推开一扇门，那里有一个新的世界

|作者：赵瑾

(中国科学技术大学物理系) 

本文选自《物理》2023年第3期

初 心

自从接到《物理》编辑部的邀请，我一直沉浸在断断续续的回忆之中。窗外早春的小雨打湿了窗棂，撑着雨伞的人们冒着料峭的春寒急匆匆地走过，恍然觉察到自己的人生已过半程，回忆中的片段像屋檐下的雨滴，亮晶晶地朝我眨眼。

小时候的我，似乎对文学历史比数学更加感兴趣，我热爱阅读并擅长写作，觉得数学枯燥无趣，也许这是受到父亲的影响。我的父母都是大学老师，爸爸的专业是历史，妈妈却是理工科出身。在初中开始学习物理之前，妈妈开始频繁向我发出警报：“物理是最困难的一门课，有多少女生都是因为学不好物理，成绩就没有竞争力了……”。过来人的说法激起了我的好奇心与好胜心，彷佛那里有一扇神秘的门，我一定要打开看看。没想到的是，真正开始学习物理之后，我发现过程居然很愉快，轻松取得的好成绩满足了自己少年时的虚荣心。更重要的是，我逐渐发现物理原来是人们理解这个世界的手段，太阳为什么每天从东方升起，阳光照着院子里的树叶为什么在地上投下圆圆的影子，天上的星星日复一日变换着它们的位置，世界的一切都按照这样完美的规律运转，小小年纪的我初步从经典物理中感受到了自然的美。

挫 折

就这样，18岁的我天真地觉得自己无所不能，狂妄地想着自己应该可以成为物理学家，虽然父母觉得学物理不知道将来是否容易找到工作，我还是坚定地报考了中国科学技术大学物理系。来到科大之后，我天真的自信心受到了致命的打击，发现自己数学方面的能力有不少欠缺，而大学物理课程的难度也上了一个层次，周围的同学在我看来都是“小天才”，凭我的天赋拼尽全力也只能勉强在班上达到中游的水平。20世纪90年代后期，正是中国经济腾飞的年代，快毕业的时候同学们开始聊未来，很多同学打算出国，之后可以改学电子工程或者计算机，也有很多同学打算毕业就去公司工作。我第一次开始感到迷惑，我到底要干什么？还要坚持学物理吗？我明显不是最聪明、最厉害的那些人，为什么还要继续呢？毕业在即，许多同学拿到了美国名校的offer，也有一些同学选择去了大公司，立刻就拿到了令人艳羡的薪水。而我只是达到了保研的成绩线，抱着惶惑不安的心情，我选择了继续读研试一试。

最幸运的是，我遇到了当时刚刚回国的侯建国老师，侯老师让我跟着杨金龙老师学习第一性原理计算。与两位恩师的相遇，奠定了我第一个阶段科研工作的范式，那就是理论与实验的密切合作。在现在来看，第一性原理计算与实验合作是再正常不过的工作模式，然而在当年，侯老师与杨老师的合作在国内绝对是开风气之先。他们工作的风格也对我后来的科研生涯有很重要的影响，两位老师对工作的质量有极高的要求，要使他们满意绝不是容易的事。记得当时常常是我们学生觉得数据早就可以发表，侯老师和杨老师却仍然反复讨论论证，我们当时常看着他俩激烈地争论，甚至红了脸，然后就是给我们分配更多的任务，让大家去确认各种细节。虽然当时背后没少抱怨，但是现在想来，这让我耳濡目染慢慢理解了什么是真正一流的工作。

我不知应该如何描述我6年的博士生涯，一方面，那段时间充满了青春的美好回忆，我收获了真挚的爱情和友谊；另一方面，我完全不是一个一流的学生，能感受到自己的欠缺与差距。那时的我，迷失在青春的快乐中，沉迷于各种社交、聚会、郊游、寻觅美食、甚至是在BBS上写文章。记得那时我慢慢喜欢上合肥这个当年的“小城”，和好朋友一起徒步穿越大半个城市去吃一碗牛肉面，归途中一起看月亮升到了人行天桥上，伴随着一家家亮起的灯火，氤氲的雾气给小吃摊上的灯火罩上一层薄纱，我希望生活就一直这样继续，幻想着是否今后能一直这样不去面对人生的真相，而长久地“岁月静好”下去。对于科研工作，我也仅仅勉强能够做到完成任务，甚至有时候会应付了事，把计算作业往服务器上一提交就呼朋引伴出去玩了，也不去思考为什么要这样做计算，怎样做才更好。这也是为什么我现在对学生非常宽容，因为他们比我当年强多了！

大约是6年不靠谱的博士生涯给我的教训，我申请博士后的阶段异常不顺利，无数简历投出去之后，只收到了匹兹堡大学Hrvoje Petek教授的回复，并且他说：“我是一个实验物理学家，虽然我不介意和理论工作者一起工作，但是我不能给你指导。”我像抓住了救命稻草，马上回复说：“没关系！我原来就一直和实验工作者一起工作，我相信我现在也可以！”幸运的是，Petek教授被我的“死缠烂打”感动了，我终于前往匹兹堡开始了我的博后生涯。

迷 茫

刚到匹兹堡的日子是灰色的，我发现Petek教授组里只有我一个人从事理论计算工作，之前在侯老师组里的时候，有杨老师随时做我的后盾，他就是无所不能的“如来佛”，什么问题到了他那里都可以帮我解决。然而匹兹堡哪有这样的好事，就连计算资源都要我自己去找，Petek教授带着慈祥的笑容，每天都来到我的办公桌旁问一句：“Jin，what’s new?” 被逼急的我不得不想办法自救，我试图与另一位做计算的Ken Jordan教授交流，然而发现不仅态度冷漠，就连他奇怪的口音我都听不懂。而他的中国学生，一见面就劝我赶紧想办法转组甚至转专业，让我无所适从。那年的五月，我呆呆地坐在楼门口，对面有一大片杏树，开花后像落了一层厚厚的雪，我的心里充满迷茫与无助。

2004年初到美国

这样的生活逼着我学会了独立，不得不开始认真学习新的东西，最重要的是，被逼急了之后，我不知不觉养成了“不要面子”的好习惯。无论对方是教授、博后还是研究生，对我来说，哪怕只有一点可能解决问题或者得到建议的机会，我都会想尽一切办法直截了当地去讨论和求助。可以想象，这对于从小文静腼腆的我是多么困难的事情。好在我逐渐发现，大部分科学家都乐于合作与分享。例如，一个偶然的机会，我认识了当时在西北太平洋国家实验室(PNNL)工作的李隽老师，他鼓励我申请那里的免费机时，之后那里的机时居然支持了我十几年的科学研究，在2006年我还获得那里的一个M. T. Thomas奖。我和有着奇怪口音的冷漠脸Ken Jordan教授也逐渐混熟了，虽然他时常瞧不上我当时的研究工作，但是我完全不在乎，依然厚着脸皮找他请教。随后，幸运女神抛下的大馅饼猛地砸中了我，我一连与Petek教授合作了3篇重要的文章，都发表在Science 期刊上，我第一次感受到科研上取得一点成就带来的巨大快乐，做梦都能笑起来。

时间来到了2007年，这一年女儿出生了，小生命的到来带给我全新的体验，生活因此充满甜蜜与温馨。然而，当时和爱人身居两地的我也面临着工作和生活的严重矛盾与冲突，多亏了两家的父母无私地帮助，轮流来到美国帮忙，和我一起经历了最艰难的时期，也加深了彼此的感情，我无比感激。此时，我已经在匹兹堡度过了四五年的时光，心情又有了新的转变，周围许多朋友离开了，大部分不再从事物理行业，他们大多在工业界找到了不错的工作，安顿了小家，买了大house，这让我羡慕极了。再看看我，拿着远不如一个水管工的工资，每天孤零零地拎着饭盒去实验室，里面装着头天做好的午饭，中午一起吃饭的小伙伴换了一茬又一茬，他们越来越年轻，而我为何还在这里？我应该怎么办？我想过在美国学术界找工作，但是我缺乏在美国理论组学习和工作的背景，没有足够好的network，同时也要考虑和爱人一个城市的问题，让这个选择变得非常艰难；我考虑过改行去工业界，但回头看看这些年的经历，始终没有下决心跨出那一步，我第一次觉得自己的人生是如此失败。虽然Petek教授慷慨地表示，只要我愿意，在匹兹堡想呆多久就呆多久，并且让我申请了物理系的研究助理教授的职位，但是这让我觉得，难道我的命运就是成为一个“千老”吗？

成 长

在人生最无助的时候，我联系了侯老师和杨老师，两位恩师再次给了我最大的帮助，2010年我和爱人一起回到了母校工作，又回到当初梦开始的地方，我感到无比地踏实和幸福。刚刚回国的一段时间内，我自然而然地延续了之前的工作模式，以与实验组合作的工作为主，我不仅延续了与Petek教授的合作，也重新开始与侯老师、王兵老师的课题组合作。这属于我的舒适区，自然应付得还算不错。然而此时的情形已与10年前大为不同，中国基础科学的研究水平有了翻天覆地的变化，当年也许是独树一帜的理论与实验合作的方式现在遍地开花，甚至出现了很多公司，收取酬劳来帮实验组做计算。我内心隐隐觉得如果这样下去，自己以及整个课题组有可能成为专为实验服务的“工具人”。当然，其实这样也并无不妥，也能为科学发展做出很大的贡献，只是我内心似乎有一种跃跃欲试的不甘心。

一件小事真正刺激了我。有一年我和Petek教授一起申请PNNL的计算机时，与往年不同，我收到了一份无比“毒舌”的评审意见，评审人说：“这是一份奇怪的申请，Petek教授是一位杰出的实验科学家，腰里别着一大摞牛文章。然而，他的中国合作者，貌似只是运行了各种现成的电子结构软件，来支持实验的结果，这当然是可行的，甚至是有用的。但是，如果我们想要做一些‘真正的科学’，我强烈建议我们需要‘专业的’理论工作者的加入。”看到这份评审意见的时候，我感到既愤怒又委屈，恨不得马上找到这个人理论一番，Petek教授也很愤慨，还专门写了email为我抗议申诉。然而，随着时间的推移，我心里总是在思考那位评审人的话，不得不承认，他说的不无道理，或者说，我意识到是自己的缺陷与不足，给了别人贬低自己的机会。

改变从来不是一件容易的事，我选择了凝聚态体系中载流子动力学这个方向，也是因为与Petek教授合作的缘故，让我意识到这个领域各种实验手段蓬勃发展，载流子的动力学无论是在凝聚态物理还是在化学、材料领域都非常重要，然而却没有成熟的第一性原理计算方法与程序，我想尝试一下。我过去从来没有过做方法的经验，程序也顶多只能写几百行，但是幸运的有两件事：一是我有比自己当年厉害能干的学生，只要我安排下去并且在一旁鼓劲加油，他们总能把事情搞定；二是遇到了许多不吝分享的同行，刚刚进入这个领域的时候，作为一个“小白”，我充分发挥当年磨练出来的“不要面子”的优点，得到了许多支持与帮助。例如华南师大的兰峥岗，物理所的任新国、孟胜，北大的李新征、蒋鸿，都是由我请教问题开始，慢慢发展成了很好的朋友。而我们也一点一点地慢慢做出了针对凝聚态体系载流子动力学程序Hefei-NAMD。

Hefei-NAMD的头两篇文章分别是我的两个学生褚维斌和郑奇靖在2016年左右完成的。当时我们分别投给了JACS和PRL，JACS的审稿过程无比顺利。更加意外的是，褚维斌同学由此激发出了对科研的巨大热情，脱胎换骨，一发不可收拾，目前已经顺利海归并入职复旦大学，前途不可限量。而PRL的审稿一波三折，我们的心情也随之起伏。那段时间午夜梦醒第一件事就是拿起手机看看有没有收到拒信。最后的拒信是在投稿后9个月到来的，那天我正带着女儿在博物馆玩，看完拒信之后仿佛周围的一切都变了颜色，孩子们在兴高采烈地玩耍奔跑，然而这些好像都离我很遥远，想到郑奇靖同学作为程序的主要开发者已经是博士第7年，这中间有过多少困难曲折都难以细说，我们心心念念盼着这篇文章能让他毕业，然而这些突然就落空了，我完全不知道自己应该怎样去面对这一切。好在后来的一切都比当时想象得更好一点，文章最终发表在Nano Lett. 上。我很骄傲的是，这篇文章后来慢慢成了这个方向的经典，被许多人引用并且模仿，郑奇靖同学后来也顺利成为了中科大的副教授，现在是我的得力助手。现在想想，我后来虽然有了更多、更好的文章，然而始终难忘那个灰色的下午，可能因为那是我最早的“独立”的工作，我是那样期待得到大家的认可。

之后让我最得意的工作是激子动力学的发展。时间回溯到2014年左右，一天下午我的办公室里闯进来一个冒冒失失的小伙子，他说他本来是要去找隔壁“更加有名、更加厉害”的张振宇老师，不巧张老师出差了，眼看保研的时间线就差两天，“要不老师您就收下我吧！”抱着“科大本科生总不会错”的想法，我“捡漏”收下了这个叫蒋翔的同学。过了没多久，蒋翔就提出发展激子动力学的想法，并且“折腾”出了一堆可能的方案。我满腹狐疑，做我们这一行的都知道，计算激子用到的GW+BSE方法，哪怕算一个孤立的结构，也是很耗费计算量的，动力学动辄要上万步，所以我从不敢想用GW+BSE做激子动力学，不然的话，为什么像伯克利的S. G. Louie教授那样的领域大牛，都没有来做呢？然而，在和真正的专家任新国老师聊过之后，我们茅塞顿开，利用固定介电函数的近似，就可以只做一次GW计算，大幅度节省计算量，原来真的是可以做的啊！

理论框架定下来之后，蒋翔开始了漫长的写代码的过程，作为一个完美主义者，他还坚持要把自旋轨道耦合等效应一起写进去。常常是某天他对我说：“老师，这个都搞好了……”“太好了，把图画出来我们写文章！”我快乐无比，走路回家脚下都带风。第二天看到他一脸沮丧：“老师，好像还是有个地方没搞对……”我：“嗯……”。这样的情况不知道反复了多少次，终于在蒋翔接近第7年博士的时候，我们把文章投给了PRL，两位审稿人都很客气，然而却犀利地指出了工作中的疏漏。我反复斟酌了两个星期，跟蒋翔说：“算了，咱们还是得再重新来过。”于是一切从头开始，写代码、重算、整理文章，大半年之后，考虑到文章篇幅的问题，我们把文章投给了Sci. Adv. 。这次一切都很顺利，收到录用通知的时候，我恰好因疫情在酒店隔离中，无处可去，只好兴奋地绕着床跳了一圈，而蒋翔则在食堂“怒吃3个肉包”作为庆祝。文章接受之后，Nature Computational Science的编辑专门为这项工作写了Highlight，S. G. Louie教授邀请我参加了激发态为主题的学术会议，冷漠脸Ken Jordan教授特意通过视频向我表示了对这项工作的赞许和祝贺。同年，我再次申请PNNL机时项目的时候，两位评审人极尽溢美之词，称我们的工作具有很强的原创性与前沿性。

最重要的是，经此一役，我胆量大涨，选择课题的时候不再会考虑为什么某某人不去做这样的问题，反而重拾了少年时“一切都可以解决”那种天真的信心。到了今天，Hefei-NAMD已经被许多同行认可，我们有了大量的用户，基于Hefei-NAMD发表的文章已经超过110篇。未来的发展我也有着许多想法，科研之路真的越走越宽了，最重要的是，我有自信从此之后不会有人批评我是一个“不专业”的理论工作者了。

2017年作者在家与学生聚餐

感 受

回忆至此，我要真诚感谢我的学生们。他们中的许多人在我没有任何成绩的时候加入了我的课题组，可谓识于微时，然而彼此都做到了“不抛弃，不放弃”。在我试图进入全新研究领域的时候，他们与我一同努力，迎接挑战，从无惧怕，少有怨言；在面对新问题时，他们比我更好奇、更勇敢、更自信、更耐心、更纯粹，且更加追求完美。许多同学花费了比其他人更长的时间以及更多的精力，来完成博士学位，但是我相信他们会有相应的收获与回报。现在我的大部分学生都在学术界找到了职位，也有人在工业界崭露头角，我相信他们中的许多人将来能够超越老师拥有自己的一片天地。

窗外的雨停了，屋檐上的雨滴落下，回忆的涟漪缓缓散去，我仿佛又回到了最初接触物理的日子……如果有时空穿梭的机会，我想对年轻的自己说，不要怕，你可以再努力一点，再专注一点，再勇敢一点，去推开那扇门，后面有一个全新的世界。

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