北大学术新锐之刘文剑:扎根根底 行走前沿
来源:新西兰网 发表于2019-07-09 08:01:28 编辑:牛根生
摘要: 走在前往化学学院的路上,我心中充满了对寻求答复的等待:化学是实践性很强的学科,可他却对理论化学这一根底范畴情有独钟;相对论量子化学这一范

  走在前往化学学院的路上,我心中充满了对“寻求答复”的等待:化学是实践性很强的学科,可他却对理论化学这一根底范畴“情有独钟”;相对论量子化学这一范畴在国内鲜有研讨者进入,而他却在不到两年的间里接连捧得了化学界的三项世界大奖;他科学研讨硕果累累,可宣布的论文数量却并不算多……

  他,便是我此次的采访目标——北大化学学院的刘文剑教授。我所看到的是一个执着于自己寻求的人,一个坚持自己信仰的人,也是一个“风趣”的人。

  从“Chem is try”到“Rational try”

  一排书架,几桩盆景,刘教授摆设简练的办公室与周围充满了五花八门玻璃器皿的化学实验室比较,好像略显方枘圆凿。我不由想,“量子力学”和“相对论”都是被公以为物理学中最“难”的部分,刘教授研讨相对论量子化学,他在研讨什么问题呢……

  “其实并不难理解,我想经过比照更简略说清楚。”刘教授笑了,“数学中的问题是最清楚的,物理中的问题也比较清楚,比较之下化学范畴的问题有时分是不清楚的,‘化学便是测验’(Chem is try)。但是,不断寻求‘清楚’是科学研讨的信仰,有必要开展相应的理论系统来解说化学范畴的问题,从本源上提醒化学反应的奥妙。然后有理论的指引下更好地进行‘合理的测验’(Rational try)。这便是量子化学乃至理论化学的含义地点。”

  在刘文剑教授看来,一个好的理论系统有必要满意三个要求:要满足简略(simplicity),核算要有满足的精确度(accuracy),一起核算量要满足小(efficiency)。

  

  量子化学便是使用量子力学的基本原理来提醒化学系统的微观结构和规则。绝大部分量子化学核算都依据薛定谔方程,但是,薛定谔方程只适用于元素周期表中前四周期约30种轻元素组成的化学系统,而关于占周期表约三分之二的重元素就束手无策了。若用刘教授谈的三个规范来衡量,薛定谔方程不能算作“好的理论”,由于它的核算精度远远不够。原则上,依据爱因斯坦狭义相对论的狄拉克方程可以处理周期表中所有元素的电子结构问题,但狄拉克方程中触及的正电子与化学(和一般物理)是无关的,因而用狄拉克方程“杀鸡用牛刀”的办法必定导致大的核算量。依据上述规范,狄拉克方程也不能算作“好的理论”。

  刘文剑教授最近开展的XQR方规律完全符合前面所说的三个规范,并且该办法是联络相对论狄拉克方程和非相对论薛定谔方程的“无缝桥梁”。他提出“用原子(分子片)组成分子”思想来大大简化分子的相对论核算,然后基本处理了化学(和一般物理)中的相对论问题。他还提出了磁性质(如核磁共振屏蔽常数)的新理论,处理了困扰这一范畴长达45年的严重难题。

  支付总会有报答,刘文剑教授的研讨取得了世界范畴的广泛认可。2006年对这位长江特聘教授来说是个收成之年,仅40岁的他在半年时刻内接连捧得了化学界的两项世界性大奖——亚太理论与核算化学家协会“Pople Medal”和“世界量子分子科学院奖”。其间“世界量子分子科学院奖”是世界上公认的对青年理论化学家的最高奖赏,每年在世界范围内颁布一名有理论化学根底研讨方面做出突出奉献的青年科学家。刘文剑教授是此项奖赏自1967年建立后来自我国的第一位获奖者。时隔仅一年,近来刘教授又取得德国洪堡基金会颁布的“Bessel 研讨奖”。

  “获奖不是最重要的,重要的是咱们测验着一些前沿性的作业,并得到了世界同行的认可,并且这些作业完全是在国内完结的。”

  扎根根底 行走前沿

  一向有这样一个疑问:在这个人人力争上游去做工业、做使用的年代,刘文剑教授为何挑选了理论化学这一看似单调冷僻的根底研讨范畴,为何有理论化学中挑选相对理论量子化学这一根底中的根底?又何故可以在这个范畴做出如此效果?

  “我走这条路其实是很天然的,由于爱好在那里,所以从头到尾没经历过任何挑选的困惑。”自中学年代起就对数理感爱好的刘教授很早就选定了理论化学作为自己学业和今后研讨的方向,1992年来到北大读博士今后,更是在黎乐民先生的指导下选定了用相对论办法研讨稀土化合物电子结构的方向。“真正好的理论必定是简练的,这种简练性便是科学内涵美的表现。假如费尽九牛二虎之力做出一个比较杂乱的效果来,那只能阐明还未能深化到问题的实质。”关于这种简练、美感的寻求进程带给他极大的趣味。

  假如说爱好是内涵源动力的话,“等待我国人在科学界占有一席之地”便是刘文剑教授不断深化理论化学研讨的外部驱动了。2002年4月,参与一个中日双方学术研讨会的刘文剑教授发现了这样一个现象:与会的日本学者中有60%的人在开展理论办法,别的20%的人在用自己开展的软件进行核算,只要不到20%的人在使用商业软件进行核算。这件事对刘教授牵动很大,“咱们自己原创性的东西在哪里?自1998年诺贝尔化学奖颁给Pople和Kohn两位理论化学家以来,理论化学现已进入了一个蓬勃开展的时期,这其间能看到咱们我国人的奉献吗?”

  科学之路上永久没有平整的大路。刘文剑挑选相对论量子化学作为研讨方向更注定了行进之路上荆棘丛丛。上世纪九十年代当欧洲相对论量子化学蓬勃开展的时分,我国的这一范畴才刚刚起步,直至现在国内做这一研讨的仍然是百里挑一。沟通的短缺在刘教授看来成了最大的困难。看似很正确的一个程序却得不到符合实际的效果,这个小小的问题从前困惑了他长达两年之久,而1996年在德国作访问学者时他人不经意的一句话却使他恍然大悟。长达两年之久的悬而未决的“难题”几乎在两分钟之内就方便的处理了。

  听着刘教授的叙说,我感到:在自己宠爱的根底研讨范畴披荆斩棘,不断攀登高峰,这对刘教授来说现已成了一种日子,其间有悲欢离合,有烦恼也有高兴,有时刻短的绝望更有持久的期望,他领会并享受着其间的节奏。

  刘文剑成功了。他的研讨是根底中的根底,却做到了前沿中的前沿。接连的获奖在他看来最大的含义在于我国科学家在这一范畴有了原创性的效果。扎根根底,行走前沿,这是对刘文剑教授科学研讨之路的诠释。

  “要坚持自己的风格”

  记者即将迈进刘文剑教授办公室,却听见刘教授正在打电话,所以停步门外等候。“咱们不会由于投合出版社的要求而改动自己的风格”,当刘教授与出版社商谈出版事宜的声响飘入耳中时,我的脑海中忽然浮现出这样一个词语:“固执”。

  确实,从某种含义上讲,刘文剑教授是个“固执”的人。之后的说话不断强化了我的这一形象。“我以为对的东西,我必定会坚持”,他这样归纳自己。

  虽然刘教授的学术效果在世界上取得了广泛的认可,但颇为费解的是,他宣布的文章并不算多。关于记者的疑问,刘教授这样答复:“多宣布些文章当然是功德,但文章的数量并不能和学术水平划等号,重要的是要坚持自己的风格,做出有特征和高水平的研讨作业”。2001年来北大担任长江特聘教授刚开始,刘教授就给自己的课题组定下了“三年打根底,五年有打破”的开展计划。其间也有很多人不理解,有人就曾劝他抽出一些时刻做一些短平快的作业。对此,刘教授有自己的观点:“这几年是我一生中创造力最旺盛的时期,我必定要做一些更有含义的作业”。

  刘文剑将自己的“风格”传递到了整个课题组。刘教授现在有11名研讨生和2名博士后,他要求自己的学生“不要寻求宣布论文的数量,而要力求每一篇论文都能处理一个重要的科学问题”。为此,刘教授要求自己的学生用三年的时刻来打下坚实的根底,“厚积薄发”是刘教授自己的实践,也是他对学生的要求。

  言谈至此,刘教授对当时的学术点评系统提出了质疑:“我以为我国并不短少人才,而是短少一个科学的点评系统,受社会上各种因素的影响,学术界的气氛也十分浮躁”,他以为,做一些根底性的研讨作业是适当重要的,“只要这样,自主立异才有坚实的根底。大厦不能建在沙滩上”。今日的刘教授现已用效果践行了自己的建议。“现在回想起来,我总有种在用自己的学术之路和现在的学术点评系统进行‘赌博’的感觉,曩昔五年来我承受着巨大的压力,许多人对咱们的作业不理解,乃至不认可。但是我知道自己在做什么,也知道自己做的作业的含义……”

  坚持不但表现在学术寻求上,日子上的刘教授也自始自终地固执于自己的风格。他的日常日子并不算丰厚,乃至有些单调,但关于自己的爱好爱好他却一直坚持。现在,每周两次的乒乓球运动是这位长江教授的“必修课”,任何作业都不能耽搁这一点。晚上回家,他也不时看看功夫片,翻翻武侠小说,“这算是一种放松吧”。

  人物手刺:

  刘文剑,北京大学化学学院长江学者特聘教授。聘任岗位:理论化学。研讨方向:量子化学,相对论量子化学。博士生导师。1966年生。1989年获山东大学理学学士,1992年获山东大学理学硕士,1995年获北京大学理学博士。1995-1997年,德国马普研讨所客座科学家。1998-2001年,德国鲁尔-波鸿大学作业。

  研讨范畴和爱好

  1.相对论含时密度范函理论及GW办法 2.多组态自洽场相对论直接微扰理论 3.含重元素杂乱大分子系统的核算办法、程序和使用 4.直接求解密度矩阵(累积量)的理论办法 5. 相对论能带理论 6. 相对论从头算朗之万基态与激发态分子动力学

  刘文剑教授在相对论量子化学理论研讨方面取得重要打破,基本处理了化学和一般物理中的相对论问题。刘文剑教授于2006年接连取得了化学界的两项世界性大奖——“Pople Medal”奖和“世界量子分子科学院奖”。其间“世界量子分子科学院奖”是世界上公认的对青年理论化学家的最高奖赏,刘文剑是1967年此项奖赏建立以来我国大陆第一位获奖者。2007年4月,刘教授又取得德国洪堡基金会颁布的“Bessel 研讨奖”。

  修改:知秋

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