黄昆：在科学巅峰散步的固体物理学先驱

文/吴志菲

黄昆（1919—2005），著名物理学家与教育家，中国固体物理学先驱与中国半导体技术奠基人，中国科学院院士、瑞典皇家科学院外籍院士、第三世界科学院院士。历任英国爱丁堡大学物理系、利物浦大学理论物理系研究员，北京大学物理系教授，中国科学院半导体研究所所长、名誉所长等职；曾当选中国物理学会理事长与全国人大代表、全国政协常委。

黄昆院士在世界学术界赫赫有名，然而直到获得国家最高科技奖之后，国内民众才对他有所了解。

黄院士已经离开我们十几年了，但那次采访永生难忘。经过近一个星期的预约，笔者才有机会拜访固体物理学泰斗黄昆。跨进办公室，俯在案头正一笔一画地写着什么的黄老听见脚步声，停下手中的工作。拿着采访提纲，他像学生接受面试一样。我暗暗庆贺自己幸运，面对面感受了大师风范。这位功勋卓著的大腕级科学家，在笔者眼里又是一位普普通通、十分平易近人的慈祥老人。

国外专家称“我把黄昆的书像圣经一样放在我的书桌上”

曾与黄昆在一个研究室工作过的朱邦芬教授在谈到黄老青年时期的求学之路时说，1945年8月，黄昆到英国布里斯托大学做了莫特的博士研究生，莫特当时已是国际上著名的理论物理学家，后于1977年获诺贝尔物理学奖，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把握本质，倾向于用简单的物理模型方法解决问题而不主张借助复杂的数学推导。莫特对黄昆学术风格的形成起了决定性的作用，使黄昆“避免了在数学公式里绕圈子的这种弯路，并且懂得重视实践和理论的联系”。在两年的研究生学习期间，黄昆先后完成了3篇论文，对后来物理科学的发展都深有影响。其中，第一篇论文提出了杂质或缺陷引起的漫散射，后来被称为“黄漫散射”。

“现在想来，我在科学研究的方向选择上是非常幸运的。选择莫特做导师，也就选择了将固体物理作为自己的研究方向，这门学科当时才刚刚形成。”采访中，黄昆一再表示自己适时把握了成才的机遇。“其实，早在西南联大时有一位英国教授给联大捐赠了一大批英国出版的科学书籍。我对这批书很感兴趣，引起我注意的是莫特先生的几本书，使我感到他的学识之渊博、研究领域之丰富。基于此，我到了布里斯托大学做了莫特的研究生。”

黄昆的一生和诺贝尔奖大师紧密相连，从英国布里斯托大学、爱丁堡大学到利物浦大学，从诺贝尔奖获得者莫特教授到玻恩教授，黄昆的第一个“黄金时代”到来了。物理学大师玻恩是量子力学的创始人，也是晶体原子运动系统理论的开创者。早在第二次世界大战期间，玻恩就打算从量子力学最一般原理出发，写一部关于晶格动力学的专著，但战后因忙于他事，且年事已高，此事一度搁置。1947年5月中旬，黄昆来到了爱丁堡大学玻恩教授处短期工作，工作中玻恩发现黄昆熟悉这门学科，且有深邃见解，便将完成用量子力学阐述晶格动力学理论的《晶格动力学》专著的重任交给了黄昆，同时交给他的还有玻恩的一些残缺不全的旧手稿……

“我觉得这是个发挥聪明才智的极好机会，乐于从命。”黄昆从1948年开始，在4年时间内不仅以严谨的论述和清晰的物理图像对这个固体物理学中的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。“写这样的书非同儿戏，有一段时间，我同玻恩教授为要不要在点阵动力学的系统推导之前加上基本导论性的三章发生了争论……后来，他让步表示同意我的想法。”谁也没想到，黄昆当初写的内容在1960年激光发现以后，一一被实验证实。由此，奠定了他在固体物理学领域的权威地位。连玻恩这位诺贝尔奖获得者也不得不伸出了大拇指，他在给爱因斯坦的信中说：“书稿内容现在已经完全超越了我的理论，我能懂得年轻的黄昆以我们两人的名义所写的东西，就很高兴了。”

这部书问世后，多次再版并一再重印，且被译成多国文字。1985年发行了第三版，此次出版在封底特意加了一段评价：“玻恩和黄昆关于晶格动力学的主要著作已出版30年了。当年，本书代表了该主题的最终总结，现在，在许多方面该书仍是该主题的最终总结。”事实上确实如此，几十年来，这本书一直作为晶格振动及其相关效应如拉曼散射、瑞利散射、红外光谱、比热和弹性等理论的经典著作，成了几代科学家的入门指导书和必备参考书。1979年英国剑桥大学科学委员会主席R.J.Elliot曾在一个报告会上说：“我是在学习玻恩和黄昆合著的《晶格动力学理论》一书中受到教益和启发以后，才开始研究晶格动力学的。”在将近半个世纪后，牛津大学出版社把它列入了“牛津经典物理著作丛书”，并有国外专家称“我把黄昆的书像圣经一样放在我的书桌上”。

距返回祖国还有两年多时间，黄昆应英国利物浦大学理论物理系主任弗洛里希的聘请，任博士后研究员。这期间，除了潜心撰写《晶格动力学》外，在学术上有两项开创性的贡献，即著名的“黄方程”与“黄—里斯理论”。

杨振宁说“我一生中最重要的一年，不是在美国做研究，而是当时和黄昆同处一舍的日子”

1937年，黄昆经保送进入燕京大学物理系。“系里课程设置门类较少，内容也较浅，但我学习比较主动。当时国内量子力学尚被视为一门新鲜深奥的学问，在三、四年级我便完全通过自学图书馆里仅有的几本有关书籍，初步掌握了量子力学的基础，为以后开始进入科学研究领域创造了有利的条件。”燕大是一所美国教会主办的大学，在动乱的旧中国可以说是“世外桃源”。学校的教育虽然存在许多缺陷，但是求实、宽松、开放的环境熏陶了黄昆，使他养成了凡事独立思考，不盲目随从、自加压力的习惯。“上实验课，老师严格要求基本操作要正规化，并亲自演示。在这里，我接受了最初的科学实验的基本功和工作态度的训练，培养了我严肃、严格、严密的科学学风及自己实践的动手能力。”

因大学课程不重，各门学科成绩又名列前茅，每年都得到学校颁发的“司徒雷登奖学金”，黄昆有很多时间读书。给他印象最深的有两本书——《数学家》（）与《探索微生物的人们》（）。读了这两本书，黄昆觉得：科学家的事业，是再辉煌不过的，比什么都振奋人心。“这些科学家们对科学事业的追求和献身精神，对我震撼很大，影响着我的人生，使我对科学事业产生了兴趣和爱好。”我看到，精神矍铄的黄老眼神中透出几分兴奋与睿智。

在抗日战争的艰苦岁月里，燕大是沦陷区少有的一块“自由”学习园地。能够在那湖光塔影的宁静环境里学习，自然是一生难忘的日子。给他印象最深的是一些老师，正是这些老师的引导与点拨，为他今后的学习、工作、研究打下了良好的根基。大学期间，黄昆有幸遇上了一位刚从剑桥大学毕业不久的英国教师赖普鲁教他的微积分课。赖普鲁不仅是一位讲课十分出色、课后谆谆教导的好老师，而且亲自组织尖子生成立了一个课外研究小组，研究内容包括这位老师自己也不懂而想学的新知识，如相对论、量子力学及矩阵数学。“虽然大家最终都没有学懂相对论，但我从中学到了矩阵代数的基本知识，对以后学电子力学很有用。”黄昆感念参与课外研究小组活动的日子，说这期间更重要的是，活动使他的思想超越了上课学知识的框架，开始感受到活的、生动的科学研究和发展，激发了自己对科学的强烈爱好和炽热追求。显然，他自选的毕业论文《海森堡和薛定谔量子力学理论的等价性》得以独立完成，跟他积极参加课外研究小组的活动不无关系。1941年，黄昆出色完成了大学学业，并荣获燕大颁发的“金钥匙”最高荣誉奖励。

继而，黄昆考取西南联合大学物理系研究生，师从著名物理学家吴大猷。在这里，黄昆如饥似渴地吮吸着物理知识的精华，不但听许多物理系高年级课程，还选学数学系多门课程，感觉得益不少，大开眼界。在这里，学术讨论风气盛行，使得从小便酷爱争论的黄昆有了一个争辩的天地。喝茶中，谈天说地，争论不休。正是通过学术讨论与课外无数次辩论，黄昆同杨振宁、张守廉等真正地认识了彼此，从此结下了长达半个多世纪的深厚友谊。

“一生于我影响最大的人是杨振宁，尽管那时相处的时间比较短。我跟杨振宁在西南联大的时候，是我生活最愉快、最高兴的日子，是生活最丰富的时期。”在科学界享有盛名的黄昆，晚年依然忘怀不了在西南联大的时光。那时的黄昆和杨振宁都年方二十出头，同住一屋，都喜欢纵论天下，互相顶牛。黄昆往往将话题引向极端，引发无休止的争论。有一次，为弄明白量子力学中“测量”的含义，他们的争论从茶馆喝茶的时候开始，持续讨论到晚上，一直到回宿舍还在进行，熄灯后上了床争论没有结果，过了好久又爬起来，点亮蜡烛，翻开权威资料来解决争论。时隔数十年后，诺贝尔奖获得者杨振宁对黄昆的认真仍然念念不忘，“我一生中最重要的一年，不是在美国做研究，而是当时和黄昆同处一舍的日子。正是那些争论，使我找到科研的感觉。”二人真是心有戚戚焉，颇有同感。

“杨振宁是我很好的朋友，我觉得他很有天赋，聪明过人，课堂上一些我认为非常艰深的理论，他很快就能轻松地掌握。在日常交往中，那些知识成了我们随时讨论的话题，交往中我受到了感染。”黄昆在言及科学家最需要什么样的素质时，认为光有兴趣不行，还得有一定的能力，需要一定的科学基础。“联大时，我相当迷信天才。现在倒认为这种看法不能过分强调——我年轻时在国外一起学习工作过的人有几个得了诺贝尔奖，他们就并非一定有特别的能力。”

他率先提出在北大开设固体物理和半导体物理课程

1951年年底，在“五星红旗迎风飘扬”的歌声中，黄昆坐船取道香港回国。他带回国的“大件”是一台打字机，这是为了完成《晶格动力学》书稿所必需的。踏上离别2000多个日夜的祖国土地上，黄昆第一次看到五星红旗在空中飘扬，心里有说不出的兴奋，立志把满腔热忱投入到新中国的建设事业。

回到刚刚解放的新中国，他应约到北京大学物理系任教授。考虑到当时我国百废待兴，急需培养大批物理学人才，已是一名享誉世界的青年科学家的黄昆毅然暂时中断已多年从事的研究项目，全身心投入到教学工作中去，开始自己长达26年之多的教学生涯。“回国后，我全力以赴搞教学工作，是客观形势发展的需要，也并非是我事业上的牺牲，因为搞教学工作并没影响我发挥聪明才智，而是从另一个方面长了才干，实现自我价值。”那时，还单身的他一个人住在学校实验室里，常常在疲惫中酣然入睡。

重返燕园后，黄昆开讲的第一门课是物理系学生的“当家”课程——“普通物理”。虽然每周只讲3次，6个学时，但他用于备课的时间每周足足要用50—60小时，而且每教一遍都重新认真备课，几乎是集中全部精力钻研教学内容，悉心探索最好的教学方法。在讲授“表面张力”这个概念时，他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，讲得十分透彻，使学生得到了深刻而清晰的理解，课堂生动而引人入胜，精辟入理，当年的学生日后仍印象十分深刻。北京大学1952级的秦国刚在2001年当选为院士，回忆起近半个世纪前的时光时说：“我原以为是位老教授给我们上课，没想到他那么年轻，才30多岁。听他的课，好像是一种享受，除了科学以外，能体会到一种美感。他分析特别透彻，能够让人比较快地掌握关键之处。现在回想起来，黄先生也不是天生就会讲课，为讲一节课经常要备课好长时间。”

经过在英国多年的研究，黄昆当时在固体物理领域属于国际上的领头科学家，他的水平无疑在国内固体物理领域首屈一指。为了为祖国培养大量建设人才，他率先提出在北大开设固体物理和半导体物理课程。经过多年的反复实践，从无到有，逐渐形成系统的专业物理课程。从事“两弹一星”研究的许多科技人员都从这里走出，或者曾经聆听过他的授课。那时，无论国内国外都仅有专著，而无现成的教科书可供借鉴。黄昆对教材质量十分重视，一向认为讲课讲义对科学问题的讲解必须明确、具体，基本概念和理论阐述必须确切。他在多年改进讲义的基础上所著的《固体物理学》以及与谢希德教授合著的《半导体物理学》，都是在前无蓝本的情况下自己编著的教科书。这两部著作都以讲解透彻、精辟著称，在很长一段时间内成为我国理工专业学生和科研人员必读的著作。作为中科院第一批院士（当时称学部委员）当中最年轻的一位，他的著作真的可以说哺育了世界上几代科学家的成长。

“我开设固体物理课是从碰钉子开始的。当时首次开设这门课的尝试就碰了壁，其实这门课究竟应包括些什么，我也不清楚。还是以后在给科学院物理所讲课，并结合专业建设才形成了一门比较系统的大学课程。起初讲课时，好几个学时是依照自己熟悉的一点知识拼凑起来的——回想起来，开设这门课最大的受益者恐怕倒是我自己。”作为中国固体物理学科的开创者，黄昆实话实说自己的“创业史”。

不唯书，不唯上，只唯实。这就是黄昆的治学品格。他不喜欢翻阅文献资料，喜欢从“第一原理出发”去探寻物理世界的奥秘。“我文献看得比较少，因为那样容易被人牵着鼻子走，变成书本的奴隶。自己创造的东西和接受别人的意见，对我来说，后者要困难得多。学别人的东西很难，而自己一旦抓住线索，知道怎么做，工作就会进展很顺利。”正是这种治学风格，使黄昆在学术上屡屡攻城略地，一系列以他的姓氏命名的理论就是例证。

令他感到欣慰的是，亲自指导、培养的一批学生和助手已茁壮成长，活跃在固体物理学的科研和教学岗位上，挑起了大梁。其中甘子钊、秦国刚、夏建白等好几位当选为中国科学院院士。黄昆不仅把深刻的物理思维传输给了后生，更把严谨的治学作风传承给了他们。

不停地行进的“黄昆星”永远闪烁

在利物浦大学担任博士后研究员期间，黄昆先后发表了3篇大概在他一生中最有影响的论文。其中一项就是和他当时的研究助手艾夫·里斯合作拓展的多声子跃迁理论，1950年他们共同署名发表了《F中心的光吸收和非辐射跃迁理论》，得到国际同行的高度评价，被称为“黄—里斯理论”。这个他们二人智慧的共同结晶，是固体中杂质缺陷上的束缚电子态跃迁理论的奠基石。除了在固体物理学发展史上建起了一座座丰碑，黄昆和他的夫人艾夫·里斯之间的爱情与婚姻也是科学界的一段佳话，他们的爱情之树也因相互的了解和共同的追求开出了绚丽的花朵。

小他7岁的威尔士人里斯，原是布里斯托大学物理系本科生，大学毕业后与黄昆同时来到了利物浦大学理论物理系，担任系主任弗洛里希的行政助理，并帮助黄昆进行理论计算。黄昆的聪敏与敬业深深地吸引了里斯小姐，里斯小姐的学识、勤奋和温柔美丽也给黄昆留下深刻印象。共同的事业追求与爱好把两个不同国籍的青年人的心紧紧连在一起。从此，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。

1952年4月，里斯克服重重阻力，远涉重洋追随着他来到中国，先期回国的黄昆特地赶到天津去接她。黄昆的哥哥给里斯取了一个中文名字——“李爱扶”，既是谐音，又寓意“乐于助人”。不久，二人喜结伉俪，相敬如宾，抚养的孩子均学有成就，是一个令人羡慕的家庭。

“夫人到一个具有完全不同文化背景的国家，中国的一切，从语言到做饭，都要从头学起。”黄昆对夫人李爱扶打出了90分的高分。“她为了爱情，宁愿舍弃一切，不远万里来到中国，操持家务上十分俭朴。”难怪许多和她接触过的人对她的评价都很高。1999年，黄昆患上了帕金森病，连扣扣子都有点困难，家里的事情几乎全靠夫人操持。

谈起自己的个人业余兴趣与爱好，黄昆兴致很高：“如果说有什么兴趣，那就是散步，或者说是走路，还有爬山。在20世纪60年代，每个礼拜天我跟夫人、孩子去登妙峰山，后来年纪大了，体力差了一点，便到香山爬山。”曾经一家人多次进行爬鬼见愁（香山最高峰）比赛，看谁最先到达顶峰。”但是，晚年的黄昆连香山也爬不上去了，只是每个双休日随夫人到颐和园。“坚持走路，是我业余的一个习惯，走路让我心情畅快无比。老年人嘛，应该多活动活动。”

1983年2月17日，黄昆（左）与著名科学家杨振宁教授在北京合影

“如今，您与年轻人相处，除了您传授知识，从年轻人身上您获得了些什么东西？”面对笔者的提问，老人不紧不慢、咬文嚼字地说：“在我看来，相比我而言，60岁的人都可以说是年轻人。我一直像自己在年轻时候的导师如何待我一样对待年轻人。与其说我关心他们，还不如说他们给予了我许多收获。比如，给年轻人讲课，没有年轻人听课，我的讲课便失去了生动活泼，只将是死气沉沉。”黄昆的第三代学生、北大物理专业硕士生彭进说：“黄先生真是一个学者，中国知识分子非常优秀的一面在他身上得到了彻底的体现。他的虚怀若谷决不是假的，是实实在在的谦虚。”

工作一向异常勤奋的黄昆，晚年仍每天坚持到办公室坐上半天，不停地写、算、思考，仍坚持和年轻人交流探讨。甚至在家中，在节假日，他还经常伏案工作。某一年的春节，有位同事登门拜年。黄昆好不高兴，没想到的是客人进门不久，他便把自己在家中做的一些计算拿出来讨论……稀疏的银发，微微的驼背，无不显示出他的身体正在衰老。可是，永远不会衰老的是他那颗青春般执着的心及对科研不断创新的勇气！他还在工作着，他的心永远是年轻的！

除了诺贝尔奖，黄昆几乎得到了所能得到的一切荣誉。面对许许多多巨大的荣誉和奖励，黄昆是如此的低调：“我是一个普通的科技工作者，没有什么神奇和惊人的地方。各方面给我荣誉不少，我不能位尊无功，俸高无劳。”是啊，他这位“全国优秀共产党员”、“全国五一劳动奖章”获得者和“全国优秀科技工作者”的一言一行，都是在履行自己的诺言。

2005年7月6日，黄昆在北京病逝，享年86岁。2011年5月初，由中科院国家天文台施密特CCD小行星项目组发现的小行星获得国际永久编号，并经过国际天文学联合会批准正式以黄昆的名字命名。

如今，科学泰斗已离我们而去，但是苍穹中那颗不停地行进的“黄昆星”永远闪烁在我们的心底……