人物簡介

黃昆，男，1919年9月出生于北京，浙江嘉興人。中國科學(xué)院院士、瑞典皇家科學(xué)院國外院士、第三世界科學(xué)院院士。曾任北京大學(xué)教授，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員、所長、名譽(yù)所長。2005年7月6日在北京病逝，享年86歲。

貢獻(xiàn)

黃昆是世界著名物理學(xué)家，早在20世紀(jì)40年代就已經(jīng)異軍突起。他大膽地預(yù)言與晶格中雜質(zhì)有關(guān)的X光漫散射，后稱為“黃散射”。他受邀與馬克思·玻恩合著的《晶格動力學(xué)理論》，至今仍是該領(lǐng)域的權(quán)威著作。他提出的“黃方程”和由此引申的極化元的重要概念，對理論物理的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

他是中國固體和半導(dǎo)體物理學(xué)的奠基人之一和杰出的教育家。他參與創(chuàng)建了中國第一個半導(dǎo)體物理專業(yè)，編著了我國第一部《固體物理學(xué)》教材，為中國信息產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了第一批人才。

榮譽(yù)

1956年　中國科學(xué)院自然科學(xué)獎三等獎(第一屆國家自然科學(xué)獎)

1984年　美國第二屆理論物理弗雷曼獎，被美國中部州立大學(xué)協(xié)會授予“卓越外國學(xué)者”稱號

1993年　國家自然科學(xué)獎二等獎

1995年　何梁何利科學(xué)技術(shù)成就獎

1996年　陳嘉庚物理學(xué)獎

2001年　國家最高科學(xué)技術(shù)獎

2010年　國際永久編號為48636號的小行星被命名為“黃昆星”

“按我自己的評價，這次得以獲獎的工作中，我在33歲以前開始進(jìn)行的工作占了大部分，60歲以后的情形是一方面?！痹讷@得2001年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎之后，黃昆這樣說。

他口中的“33歲以前”，指的是從1945年到1951年的旅英時光，學(xué)術(shù)界多認(rèn)為那是他科研生涯中的黃金時代。而他再次站到國際前沿，已經(jīng)是20世紀(jì)80年代。

在國際物理學(xué)界看來，從1951年回國，一直到“文化大革命”結(jié)束，黃昆的科研生涯出現(xiàn)了一個斷層?？墒?，就像沒有人覺得畫作中的留白多余，黃昆也不覺得一心撲到物理教育上的時光可惜，他認(rèn)為那同樣也是在實(shí)現(xiàn)自己的價值。

黃金時代

1945年10月，黃昆來到英國布里斯托爾大學(xué)，師從國際著名固體物理學(xué)家莫特。莫特是20世紀(jì)最偉大的理論物理學(xué)家之一，曾獲得1977年諾貝爾物理學(xué)獎。黃昆是莫特在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后招收的第一位博士生。他最初從莫特那里接到的兩個博士論文研究題目：一是理論研究稀固溶體的X光衍射；二是計算小角度晶粒間界的能量。黃昆當(dāng)時對如何處理晶粒間界問題還是一頭霧水，自然選擇了前者。

一般認(rèn)為，具有嚴(yán)格周期對稱性的完整晶體，其X散射應(yīng)遵循布拉格定律。但實(shí)際材料中的原子往往不這么循規(guī)蹈矩，它們總是會偏離嚴(yán)格的周期排列。究其原因：一是晶體原子的熱運(yùn)動導(dǎo)致的偏離，被稱為“熱致漫散射”；另一種可能，則是由材料中外來的雜質(zhì)與缺陷引起的。而這一點(diǎn)，正是黃昆的入手點(diǎn)。

經(jīng)過大膽假設(shè)、小心求證，黃昆針對長程彈性畸變導(dǎo)致的X射線漫散射提出了幾個“預(yù)言”，如：雜質(zhì)原子的存在使布拉格衍射峰強(qiáng)度減小了一個因子，該因子與倒格矢的平方成反比，且與雜質(zhì)濃度有關(guān)。

以當(dāng)時的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，這些發(fā)現(xiàn)根本不可能得到一一驗(yàn)證。這也是它們在很長一段時間被稱之為“預(yù)言”的原因。20多年后，黃昆的預(yù)言才被國際學(xué)術(shù)界普遍承認(rèn)，為了區(qū)別于熱致漫散射，這種漫散射被稱作“黃漫散射”，或簡稱為“黃散射”。從20世紀(jì)60年代末到70年代初，“黃散射”發(fā)展成為一種能直接有效地研究晶體中微觀缺陷的手段。只是那時國內(nèi)正陷于“文化大革命”中，消息不暢，黃昆并不知道有此進(jìn)展。

黃昆一直相信這些預(yù)言是正確的，也相信這些現(xiàn)象完全可以在低溫下被觀測到，卻并不認(rèn)為去驗(yàn)證它們是自己最重要的工作。1946年9月，這些預(yù)言以“稀固溶體的X光漫散射”為題發(fā)表在《英國皇家學(xué)會錄A》上。這是黃昆第一篇受到物理學(xué)界長時間重視的論文，直到半個世紀(jì)后，每年依然會被平均引用6～7次。可以說，黃昆開創(chuàng)了X射線漫散射研究一個新的分支，但他本人卻再未涉足這里。

第一份答卷交上去之后，勤快的黃昆開始自己找事做。一次，他讀到了莫特的一篇文章。文中講述了莫特通過托馬斯-費(fèi)米方法來處理異價原子固溶體的電荷屏蔽問題。黃昆一下子被托馬斯-費(fèi)米方法吸引了。他第一次知道原來還有這樣一種確立空間電子氣濃度、電勢與費(fèi)米能級之間關(guān)系的近似方法，并且折服于它的簡單和有效。

異價原子的固溶體電荷屏蔽可以這樣處理，那同價元素的稀固溶體可不可以呢？

這么好的方法，自然要為己所用。黃昆很快做出了反應(yīng)，聯(lián)想到了金銀稀固溶體。它們的原子實(shí)的荷電情況一樣，但由于功函數(shù)不同，在金原子處可能就會形成勢阱，電子可以堆積在阱里，導(dǎo)致電荷在空間出現(xiàn)不均勻分布與屏蔽勢。借助托馬斯-費(fèi)米方法，黃昆研究了同價原子金和銀的固溶體的結(jié)合能和殘余電阻率問題，提出了同價原子構(gòu)成的固溶體中的電荷屏蔽分布機(jī)制。不僅如此，他還創(chuàng)造性地采用了量子力學(xué)散射理論的相位移動方法，從理論上來計算電子波函數(shù)。

這項工作，被黃昆寫成了《金銀稀固溶體的溶解熱和電阻率》。不過，在這篇論文中，黃昆只給出了電勢與電荷密度分布的短程變化趨勢，沒有進(jìn)一步將其長程振蕩部分的函數(shù)關(guān)系顯示出來。后來，莫特的女婿夫里德耳提出了固體物理中著名的“夫里德耳振蕩”，而這一點(diǎn)在其中得到了完整的體現(xiàn)。雖然如此，但是黃昆的影響卻是實(shí)實(shí)在在的，一直到今天，他的這篇論文還常常被國外科學(xué)家在論文中引證。

到了1947年春天，黃昆已經(jīng)完成了他的兩項研究及博士論文?？勺钤绲牟┦繉W(xué)位典禮也要等到1948年1月。

當(dāng)時，程開甲正在愛丁堡大學(xué)留學(xué)，他的導(dǎo)師玻恩教授也是黃昆傾慕的對象。玻恩是國際公認(rèn)的量子力學(xué)奠基人之一和晶格動力學(xué)奠基人，也是1954年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者。1915年，玻恩就以德文寫過一部《晶格動力學(xué)》，后來又計劃以量子力學(xué)的觀點(diǎn)來重新系統(tǒng)地闡述《晶格動力學(xué)理論》。第二次世界大戰(zhàn)前，玻恩就已經(jīng)開始動筆了，只是因?yàn)閼?zhàn)爭和其他原因，這部專著被慢慢擱淺了。搬到英國后，玻恩發(fā)現(xiàn)英國物理系的學(xué)生中懂德語的少，了解晶格動力學(xué)的更少。黃昆恰恰滿足這兩個條件。在程開甲的引薦下，黃昆見到了這位偶像。

顯然，大師也是需要知己的。這一老一小就這樣成了忘年交，玻恩甚至把自己的《晶格動力學(xué)理論》手稿讓黃昆閱讀，還邀請他共同完成這部著作。

沉甸甸的“餡餅”掉下來，黃昆卻沒敢馬上接受。這個急于要以知識報國的年輕人，在完成博士論文之后就早早寫信給西南聯(lián)合大學(xué)時期的碩士導(dǎo)師吳大猷，商討回國后的工作問題，當(dāng)年就收到了北京大學(xué)的教授聘書，而他的留英獎學(xué)金也將在1948年10月結(jié)束。短短幾個月，怎么能夠?qū)懙猛赀@部書呢？

但黃昆到底還是心動了，在寫給時任北京大學(xué)理學(xué)院院長饒毓泰的信里，還特意提及此事，饒毓泰表示了支持。緊接著，新的轉(zhuǎn)機(jī)來了。黃昆回到布里斯托爾接受博士學(xué)位時，遇到昔日的合作者弗勒利希。弗勒利希正準(zhǔn)備去利物浦大學(xué)新成立的理論物理系擔(dān)任系主任，邀請黃昆同往做為期3年的帝國化學(xué)工業(yè)公司博士后研究員，并且同意他以一半的時間來撰寫《晶格動力學(xué)理論》。這下子，錢的問題也迎刃而解，黃昆沒有理由再拒絕玻恩的邀請了，當(dāng)然，他本來也不愿意拒絕。

合作之初，黃昆和玻恩出現(xiàn)了意見分歧。玻恩的計劃是從量子理論最一般的原理出發(fā)，以演繹的方式盡量推導(dǎo)出晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。黃昆卻認(rèn)為，單有晶格動力學(xué)的系統(tǒng)推導(dǎo)是不夠的，這只是抽象的“普遍理論”，為了便于理解，應(yīng)該再增加“基礎(chǔ)理論”部分作為過渡。在他的堅持下，玻恩不得不做了讓步。而這部專著也就有了現(xiàn)在看到的版本——被分為3章“基礎(chǔ)理論”和4章“普遍理論”，前者包含所有晶體的基礎(chǔ)知識與實(shí)驗(yàn)應(yīng)用；后者由一般理論及由此導(dǎo)致的一些更為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)組成，包括理論預(yù)言的一系列新的光學(xué)現(xiàn)象。隨著激光的發(fā)現(xiàn)，書中的理論結(jié)果已經(jīng)被一一證實(shí)。

隨著合作寫作的深入，他在一些問題的研究上也得到了升華。1950年，他與助手里斯(中文名李愛扶，后來成為黃昆的妻子)合作發(fā)表了《F中心的光吸收與無輻射躍遷理論》，同時建立了光躍遷過程中的多聲子理論與無輻射躍遷過程中的多聲子理論。國際物理學(xué)界公認(rèn)這項工作對于多聲子躍遷領(lǐng)域的開創(chuàng)作用，將之稱為“黃-里斯理論”，論文中使用的標(biāo)志晶格弛豫強(qiáng)度的參量被稱作“黃-里斯因子”。

年輕的黃昆有個執(zhí)念，覺得人們對論文的關(guān)注度總不如對專著更高。這是他當(dāng)初接受玻恩邀請的一個小“私心”。翻開《晶格動力學(xué)理論》，不難發(fā)現(xiàn)，他當(dāng)時的很多研究工作都在其中得到了體現(xiàn)，比如黃方程的闡述、聲子極化激元的理論推導(dǎo)、均勻變形理論、晶格內(nèi)部的平衡條件等，均收錄在“基礎(chǔ)理論”部分，而這些很難在其他文獻(xiàn)中找到。