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乐乐彩2023-01-31 16:05

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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)

东西问·人物丨杨念群:贯通性地理解这片土地和这个民族******

  中新社北京12月17日电 题:杨念群:贯通性地理解这片土地和这个民族

  《中国新闻周刊》记者 徐鹏远

  在一些学界同仁的称呼中,中国人民大学清史研究所教授杨念群有时会被唤作“杨公子”。

  这一雅号源于其名望显赫的家世。他的父亲是石化领域的知名专家,母亲是北大地理学教授;祖父杨公庶是留德化学博士,曾跟随张治中参与过国共和谈,祖母乐曼雍是同仁堂乐氏家族的三小姐;外公吴鲁强是麻省理工的化学博士,外婆梁思庄是著名图书馆学家。倘若把家族的范围再扩大一点,钱锺书和杨绛的外甥女是他的大伯母,梁思成、林徽因是他的舅公舅婆……当然族谱中最闪耀的两个名字,无疑还是他的曾祖杨度和曾外祖梁启超。

  杨念群有意与先人拉开距离,不过,家族基因有时还是会在他身上流露出些许痕迹。他自幼不缺书读,不仅祖父有藏书,周围的邻居都是大学者,每家的书房都是他的阅览室。在漫无边际的阅读中,他不知不觉地培养起了对文史的嗜好。而在治学路径的自我构建上,杨念群的“野心”更是颇有杨、梁的气魄。他想展现出一个全景式的中国历史,贯通性地理解这片土地和这个民族的前世今生、悲喜命运。

杨念群。受访者供图

  重建一种“眼光向上”的视角

  中国新闻周刊:先请你介绍一下《“天命”如何转移:清朝“大一统”观的形成与实践》这部新作品的缘起。

  杨念群:以往二十年,大家都在谈论西方社会科学方法对中国研究的支配性作用,以及社会科学如何本土化的问题。但我认为,社会科学方法既然来自西方,就很难在中国本土化。如果要摆脱学界“言必称希腊”的困境,只有一个办法,那就是在中国历史内部重新发现一些传统遗留下来的概念,加以重新解读,激活其中所隐藏的价值。

  还有一个原因,就是需要反思近些年“概念史”兴起的意义。概念史方法给我的启发是,能不能在中国经典文本中发掘一些本来习以为常的概念,把它放在历史脉络里重新解释。比如“大一统”,一般人可能仅仅把它的内涵单纯理解为疆域广大、人口众多,但实际上这是传统政治表述体系中最关键的概念,与许多其他概念密切相关,不能割裂开来单独理解。

  中国古代强调历史处于不断循环之中,受近代西方思想影响,我们总是批判这种循环论是一种保守落后的思维方式,却没有认真反思为什么中国人会这样思考问题。其实古人讲循环,不是简单地主张回到过去,而是希望以历史经验为根据,寻找突破现实困境的路径。

  另外,这本书还出于对史学界研究现状的思考。20世纪90年代以来,史学界掀起了一股追求“眼光向下”的热潮,突出底层民众生活与价值观的重要性。社会史倡导下的乡村基层研究迅速成为主流,原本在历史研究版图中占优势地位的政治史反而被边缘化了。因此,我更关心上层政治思维的形成过程。我试图重建一种“眼光向上”的视角,回到上层制度和执行者的层面去理解中国政治的运作逻辑。

《“天命”如何转移:清朝“大一统”观的形成与实践》

  中国新闻周刊:近二十年左右,“何为中国”似乎成为中国史学界的一个重要话题。你的这本书算是这个大的潮流里的一个产物吗?或者说是对学界关于“何为中国”问题讨论的某种回应?

  杨念群:当然可归于“何为中国”这个话题范围之内,但在具体内容上并不限于对“中国”问题的讨论,而是想尽量有所区别。

  我一直认为,“中国”这个概念可以作为一个重要的问题出发点。但历史上“中国”内涵不断发生变动,不太容易清晰地加以界定。我们现在把它当作一个讨论对象,常常是建立在“中国”已经成为现代民族国家的基础之上的,然后再从此往前推导,好像古人也在热衷于频繁使用这个概念。其实对“中国”的使用,历朝历代均不相同。

  比如宋明士人使用“中国”的频率相对高一些,因为有利于和辽金元这些非华夏族群做对比,彰显汉人文化的优势。但清朝相对就不太喜欢用。

  近些年学界也兴起了“从周边看中国”的热潮,主张从邻近国家和东亚视角描述定位“中国”。这个角度确实有它的价值和贡献,但我感到困惑的是,只从外部看“中国”,并不意味着能取代对中国内部核心历史的认识。因此,我还是主张从内部视角去观察“中国”观念的演变,但不应局限于对“中国”本身的理解,而是应该把“中国”和其他概念关联起来进行考察。

2022年12月,黄河壶口瀑布。吕桂明摄

  中国新闻周刊:这本书的前言中你提出了一个问题,“清代‘大一统’观念不但营造出清朝上层政治秩序和地方治理模式,而且也形塑着中国人的日常心理状态。这种影响虽然经过晚清革命的强烈冲击,却至今犹存不灭。令人深思的是,为什么只有‘大一统’具有如此超强的制度、身体和心理规训能力?而其他的思想观念却没有或者只具备相对孱弱的规范力?”这个问题你有答案吗?

  杨念群:第一,中国历史传统自古就特别强调礼仪秩序的核心规范作用,每个人都是这个完整秩序的组成部分,“个人”必须融入一个统一的组织框架里才能受到保护,获得某种安全感,“个人”价值只有源自集体行为的逻辑才能展现出价值,这就为“大一统”观念提供了一个基本制度前提。第二,中国古代王朝通过对疆域的扩张和维护,建立起了对世界的想象。“大一统”就是为这个想象如何落地为实践过程而设计的一套观念,包括理论与行动两个层次的表述和实实在在的操作程序。当然,除了“大一统”外,其他概念可能也在发挥着各自的作用。比如“天下”也是被频繁使用的一个概念,但它更像是一个理想设计方案,或者接近一个哲学理念,至于到底怎么落实,始终众说纷纭,语焉不详。第三,古代“大一统”观从形式上具有开疆拓土的征服气象,清朝的“大一统”观及其实践又创造出了“多民族共同体”的新面相,完全区别于以往王朝对民族关系的认识。当近代中国面临外来侵略时,“大一统”观很容易与现代民族主义结合在一起,成为抵御外侮的思想来源和动力。

游客在北京参观故宫博物院。杜建坡 摄

  更关注中国历史上政治运行的特征

  中国新闻周刊:你所涉及的历史和主题、研究方法都是不一样的。这似乎是你的一个特点,你的学术轨迹和研究领域通常很难被归类。很多学者都会多向地延伸自己的研究触角,但总有一个贯穿的学术抱负或者所谓的“母题”。你的“母题”是什么?

  杨念群:我理解你说的“母题”的意思是,当观察某个对象时始终会指向一个中心目标。如果说有什么“母题”的话,那就是我更关注中国历史上政治运行的特征,总是尝试把各种历史现象放到一个政治脉络里面去思考。说得更直接一点,我始终关心的是中国人是怎么成为“政治动物”的。

  中国人自古就好讲政治,甚至史书都是为了表达某种政治意图而撰写,一切社会或文化现象也都围绕政治过程展开。即使我们做社会史文化史研究,也要考虑其背后的政治目的到底是什么,而不能把它们切割开来单独观察。目前的历史研究总是人为地划分出“政治史”“经济史”“社会史”“文化史”等类别,明显是受到社会科学专门化训练的影响,其实古人不是这么观察历史的,中国古人基本上把历史现象一律当作一种广义的“政治”行为。至少“政治”作为“母题”,具有聚拢其他“主题”的典范作用。表现方式也是有“实”有“虚”,“实”的方面指的是那些具体采取的行动,“虚”的方面是一些隐喻式的表达。

  真正要了解中国历史的走势,不能把什么都看得太实,应该发挥想象力,更要重视那些看起来比较“虚”的部分。从某种角度说,历史是人的主观性表现,如果都做成考据那种太实的东西,也许只能揭示历史的表层现象,却展现不出深层结构。研究历史可以运用不同方法,从各个角度多向展开,但要想确定一个“母题”,就必须适当拉长时间,目光不能总是盯着一个点或一个时期,而是要寻找不同时段的历史如何连贯创造出的一个或数个主题,然后提供一个合理解释。对历史贯通性的理解是把握研究“母题”的一个基本要求。(完)

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