静心探索重要的基础科学问题不求“短平快”70后物理学家翁红明******
翁红明在讲解电子运输理论。
田春璐摄
人物简介:
翁红明,1977年出生,现为中国科学院物理研究所凝聚态理论与材料计算实验室研究员、博士生导师。主要致力于凝聚态物理计算方法和程序的开发以及新奇量子现象的计算研究,成果入选2015年度中国科学十大进展、英国物理学会《物理世界》2015年度十大突破、美国物理学会《物理评论》系列期刊创刊125周年纪念文集等。
在中科院物理研究所(以下简称“物理所”)的年轻人里,研究员翁红明是小有名气的一位。就在刚刚过去的2022年,他因在数学物理学领域的杰出贡献,获得第四届“科学探索奖”。
在国际计算凝聚态物理研究领域,翁红明成果颇丰。其中最为人称道的,是他和同事们合作首次在固体中观测到外尔费米子和三重简并费米子的准粒子。这是国际上物理学研究的重要科学突破,对拓扑电子学和量子计算机等颠覆性技术的诞生具有非常重要的意义。
自由思考、厚积薄发,真正对人类文明有所贡献
1928年,英国物理学家保罗·狄拉克提出了描述相对论电子态的狄拉克方程。1929年,德国科学家赫尔曼·外尔指出,当质量为零时,狄拉克方程描述的是一对重叠的具有相反手性的新粒子,即外尔费米子。这种神奇的粒子带有电荷,却不具有质量,因而具有确定的手性(指一个物体不能与其镜像相重合,如我们的双手,左手与右手互成镜像,但不能重合)。
但是80多年过去了,科学家们一直没有能够在实验中观测到外尔费米子。直到2015年1月初,中科院物理所方忠研究员带领的研究组与普林斯顿大学研究小组合作,从理论上预言了在以砷化钽为代表的一批材料中存在着外尔费米子。此后,这个理论预言经过实验得到了进一步验证。
在研究过程中,翁红明发挥了至关重要的作用。他从发表于1965年的一篇实验文献中受到启发,并通过第一性原理计算,初步认定砷化钽晶体等同结构家族材料可能是无需进行调控的、本征的外尔半金属。这类材料能够合成,没有磁性,没有中心对称,是实验制备、检测都非常便捷的绝佳材料。
翁红明说:“这一发现的难度在于,从众多材料中找到合适的对象犹如大海捞针,必须对外尔费米子和材料物理特性都有相当认识才行。”
在外尔费米子被发现的一年后,翁红明和同事们又进一步“预言”:在一类具有碳化钨晶体结构的材料中存在三重简并的电子态。
2017年6月,这个新预言被实验证实,三重简并费米子被首次观测到。这是物理所科研团队继拓扑绝缘体、量子反常霍尔效应、外尔费米子之后,在拓扑物态研究领域取得的又一次重要突破,引起国际物理学界广泛关注。
成绩源于多年的深耕积累。翁红明很享受在物理所工作的经历:“这无关荣誉,我找到了更感兴趣、更加深入的研究领域和方向。”
自由思考、厚积薄发,一直是翁红明喜欢的学术氛围。他所追求的不是多发表文章,而是能攀登科学高峰,真正对人类文明有所贡献。
科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的
作为理论物理学家,翁红明专攻量子材料的计算和设计。
物理学通常分成两大类,即理论物理和实验物理。理论物理通过理论推导和公式推算得出的结论被称为“预言”,“预言”必须通过实验验证才能成为国际公认的科学事实。
在翁红明看来,他接连获得的几次重大发现,都离不开与同事们的通力合作。这,也是他做科研一直特别重视的一点。
“理论预言、样品制备和实验观测,这三个环节缺一个都不行。”翁红明说,“在当今科学领域细分程度非常高的情况下,科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的。当有重要任务目标时,我们几个小组紧密合作,在理论、样品、实验等环节实现了环环相扣、无缝对接。”
在许多人的想象中,理论物理学家的工作,就是每天独自埋头在稿纸堆里计算推演,然后坐着冥思苦想、灵光乍现。
但翁红明认为,计算推演的确要做,思考分析也不可少,但和同行们的交流也非常重要。他每天上班的第一件事就是查看和了解国际上最新的科研进展,然后分析、思考、计算,再把自己的想法跟同事们交流。“很多时候,我的一些想法,或者说突然的一些灵感,其实都是在思考、交流和工作过程当中产生的。”
“发现三重简并费米子”这一成果,就源于翁红明和石友国、钱天两位同事一次喝咖啡时的思想碰撞。
物理所的咖啡厅在学术界享有盛誉,不但因为咖啡好喝,也因为常有科研人员汇聚在此畅聊科学、各抒己见,聊着聊着,灵感经常“火花四射”。
和大家一样,翁红明、石友国和钱天工作之余也喜欢在咖啡厅一聚。翁红明有什么新想法会第一时间告诉他俩;石友国和钱天在实验过程中有什么新发现或疑惑,也会第一时间反馈给翁红明。
“闲聊中就能交换信息,我们的交流是完全敞开的,毫无保留地让大家知道彼此做了什么。”翁红明说。
翁红明告诉记者,在科研道路上,自己非常珍视的成功秘诀有两个,一个是注意总结和积累,另一个就是跟别人多交流。
“目前我努力发展基于大数据和人工智能的凝聚态物质科学研究,其实也是基于这两点考虑,因为所有人的知识积累都体现在这些数据当中。”翁红明说。
做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题
1977年,翁红明出生在江苏泰兴一户普通人家。他的父母都是农民,家里还有一个姐姐。
初中开始,翁红明第一次接触到物理,从此便沉迷其中。“物理让我对周围的世界有了更深入的了解和认识。”翁红明说。
兴趣是最好的老师。对物理的热爱,指引着翁红明叩开了物理科学的大门。
1996年,翁红明参加高考。在填报志愿时,他毫不犹豫地将所有的志愿都填上了物理。最终,他如愿被南京大学物理系录取。
南京大学的物理系在凝聚态物理领域积淀很深。翁红明在这一领域进行相关知识的学习与研究,一学就是9年,直到博士毕业。毕业后,他去了日本的东北大学金属材料研究所做博士后研究,主要研究各种材料的导电性质。
到日本一年半后,翁红明萌生了转换研究方向的想法。
“我想要转到计算方法和程序的发展上,这是凝聚态物理领域中一个最基础也是最具有核心竞争力的方向。”翁红明说,“如果想要在这个领域有长远发展,就要在这个方向上有一定的积累。”在他看来,静下心来探索重要的基础科学问题,要比做一些“短平快”研究更有意义。
想归想,但真正下定决心,翁红明也经过了一番纠结。
他坦言:“当转到一个更基础的方向,也意味着你在未来的几年甚至是更长的时间里都需要耐得住坐冷板凳。所以必须做好思想准备,去做一些积累性的工作。”
2008年,翁红明的人生又有了一次重大转折。
那一年,物理研究所研究员、博士生导师方忠到日本访问交流,翁红明跟他进行了深入的交谈和讨论。
翁红明告诉记者:“他跟我介绍了当时做的一项很有意思的工作。虽然我那时并没有很深刻的理解,却受到很大的启发——做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题。”
在方忠的影响下,2010年,翁红明决定回到国内,入职物理研究所,成为方忠团队的一名成员。
翁红明说:“每个人在一生当中可能会跟很多人交往交谈,但在人生重要转折时刻能够给你启发的却不多。能有这样的机遇去跟方忠老师交流并受到启发,我觉得这是非常宝贵和幸运的。”
在新的一年里,翁红明说自己有很多研究工作要做,尤其是如何在拓扑电子学器件研究方面取得突破,促使拓扑电子态理论变成可落地应用的技术。而这,需要跟器件和应用等方向的研究人员进行交流和讨论。
翁红明相信,拓扑时代的黎明时分正在临近。(记者 吴月辉)
人生短促,何以长存——《古诗十九首》的生命意象及深层意蕴******
作者:(周挥辉,系华中师范大学文学院教授;毛军刚,系青年教师)
《古诗十九首》最早著录于南朝昭明太子萧统所编的《文选》,在跨越千年历史长河、经受风霜岁月洗礼后,沉淀为横纵古今、经久不衰的传世之作。正如钟嵘在《诗品》中发出感慨,“文温以丽,意悲而远,惊心动魄,可谓几乎一字千金”;刘勰也在《文心雕龙》中击节称赞,“直而不野,婉转附物,怊怅切情,实五言之冠冕也”;胡应麟更是在《诗薮》中为之倾倒,“兴象玲珑,意致深婉,真可以泣鬼神,动天地”。
其具体年代早已不可考,大体有东汉末年说、两汉说、建安说三种,当代比较一致的看法是东汉末年的桓、灵之际。当是时,秦汉第一帝国处于大厦将倾的边缘,四百年大乱世犹如挣脱牢笼的片羽,一种生命短促、世事无常的伤悲正在吹向人间。上承诗经楚辞,下启建安魏晋,浅浅寄言,深深道款,不作艰深之语,不写冷僻之词……一曲哀伤的咏叹调弥漫在十九首的字里行间,将离愁别恨、彷徨失意、情调低沉凝练在千余言中。
往事越千年,依稀可见汉末文人在字里行间流露出浓烈的生命意识。在普罗大众的印象中,轻生死、重荣辱似乎才是大汉四百年的浩荡世风。从田横五百士的义烈有节、以死相从,到飞将军李广的不堪折辱、引刀自尽,再到强项令董宣的义不受辱、以头击楹,滥觞于春秋、麇集于强汉的轻生尚义故事至今仍能撄动人心。临近两汉的尾声,十九首中飘荡的生命悲歌犹在思考,人生的意义是什么?生与死之间是什么关系?如何对待生存与死亡?
《古诗十九首》的生命意象
“意象”一词,当是“情意”和“物象”的结合,也是“主观”与“客观”的统一。《文心雕龙》将“意象”视为“此盖驭文之首术,谋篇之大端”,“意”为借助客观物象表达的主观情意,“象”是与主体发生情感关系的客观物象。具体而言,意象就是寓“意”之“象”,是用来寄托主观情思的客观物象,是客观形象与主观心灵融合成的带有某种意蕴与情调的东西,是客观物象经过创作主体独特的情感活动而创造出来的一种艺术形象。
回溯到上古先民生活时期,时人将四周随处可见的物体当作情感载体,来抒发自己的喜、怒、哀、乐、爱、恶、欲等情绪,并最终汇聚成我国的第一部诗歌总集《诗经》。《诗经》中出现过的意象达到数百种之多,按照内容可以主要划分为鸟兽虫鱼等动物意象、草木蔬果等植物意象、山水云雨等自然意象、嗟叹鸣啭等声音意象,按照属性可以划分为装饰性意象、描述性意象、排比性意象、比喻性意象、扩张性意象。
具体到《古诗十九首》,其中涉及生命意象的篇目包括《青青陵上柏》《今日良宴会》《明月皎夜光》《冉冉孤生竹》《回车驾言迈》《东城高且长》《驱车上东门》《去者日以疏》《生年不满百》,囊括的诗句包括青青陵上柏、磊磊涧中石、奄忽若飚尘、促织鸣东壁、白露沾野草、秋蝉鸣树间、伤彼蕙兰花、将随秋草萎、人生非金石、秋草萋已绿、蟋蟀伤局促、年命如朝露、白杨何萧萧、松柏夹广路、寿无金石固、白杨多悲风。
首先,动物意象包括促织、秋蝉、蟋蟀。由于促织是蟋蟀的别名,本质上动物意象只有蟋蟀和秋蝉两类。其一,蟋蟀成虫在夏日,平时在野外,深秋进屋避寒,便意味着岁暮即将来临。《诗经·蟋蟀》中的“蟋蟀在堂,岁聿其逝”一句,是最早借秋虫蟋蟀来感叹人生短暂、时间易逝的诗歌。无论是“促织鸣东壁”还是“蟋蟀伤局促”,展现出的都是生命即将走向终结的秋日蟋蟀,表达的也都是对生命将尽的哀伤与无奈。其二,蝉的幼虫在夏季鸣叫不止并羽化为成虫,深秋以后声音渐小且逐渐死光。《离骚》中的“蟪蛄鸣兮啾啾,岁暮兮不自聊”一句,就以蝉声逐渐寂寥来表达岁月流逝、时光迟暮之感。《古诗十九首》中的“秋蝉鸣树间”,同其他意象一起共同表达了感叹、伤痛和悲哀等多种情绪。
其次,植物意象包括陵上柏、野草、蕙兰花、秋草、白杨、松柏等。按照草木属性的不同,大致可分为松、柏、杨等乔木植物,以及花、草等草本植物。其一,松、柏、杨都是古代墓地上常种的植物,正如春秋《含文嘉》曰:天子坟高三仞,树以松;诸侯半之,树以柏;大夫八尺,树以栾;士四尺,树以槐;庶人无坟,树以杨柳。松柏为天子诸侯墓地所植,四季常绿、寿命极长,象征万古长青、精神不死。白杨为黎民百姓墓地所植,虽不及松柏栾槐贵重,但寿命依旧可长达200年。《诗经》中的松、柏、杨通常以正面形象出现,《古诗十九首》将理想的长寿愿望与现实的短暂人生作对比,更加强化了生命短促、世事无常的伤悲。其二,无论是受人喜爱的蕙兰还是无人问津的小草,生长周期短则几日、长则不过一年。正在开放的蕙兰在不久后就要枯萎,萧瑟寒秋的野草即将迎来生命的结束,这些生命短暂的花草物象也成了诗人感慨四时变化、岁月匆匆的情感载体。
最后,自然意象包括涧中石、飚尘、白露、金石、朝露。按照物体属性的不同,大致可分为金、石等较为永恒的物质,以及尘、露等稍纵即逝的物质。其一,金石常用以比喻事物的坚固和刚强,如《楚辞·招魂》中的“十日代出,流金铄石些”及《荀子·劝学》的“锲而不舍,金石可镂”。有汉一代追求长生,相信生命会在死后世界绵延不绝,盛行事死如生、羽化登仙的丧葬观念。《古诗十九首》直接点明人寿难比金石,以表现对宇宙永恒与人生短暂的思考。其二,尘土因风而起旋聚旋散,露珠随太阳出现而蒸发,个体的存在受外界力量所控制,且存在之短更是片刻之事。《庄子》中的“得其所一而同焉,则四支百体将为尘垢”将生命所寄的身体看成尘垢,《九辩》中的“秋既先戒以白露兮,冬又申之以严霜”暗喻了生命的衰落,《薤露歌》中的“薤上露,何易晞”象征着生命的短暂,飚尘、白露、朝露等速朽物象共同表达出对节序如流、生命易逝的感叹。
草木、金石、虫鱼的深层意蕴
总体来看,《古诗十九首》对《诗经》《楚辞》有着明显的继承,主要出现了有关生命的两大意象群:一类是象征长寿、永恒的意象,用宇宙自然的永恒反衬个体生命的短暂,展现理想无限和现实有限这一矛盾;另一类是象征迟暮、速朽的意象,突出暗淡、萧条、寂寥、凄切的特点,表达悲凉、孤独、失意、惆怅的心情。岁月的短暂强烈地冲击着诗人的精神世界,让生者深知人生不可能像松柏般常青、金石般永固,更似花草般脆弱、尘露般易逝。既然形体死亡是人类必然的归宿,那么应该如何对待当下的人生呢?
对此,《古诗十九首》提出了两种思考:一是建功立业,例如“何不策高足,先据要路津。无为守贫贱,轗轲长苦辛”;二是及时行乐,例如“昼短苦夜长,何不秉烛游。为乐当及时,何能待来兹”。大多数文人一方面都有转徙沟壑的经历和世身无常的感受,另一方面又有优于黔首的生活和高于常人的地位,这导致两种观念皆“托为一意,托为一物,托为一境以出之”。自此,后人也能从草木、金石、虫鱼等生命意象,一探东汉末中下层文人的生命意识,一究中国古代文学的渊源流变,一窥治世晚期末世前夕的社会变化。
从哲学视野来看,《古诗十九首》与个体的觉醒密切相关。人类文明早期通常与神灵有着紧密联系,华夏文明的诞生伊始也不例外。商周鼎革之际,周人反思“大邑商”被“小邦周”取代的原因,提出了“天命靡常,惟德是依”的观念,对殷商“率民以事神,先鬼而后礼”的传统进行了世俗化改造,以注重道德的礼乐文化取代了崇拜鬼神的巫觋文化。对上帝的虔诚,意味着殷人在主动消解自己的主体性;对天命的思考,意味着周人在精神上开始有了人的自觉。进入礼崩乐坏的春秋战国即“人类历史的轴心时代”,以孔子为首的儒家学派将礼乐制度的外在规范具象为人心固有的伦理纲常。进一步来讲,礼乐伦理由外部的道德律令变成了人的自觉追求,基本塑造了重今生轻来世、重人伦轻鬼神的中国文化倾向。当列国纷争走向天下一统,儒家同汉廷合作建立起适应大一统的世界观、历史观和道德观,并以和平颠覆的方式拥戴王莽上位从而达到了理想巅峰。不过乌托邦式的托古改制让儒生的愿望落空,自此东汉的士风又趋向利禄一途。即便东汉王朝试图用谶纬之说和今文经学收拾人心,但其愈发走向繁琐、僵化和荒诞的现实,让不少人试图从其他学说中找到处理社会危机的办法或解决个人心灵的问题。身处帝国大厦将倾、儒学逐渐衰微、价值标准失衡的时代,《古诗十九首》的作者群体一方面试图摆脱传统儒家思想的束缚,另一方面又未能找到新的精神寄托,只能从内心出发表达对功名富贵的追求以及及时行乐的愿望。不过从前文概述的长时段来看,这在中国历史上并非首次在精神上有了人的觉醒,无论是在群体自觉还是个体自觉方面。
从文学视野来看,《古诗十九首》与文学的自觉紧密关联。文学由作家、作品、世界、读者构成,包含文学主体、文学形式、文学观念和文学批评四个概念。任何一个民族的文学史,无不经历了从自在到自觉再到多元的历史进程。中国文学的源头有神话说、劳动说、卜祝辞说等种种,不过中国古代诗歌的源头仅有两类:《诗经》的创作主体是贵族、农夫、妇女等群体,以现实主义方式创作,形式以四言诗为主;《楚辞》的创作主体是屈原、宋玉等个体,以浪漫主义方式创作,形式以骚体赋为主。也正是在历史的轴心时代,孔、孟、老、庄等人提出了“兴、观、群、怨”等一系列稍显粗糙的文艺思想和文学批评观念。两汉时期,两者在传承创新中分别发展为乐府诗和汉赋,乐府诗发展到成熟阶段即为五言体冠冕的《古诗十九首》。以《古诗十九首》为界划分两个文学时期:两汉涌现了一大批文学创作主体,发展出独到的文学形式,兼具伦理与审美两种文学观念,不过在官方儒学的主导下以“寓训勉于诗赋”为主;魏晋南北朝出现了更多成体系的文学选集和批评著作,在文学观念上也一定程度上摆脱了经学的束缚,倾向于单纯的文艺创作而非政治教化的工具。从文学的四个维度来看,中国古代文学的自觉应当早于魏晋南北朝,但在魏晋南北朝发展出令人不可忽视的重要特征。换言之,《古诗十九首》在文学形式上标志着从四言诗到五言诗的成熟,在文学观念上体现出政治教化向自由抒情的变化,可谓是魏晋南北朝文学风格的先声。正如南宋诗论家张戒的观察,“建安、陶,阮以前,诗专以言志;潘、陆以后,诗专以咏物”。
从史学视野来看,《古诗十九首》展现时势的变迁。春秋战国时期,世世代代、父死子继的宗法分封制和世卿世禄制逐渐衰落,潜隐在社会中下层的大量人才在乱世洪流中脱颖而出。身处大动荡、大变革、大发展的阶层流动时期,“修身齐家治国平天下”“穷则独善其身,达则兼济天下”“太上有立德,其次有立功,其次有立言”等理念成了许多士人的坚定信仰。迨至秦汉新立,依靠军功选拔的地主阶层取代世卿世禄的血缘贵族,到了西汉末期甚至演变成为具有强大势力的豪强地主。东汉时期,先秦儒家的大同理想已在王莽变革中宣告破灭,豪强地主正在加速转化为在政治、经济、文化三方面拥有巨大优势的世家大族,一个兼具地主、学者、官僚三重身份的士大夫阶层逐步走上历史舞台。内外战争频发、土地兼并严重、门阀士族渐起、寒族前途晦暗……东汉末年的中下层文人已经很难在信仰崩溃、阶层固化、生活艰难中实现人生理想,正如桓、灵时期的民间《童谣》所唱:“举秀才,不知书;举孝廉,父别居;寒素清白浊如泥,高第良将怯如鸡。”既然已经陷入信仰和生存的双重危机,文人们将部分注意力从宏观叙事转移到个体生活之上也当是人之常情。换句话说,文人们在诗句当中呈现的享乐态度是一种病态的自我麻醉,是缺乏人生价值实现途径的痛苦沉吟,更是过渡时代安顿失落灵魂的暂时解脱之道。从这个维度上来看,《古诗十九首》具有鲜明的时代性和代表性,生动地展现了承平之世转向丧乱之世、经学时代转向玄学时代、皇权政治转向门阀政治之下普通文人的心史。
《光明日报》( 2023年01月09日 13版)