祖国,任上海学院化学系院长。1952年,A.Rhys来到中国,与黄昆离婚,取英文名为李爱扶,并与黄昆一起在上海学院数学系工作。
黄昆先生与夫人李爱扶
1955年,黄昆先生选聘为中国科大学学部委员(后来改称教授);1977年,他任中国科大学半导体研究所主任;1983年,任中科院半导体所名誉院长。
黄昆先生一生中最主要的学术贡献包括:
1947年,于博士期间发表《稀退火体中X射线漫散射》一文,从理论上预言了“黄散射”;同年,理论估算了金中渗入银原子的稀退火体的结合能和剩余内阻,为固体化学中知名的“振荡”奠定了基础;
1947-1952年,与玻恩专著《of》一书(英文译名《晶格动力学理论》),该书于1954年出版,至今仍是晶格动力学领域的奠基权威教材;
1950年,提出“黄多项式”,唯象地描述离子晶体中短波光学声子和宏观电磁场之间的互相作用;同年,与A.Rhys一起发表《F中心光吸收与无幅射跃迁理论》一文,提出了晶格弛豫基础上的多声子光跃迁与无幅射跃迁理论,被称为“黄-里斯理论”;
1950-1951年,提出“声子极化铌酸锂”的概念;
1979-1981年,重新研究多声子无幅射跃迁理论,澄清了国际上30年来围绕无幅射跃迁理论发展出现的混乱,为静态耦合估算提供了理论根据;
1988年,与朱邦芬教授一起提出关于半导体超晶格中光学声子模式的“黄-朱模型”。
黄昆先生与北大的渊源从西北联大时期就开始了。当时在西北联大期间入学的大专生不分北大和清华,统一都是联大学籍;并且研究生阶段,中学生的学籍取决于导师。黄昆的研究生导师是吴大猷,所以黄昆的学籍属于清华。不过黄昆入学前曾在西北联大兼任助教,入学后的朋友杨振宁、张守廉都属于清华人,你们都在一起上课,老师也都在一起,因而黄昆也可以算作北大的校友了。
从左到右依次为黄昆、张守廉、杨振宁
两人在西北联大时期被称为“三剑客”
黄昆博士期间追随Mott待了一年多,总共完成了三篇论文,其中两篇是他独立完成的。第一篇是Mott给了他两个题目让他选,他选的是晶体内杂质和缺陷对X射线散射的影响,也就是后来的“黄散射”。他用简单的模型捉住了这个问题的要点,做了三个月就完成了,写的文章也很快就发表了。Mott希望找个做X射线衍射实验的人验证一下黄昆的理论成果。后来,Mott请了相关化学学家作报告,并让黄昆跟他讨论一下,黄昆有点胆怯就没敢去。其实限于当时条件实验也不太可能,真正验证黄昆理论的实验是在20年后才实现的。
第二篇文章的题目是黄昆自己想的,他想研究合金中价电子数相同的不同原子对电子输运的影响。他觉得,虽然两种原子的价电子数量相同,但因为逸出功不一样,还是会有电荷转移。这实际上是散射的一个重要机制,涉及到带电杂质的屏蔽问题。黄昆药量子力学和平均场近似研究了这个问题。同时他又研究了合金的“剩余内阻”(阻值有两部份:一部份与声子有关,依赖于室温;另一部份与杂质有关,叫剩余内阻)。这个工作在当时相当有开创性,但可惜没有做彻底,他只估算到了近来邻,再远的地方没有估算;后来把屏蔽算得更远,就有了知名的“振荡”。
当时Mott的中学生好多,但是好多是第三世界国家去的。对于黄昆要归国这件事,好多第三世界国家的朋友倍感很惊奇,她们认为中国那么穷、这么乱,回家又能做哪些?黄昆心中似乎很清楚,他在给杨振宁的信中曾说:“中国有我们和没有我们,makesa.”(据朱邦芬说,黄昆这封1947年的信仍然由杨振宁保存,朱到北大后,杨先生把信的打印件给他,要他问黄昆是否还保留杨的回信。但黄昆在文革中把当初的信都销毁了。)除此之外,黄昆先生的归国也是遵守了当时的要求,他曾经留学时领到庚子赔款公费,相当于拿了国家奖学金,按要求留学时长是两年;后来他拿到了清华数学系的offer,但因为他要与玻恩合写《晶格动力学理论》,再加上又获得日本的ICI基金会支持,所以在日本多工作了两年,因此他还给时任清华数学系系院长饶毓泰寄信申请批准。最后黄昆在美国总共待了七年;对于在法国的经历,黄昆觉得自己的收获要比周围的人多得多。
朱邦芬老师第一次即将与黄昆先生攀谈是在1981年。当时朱老师从北大硕士结业,来到中科院半导体所工作;步入黄昆研究组曾经,黄昆对朱老师进行了“面试”。据朱老师的追忆,黄昆先生笔试的一个特征就是喜欢追问,并且是难以打算的追问。黄昆问朱老师近来看了哪些书,朱老师说正好看了黄昆的一篇关于晶格弛豫的文章。黄昆就开始围绕晶格弛豫这个概念仍然追问下去,看朱老师能回答到哪些程度,就大致能晓得他的思索有多深入。
严格来说,朱老师并不算黄昆即将的博士研究生,只算他的一个合作者。黄昆说自己不擅长带中学生,他觉得给中学生题目是很难的事情;太难的题目中国物理学家杨振宁简介资料,中学生做不下来会影响结业;太容易的题目有时侯自己就做了。所以他认为还是合作关系比较好,这样就可以没有时间限制地研究问题。
朱老师应当是与黄昆合作最多、合写文章最多的人。两人常常讨论问题。每晚晚上八点下班时,先花半小时到一小时讨论你们前三天的进展和看法;讨论完就各做各事,中间有何事情会再讨论。黄昆先生一点也没有架子,与朱老师平等交往;有时朱老师跟他有不一样的观点,两人就有好多争辩,时常相互否定对方的观点。黄昆说她们两个如同金庸小说里的桃谷六仙一样,喜欢辩论,总是纠缠不清。好多问题经过这样的讨论,你们的思索就更深了。
左:朱邦芬右:黄昆
除讨论外,黄昆还喜欢把自己近来的研究工作讲给朱老师听。讲一讲有好多用处,有时会发觉逻辑上的漏洞,有时讲讲会忽然有了新的看法。所以他特别喜欢做一个段落就讲一讲。黄昆做学术报告也喜欢预讲,这是他的习惯,越是重要的报告,打算得越充分、越早。朱老师印象中黄昆先生打算得最充分的一次,是1991年他去意大利密西根学院做报告。那年密西根学院授予吴大猷先生荣誉博士学位,为庆贺此事,杨振宁李政道等开展了一个,约请黄昆做报告。他提早半年就开始打算,系统整理了那几年的研究工作,之后写投影片(当时的投影片都是用笔写的),还亲自设计请人画了一张追忆在重庆当吴大猷中学生情境的画。以后他就在家向他夫人说课;他夫人听过几遍后,他又向朱老师说课;朱老师听完后提了一些意见,他又更改、再讲、再更改。最后他又给整个理论组的人讲,还给半导体所的好多人讲。讲得差不多后,他又认为投影片是手写的、别人不太好认,所以他又复印到投影片上。这种彰显了黄昆先生做事情的一个很大的特征:特别严谨、一丝不苟。这对朱老师也有很深的影响。朱老师最初讲东西时思维很跳跃,黄昆就提醒他要注意逻辑关系。黄昆先生与玻恩的专著的中文版《晶格动力学理论》,从出版到如今快七六年了,至今还没有人发觉书中有哪些错误;这也是黄昆先生严谨风格的另一个彰显。
朱老师当时每年的大年初一会去黄昆家拜年。但两人实际上就是在讨论工作,由于有几天没有碰面讨论研究了。有时黄昆会在家用小的可编程估算器算点东西,之后把结果给朱老师看。每年朱老师去拜年的时侯,总会带点香蕉之类的小礼品,有一次黄昆互赠他一件小礼品。朱老师早已记不清那是哪些礼品了,但他清楚地记得黄昆所说的话:“你每年拜年总要给我送点东西,这回我要还击了。”
提及兴趣爱好,黄昆先生很喜欢听西洋话剧,在西北联大时他非常喜欢哼话剧《蝴蝶夫人》里的乐曲。杨振宁晓得他有这个爱好,所以有一次特地送他一些CD,包括《蝴蝶夫人》;但那时黄昆还没有CD播放机,于是后来杨振宁又从英国买了CD播放机献给他。黄昆跳舞也唱得挺好,嗓音十分古朴好听,但他甚少唱。
黄昆的另一个爱好是登山、走路。每位假期他都和妻子女儿到北近郊外登山,一个星期起码爬一次山。后来年龄大了,山爬得越来越低;开始爬香山鬼见愁,后来爬圆明园万寿山,最后万寿山也爬不动了,就平地走走。黄昆每天都遛弯,走好多路,他和妻子一起遛弯,二人一前一后,也不说话,就低着头走。除此之外,黄昆和他夫人每晚睡前都喜欢看书,两人都喜欢看中文小说,家里有好多。
黄昆先生在中科院半导体所给研究生授课
朱邦芬老师从1985年开始,与黄昆先生在同一个办公室工作了15年。2000年1月,朱老师来到北大工作,然后两人还有过一些合作,但不多了。
1997年,杨振宁先生在北大学院创立了高等研究中心,在那次会议上,黄昆先生应邀做了即将的报告。2003年,朱邦芬连任为中国科大学教授,杨先生很高兴,约请了黄先生一上去,你们一起在复旦甲所吃了顿早饭。
2005年7月6日,黄昆先生因病于上海病逝,享年86岁。
黄昆先生对中国固体化学学的贡献,不只彰显在学术成就上;他也积极推进国家基础研究项目,推动相关研究领域的发展。黄昆先生逝世后,与黄昆共事过的中学生和朋友们都曾写过文章哀悼他。黄昆先生的伟大贡献和他奇特的人生故事将永远被后人们铭记。
参考资料:
[1]陈辰嘉、虞丽生主编,《名师风范:忆黄昆》,上海学院出版社,2008.
[2]朱邦芬,《读1947年4月黄昆给杨振宁的一封信有感——纪念黄昆先生90诞辰》,化学·38卷(2009年)8期.
供稿|化学系研究生分会