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采访雷啸霖院士之前,在一本杂志上读到过一张他与女儿20年前的合影:雷院士坐着,右手靠着写字桌,女儿站在身后,左手搭在父亲的肩上,身背后的空间全部让书占满了。照片旁有几行文字:这为雷啸霖院士夫人张景千所摄,他们一家三口在这9平方米的小屋里,生活了14年。 上世纪60年代初毕业于北京大学物理系的雷啸霖夫妇,其时已参加工作20余年,且有了10余岁的女儿,还有他的岳母常来上海同他们住在一起。“当时您怎么看书做学问啊?”我问。“我们夫妇两人都是从外地来的,在上海没有‘根’的,当年有这么一间房已经算不错了,有人比我们还艰苦呢!” 雷啸霖院士的回答让我心动并心痛。

“计算机中最关键的大规模集成电路部件是由成千上万个极其微小的半导体单元组成的,电子以极快的速度在其中来回运动时,每一个单元就输出一个‘0’或‘1’的信号,这就完成了一次运算。电子跑得越快,运算速度就越高。当电子以每秒几十公里的速度运动时,我们就可以用亚微米尺度的单元做每秒运算几十亿次的计算机。那么,怎样才能使电子在半导体中跑得快?它能达到多大的速度?它的运动遵从什么样的规律?这就是半导体输运要研究的问题。” 这段文字是中国科学院院士、上海交通大学雷啸霖教授,对自己专业研究的通俗解释。由于雷教授在凝聚态物质的电子输运和超导电性研究方面的突出成就,1988年他被评为国家突出贡献的中青年专家,1995年被授予全国五一劳动奖章,并在1994年和1995年,分别获中国科学院自然科学一等奖和国家自然科学二等奖。 2003年,中科院院士工作局曾约请每位院士写一篇“自述”。在文章结尾处,雷啸霖教授充满感情地写道:“回顾这些年走过的路,我基本上是一位尽职的科学工作者,在物理学研究的道路上兢兢业业,没有半点怠惰。但是,我不是一位尽职的父亲,当成长的女儿最需要关怀和指导的时候,即使我在家中,也只关心自己的研究而没有让她得到父爱。我也没做到儿子应尽的孝顺,从小父母为我做了很多很多,我却没能承担服侍年迈双亲的责任,我感到深深的愧疚。回顾40年的历程,我要感谢我的妻子,在最困难的时候,是她给我鼓励;在最需要的时候,是她给我支持,我的每一项工作都凝结了她的辛劳和贡献。 我的贡献在世界科技发展的浩瀚之海中不过是微不足道的一粟,但是,令我高兴和欣慰的是,我作为一个中国人,毕竟在人类科学事业的宏伟大厦中,留下了一块小小的印记。”
爱好科学从养小动物开始
1938年11月,雷啸霖出生在南国山清水秀的桂林城。

雷啸霖与父亲雷震和母亲邢普英摄于一九一四年
雷啸霖对记者说,他爱好科学是从养小动物开始的。“还是小学二年级的时候,我就在家中养蚕,以后又养鸡、鸭和鸽子。我特别喜欢鸽子,曾细心观察鸽子繁殖、孵化和生长的全过程,逐一将它们详细记录在实验本子上,让鸽子在家中繁殖了好几代,直到鸽子繁殖得太多,经常弄坏屋顶的瓦片,才遭父亲的禁止。” 雷啸霖的父母都是北京师范大学史地系的毕业生,父亲对中国古典文学颇有研究,还写得一手好字和好诗,他经常给雷啸霖讲警世格言和名家诗词。母亲则给他讲中国和世界的历史人物,讲瓦特发明蒸汽机,爱迪生发明电灯和留声机等令人神往的故事。“从少年时代起,我对自然现象就表现出极大的好奇,母亲更是因势利导,让我在自然的天地里自由地成长。” 有一件事,让今天的雷啸霖教授依然记得很“深”:“那是新中国刚刚建立后的第一年,我12岁,正痴迷着无线电。为了做矿石收音机试验,一天我独自一人爬上了二楼屋顶,竖起了一根比屋脊高3米,长20米的天线。这个‘惊人’的举动着实把父母吓了一跳。母亲常对亲友说,我有两个突出的特征,一是当醉心于某件事时,常会痴得入迷;二是无论做什么,总要把事情做得规规矩矩、方方正正。” 这一发端于少年时期的优秀的科学家不可或缺的好“品性”,一直延续了雷啸霖教授的一生。 “母亲在培养我少年的科学思维中起了重要的作用。”雷啸霖回忆:“从小学二年级起,母亲就有意识地让我在算术方面得到比学校里更多的训练,做了不少课外习题。三、四年级以后,算术越来越复杂了,她自己不能解答,就去请教中学的数学老师。到小学高年级,从课外数学书籍中吸收更多的知识,已成为我学习中的一个组成部分。” 从小学到中学,雷啸霖学习数学如鱼得水。到了高中阶段,数学严密的逻辑推理和导出结论,使他得到了一种智慧的满足。同时,物理学可以用简洁的方程,把宇宙和原子描绘得如此精确,更令少年雷啸霖神往。“那时我的崇拜偶像从瓦特和爱迪生转向了牛顿和爱因斯坦。选择当一名物理学家作为自己的目标和理想,这个时候已基本确立了。” “当年您学习成绩那么好,也像现在的学生一天到晚在艰苦地做题目吗?”听得记者这么问,雷教授爽朗地笑了起来:“哪有这么苦,我主要是兴趣使然,再加上方法比较得体,所以记忆中,从小学到中学,我一直觉得读书是件很开心的事啊!” 1955年夏天,雷啸霖在桂林中学毕业。老师问他填写什么志愿,他不假思索地回答:“北大物理系”。果然,雷啸霖以当年广西理科第一名的优异成绩,如愿以偿。

一九六四年在北京大学
用自己的语言表达教科书上的定律
50年代中期的北大物理系,兼容并包的学术氛围,民主与科学的优良传统,加上院系调整后荟萃了众多的一流名师,让心揣远大理想的雷啸霖,尽情地享受着知识的盛宴。他如饥似渴地学习着。 雷啸霖的学习方法有点“怪”,他从不喜欢按部就班地消化教科书上的内容。“我复习功课时,往往比别的同学花费更多的时间。对每一章节,我都要按自己的思路重新分析,追根求源,直至归结到基本的公理或定律。”在一年级普通物理和高等数学的学习中,这种思维方式引导雷啸霖到高年级的理论力学、热力学、电动力学和复变函数的教材中去寻找答案。雷啸霖说,这种独立工作的实践,使他自然地总结出这样的学习模式:“一个问题,只有能够完全用自己的逻辑和语言表达出来,而且自信比课堂上和教科书中表达得更清楚、更严格的时候,才是弄懂了。”因而,每一节课后的学习过程,雷啸霖都自然地要求自己达到如同教师备课写出讲稿的程度。经过了这一过程,到期末考试的时候,雷啸霖是比较轻松的,他很少有耐心再把教材或讲义重温一遍,但几乎每一次考试,他都获得了优异的成绩。这种贯穿于雷啸霖整个大学阶段的“独立思考”的学习模式,为他在做大学毕业论文时就很快进入科学研究的领地打下了坚实的基础。 “您在北大的求学生活,有什么遗憾吗?”记者问。 “让我至今都非常惋惜的是,我们当年读书的时间太少了。没完没了的批判,反反复复的折腾,是当年大学生活的‘主线’。”雷啸霖叹了口气:我们只能在两次“运动”的间隙抓紧时间读一点书。“哪像现在的大学生,要怎么读书就怎么读书。他们的读书生活太让我们这一代人羡慕了。” 1957年雷啸霖因病休学回家,脱离了闹闹哄哄的外部世界将近两年。这两年里,雷啸霖的家里发生了不少变化:父亲因为讲了“如今农民还很苦的话”,被打成“右派”,失去了工作;情同手足的弟弟因病早逝,母亲悲痛欲绝,体弱不能继续任教;经济拮据导致妹妹不能上高中;雷啸霖读大学的花费要靠工资微薄的姐姐供给。苦闷与孤独的他只有躲进图书馆,在物理与数学的天地里,才能寻得一点安慰。这种忧郁的日子,直到60年代初,雷啸霖与同在北大物理系的“师妹”张景千相识并相爱了,他才重新感受到未名湖畔的燕园尚有迷人的风景。 成绩优秀的雷啸霖,在北大物理系的出类拔萃,一直受到了一位名叫吴杭生(1993年当选为中国科学院院士)的青年教师的关注。吴杭生在指导雷啸霖作毕业论文时,要求他不是写一篇一般的本科毕业论文,而是要求他对超导薄膜的电磁性质进行深入的研究。让人“吃惊”的是,在吴杭生的指导下,雷啸霖在论文中首次提出了超导薄膜尺寸非局域效应的概念,导出了非局域的金兹伯-朗道方程,确立了超导薄膜临界磁场随厚度变化的3/2次方规律,使人们对超导薄膜电动学的理解前进了一步。 这篇后来发表在《物理学报》上的大学本科论文,在20世纪60年代的超导电学科领域,无疑是处于国际水平的。这一成功犹如一针兴奋剂,大大增强了这位25岁年轻人继续探索和发现科学奥秘的信心和决心。北京大学毕业后,雷啸霖被分到山东大学任见习助教,短短两年内,他接连发表了好几篇高水平的论文,迅速跑到了这一学科的前沿。
每晚在9平方米的居室里作物理分析
从北京大学到山东大学,雷啸霖原本可以在科学的蓝天里更自由地翱翔的,但是一场浩劫折断了他的“翅膀”。漫长的10年“文革”,毁掉了他一生中最可宝贵的科学年华。时至今日,雷啸霖回忆起那段岁月,内心深处还充满了痛楚:“这是我一生中精力最充沛的时光,本来可以做多少事情啊,却因为时代的悲剧,个人也只能承受不幸了。”他被下放到工厂和农村去接受“再教育”,空下来的时候只能偷偷地摆弄摆弄无线电,从中获取一点精神上的愉悦。 1977年,雷啸霖结束了13年的夫妻分居生活,从山东调到了妻子工作的上海,在上海医疗器械研究所从事标准化和超声全息技术探索。1978年,全国科学大会召开,科学界迎来了美好的春天,雷啸霖又到了中科院上海冶金所,才真正重新回到了自己所钟爱的物理学领域。 “但是12年完全的停顿,外国人早已远远跑到前面去了。我重新拿起物理书,它竟成了我陌生的朋友。当时我心里又痛又急,恨不得把一分钟掰成二分用。因为要了解国外的最新研究成果,我在北大学的又是俄语,所以有段时间我就急攻英语。”当时,雷啸霖住在南京西路成都路附近,冶金所在中山公园的长宁路上,他每天上班坐20路电车,一上车就把随身带着的英语书拿出来读。“那时你已经40来岁了,还像学生一样的拿着英语书在车上读,这多少要有点勇气的吧!”“我的大脑完全沉浸在学习中了,根本没有留意周围人的眼光。所以你提这个问题,我是一点感觉也没有的。”雷啸霖说着哈哈哈地笑了起来。

与女儿一九八六年在住了十四年的九平方米的小屋内合影
1972年,他们的女儿出生了。雷啸霖的妻子在上海元件五厂住了10年集体宿舍后,终于分到了一间9平方米的小屋。这小屋成了他们一家三口生活了14年之久的家。“这间屋常常还要住4个人,我岳母帮我们照看孩子,所以也和我们挤在一起。那年月,有多少个夜晚,我就坐在9平方米小屋内的微型写字台旁,一遍一遍演算我的数学和物理。看到妻子和女儿深睡的样子,再触摸着眼前摊开的数学书物理书,我真有一种充实而温馨的感觉。”作为一个热爱事业、热爱生活的科学家,即便是一种苦难,因为有追求、有亲情,雷啸霖也把它理解成了一种美好和愉快。 雷啸霖的努力,很快就有了收获。他的研究工作恢复到了20世纪60年代的水平,不久,他对超导临界温度极数的收敛判断据提出了独到的见解,得到同行承认。同时,他提出了电荷密度波超导体拉曼散射的能隙激发理论。有了这些基础和底气,雷啸霖的主攻方向,开始逐步转向了凝聚态物质的电子输运领域。在这个前辈科学家研究了一个多世纪的传统领域里,他想开拓一条新的路。
圣诞之夜整个计算系统就为他一人服务
1983年,雷啸霖作为访问学者应邀到美国休斯顿大学工作。在那里,他与美籍学者丁秦生教授合作,提出了分离质心的力学运动与相对电子的统计运动,选择最捷径初态的物理模型,建立了平衡方程输运理论。在物理学中,电子输运是一个很重要的问题,但也是一块难啃的“硬骨头”。面对一立方厘米的材料中,包含着十万亿亿个杂乱运动的电子,从微观上哪怕是计算电阻率这样一个普通的物理量,也需要用蒙特-卡罗数值方法求解玻耳兹曼方程。在当时用巨型计算机算曲线上的一个点,需要花几十分钟时间,每条曲线上有上百个点,而为了进行器件设计常需要几千条曲线。

一九八五年在美国斯梯文理工学院
雷啸霖想,难道就只有硬算一条路?有没有可能从根本上将问题简化?他认为,在一定的层次上,一定的条件下和一定的范围内,物理规律应当能够用一种简洁明了的方法表示出来,如果还没有做到这一点,多半是人们还没有掌握事物的本质和核心。雷啸霖开始了苦苦的探索,希望找到一条新路。经过几百个日日夜夜的不断思考,分析了大量的实验数据,经历了无数次的理论推导,也吸取了外国学者的经验,他终于发现:尽管这些电子运动非常复杂,但在电场作用下,还是可以分成质心代表的整体运动和相对电子代表的无规运动。前者服从单粒子经典力学的运动规律,而后者服从平衡态统计力学规律。根据这样的物理思考,雷啸霖提出了一套全新的输运方程,用它来计算强电场引起的传导,比过去的方法要简便得多。这就是后来以雷啸霖和丁秦生的名字命名的“雷-丁理论”(其中的主要方程称为“雷-丁方程”)。“雷-丁理论”是20世纪80年代初半导体输运领域的一项重要成果,是由中国人取得的在国际学术界有深远影响的一个突破。 “我终于走上了物理学研究之路。当然,太晚了一些,早已错过了科学家的最佳年龄。我明白,已是知天命之年才勉强达到起跑线上的人,几乎是不可能攀到科学之巅的。但我总还能做点事,在物理学浩瀚的原野或山坡上,留下一两块小小的印记。”这是多年以后,当人们普遍推崇“雷-丁理论”的重要意义时,雷啸霖写给一家杂志的一段话。

一九九七年与妻子张景千和女儿在美国
雷啸霖至今还清晰地记得:1984年他在纽约市立大学任客座副教授,圣诞节的那个晚上,大家都休假了,他和正充当着他“助手”的妻子,顶着大雪齐膝的寒冬,从河边的住所赶到山坡上的实验室,来进行物理研究的推算。“那个夜晚,学校里的整个系统几乎没有别的用户,所有的计算机都在为我一人服务。多幸福啊!”
科学没国界但科学家是有祖国的
雷啸霖在美国呆了3年,1986年2月,他回到了自己的祖国。 “从飞机上看到上海的夜空还只有点点稀疏的几片灯光,从纽约回到这里仿佛是到了农村。但在这片生我养我的土地上,正萌发着可喜的变化。”雷啸霖幸福地回忆着当年的情景:中科院冶金所破格提升我为研究员,我有了自己的研究小组,各种条件也一年比一年好。对于一位专心于科学研究且经历了半生坎坷的学者来说,我已经很满足了。 更让雷啸霖惊喜不已的是,他回国后不久,冶金所即分了一套二房一厅的住房给他。他们的小屋,那间在南京西路成都路拐弯处的小屋,他们一家整整住了14年之久的小屋,终于同他们告别了。 1986年,雷啸霖加入了以科技界人士为主体的民主党派——九三学社。他担任了上海市政协第九届和第十届的委员。我问他:“您现在到市政协来开会,怎么来的?”“我是打车的。”“没车接送吗?”“有些单位院士是有车的,有些单位没有。”他的回答得平静又平淡,好像是在谈论一件与自己并没多大关系的事。

一九九八年重返故乡桂林市
2000年,雷啸霖从冶金所调到了上海交通大学。“您现在的研究条件与您在美国工作时,有很大差异吗?”“基本没有差异,只是个别的实验手段上有些设备还不如人家。”我又问:“您觉得我们国家的物理学,比如像您研究的领域,同世界先进国家相比处于何等水平?”雷教授告诉我:“个别地方有亮点,但总体水平还是有差距的;我的专业也一样。”“怎么才能赶上去呢?”“这急不得啊!需要时间,需要几代人的努力。”雷教授再次强调了一遍:科学上的事是急不得的。 1986年,当雷啸霖教授飞回祖国的时候,他是平静的。回来了,就回来了。主要的原因就是想念祖国,想念亲人,很单纯的。“科学没有国界,但科学家是有祖国的”,这样的话,先前早有人说过了,雷啸霖也只是在日后的回忆文章里,用这样的句子表达过自己的认同罢了。但是,对于祖国,对于亲人,他真的是想念的,这个一点也不含糊。他曾经在一篇文章中满怀感情地写道:“我出国第一年,饱受折磨的父亲与世长辞,儿子末能去见最后一面;年迈的母亲,您过得怎样?……我决定回国,回故乡去追求人生的理想。” 现在,快近70的雷啸霖教授,还在用他一生的智慧,为祖国服务。每天每天,他孜孜不倦地在科学的大厦上,印刻着属于自己的那块小小的印记。(顾定海)
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