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）

灵渠，究竟是一条怎样的渠******

灵渠，究竟是一条怎样的渠

——来自“中国秦汉史研究会第十六届国际学术研讨会”的报道

光明日报记者 计亚男

　　开凿于秦始皇时期的广西灵渠，与四川都江堰、陕西郑国渠并称为先秦三大水利工程，素有“世界奇观”之美誉，一直受到中外历史学者的关注。著名历史学家、北京大学历史学系教授翦伯赞在1963年游览灵渠时，题诗赞道：“灵渠胜似银河水，流入人间灌稻粱。”

　　不久前，“中国秦汉史研究会第十六届国际学术研讨会”在桂林市召开，开幕式的六个主题报告中，就有两位学者谈到他们对灵渠的最新研究成果。

　　灵渠究竟是一条怎样的河渠？为何历久弥新，至今仍是学者们津津乐道的话题？

　　一条贯通湘漓的天道

　　“凿开山岭引湘波，上去昭回不较多。无限鹊临桥畔立，适来天道过天河。”这是唐代诗人胡曾写下的诗句，他把贯通湘江和漓江的灵渠比喻为“天道”，如同跨越天河的鹊桥一般壮观奇丽。

　　距离桂林东北方向50多公里的兴安县，地处自古就被视为楚越要津的湘桂走廊，有两条著名的河流发源于此。一条是湖湘儿女的母亲河湘江，另一条是旖旎风光甲天下的漓江。湘江是长江的支流，向北流去；而漓江是珠江的支流，向南流去。

　　灵渠全长约37公里，自兴安县城边向北、向西，贯通湘漓两江。

　　据资料记载，当年秦始皇统一北方六国后，把目光投向岭南地区。因为秦朝的疆域以南，还有很多盛产翡翠、犀角的宝地，并没有纳入版图。

　　公元前219年，秦始皇命令主帅屠雎率领50万大军，兵分五路出征岭南地区，对南方百越部落进行征服战争，史称“秦戍五岭”。

　　但是，素来战无不胜的秦军，这场仗打得十分艰难。因为百越部落西瓯人非常熟悉山高林密、河谷交错的复杂地形，善于跋山涉水反击秦军，加上秦军又受到粮草供给困难的牵制，数十万秦军一时进退两难。

　　公元前218年，负责军需的监御史禄修建了一条人工运河，大约四经寒暑，至公元前214年，终于凿渠成功，史禄成为开凿灵渠第一人。灵渠的成功开凿，打通了湘江和漓江，船只从长江进入湘江，再通过灵渠到达漓江，可以将粮草运到前线，借此秦军最终战胜了西瓯部落，岭南和中南半岛的北部正式划入了秦朝版图。

　　行走在灵渠南陡边的鲤鱼洲，在状元桥桥头的凉亭里，立有一块高3.2米、宽1.07米的古大理石碑，刻有郭沫若先生游览灵渠后，亲笔题写的《满江红·灵渠》：

　　北自长城，南来至，灵渠岸上。亲眼见，秦堤牢固，工程精当。闸水陡门三十六，劈湘铧嘴二千丈。有天平小大，溢洪流，调分量。

　　湘漓接，通汉壮，将军墓，三人葬。听民间传说，目空君相。史禄开疆难复忆，猪龙作孽忘其妄。说猪龙，其实即祖龙，能开创。

　　一九六三年三月二十八日，天气晴明，往兴安观秦始皇帝三十三年史禄所凿灵渠。斩山通道，连接长江、珠江水系，两千余年前有此，诚足与长城南北相呼应，同为世界之奇观。

　　郭沫若将灵渠与长城相提并论。从此，“北有长城，南有灵渠”的说法流传至今。

　　经过历代的维护和修缮，灵渠一直发挥着重要的军事和经济功能。经过晚唐李渤、鱼孟威先后修浚，灵渠的通航功能已十分完善，“虽百斛大舸、一夫可涉”，灵渠不仅可以运输军需物资，还成为中原与海外诸国、海上丝绸之路的重要枢纽。

　　广西师范大学历史文化与旅游学院历史系主任江田祥认为，在北宋以前，南方地区变乱较多，灵渠主要发挥着军事运输功能，为前方提供粮草等后勤保障；宋朝以后，经济贸易的主要功能逐渐凸显出来了。

　　1939年，桂黄公路和湘桂铁路相继开通，从此灵渠的航运量渐渐减少，直至停运。“如今，灵渠的航运功能已退出历史舞台。但是它的灌溉农田、排泄洪水功能还在延续，灵渠两岸的四万多亩农田，都是利用渠水灌溉的。”江田祥说。

　　一道名传千古的奇观

　　历史上往来灵渠的文人墨客，留下了大量的诗词文章，把灵渠吟唱。据资料记载，可查的古诗词就有400余首，散文、历史文献和碑记500余篇，还有一些对联、题刻等。

　　清代诗人袁枚，来到灵渠留下《由桂林溯漓江至兴安》一诗，形象地描绘了灵渠沿岸的风光：

　　“江到兴安水最清，青山簇簇水中生。分明看见青山顶，船在青山顶上行。”

　　这首诗很有画面感，清晰又生动地描绘了灵渠的山水本色，使人如临其境，如见其形，诗中有画，画中有诗，成为灵渠流传最广的一首千古绝唱。

　　当代著名诗人、剧作家贺敬之1986年10月来到灵渠游览后，写有《秦渠奇迹》：“灵渠奇迹两千载，堪与长城共壮怀。振我十亿腾飞翅，马嘶万里催人来。”全诗气势磅礴、激情飞扬，令人昂扬向上。

　　南陡阁是后人在渠首修建的一座观景台。登阁极目远眺，灵渠的工程主体包括铧嘴、大小天平、南渠、北渠、秦堤、陡门等美景一览无余、尽收眼底，令人不由地赞叹其设计科学、建造精巧，它与当地的自然地理环境融为一体，巧夺天工。

　　铧嘴，是一座长达70米的砌石导水堤，位于灵渠大坝的最前端，它与紧接其后的大、小天平两座分流石坝，共同组成拦江分流的大坝，把湘江三成的水流引到南渠、汇入漓江，七成的水流通过北渠，回归湘江主航道。

　　拦河大坝既可阻水，又可泄洪，还能分水。为了建造一个牢固的坝体，秦人将松木纵横交错排叉式地夯实，插放在坝底，在其四围又铺上用铸铁件铆住的巨型条石，使大坝成为一个整体，任凭洪水冲刷，始终巍然屹立，创造了“水浸松木千年在”的世界水利奇观。

　　枯水期间，坝面没有被河水覆盖，可以清晰地看到坝基的一块块石头，像一片片鱼鳞，连接着清澈的江水，在阳光照耀下，江面和油光的石头交相辉映，闪烁着光芒，炫目的色彩，熠熠生辉。

　　通航，是开凿灵渠的主要目的。

　　因为修建大小天平的石坝抬高了湘江的水位，北渠如果是一条直道，势必水流过快，来往的船只容易发生碰撞。因此，古人顺着当地的地理环境，将北渠的航道修建成弯弯曲曲的形状，使渠道逐渐降低到原来河道的高度，减缓了江流的速度，这和盘山公路减缓坡度是一个原理。当地人称之为“弯道代闸”。

　　南渠解决通航的办法，是修建了一道道陡门，这成为灵渠的又一个奇观。南渠的一些地段滩陡、流急、水浅，航行困难。于是，古人便沿着渠道装上若干陡门即水闸，主要的作用是调节水位，以便船只通航，如同现代的分级船闸。

　　船舶上行时，进入陡门之后，关闭陡门，等水流高度达到航行标准时，则船舶进入第二座陡门，再将第二座陡门关闭蓄水，以此类推，逐级前进。船舶下行时，在到达陡门之前，先堵塞陡门，蓄水达到要求之后，即打开陡门，船随着陡门所涌出的大量水流，顺势而下。即使在枯水季节，也能满足航运的需要。

　　秦朝修建灵渠时，是否建有陡门，已无法考证，据鱼孟威《桂州重修灵渠记》一文，明确记载了晚唐李渤与鱼孟威修建的陡门，北宋以后又陆续修建，最多时有陡门36座，因此灵渠又有“陡河”之称。其中，南渠入口处的第一座陡门，被誉为“天下第一陡”。1986年，来自世界各国的30多位专家到灵渠考察，称赞“灵渠是世界古代水利建筑的明珠，陡门是世界船闸之父”，证实灵渠的陡门比巴拿马的电动船闸早了一千多年，是世界上最早的船闸。

　　有河就有桥。灵渠的古桥，同样有着别具一格的魅力。据记载，绵延的灵渠先后建有几十座桥，每一座桥都有自己的故事。

　　例如万里桥，相传是李渤当年维修灵渠时一并修建的，因为从兴安水路行船距唐都长安远达万里之遥，“登临桥头回首望，距京已有万里遥”，遂有万里桥之名。

　　再如马嘶桥，民间传说东汉开国名将马援南征至此，本欲骑马过桥，无奈桥已朽坏，战马嘶鸣不前，于是马援便卖马重建此桥，由此得名马嘶桥，为灵渠现存最早的古桥。

　　灵渠人说，一座桥，就是一段历史的剪影。

　　置身于灵渠青山绿野之间，无论漫步渠畔，还是行舟渠中，最令人惊羡赞叹、心旷神怡的，还是那顺着渠道流淌不息的清澈渠水。人们都说“桂林山水甲天下”，桂林的漓江，就起源于兴安县猫儿山的河水，与流过灵渠的湘江之水融汇而成，多少精华尽在其中，多少美景聚在这里。

　　一段永留史册的传奇

　　始建于秦朝的灵渠，当时并未留下多少文字记载。

　　现在可以看到的最早记录灵渠的史书是《史记》，秦始皇在派大将蒙恬率兵北击匈奴的同时，“又使尉屠睢将楼船之士南攻百越，使监禄凿渠运粮”。这句话虽然只是简单提到秦军向南攻击百越，监禄即史禄为其开凿灵渠运粮援军的史实，但为灵渠的由来留下了极其宝贵的正史记载。

　　灵渠建成后，历代在使用和维护渠道的同时，也为之增添了更多历史记述，这使灵渠的传奇随着渠水的流淌而不断延伸和丰富起来。

　　1982年，中华书局出版了由唐兆民（1906—1984）历经四十余年潜心编撰的《灵渠文献粹编》一书，其中摘录从汉代到民国历代文献有关灵渠的文史资料397条，涉及的典籍既有经典史书、地方志、类书等，也有游记、诗集、辞典及各类杂记、地理志、水经，还有地图、绘画、摩崖石刻和碑刻拓本等，提供了研究灵渠的宝贵史料。

　　此后，经过诸多学人的持续努力，又陆续出版了《灵渠》（郑连第、刘建新著），《灵渠》（刘仲桂、刘建新、蒋官员等编著），《灵渠志》（兴安志地方志编纂委员会），《灵渠历史文化价值与文化战略思考》（崔润民著），《灵渠轶事》（兴安县灵渠申遗办公室编）等一批著作，促进了灵渠学术研究和文化传播。

　　今后研究灵渠的路径是什么？

　　挖掘和利用新史料，需要进一步收集灵渠的文献资料。“一方面，要更加全面地收集海外材料，如报告、游记和记录等，包括越南入华使臣的汉文燕行文献，他们在往返路程中写下了不少有关灵渠的诗文，可体现灵渠在沟通中国与东南亚国家中的历史作用。另一方面，要加强对考古器物、简牍史料的爬梳整理，现在尚有一些没有弄清楚的地方。”江田祥说。

　　比如，有关灵渠开凿之初的工程构造和形态这一问题，需要借助考古材料进行复原。近年来，国内发掘出版了长沙五一广场简牍、乌程汉简等新材料，记载了早期岭南地区与湖南长沙、郴州一带的交通、贸易等问题。

　　江田祥认为，灵渠的深厚历史文化资源，要从水运、水利和水文化等方面去着手，挖掘和整合灵渠的文化资源、文化景观、名人足迹、地域文化，像陡军家族、漓江渔火、桂剧等非物质文化遗产，来丰富灵渠的内涵。

　　这是研究灵渠历史学者面临的后续课题。

　　《光明日报》（ 2023年01月03日 09版）