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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）

光明文化周末：泥墙小院记******

　　作者：梁衡

　　在大城市里住了50年的高楼，忽然怀念起当年在县城里住过的那个平房小院了。

　　河套农村通常是没有院子的，平地起房，门前堆放些生产、生活用品，就是一个家。苏东坡云：“此心安处是吾乡。”这里有间房子就是家。大约是因为原住民少，住户都是上几辈从内地走西口过来的，而最早的走西口是春去秋来，搭个窝棚，收几斗粮食就往回走。后来逐渐有人定居，但仍是流动性很大，向无砖墙瓦房。我在农村劳动时住的土房子，开门就是公路、农田，一片白云映蓝天，八百里河套在眼前。

　　后来到县城工作，有了机关宿舍。但也不过是在城边空地上修几排平房，不像北京的那种机关大院、部队大院。其善后的细节还得靠住户自己去完成，而我分到的房子又是最西边的一间，紧靠大路，总得有个短墙来遮挡一下吧。

　　河套农村盖房基本不用砖，这里是千万年来形成的黄河冲积平原，最不缺的就是黄土。秋后庄稼收罢，选一块平整的土地漫上水，待水渗进土还未干时，用石磙子将地碾平压瓷实了。再用一把齐头大铁锹如切豆腐一般，一脚踏下翻起一块湿土立于平地，横成行，竖成列，如士兵列队一般。秋阳融融，天高气爽，土块慢慢变干，这就是起墙盖房的基本材料，当地名“坷垃”，有俗语“坷垃碴墙墙不倒，光棍跳墙狗不咬”。我们住的机关宿舍也是用坷垃垒成的，只不过多了几层青砖垫底。

　　怎么修院墙，这倒难不住我们。常言道：“在家靠父母，出门靠朋友。”我们这一群同是天涯沦落人的老五届大学生，本来就是有难共当，有事帮忙的。朋友圈子里有一位叫杜逵，比我大八岁，早分配来几年，人地两熟，是我们这几个城市学生娃“荒野求生”的主心骨，大家都叫他老杜。老杜虎背熊腰，孔武粗壮，在农村长大，放羊割草打兔子，无所不能，在大学运动会上还拿过十项全能第一名。他极有趣，用方言讲故事，笑得你眼泪直流，而要讲起山村鬼故事，又让你毛骨悚然，夜晚不敢出门。老杜很热心，新房善后这样的事自然是不请自到。我们从河边拉回了一车土，七手八脚浇水和泥，自制了一批土坯，晒干后垒了墙，还留出一个缺口，用废木条钉了一个篱笆门。靠南墙根又盖了“凉房”（土冰箱），北窗下垒了“炭仓”（当地烧大块煤，不说“煤”而曰“炭”）。晨昏出入，鸟鸣雀噪，居然也有了家的味道。

　　虽然有了工作，却专业不对口，不免胸中郁闷，人闲岁月长。垒墙的成功倒勾起了我对泥瓦活的兴趣。碰巧，看到一本推广农村节柴灶的小册子，便又动了改灶的念头。虽然是干部宿舍，但还是农村的格局，一盘东西大炕占了半间房，算是卧室，隔墙厨房一个大灶一口大锅，烧开水及做饭菜，蒸、煮、炒、炸、烙都是它。传统老灶，火苗一着就被吸入炕洞，热利用率很低。我就参照小册子找来一个废脸盆，去底坐于火上，成夹层炉膛。兵法云：“围三缺一。”在盆的左、右、后三处各开一个洞，逼着火苗反向舔锅底一圈后再从夹层里抽走。这即小学自然课上学过的水管锅炉原理。新灶盘成后，加一铲煤，火焰呼呼作响，烧开一锅水节省一小半时间，一炮打响。我不禁大喜，就如瓦特发明了蒸汽机。

　　我忙邀圈里的朋友来家吃饭，醉翁之意不在酒，而在炫耀我的发明。厨房新改灶，门外新垒墙，在那个吃饭要粮票、穿衣要布票、学非所用的年代，这点新玩意足可以让人快乐好几天。当时又正逢大家结婚成家的年龄，我就常被请去给新房改灶，沾沾自喜，风光一时。干活时一般是新郎打下手，手上忙，嘴上也不能闲着，谈论最多的自然是新人们的恋爱故事。那时讲成分，说出身，大学生社会地位低，虎落平阳，在县城里找个对象都不容易。我印象最深的一次是，新郎本科中文系毕业，却找了一个初中文化的县妇联主任。现在看来很不般配，但新郎说：“就这，她还通过县委组织部调阅了爷的档案，把我的三代出身都查了个遍。”我打趣说：“你走西口，落魄于此，居然抱得一个妇联主任归，该知足了！”

　　当然，小日子的全部绝不止于垒墙盘灶，最重要的还是学会怎么吃。塞外冬长，土豆、白菜吃半年。在村里劳动时，我印象最深的是当年吃的第一口新菜是七月十五日摘的西葫芦。这在北京已是盛夏，而西葫芦也应该算是秋菜了。冬储菜的品种很单调，主要是土豆、白菜。地上挖一深窖，放入其中，窖口覆以厚稻草和棉门帘。而腌菜则主要用白菜、雪里蕻。办法也很粗放，将白菜去外帮整棵码入水缸中，一层菜一层盐，讲究用大粒盐而不得用粉状盐。我至今也不明白，盐的化学成分一样，为什么还要挑特定的外形。我怀疑就像鲁迅在《父亲的病》里说的，蟋蟀必须是原配，似乎昆虫要贞洁才能配药，这盐也要不失童贞。雪里蕻则要多一道工序，洗净控干水，放在洗衣板上用盐粒揉搓后，再码入缸中。到后来，又兴起一种盐水腌西红柿。专拣秋后霜打已经不可能再熟的绿西红柿（名“拔蔓子果”，意即最后一茬，连果带蔓子一起拔了）腌，为的是便宜。那时市面上已经有了防腐剂，放入一小包半年不坏，青翠可人，很受欢迎。现在知道这如同毒药，绿的生西红柿、防腐剂对人体都有害，可当时是一种穷快乐。秋风送爽，挖窖腌菜真忙，颇有点“深挖洞，广积粮”的气派。到隆冬季节就少出门了，三五好友“晚来天欲雪，能饮一杯无”？

　　转眼冬去春来，院子里残雪渐存无几，柳梢也染上了一抹新绿。一天我正隔着玻璃窗伏案写稿，突然院子里传来一声呼叫：“小梁，不好了，你的院墙要倒！”我赶忙掷笔出门，说话的正是老杜。只见他沿着墙来回走动，一边还用手摩挲着墙面。在两墙相接的直角处，西墙向外倾斜，裂开一条上宽下窄的大缝，犬牙交错，足可探进一个拳头。我头皮发麻，惊出一身冷汗，这要是倒塌了，不但前功尽弃，还可能砸着行人。老杜直摸着脑袋说：“咋就给爷出了这档子事？”满脸的遗憾。一会儿又安慰我：“不咋，大不了到秋天推倒重来。”我说：“先看几天，实在不行，又得辛苦你。”

　　这样大约有一周时间，我每天一起床就抬头看窗外，外出回来也先摸摸这墙。就这样日出日落，就像朱自清说的，看着日光每天“伶伶俐俐”地跨过短墙，像做错了什么事慌慌地逃去。裂缝却还在加大。终于我有了一个大发现，罪魁就是这“伶伶俐俐”的日光。我房子的前面还有一排房，挡着短墙的东面，晒不上太阳，而西边是一条空阔的大道，西晒的阳光可以照到短墙西面的墙根，冻土渐渐变软，墙就向西倾斜了。我立即跑去找老杜他们，报告这个重大发现。大家即刻来到现场会诊，多数人认为应立即拆掉，以绝隐患。我却认为既然是受热不匀惹的祸，何不吃点偏饭，沿东面的墙基开一道沟挖去冻土，让热气直接软化墙根。众人哄笑：“快不要给爷瞎想了，这是一堵上千斤重的墙，又不是一根随风摆的墙头草。”我说：“试试看，也许它还能自己摆回来。你们先留着力气，试验失败，秋天干活不迟。”我找来一把铁镐，沿东面的墙根小心地开了一条一尺宽的浅沟，又在墙头立了一根垂直的木棍，好作参照观测墙倾角的变化。

　　功夫不负有心人。三五天后那墙竟开始向东一丝一丝地扳回，而且随着天气一天天变暖，那墙回心转意的速度也日渐加快，眼看就要破镜重圆。我每天用铁铲小心清除沟内已软化的冻土，好让温暖的空气能直接亲吻冰凉的墙脚。大约过了半个月，那斜墙不但回归正位，连直角处龇咧着的土坷垃，竟也一块一块严丝合缝地重新咬合在一起。我大奇，谁道命运不由己？门口斜墙尚能直！今天晚上一定要用我的风火灶炖一锅酸菜猪肉粉条，和朋友来一场庆功宴。墙歪自正，一时成了我们这个小区的新闻，常有人驻足或专门跑来观看。直到半个世纪后，当时住在我前排的田聪明已是新华社社长，我们在京城又同住一个院子，他一见面就谈起这件往事。

　　在那些穷而平淡的日子里，难得抓住这个快乐的小尾巴，常作为茶余闲话，当然也少不了起哄。有的说：“你这个文科生，无师自通，投错了胎，该去学工。”有的说：“你京城修道，又沙漠里练功。你这身武功可以出国去承包比萨斜塔的扶正了。”若干年后我有机会出国到意大利，还真的专门去看了一回比萨斜塔。塔因太斜，已不许游人靠近，我在暮色苍茫中遥望塔影，想现代科技已经能平移一座大楼，能定向爆破一百多米高的烟囱，就不能定向注水，扳回这位固执的斜塔老人？

　　人的命运就像飞鸟嘴里的一粒种子，不知会跌落何处，又怎样生根发芽。现在想起来，“文革”中我们被迫走西口，塞外安家，修墙改灶，就像小孩子过家家。教育学上说，童年的游戏就是学习，而游戏是无所谓目的的。我们在塞外六年，正好度过了一个社会人的童年，正是这些不经意的游戏，给我带来了童年的欢乐。多年后，我这个文科生真的写了一本畅销书《数理化通俗演义》。难道这本书的胚芽早已埋在那堵斜墙和那个新灶的火苗里？

　　这不是我一个人的故事。

　　《光明日报》（ 2023年01月06日 15版）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）