“学习知识不是越多越好，越深越好，而是要服从于应用，要与自己驾驭知识的能力相匹配.”
——黄昆
固体物理和半导体的先驱——黄昆
摘
要
黄昆是我国著名物理学家，也是国际著名物理学家.他的学术生涯不同凡响，值得学界研究、值得物理界年轻学人借鉴；他的科学创新方法以及严谨的科学态度值得深入系统研究、学习；他的科学贡献，尤其对于新中国物理界的突出奉献，应写入中国物理学史册.
生平简介
introduction
黄昆是著名物理学家、物理教育家、中国科学院院士、中国固体物理学和半导体物理学重要奠基人之一、声子物理学奠基人.黄昆祖籍浙江嘉兴，年9月出生于北京.年毕业于燕京大学物理系，同年到昆明西南联合大学物理系任教，在吴大猷教授指导下获得北京大学硕士学位.年赴英，获布里斯托大学博士学位，导师是尼维尔·莫特.此后在英国利物浦大学开展博士后研究工作，同时与爱丁堡大学著名物理学家玻恩合著《晶格动力学理论》一书.年黄昆回国任北京大学物理系教授，曾担任北京大学物理系副主任.年当选新中国第一批科学院院士，年任中国科学院半导体研究所所长.年受聘为中国科学院数学物理学部学部委员，年被瑞典皇家科学院聘为外国院士，年被选为第三世界科学院院士，年出任中国物理学会理事长.年黄昆获得国家最高科学技术奖，年黄昆逝世于北京.
主要学术生涯
Academiclife
黄昆在国内所受物理教育
对于黄昆在国内接受物理教育情况，冯端院士有过扼要而准确的概括：“他的物理学素养植根于我国本土.他在燕京大学物理系读书时，就开始专研量子力学”；在西南联大读研阶段，“良师（他的导师是吴大猷教授）的教导和益友（他和杨振宁、张守廉等过从甚密）的切磋也起到了非常关键的作用.但是归根到底还有赖于黄先生自己对科学具有忘我追求的精神.”[1]黄昆不认为自己天赋出众，但是承认自己较早就具有了很好的自学能力.他回忆说，当年因为燕京大学物理系开设的课程较少，黄昆在三四年级时自学初步掌握了量子力学基础，这对他后期有重要影响：“在当时国内量子力学尚被视为一门新鲜深奥的学问时，这还是比较难得的，对我以后开始进入科学研究领域创造了有利条件.”[2]不难想象当年的黄昆对物理学还是有特别兴趣的，如果一个大学生自己对于物理学没有足够的兴趣，他难以完全靠自学扎实地掌握量子力学基础.
环境对于一个人的成长的作用不能忽视.大学本科毕业后，黄昆先在西南联大做助教,后读研究生.期间他结识了杨振宁和张守廉,三人交往甚密,黄昆从中收获良多.联大的导师堪称名家荟萃,吴大猷教授是黄昆授业恩师，对黄昆后来的成长功不可没，这一时期黄昆更深入地掌握了量子力学理论，为此后出国从事固体物理研究奠定了坚实的基础.[2]
通过自学、学友的影响以及导师的指导，黄昆在出国前已经打下了非常坚实的物理与数学基础.这使得他到英国留学时，在来自各国的留学生中出类拔萃.朱邦芬院士是黄昆任半导体研究所所长后的合作者，他说：“黄昆觉得，虽然自己名义上是硕士研究生去念博士，但其实际水准，特别是在量子力学方面，已远远超越了他的英国同学，达到了博士后研究员的水平，因而黄昆能够在很短的时间内完成博士论文，并完全能够独立自主地开展研究工作.”[3]那么这是不是意味着几年的英国留学生涯，对于黄昆而言，就不那么重要了呢？当然不是.来到英国，在莫特研究团队中、在与玻恩的合作中，黄昆置身世界固体物理研究之前沿，开阔的视野与专心研究的氛围培养了黄昆科学研究的敏锐嗅觉、独特的科研风格和严谨的工作作风，使他在物理世界快速健康成长，相继取得系列重要成果.
莫特对黄昆的影响
黄昆在英国留学期间，莫特是对黄昆影响最大的.对于莫特给过他什么难忘的影响这一问题,黄昆回答说：“他并没什么‘教诲’，而是他善于捉住问题的实质，采用简单中肯的物理模型，解决问题的风格给人以深刻影响.”[4]深入研究黄昆的科学著述会发现，他概述的莫特的研究风格，基本上也是黄昆本人的风格.而这当然是他自觉向导师学习的结果.
莫特对于黄昆最直接的第一个影响，是给了黄昆两个研究选题，让黄昆选择一个做博士论文，黄昆由此开始了自己在国外的研究工作：“刚开始，他向我建议了两个论文题目，一个是小角晶粒间界能量的理论计算，另一个是缺陷对晶体固态X射线反射的效应.由于我所学的物理学基础课程十分侧重于系统性理论，对于解决晶粒边界问题我不知道如何下手，因而我就选择了关于X射线的题目.”[5]黄昆很好地融于莫特的研究团队，如鱼得水般迅速成长起来.年在写给杨振宁的一封信中，虽然黄昆言辞谦虚，但这封信还是很好地展示了莫特营造的学术氛围，给黄昆的积极影响，他在其中得到锻炼、受到启发、以及得心应手解决问题等方方面面[6].莫特周围良好的研究氛围使天赋高、基础扎实的黄昆得到了最适合的营养，他茁壮成长起来.从这封信里还可以看出，导师莫特除了自己的科学研究，不倦地为各种科学组织性事务而勤劳做贡献的态度，对于黄昆也影响颇大.黄昆60岁以后出山，主持中科院半导体研究所时的一些工作方式，与他所描绘的导师莫特当年忘我工作的影子，十分神似.
莫特对于黄昆的第三方面影响，来自于黄昆当年主动研读莫特的著述，从中深刻领悟和学习莫特的科学研究方法与思想.如在阅读莫特的论文时，莫特用Thomas-Fermi方法对多价溶质原子电荷屏蔽的处理,其简洁实用给黄昆留下了深刻印象.黄昆将这种方法用于自己的研究之中，得出了有意义的研究结论.莫特的研究风格对于黄昆影响之深刻，还可以从另外一个角度看出：除了前文他提到莫特风格给他深刻印象外，他还在其他场合多次或更详细或更简洁地提到这一点.黄昆曾说：“导师莫特的治学风格，对我产生了很大的影响，跟他认识和接触以后，使我进一步认识到，从对科学的追求到真正进入科研领域，是通过对一个又一个具体的科学问题的解决逐步发展的.……我觉得这一习惯对我影响较深，其好处是，科研工作需要你集中全部精力来解决你所面临的问题.”[2]年甘子钊院士在怀念黄昆的文章中指出：“黄昆科学工作的一个特色就是他善于从一个具体的物理问题入手,探索很基础的物理问题.当年他从处理立方的二原子极性晶体的晶格光学振动模式的问题入手,从阐明宏观电磁场和晶格光学振动的相互作用的角度,引出了极化激元这样一个带有基础性的概念的重要问题,开辟了前面简略叙述到的,范围很宽的物理领域.而且这不仅仅是物理学上很有魅力的领域,也是包含很多应用的领域.”[7]将甘子钊院士这段对于黄昆研究特色的总结，与黄昆反复强调的莫特的研究风格相比，不难发现二者是极其相似的.这无疑说明黄昆继承了莫特的风格，并做到了活学活用莫特的研究方法.根据黄昆自己的回忆可以看出，他本人在科学研究领域的很多重要贡献，都是在深刻领悟并成功实践莫特的研究风格之中做出的.
玻恩对黄昆的影响
黄昆留学英国期间,对他有重要影响的另外一位著名物理学家是玻恩.黄昆是年慕名到爱丁堡大学游学并结识玻恩的.其后直到黄昆离开英国回国，二人有大量的书信往来.尽管如此，从书信中可以看到，为了更多地能在一起讨论研究，玻恩总是希望黄昆能多来爱丁堡.为此他在经费比较拮据的情况下为黄昆设法解决经济问题.如年5月12日玻恩写给黄昆的一封信中有这样一句话：“现在我有一点完全由我支配的可用的经费，我可以为你提供交通和住在这里的费用（每天一英镑），所以，不要因为经费问题而阻碍了你到这里来.”而黄昆则除遇到问题及时写信与玻恩讨论外，系统搜集、研读玻恩及玻恩晶格动力学学派成员的相关著述.黄昆将玻恩的一些文章称为晶格动力学研究的“范本”.
《晶格动力学理论》是这一领域的经典名著.玻恩充分肯定黄昆在这本书撰写过程中的重要作用，黄昆也投桃报李，实事求是地说：“固然我担任了全书的写作，并且在解决一些主要问题上进行了工作，然而玻恩教授的工作仍旧在书中保持了主导的作用，不仅玻恩的手稿确定了普遍理论的轮廓以及其中部分的具体内容，而且全书所总结的内容，包括书中新发展的理论，也主要是以玻恩教授本人以及他的学派几十年来在晶格理论方面的工作成果为基础的.”[8]《晶格动力学理论》一书的中文翻译者葛惟昆教授曾说：“令我不胜唏嘘的是，重读原著多遍，竟一点错误都没有发现，连标点符号都准确无误.这固然在很大程度上要归功于玻恩在年过七旬以后仍一丝不苟地校阅文稿、编制索引和检查公式，但也完全体现了全书主笔者黄昆的风格.”[9]无需辨析该书无错应主要归功于谁.可以肯定的是黄昆的严谨风格，应该与他在英国多年的留学时期受莫特、玻恩这两位严谨求真的著名物理大师的影响不无关系.黄昆在多个场合都曾对于玻恩有高度的评价.与这样的一流物理大师长时间合作而受其影响是自然而然、合情合理的.
在合著《晶格动力学理论》期间，玻恩不仅与黄昆一起讨论著书事宜，还向权威期刊推荐黄昆的研究论文.在回忆起一篇文章的发表过程时，黄昆曾说：“当初稿由玻恩寄到《伦敦皇家学会会志》发表时被拒绝了，因为审稿人说论文中没有新内容，后来玻恩建议换另一个审稿人评审，论文才被接受发表.”[5]在玻恩的档案中有多封他推荐黄昆稿件的信函.在玻恩的回忆类著述中，有时他将黄昆称为自己的学生，有时则特别说明黄昆来到他身边时已经是能力很强的青年物理学家.从玻恩与黄昆之间的交流情况来看，在交往之密切与合作之深入上看，这和玻恩指导一位博士生或博士后的工作没有本质区别，不同的是黄昆没有在玻恩指导下撰写一篇学位论文而已.因此，玻恩有时视黄昆为自己的弟子，并不为过.
黄昆的创新方法
Innovation
高水平的科学研究工作是研究者精神追求的结果.莫党教授是黄昆的学生也曾任其助手，他回忆说：“黄昆言传身教地教导我们，要有追求科学的目标，要有创新的精神，要有科学的态度.”[10]黄昆这样要求学生，他也这样要求自己.在20世纪90年代在回答“您认为从事物理学研究的人应该具备哪些品质”这个问题时，黄昆说：“在某种意义上说，把自己的物理研究看得比什么都重要.要把实实在在解决点科学问题当做工作目标，而不是仅求出文章.要有点独立精神，不要陷进‘仿制’、‘复制’，琐碎的添枝加叶的工作模式.”[4]可以这样理解，黄昆所说的科学态度就是“把自己的物理研究看得比什么都重要”；不仿制、不复制就是他的独立创新精神；而“实实在在解决点科学问题”则是一位科学技术研究者一步一个脚印，具体而务实的科研与工作目标.科学家的创新方法即是其研究方法，黄昆研究问题时的特点是“从一个具体的物理问题入手,探索很基础的物理问题”.在此基础上，黄昆认为研究者要做到“三个善于”：“要善于发现和提出问题，尤其是要提出在科学上有意义的问题；要善于提出模型或方法去解决问题，因为只提出问题而不去解决问题，所提问题就失去实际意义；还要善于作出最重要、最有意义的结论.”[2]黄昆的“三个善于”是难以效仿的，但却是高水平研究者必须具备的素质.对于自己提出的“三个善于”，黄昆认为：“当然，这说起来容易，做起来难.至于怎么做到‘善于’，我也说不清，反正事实上要做好研究工作，我体会是非如此不可.”[2]黄昆的“三个善于”虽然不是可以按部就班模仿的，但它对于所有研究工作都有启示，对于已经具备专业研究基本素质的人而言，黄昆的“三个善于”具有一定方法论上的指导性作用.它提示研究者确定选题并看清问题的本质、找到有效的最佳解决办法以及用心提炼和表述自己的研究成果.一个研究者如果不具备“三个善于”的素质，绝对难以做出高水准的创新.在这个意义上，“三个善于”是更高层面的创新意识与创新境界.黄昆本人十分重视他所提出的“三个善于”，年黄昆曾强调指出：“科学研究贵在创新，要做到‘三个善于’，即善于发现和提出问题，善于提出模型或方法去解决问题，善于做出最重要的、最有意义的结论.其中最为关键的是善于抓住机遇，发现和提出问题.”[2]
在黄昆看来他的“三个善于”就是他能够做出高水准创新性工作的保障.黄昆的研究成果都能经受住时间的考验，这也有赖于他对于研究工作反复推敲的严谨精神.朱邦芬院士曾说：“黄昆常说他的十个想法中有九个靠不住,为此他总是仔细推敲.黄昆不赞成用过于烦琐的数学方法来研究物理问题,然而在需要数学推导及计算时,他又十分仔细,反复多遍地来回检验,因此黄昆的研究成果经得起时间的考验.”[11]可见要做出高水平的创新工作，并保证其成果能经受住考验，黄昆这种一丝不苟、反复推敲的严谨精神是值得借鉴和学习的，不失为一种行之有效的宝贵经验.
黄昆的主要贡献
Contribution
黄昆在固体物理领域深得莫特和玻恩两位大师的真传，加以自己专心致志的揣摩，掌握和拥有了自己从事科学研究的有效方法.运用这些方法黄昆取得的科学贡献在物理界有目共睹，其中在英国留学的6年里做出的杰出工作主要有以下4项：
（1）黄散射：年在英国布里斯托大学做博士生的黄昆发表论文指出：晶体缺陷将使进入物体的X射线产生漫反射.这种散射后来被称为黄散射.
（2）黄方程：年黄昆引入一组微观模拟光学振动的唯象方程，后被成为黄方程.它确立了约化光学位移W(正比于正负离子位移之差)、宏观电场E与电极化P三者之间的关系,即
式中的四个系数中,b21=b22,三个独立系数可由实验直接确定.黄方程的物理意义十分明确,作为宏观关系是严格的,它简洁而有效地解决了极性晶体光学振动的问题.利用黄方程，很快就能导出在长波极限条件下的横光波与纵光波的频率比.揭示了在固体中还存在极化激元，即极性晶体中声子与电磁波的耦合模.年在磷化镓拉曼散射中首次从实验上观察到极化激元.徐永安徐永祥指出：“黄昆方程的理论就在于把电磁声子从极化声子中区分出来，引起了人们对声光子概念的兴趣.”[12]
（3）黄-里斯理论：年黄昆与里斯（A.Rhys，后与黄昆结为伉俪）合作，从晶格弛豫机制出发，在“F中心光跃迁与无辐射跃迁理论”一文中，提出了光跃迁和无辐射跃迁多声子理论.这一理论被称为黄-里斯理论.《F中心的光吸收与无辐射跃迁理论》一文是人们在这个领域必引的经典文献.从年(这篇文章发表24年以后)以来,这篇论文被他人在SCI收录的刊物上被引用次,其中年以后被引用次,平均每年引用20多次.[13]黄昆自己也认为《F中心的光吸收与无辐射跃迁理论》是他的最重要的文章：“我在年发表的‘F中心的辐射和无辐射跃迁’一文是发表后立即引起一批优秀物理学家重视，并进行进一步研究的文章，也是从那时到现在被引用最多的论文.”[4]
（4）玻恩与黄昆：年玻恩将断断续续写了14年的尚未完成的书稿给黄昆看，建议黄昆与他合作完成此书.后来开始了二人的合作.年由黄昆主笔的《晶格动力学理论》由牛津大学出版社出版，该书是这一领域的权威的世界经典名著.从英国归来后黄昆主要从事教学工作.年出任中国科学院半导体研究所所长后，他除了为研究所的建设运筹帷幄外，又开始了自己60岁以后的新的科学研究时期并取得了重要成果.其中最主要的是建立了黄-朱模型.
（5）黄-朱模型：20世纪80年代中期，黄昆简化了量子阱空穴能带计算问题，导出了量子阱中激子旋量态.年,黄昆与朱邦芬设计了一个构思巧妙却十分简明的“偶极子超晶格”模型,这一模型与连续介电模型完全相容,而又是个微观模型.据此,黄昆和朱邦芬澄清了原来理论出现矛盾的原因,提出和发展了关于半导体超晶格光学振动的系统理论，这一被国际学术界普遍称为“黄-朱模型”.[13]
黄昆对我国半导体事业的贡献
Semiconductor
黄昆的贡献不仅仅体现在他纯粹的科研成果上，他在新中国半导体物理学发展以及培养物理学人才方面，也是居功至伟.对于回国之后、60岁之前的工作，他有过这样的概述：“我年回国，立即赴北京大学任教.这时，新中国刚刚成立，国家把培养人才的工作放在了极为重要的地位，学校对教学工作提得很重，我全身心地投入到了教学工作.从33岁到59岁，都是致力于教学工作.”[2]对于一位刚过而立之年的物理学家而言，在科学研究领域已经取得杰出成就，却要放弃科学研究而将全部精力用于基础物理教学，这不是很容易想通、做得到的.对此，黄昆有非常清晰而理性的认识：“因为回国后全力以赴搞教学工作，是客观形势发展的需要，是个服从国家大局的问题.这也并非我事业上的牺牲，因为搞教学工作并没有影响我聪明才智，而是从另一方面长了才干，实现自身价值.”[2]黄昆做到了，而且做得很好、很出色.据他的学生回忆当年黄昆在上普通物理课时，全身心投入：“黄先生教我们普通物理课.黄先生全部身心投到教学中去，讲课生动活泼，物理概念鲜明，还创造地给出一些更科学更形象的讲述.他采用启发式教学，经常举行课堂讨论和小测验，使学生实实在在地掌握所学的知识.”[10]这说明黄昆对于放弃物理学研究而从事基础物理教育工作，心里的确是没有疙瘩的.
在物理教育领域，黄昆最为人称道且值得大书特书的是培养了一批新中国半导体人才.年暑假，为发展我国的半导体事业，教育部创办中国第一个五校联合半导体专门化教研室，黄昆任教研室主任.黄昆亲自讲授为大学生开设的《半导体物理》课程，还为研究生和青年教师开设专题课，主持电子-晶格相互作用和能带理论的研究工作，并亲自指导学生的毕业论文.-年，五校联合培养了中国第一批半导体毕业生人，这些人才是我国半导体事业的骨干力量.
黄昆自年担任半导体所所长以后,重新焕发了青春,又开始了研究工作.58岁重操科研旧业，并力求赶超世界前沿，这不是一件易事.对于当时的感受他自己曾有过这样的描述:“这时身在研究所不作研究工作道理难容,但是,研究中断了几十年,自己年龄已近60岁,研究怎样才能作得出来呢?”[14]黄昆当时思考了老科学家从事科学研究工作掉队的原因，并由此找到了自己再次现身物理学研究前沿并做出新贡献的方法：“我当时想,科学家老了会掉队大概有两个原因,一是知识老化,特别是基础理论和方法跟不上发展,二是由于地位容易脱离第一线的具体工作,以至自己原来的老本也会逐步忘记.我要把几十年基础理论的发展认真地补上恐怕是作不到的.所以我拿定主意,承认这个局限性,只去作自己能作的问题.但是要坚持自己动手作第一线的具体工作.”[14]除了自己恢复从事科学研究的功力，作为研究所所长，黄昆对于学科发展的规划决定着整个研究所的未来.20世纪80年代初期，半导体物理的主要研究方向并不明确.由于分子束外延技术的发展,国际上半导体超晶格研究的发展十分迅速.黄昆预见到，这一技术在半导体物理研究中,将占有越来越重要的地位.黄昆及时地调整了半导体所的研究方向,转移到超晶格、量子阱的研究上来.事实证明黄昆的看法是有远见的、正确的.黄昆先生当年的心血，奠定了中国半导体事业发展的坚实基础.
为弘扬黄昆的科学精神及其在开创我国物理学事业中所做出的杰出贡献,经国家科技部批准,于年设立了“黄昆固体物理和半导体物理科学研究奖”；北京大学则设有“黄昆-李爱扶奖学金”，奖励物理学院固体物理与半导体专业研究生.这些都是对黄昆先生最好的纪念.
参考文献
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[8]M.玻恩、黄昆著.晶格动力学理论[M].葛惟昆、贾惟义译.北京：北京大学出版社，，本书说明.
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[10]莫党.悼念我敬爱的老师黄昆先生[J].物理，,34（8）：.
[11]朱邦芬.一本培养了几代物理学家的经典著作[J].物理，,35（9）：.
[12]徐永安、徐永祥.黄昆方程及应用[J].信息工程学院学报，,1（1）：39.
[13]朱邦芬.黄昆对物理学的贡献[J].发光学报，,24（1）：3.
[14]夏建白.深切悼念黄昆老师[J].物理，,34（8）：.
本文作者：
厚宇德，科学技术史博士，山西大学科学技术史研究所教授，主要研究方向为物理学史和物理文化.
本文发表在《大学物理》年36卷11期
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