中国也是世界以其姓氏命名科技成果最多的物理学家是黄昆

我国著名固体物理学家黄昆(1919—2005)是物理界用他的姓氏命名科技成果最多的科学家。20世纪50年代,他在综合了解了介质的电磁理论和晶格力学的观点的基础上提出的一对唯象的方程,被国际上称为“黄方程”而经常使用。

黄昆从理论推算的一种χ射线漫射现象,于1974年由西德物理工作者实验证实,被国际物理学界称之为“黄—漫散射”,并把引起这一散射现象的区域称为“黄氏区域”。

黄昆提出的多声子的幅射和无幅射的跃迁理论,是研究固体杂质缺陷光谱和发光的主要理论,被国际上称为“黄—佩卡尔理论”(因为苏联院士于同年早几个月发表了和他的有关幅射部份平行理论,但没有他同时考虑的无幅射跃迁理论)。

后又和他的夫人里斯(威尔士物理学家)一道创立了“黄—里斯理论”。

黄昆曾获2001年度国家最高科技奖。

黄昆是中国固体物理和半导体物理的奠基人。是世界著名的物理学家和杰出的教育家,晶格动力学的奠基人和权威,“极化激元”概念的最早阐述者。

黄昆的名字是与多声子跃迁理论、x 光漫散射理论、晶格振动长波唯象方程、半导体超晶格光学声子模型联系在一起的。他致力于凝聚态物理的科学研究和教育,以勤奋、严谨、严于律己和诲人不倦而著称。他长期从事物理教学工作,是我国固体物理和半导体物理学科的一位开创者,培养了一大批中国物理学家和半导体技术专家。

黄昆于1919年诞生在北京,祖籍为浙江嘉兴(今浙江省嘉兴市)。父亲是中国银行高级职员。母亲毕业于北京女子师范大学,也在银行工作。较高的文化素养和毫无拘束的家庭气氛,对黄昆少年时期的影响很大。黄昆有一个姐姐和两个哥哥,姐弟四人年龄依次相差一岁,手足情深,相互扶持。

1932年秋—1936年夏,黄昆在通州潞河中学就读,并于1937年通过潞河中学向燕京大学的保送考试,进入燕京大学物理系学习。潞河中学和燕京大学都是美国人在中国办的教会学校。虽然教育上存在许多缺陷,然而求真务实和相对开放的环境熏陶了年轻时代的黄昆,使他养成了凡事独立思考,不盲目随从的习惯。量子力学,这门在三十年代还属于问世不久的学科,是黄昆在大学时代通过自学而掌握的。他的大学毕业论文《海森堡和薛定锷量子力学理论的等价性》就是在此基础上完成的。

在学校里,黄昆不但各科学习成绩都名列前茅,还广泛阅读了古今中外的名著。也许是生性爱好探索大自然的奥秘,黄昆特别喜欢各类侦探小说与惊险小说。也正是在图书馆的英文书架上,他通过斯诺的《西行漫记》,第一次了解到中国工农红军和共产主义革命。

抗日战争爆发后,中国的三所著名大学:清华、北大、南开迁至云南昆明,组成国立西南联合大学。当时西南联大物理系规模虽然不算大,但是人材济济,中国物理学界和数学界许多学术造诣颇深的知名教授都在这里执教。1941年秋,黄昆在获得燕京大学学士学位后,来到西南联大担任助教。如同鱼儿游入浩瀚的海洋,黄昆在这里如饥似渴地吮吸着物理知识的精华。他不但听了许多物理系高年级以及研究生课程,还选修了多门数学系课程,如群论、陈省身的微分几何等等。当时学术讨论风气盛行,黄昆又从小酷爱争论,正是通过学术讨论和无数次的课外辩论,黄昆、杨振宁、张守廉等开始互相了解并结成长达半个世纪的深厚友谊。第二年,黄昆考取了理论物理研究生,导师是著名物理学家吴大猷( 曾任台湾中央研究院院长)。杨振宁和张守廉分别师从王竹溪和周培源。

他们有段时间同住一屋。无论在回寝室的路上,还是在茶馆里,他们都喜欢讨论问题,讨论最多的当然是物理问题。有一次他们辩论量子力学中测量的意义,论战从茶馆开始,延伸到整个傍晚,直至息灯后躺在床上他们仍在继续辩论。最终三人又都从床上跳起来,点上蜡烛阅读海森堡的《量子理论的物理原理》。黄昆喜欢与人讨论物理问题的习惯,一直保持到晚年。他认为,讨论最能启发人们的思考,学术空气沉闷只能使思维窒息。他认为,讨论最能启发人们的思考,学术空气沉闷只能使思维窒息。如今年逾古稀的黄昆依然思维敏捷,善于在讨论中提出问题,也善于抓住要害问题使讨论深入。名师的教诲,一群天资极高的同学之间的相互交流,再加上自己的努力,使黄昆在西南联大期间打下了扎实的物理学基础。在吴大猷指导下,黄昆作了《锂原子能态的Hylleraas 函数变分计算》、《钠之负离子吸收光谱》、《日冕光谱线的激起》三篇论文,1944年以优异成绩毕业。

毕业后黄昆通过了庚款公费留英考试,1945年8月,到英国Bristol大学做了莫特(N.F.Mott)的研究生。莫特是1977年诺贝尔物理奖获得者,在当时已是国际上著名的固体物理学家。他对许多物理问题,有很深的洞察力,善于透过错综复杂的表面现象而把握本质。莫特倾向于用简单的物理模型方法解决问题而不主张借助繁杂的数学推导,这对黄昆的学术风格的形成起了决定性的作用。使他“避免了在数学公式里绕圈子的这种弯路,并且懂得重视实验和理论的联系”。在两年的研究生学习期间,黄昆在莫特指导下,完成了《稀固溶体的X光漫散射》、《金银稀固溶体的溶解热和电阻率》、《轻核的束缚能》等三篇论文。这些研究,特别是前两项工作,对后来科学的发展都产生了深远影响。其中第一篇论文提出了一种新的散射机制,即杂质或缺陷引起的漫散射,后来被称为“黄散射”。

1947年5月间,黄昆去爱丁堡大学玻恩教授(M.Born)处短期工作。物理大师、诺贝尔奖获得者玻恩是量子力学创始人之一,也是晶体原子运动的系统理论的开创者。他早在第二次世界大战期间就计划从量子力学最一般原理出发,撰写一本关于晶格动力学的专著,并已写了若干章节。但是战后他忙于他事,且年事已高,书被搁置了起来。玻恩发现黄昆熟悉这门学科,有深邃的见解,便给他看了手稿,并建议黄昆完成这部专著。黄昆从1948年开始,在四年时间内不仅以严谨的论述和非常清晰的物理图像对这个固体物理学中的一个最基本领域进行了系统的总结,而且还以一系列创造性的工作,发展和完善了这个领域。这本人所共知的书自1954年问世以来,一版再版,几代固体物理学家都通过学习这本专著而了解了晶格动力学这个领域。

1948年初,黄昆应英国利物浦大学理论物理系主任弗洛里希(H.Frohlich)的聘请,到该系任博士后研究员。这段时间,黄昆在学术上硕果累累,在生活上,他与里斯(A.Rhys,中文名李爱扶)开始结识、相恋。从此以后,在黄昆成功的背后,一直有一位来自异国的贤内助的默默奉献。在这三年多时间里,黄昆除潜心撰写《晶格动力学》外,在学术上还有两项开拓性的贡献。一是,黄昆和李爱扶在《F中心的光吸收与无辐射跃迁理论》这篇著名论文中提出了在晶格弛豫基础上的多声子光跃迁与无辐射跃迁理论。这个理论被称为“黄-里斯理论”,是固体中杂质缺陷上的束缚电子跃迁理论的奠基石。另一项开创性的贡献是黄昆提出了晶体中的电磁波与晶格振动的格波会互相耦合,形成声子极化激元。黄昆引入的这种新的耦合模式现已成为理解电磁波与固体、等离子体相互作用的一个基本概念。他在理论处理声子极化激元时,引入一组唯象方程来描述极性晶体中光学位移、宏观电场与电极化三者的关系。这就是著名的“黄方程”。

1951年底,黄昆抱着投身于新中国建设事业的满腔热忱,回到了祖国。为了给祖国建设事业培养急需的科技人材,黄昆不惜中断自己已进行多年并卓有成就的研究工作,一到北大,就全身心地投入到《普通物理》课的教学工作。黄昆认为,在中国培养一支科技队伍的重要性远远超过个人在学术上的成就,因而,尽管《普通物理》是大学物理系学生的入门基础课,黄昆还是一遍又一遍地认真备课,和虞福春,褚圣麟等一起,精选授课内容,讲究教学方法,革新了普通物理的教学。黄昆认为,不能把讲授限于一些定义的说明和公式的逐步推演,而应引导学生对物理问题有深入的理解。例如,黄昆讲授“表面张力”时,从分子间吸引力与排斥力有不同作用距离的物理图像出发,使学生得到了深刻而清晰的理解。当年的学生至今对此仍留有深刻印象。不管讲课还是做报告,黄昆都遵循两个原则。一是“假定听讲人对所讲问题一无所知且又反应较慢”,二是尽管讲过多次,每次都须重新备课。这种认真精神加上深厚的理论造诣使黄昆的授课在北大以至全国物理界都有口皆碑。

1954年黄昆担任了北大物理系固体物理专门化教研室主任。从1953年至1955年的前后三年中,黄昆给他的研究生和中国科学院应用物理研究所的科研人员系统地讲授了现代固体物理的基本理论和各分支的基础知识,以后发展到为北大本科生也正式开设了这门课程,开创了我国高等学校的固体物理专业教育。黄昆讲授时,不仅指出现存理论能解释哪些实验事实,而且还指出其不足之处以及进一步发展方向,使学生从一开始就进入到固体物理的前沿领域。黄昆的《固体物理》于1965年由人民教育出版社出版。

四十年代晶体管的发明促使半导体学科迅速发展,其势头至今未衰。然而,直到五十年代初,作为学科基础的半导体物理学,国际上还没有专门的教科书。1955年,黄昆邀请王守武、洪朝生、汤定元三人和他自己一起,在北大第一次开设了这门课程。1956年,黄昆参与制定我国12年科学发展规划,为重点发展我国半导体事业提出了具体规划及实施的紧急措施。教育部采纳了规划中建议,1956年暑假,由北大、复旦、南大、厦大和吉大五校联合在北大物理系开办了我国第一个半导体专门化,黄昆任主任,谢希德任副主任。两年内,五校教师创立了一系列从理论到实验的课程。他们培养的二百余名学生,成为我国半导体事业的骨干力量。1958年出版的《半导体物理》(黄昆、谢希德合著)是我国半导体领域最早和最重要的著作,当时在国际上也属前沿。

黄昆在北大执教二十余年,桃李遍天下。黄昆对年轻人既严格要求,又鼓励扶植他们著书立说,为人才的脱颖而出创造了良好的环境。黄昆亲自指导培养的一批研究生和助手,如莫党,秦国刚,甘子钊,夏建白,韩汝琦等,都活跃在固体物理学的科研与教学上,成为了骨干人才。

1977年11月,由邓小平同志直接提名,黄昆调任中国科学院半导体研究所所长。半导体所是一个综合性的研究所,致力于半导体物理、材料、微电子器件和光电子器件等领域的研究。黄昆作为一所之长,在组织全所科学研究的同时,十分重视科研人员的学术水平的提高。他要求科研工作者不仅要知其然,更要知其所以然。只有如此,才能从根本上摆脱跟在别人后面走的被动局面。从1978年初开始,黄昆每星期都抽出半天时间给全所科研人员讲授半导体物理的理论基础,前后整整讲了十个月。在黄昆的带动下,半导体所的学术水平有了长足的进步,并且培养了一个理论与实验结合、学术空气活跃的半导体物理研究集体。

黄昆认为既然身在研究所,自己就必须在科研第一线工作。黄昆在繁忙的所长岗位上抓紧点滴时间,针对国际上在多声子无辐射跃迁理论中出现的疑难问题,重新开展了研究。他证明了在消除康登近似带来的不自洽性后,绝热近似与静态耦合是等价的。1983年黄昆又提出的无辐射跃迁理论的多频声子模型,更进一步发展了无辐射跃迁理论。

1983年,黄昆退居二线以后,把更多的精力投入到了科研工作中去。黄昆觉察到半导体超晶格作为物理、材料与器件三者结合点,业已成为整个半导体学科最活跃的前沿,于是结合整个半导体所的实际工作,把自己的精力集中到了研究半导体超晶格的物理问题上来,有力地推动了全所乃至全国在这个新兴领域的工作。黄昆等发展的关于超晶格和量子阱中空穴子带的理论以及超晶格中光学声子模式的理论,引起了国际学术界的普遍重视。其中黄昆与朱邦芬提出的计算超晶格光学声子模式的模型以及类体模的解析表达式,被国际上称为“黄—朱模型”。

黄昆学术上的成就是多方面的。他对自己的论著力求完美,他觉得意思不大的一些著作往往被他自己束之高阁。可以说,黄昆的每篇论文都实实在在解决了一个或几个物理问题,经得起时间考验的。

黄昆在科学上的成就受到了国际学术界的高度评价,也得到祖国和人民的承认。1955年,黄昆年仅36岁就当选为中国科学院学部委员,是当时所有委员中最年轻的一名。黄昆还是瑞典皇家科学院外藉院士、第三世界科学院院士、IUPAP 半导体委员会(1985-1988)委员。1984年他应美国斯诺基金会邀请任该年度斯诺教授去美国讲学,圣母(Notre Dame)大学授予了他“第二届理论物理弗雷曼奖”、美国中部州立大学协会授予了他“卓越外国学者”称号。除了担任中国物理学会理事长,科学院数理学部常委之外,黄昆还是第三届全国人民代表大会代表,第五、六、七届全国政协常委。黄昆因其学术上的贡献曾荣获中国科学院自然科学一等奖两次(1984、1989)和二等奖两次(1990、1995)。

黄昆先生还曾荣获国家自然科学二等奖一次(1993),三等奖一次(1957),何梁何利科学技术成就奖(1995年)以及陈嘉庚物理奖(1996年)。他的著作“固体物理学”教材1996年荣获国家科技进步二等奖;《黄昆论文选暨评注》1999年作为新加坡世界科学出版社的“世界科学20世纪物理学丛书”之一出版;2004年北京大学出版社又出版了《黄昆文集》。

2000年,黄昆先生受聘担任第17届国际拉曼光谱学大会的国际科学顾问委员会主席,同年香港科技大学授予他名誉博士学位。2001年,黄昆先生荣获中华人民共和国最高科学技术奖,在2002年2月1日于人民大会堂举行的全国科学技术奖励大会,江泽民主席亲自为他颁奖。2003年年初,中国中央电视台首次举办“感动中国2002年度人物”评选活动,黄昆被观众和专家选为十位感动中国的年度人物之一。面对这些荣誉,黄昆总是说:“我是一个普通的科学工作者,没有什么神奇和惊人的地方”。他认为自己之所以能获得一些成绩主要在于“勤于思考、坚持工作”。

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注