从奥运时刻鸟巢一侧巨大的LED彩色显示屏,到六十年国庆长安街两旁闪耀的街景,再到昨天世博LED巨幕的流光溢彩,以及百姓家的大屏幕平板电视、手机和蓝光DVD,我们似乎早已习惯现代中国这五彩的缤纷;而鲜为人知的是,在这些遍布IBM、索尼商标,中国仍然陷在LED生产低端的缤纷之后,还站着一位看不见的科学巨人。他是一个中国人,2001年国家最高科技奖获得者,黄昆:他是我们所享受的五彩缤纷的奠基人。
五十年代,新中国百废待兴,黄昆放弃了他在国外如日中天的学术地位(学术界公认,如果黄昆不回国,诺贝尔奖早应属于他),毅然回国,开创了新中国的半导体事业,他把他的知识、智慧和一切都奉献给他的祖国。在钱模、官模满天飞的今天,让我们一起来怀念这位当之无愧的劳模。
少年有成 学术长青
“我现在正在跟一位中国的合作者,黄昆博士,完成一本有关晶格的量子力学的书。书稿内容已经完全超越了我现在的理解。”
——波恩,《波恩-爱因斯坦通信集》
波恩和爱因斯坦,这两位二十世纪最为天才的物理学家的信中所提到的黄昆,那时只有二十八岁。而这本由波恩提供最初框架,几乎完全由黄昆执笔写就的《晶格动力学理论》,在1954年由牛津大学出版社出版后至今,有记载的世界核心期刊论文引用超过六千次,五十年后的今天依然是亚马逊网站上最为畅销的专业权威著作。
与波恩合作写出这本被世界固体物理学界称为“圣经”的《晶格动力学理论》,并不是黄昆生命中的偶然。1945年,黄昆从西南联大毕业,远赴英国留学,而与他同时毕业的,还有杨振宁、李政道、张守廉等当年中国最有天赋的一批物理学学生,而他们在国内的导师,则是中国近代物理领域的先驱吴大猷。良好的基础与在国内的严格训练,让黄昆在英国的学习如鱼得水。在后来获得诺贝尔奖的莫特教授指导下,黄昆很快即以优异的研究成果获得博士学位,并有机会与波恩相识,进入了黄昆学术生涯的第一个巅峰时期。
二十世纪的物理学无疑是量子力学的天下,而波恩所领衔的晶格动力学研究,在通俗意义上,就是把量子力学的分析框架用于固体材料的研究,是二十世纪下半叶基于微电子和光电子等半导体技术的信息革命的直接物理基础。如今飞速发展的各色LED显示器件和半导体激光器,背后的基础也正是晶格和固体物理理论。遇见黄昆这样一位对能够读懂德语手稿,英语写作天赋极高,又对量子力学炉火纯青的年轻人,无疑让当时年事已高的波恩喜出望外。更让波恩意想不到的是,黄昆并不仅仅是一个单纯的写手。黄昆不仅以严谨的论述对现代固体物理学进行了系统阐述,还以一系列创造性的新工作,发展和完善了波恩的理论思想。最后,波恩在《晶格动力学理论》的序言中写下:“黄昆成功的完成了任务,不过,本书已经变得和我原来的计划很不相同了。黄博士坚信科学之主要目的在于社会效益,而他同时也重写了我原先的内容,在很多方面使之更普遍化,并增加了新的章节。因此,本书之最终形式和撰写应基本上归功于黄博士。”
写作《晶格动力学理论》的三年,黄昆走过了他的三十岁生日,也让这三年成为黄昆生命中最有收获的时期。他不仅与波恩合作写成了固体物理学的经典,还发表了学术生涯中最有影响的一篇论文,而这篇论文的合作者,是黄昆当年的女友,也是未来的妻子,一位同样富有才华的英国学生:艾芙·里斯。至今,固体物理学界依然富有盛名的“黄方程”和“黄-里斯理论”,便是黄昆在英国学术高峰的真实写照。
1951年,黄昆回到中国担任北京大学教授,将工作重心转移到物理学教育上;而黄昆物理研究的第二个春天,则来到了三十年之后的八十年代。因为文化大革命,黄昆回国后的基础研究中断多年。八十年代中国半导体研究重新起步之后,黄昆便敏锐地注意到了“超晶格”这一全新的固体物理领域。所谓“超晶格”,通俗意义上是指以不同的半导体材料制成的微观异质结构按一定周期重复排列,从而形成具有新特性的半导体器件,对于未来的微电子和光电子器件设计具有革命性的意义。在1985年至1988年的三年间,黄昆与中科院半导体所的年轻同事朱邦芬合作,完成了后来被国际学界称为“黄-朱模型”的结果,成为超晶格领域同类的模型中与实验数据匹配最好的一个。短短几年,“黄-朱模型”就被国际同行引用超过500次,再次造成全球性的影响。在“黄-朱模型”发表初期,人们几乎不敢相信这里的“黄”和三十年前与波恩一起写作《晶格动力学理论》的“黄”是同一个人。他们以为,当年的“黄”即使在世,也是垂垂老矣的耄耋之人了。令人感动的是,从晶格到超晶格,黄昆依然宝刀不老。
正如德国马普学会固体物理研究所前所长卡多纳教授所言:“黄仿佛就是现代的凤凰涅磐,从灰烬中飞起,第二度成为世界领头的固体物理学家。”而且,黄昆还远远不是一个独舞者。改革开放以前,以黄昆为代表的新中国第一代物理学家为中国基础物理的人才培养倾注了全部心血,为如今中国物理工业的发展奠定了深厚的人力资本基础。在北大和半导体所的几十年间,黄昆直接培养的研究生数十位,如今全部活跃在中国半导体领域的最前沿,绝大部分都已经成为科学院或工程院院士;而受教于黄昆“半导体物理”和《固体物理学》教材的学生,更是不计其数。直到今天,黄昆在五十年代编写《固体物理学》依然是中国一流大学物理专业的必读书目。
跨国姻缘 润物无声
“可能我中文不好,但一听人说我是‘贤妻良母’,我就觉得他有封建思想!”
——李爱扶,与朱邦芬的通信
如果说,“轰轰烈烈”和“地久天长”,几乎是现代爱情中的一对反义词,那么黄昆和李爱扶携手走过的半个世纪,便是一个毫无争议的反例。
按照中国的习俗,1952年是里斯的“本命年”,二十四岁的里斯也在这一年做出了改变一生的决定。那时,中英还没有建交,里斯的父母更是反对女儿把似锦前程交给一个远在那时落后中国的年轻人。但是,里斯却没有理会这一切,放弃在英国的学业和工作,独自一人踏上了东去的旅途。1952年4月,在中国天津港,初春的寒意依然弥漫,但却丝毫不能减弱这对异国恋人久别重逢时相拥的温度。这一天,黄昆斜挎着一个布兜,带着一把雨伞,从一艘英国货船上挽下他心爱的女友;也从这一天起,这位漂亮的英国小姐有了一个同样漂亮的中国名字:李爱扶。
从里斯到李爱扶,从翩翩的英国少女到内秀的中国妻子,外人看来的不平凡,对于黄昆夫妇而言却是如此自然。与其他普通的中国妻子相比,李爱扶唯一的不同,便是多了一支毛笔,多了一节中文课。1956年,李爱扶加入中国国籍。从此之后到八十年代的三十年中,李爱扶从来没有离开过北京。在黄昆家,最好的饭菜是炖一锅吃一个星期的红烧肉,官方语言则是雷打不动的中文。虽然黄昆和李爱扶的英文都极好,但两个儿子在成长中遇到最大的学习困难竟然是:英文不好。在七十年代,黄昆的小儿子因为工厂劳动的辛苦而向父亲诉苦,认为成天跟着一群大妈无所事事。黄昆便严肃起来:“你怎么能瞧不起大妈呢?你妈妈不也是一个中国大妈?”而李爱扶,这位被北大教授甘子钊誉为“最最任劳任怨、最最朴素、最最和气的老大姐”的人,对于在中国的生活则从来都是充满热情与希望。在一次与朱邦芬的通信中,李爱扶写到:“我觉得工作对女的很重要。我退休后就还被返聘……可能我中文不好,但一听人说我是‘贤妻良母’,我就觉得他有封建思想!”
更为人难以置信的是,虽然李爱扶早已凭借与黄昆的合作研究而在国际物理学界崭露头角,但由于她离开英国时尚未获得正式的物理学位,黄昆便一直坚持要求,不能授予李爱扶教授职位。从五十年代末李爱扶第一次走上北大讲台,到八十年代从物理系退休,直至九十年代被北大物理系返聘,李爱扶的头衔从来没有改变:实验员。多少届的北大学生都曾记得,在他们的电子线路课上,有一位英国姐姐、英国阿姨或是英国老奶奶,用中文一丝不苟的指导他们的实验。时光荏苒,北大的物理系变为如今的物理学院、地空学院和信息学院,大楼拆了又起,教材和器材也年年翻新,而李爱扶自己,或许才是那道始终不变的风景。
五十年如一日。在中关村的中科院小区中,还曾经流传着这样一段记忆。七八十年代的中国,人们为避“小资”之嫌,夫妻并肩携手散步并不流行;而在科学家聚集的中关村,夫妻漫步更是少之又少。然后,黄昆与李爱扶夫妇却是一个例外。他们往往一身简朴,黄昆肩跨一个布兜,持一把雨伞备雨,两人并肩,不紧不慢,仿佛要是去哪里远行。数十年,或许他们在中关村留下的脚步早已无法数清,但所有这些,正如1952年的那个春天,年轻的黄昆带着布兜和雨伞,匆匆到达天津的海港,拉着年轻的里斯走下船,踏上中国大地的一瞬间。
精忠报国 拳拳之心
“他(黄昆)是一位热忱的共产主义者,当他听到毛泽东战胜蒋介石的消息时,就想回国参加正在进行的一切事情。”
——波恩,《波恩-爱因斯坦通信集》
作为犹太人科学家,波恩和爱因斯坦或许比其他人更能体会“爱国”对于黄昆的意义。正如他们在通信中所言,黄昆在1951年回到新中国,心情也许只有“迫不及待”四个字可以形容。留英六年,黄昆早已习惯了现代化的研究和生活条件,但他回到中国时,由于行程紧凑,竟然只随身带上一辆最后一直用到去世的自行车,和为完成《晶格动力学理论》而必须的一台英文油墨打字机。精忠报国,成为了黄昆后来五十多年生活绝对的主心轴。
工资单、党费记录和各种活动经费记录,是在科研和教学的成就之外,黄昆拳拳赤子之心的一个生动缩影。1969年,黄昆作为半导体专业的带头人,来到北大昌平分校参与“150计算机”的研制工作。作为北京大学资深教授和中国科学院院士的黄昆,虽然那时每月的工资有两百多元,但却坚持只领六十二元工资,与所有刚刚参加工作的年轻教员保持一致,其余全部作为党费上交,一交就是八年。而“文革”结束后,黄昆将补发的两万元工资再度作为党费悉数上交,一分不留。1977年,邓小平亲自点将,调任黄昆为中科院半导体研究所所长。那时的半导体所还在北京城中央的美术馆后街,黄昆每天来回中关村居所,路程超过三十公里。然而,黄昆坚持不用配轿车,而骑着从英国带回的旧自行车天天上下班,一骑又是九年。作为一所之长,黄昆居然坚持不用清洁工,每天早上自己打扫办公室。即使是参加有国际组织资助的学术会议,黄昆也往往从主办方提供的宾馆换到更为便宜的旅馆居住,而用省下的经费购买国外先进的设备和器材。就在半导体所任所长和名誉所长的时间里,黄昆用“换宾馆”的钱,便为那时筚路蓝缕的半导体所带回了第一台幻灯片投影机、第一台复印机、第一台电子打字机,而购买的书籍、文献资料和小型器件,则是不计其数。
随着八十年代之后,黄昆的物理学研究进入第二个春天,国际上关于黄昆毕生成就的议论也开始热闹起来。学术界几乎公认,如果五十年代不回国,诺贝尔奖早应属于黄昆。然而,面对他人,黄昆却总说:“我从来没有后悔过,这些年来,我就是在需要我发挥作用时发挥作用的。”黄昆的回答,绝非是形式上的作秀。正如波恩在回忆录《我的一生》中描绘的黄昆:“他(黄昆)是一个共产党信徒和唯物主义者,他把科学看作是改善人民生活的手段。”五十年代,新中国百废待兴,急需培养一批为未来中国建设担当中流砥柱的物理人才,黄昆便毅然回国,接过了北大的教鞭,为中国半导体事业的未来发展打下了坚实而不可替代的人才基础;八十年代,改革开放一声枪响,中国的半导体工业亟需再度抢回国际竞争力,黄昆又在不惑之年重回研究第一线,与他曾经的学生们在办公室实验室熬夜奋战。年过古稀,黄昆依然在第一线亲自计算和推导模型。1988年,大年初二,北京的鞭炮声还在响亮之中,朱邦芬来到黄昆家拜年。令朱邦芬没想到的是,坐下之后,黄昆竟然马上拿出自己在春节当天计算的结果与自己讨论起来。
2005年7月,黄昆去世后,黄昆的学生,也是北京大学教授的陈娓兮曾经问李爱扶,是否考虑回到英国故乡度过晚年。得到的回答却是:“我是中国人,我为什么要去英国?”
作为陪伴黄昆走过半个世纪的人,李爱扶无疑最为明白黄昆的价值与心意。黄昆的中国心,是永不消逝的,更是永远年轻的。那颗中国心,还凝聚在李爱扶这位把一生奉献给中国物理教育,兢兢业业坚守岗位的中国教师身上;还凝聚在奋战在中国半导体领域第一线,期待中国半导体工业崛起的黄昆曾经的学生们身上;也还凝聚在所有依然在大学自习室中钻研着黄昆的《晶格动力学理论》和《固体物理学》,披着星光走出图书馆的今天的大学生身上。
我也是其中的一位,30年前我在武汉大学南一楼的教室里苦读黄昆先生的《固体物理学》和《半导体物理》,他展示的物质运动的奇妙不仅燃起我对科学的热爱、对真的追求,还给予我认识世界的方法。虽然今天我已不从事物理研究,但黄昆的精神在我和我的学生们身上传承。在如今中国的五彩斑斓中,黄昆的信仰和追求在中国大地上延续生命,它比十次百次诺贝尔奖,都更充满价值,更让人珍惜。
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