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)
新年音乐会:在美妙的旋律中辞旧迎新******
在辞旧迎新的日子里,我们可以围炉煮茶享受一份惬意,可以呼朋唤友大快朵颐,可以欣赏烟花绽放之美,还可以走进音乐厅聆听一场新年音乐会,在美妙的旋律中迎接新年的到来。
在我国,经过数十年的发展,新年音乐会已从小众高雅艺术逐渐发展成为人民群众广泛参与的公共文化活动。据笔者不完全统计,最近一段时间,就有100多个城市举办了各种类型的新年音乐会。新年音乐会汇集中外音乐精品,以全世界通用的音乐语言为载体,传递欢乐,送上祝福,带来希望,其审美意蕴、艺术价值和仪式感,呼应了席勒所说的“振奋性的美是一种需要”。
一种既老又新的年俗
新年音乐会这种以管弦交响乐演奏来迎接新年的形式诞生于欧洲,始于维也纳新年音乐会。1847年12月31日,一场音乐会正在维也纳郊外的一个露天舞台举行。音乐会的指挥是老约翰·施特劳斯。这就是维也纳新年音乐会的起源。1939年12月31日,首届维也纳新年音乐会在维也纳金色大厅举办。彼时,整个欧洲都笼罩在战争的烟火中,无论是达官贵人,还是贩夫走卒,内心都充满了压抑和沮丧。歌声传递希望,音乐承载力量。新年音乐会为人们带来精神抚慰,让他们在《蓝色多瑙河》《拉德斯基进行曲》等古典音乐中重拾生活的信心和前行的勇气。二战后,在岁末年初举办新年音乐会成为当地的一个习惯,并逐渐被世界各地借鉴,成为世界各国人民庆祝新年的重要方式。
1987年,中央电视台首次转播维也纳新年音乐会,并在转播时对乐曲的内容、时代背景以及奥地利的风土人情进行介绍,在观众中引起强烈反响。自此,新年音乐会这种舶来艺术在中国从无到有,从少到多,时至今日已成为我国很多城市必不可少的新年庆祝活动。
创办于1993年的广州新年音乐会和创办于1996年的北京新年音乐会,是我国比较早的新年音乐会品牌,现已分别成为它们所在城市的重要文化名片。除了城市新年音乐会,很多文艺院团、高校近些年也举办了各种类型的新年音乐会。有业内人士统计,当下中国各地的新年音乐会,无论数量还是规模,均达到世界第一。
在国外,新年音乐会属于阳春白雪,也是一种社交方式。就像中国人以前过年习惯看戏一样,欣赏古典音乐是西方人年终岁尾社交生活的一部分。在我国,经过30多年的发展,新年音乐会逐渐在大中城市普及,并完成了大众化、本土化改造。在注重仪式感的当今时代,传统年俗活动日渐式微,越来越多的人将集体参与的新年音乐会作为跨年选择。另外,无论是在国内还是在国外,新年音乐会展示的总是人类最文明、最优雅的侧面,轻松、热烈、欢快、喜庆几乎是所有新年音乐会的共同特点,这也满足了人们对新年的期待。所以,新年音乐会已经从单纯的文艺演出发展成一种艺术符号、文化品牌,欣赏新年音乐会也逐渐成为国人的一种新年俗。
精彩纷呈的音乐盛宴
过去一百多年,新年音乐会一直被看作是古典音乐界的标志性仪式,也是人们了解欣赏古典音乐的重要窗口,还是各大乐团展示自身实力的重要舞台。因此,国内外乐团在新年音乐会上往往都博采全球经典,倾情为观众提供最好的演出。新年音乐会上,施特劳斯、贝多芬、莫扎特、柴可夫斯基、肖斯塔科维奇等音乐大师的作品集中呈现,交响曲、管弦乐、协奏曲等不同类型的音乐作品轮番上演,可以说,新年音乐会就是音乐会版的春晚。
作为年度音乐盛宴,虽然各地的新年音乐会在保留曲目选择上不同程度地存在着“施特劳斯现象”——总是会上演一些施特劳斯家族的代表性作品,但新增曲目也日渐多元化。这些曲目不仅体现了大众的审美趣味,也反映了音乐界的最新成就和发展趋向。以今年的维也纳爱乐乐团新年音乐会为例,节目单上不包括返场加演的15首乐曲中,有13首是首次在维也纳爱乐乐团新年音乐会上演奏。这些创新之举,说明新年音乐会正在与时俱进,以满足观众持续变化的审美需求。
近年来,新元素、新题材和流行音乐的加入,更是让新年音乐会新意频出。例如,有一年,上海嘉定超燃史诗新年交响音乐会以管弦交响乐演奏了全球大热的流行曲目《Victory》,让贝多芬等古典音乐家们的作品与流行音乐、摇滚音乐同台竞技,在跨年语境下,让观众获得了一种既高雅又华丽的审美体验。影视音乐也逐渐成为新年音乐会上常见的音乐类型。比如,有一年,南京新年音乐会就采用了当时大火的《延禧攻略》的插曲《雪落下的声音》,而上海的一场新年音乐会则奏响了电影《指环王》配乐《Concerning Hobbits》,这些音乐配合舞台大屏幕上的影视作品剪辑画面,让观众产生强烈的代入感,极好地烘托了音乐会现场的氛围。
随着传播技术的进步,新年音乐会的形式也在发生变化。最近两年,各种线上新年音乐会、网络新年音乐会、云端新年音乐会纷纷涌现。比如,2023年上海新年音乐会就由现场演出改为线上陪伴,通过经典视频放送的形式,与听众一起叩开新年的大门。虽然新年音乐会的形式在改变,但音符依然承载着新年的期许,乐声依然传递着最美的祝愿。
越来越有中国味道
新年音乐会作为舶来品,在融入中国社会的过程中,中国味道越来越浓。西方新年音乐会一般选择在一个自然年的最后一天举办,而到了我国,新年音乐会则从元旦持续到春节。
更大的变化表现在曲目选择上。几十年前,新年音乐会刚来到我国时,演出曲目几乎都是照搬西方新年音乐会的节目单,清一色的施特劳斯、贝多芬、莫扎特等西方古典音乐家的作品。如今,当欣赏新年音乐会成为国人的新年俗,各地新年音乐会的曲目则日益本土化、地域化,不仅有西方古典音乐,还有大量民族民间音乐。以2023年北京新年音乐会为例,开场曲是波澜壮阔的《红旗颂》,接着,京剧交响曲《多娇的江山》、古筝与乐队《小河淌水随想曲》、二胡与乐队《引子、吟腔与快板》、琵琶与乐队《高原魂》等具有强烈民族特色的作品轮番上演,彰显了“国际水准、中国气派、北京特色、节日气氛”的品牌创意理念。
如今,新年音乐会不仅成为中国老百姓的年俗活动,也成为世界了解中国文化的窗口和中外文化交流的桥梁。以1月14日农历小年夜与全球观众见面的“欢乐春节·和合共生”音乐会为例,整场演出划分为天、地、人、和四个部分,既有赓续中华文明、礼赞伟大时代的《颂·黄钟大吕》,也有琵琶演奏家赵聪与虚拟歌手洛天依跨界合作的“元宇宙”风格作品《神鸟》;既有彰显东方美学精神的《茉莉花》,也有钢琴演奏家郎朗以钢琴与古琴、古筝、街舞、电子音乐、太极碰撞交融完成的作品《太极狂想曲》;既有通过交响与芭蕾的音画结合来演绎的《春之声圆舞曲》,也有凝聚中华民族气概的《大地回响》以及体现“和为贵”的《百鸟朝凤》《欢乐组曲》。
随着中国国际影响力的不断提升,中国新年音乐会开始走出国门,用音乐向世界讲述中国故事。比如,一场以“唐诗的回响”为主题的中国新年音乐会,近日登上纽约林肯中心,为当地观众带去跨越古今、融汇中西的视听盛宴。在古典与现代艺术的碰撞、东方与西方文明的互动中,散发着浓郁中国文化韵味的新年音乐会唤起了外国观众的情感共鸣。
(作者:李月晴,系湖北省中国特色社会主义理论体系研究中心中南民族大学分中心研究人员、中南民族大学音乐舞蹈学院讲师;吴涵,系中南民族大学音乐舞蹈学院副院长、教授)
光明日报
(文图:赵筱尘 巫邓炎)