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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）

中国科幻影视 驶向广袤蓝海******

　　《流浪地球2》《三体》等作品引发热议——

　　中国科幻影视 驶向广袤蓝海(文化市场新观察)

　　核心阅读

　　正在播映的《流浪地球2》《三体》等影视作品，引发热议。近年来一批科幻影视作品相继涌现，让人们看到这类题材作品，在世界观建构、价值观传递、故事情节设置、类型化探索、工业水平提升等方面取得的长足进步。国产科幻影视剧，正在不懈探索中驶向广阔无垠的蓝海。

　　今年春节期间，科幻题材影视作品成为人们关注的热点，无论是电影《流浪地球2》，还是电视剧《三体》，都引发了热烈讨论。

　　2019年电影《流浪地球》上映时，原著作者刘慈欣曾说：“从《流浪地球》开始，中国科幻电影正式启航了。”4年过去，《独行月球》《明日战记》《流浪地球2》《三体》等作品相继涌现，让人们看到这类题材作品，在世界观建构、价值观传递、故事情节设置、类型化探索、工业水平提升等方面取得的长足进步。国产科幻影视剧，正在不懈探索中驶向广阔无垠的蓝海。

　　科学顾问

　　赋予影视“历史的质感”

　　导演郭帆问：“您心目中比较理想的科幻片是什么样貌？”

　　刘慈欣回答：“如果我们的科幻片能拍得像未来的历史的话，那么它对我们的意义就更大一些。”

　　在电影里呈现出“历史的质感”，成为郭帆创作《流浪地球2》的目标，这对影片中科学理论和科学实践的真实性和完整性都提出了很高要求。喷射蓝光的行星发动机、洞悉一切的量子计算机、直冲云霄的太空电梯……《流浪地球2》中的“硬科技”元素让观众大呼过瘾。这些“硬科技”是由一系列严谨缜密的想象、设计、计算、推演得来的，多名中国科学院的科学家作为科学顾问，帮助影片完善世界观架构和视觉呈现效果。

　　科幻电影《独行月球》的片尾字幕，曾用单独一屏展示了“科学顾问”。该片导演张吃鱼透露，科学顾问从筹拍阶段就已经介入，“比如，返回舱起飞时，指挥口令倒计时最后念‘零’还是‘点火’？我们必须向专家求证。”

　　2020年，国家电影局、中国科协印发了被称为“科幻十条”的《关于促进科幻电影发展的若干意见》，提出对科幻电影创作生产、发行放映、特效技术、人才培养等加强扶持引导的10条政策措施，其中包括要建立促进科幻电影发展联系机制，建立科幻电影科学顾问库。随后，国家电影局和中国科协牵头建立科幻电影科学顾问库，并从航空航天、天文与物理等领域，聘请了一批两院院士、权威专家和优秀科技工作者，担任科学顾问库专家，为科幻电影剧本创作、影片拍摄等提供专业咨询、技术支持、科学把关等服务，不断提高我国科幻电影科技含量和科学魅力，不断扩大中国科幻的艺术感染力和文化影响力。

　　此外，2020年底，中国科普作家协会成立科学与影视融合专业委员会，这是我国首个由优秀科学家和电影人组成的跨界交流平台，第一批成员包括古生物学家汪筱林、恒星级黑洞首席科学家苟利军、计算数学家刘歆等科学家，以及陆川、郭帆、陈思诚等电影导演。

　　中科院计算技术研究所研究员王元卓是《流浪地球2》科学顾问团队中的一员，他为影片贡献了关键理论——人在回路，为影片中超级人工智能的诞生提供了科学概念基础。

　　“好的科幻影视剧一定要扎根于现有的科学认知。无论是对科技概念的认知，还是对事物发展规律的认知，都必须让观众感觉是有可能发生的，要设计出一个可信又完整的世界观。大到重要的科技概念体系的设计，科技产品、场景的科学解读，小到一些技术的名称、设备的外观，机构的名称、人物的职务、组织的架构等。”王元卓说。

　　电视剧《三体》总导演杨磊介绍，创作团队在前期花费了3个多月的时间采访射电天文、天体物理、纳米技术、粒子对撞等各个领域的科学家。

　　有评论家认为，来自科学家的专业意见为科幻影视剧插上了科学的翅膀，让这些作品更加具有现实观照性。从这些作品开始，国产科幻影视剧真正踏上了具有科学理论支撑的旅程，这无疑将让艺术创作的脚步走得更远更扎实，当观众围绕这些作品中的理论、现象展开讨论时，也会受到更多来自科学的滋养。

　　科技发展

　　支撑高工业级别的大片

　　1月30日，中核集团“喊话”《流浪地球2》的一条微博引发关注。“#流浪地球#你们尽管想象，我们负责实现。”微博海报上“我们致力于将科幻变为现实”的壮语，透露出科幻影视作品对科学技术进步的驱动力。随后，中国航天科技集团、中国建筑、中国石油、中国石化等“国家队”纷纷加入这次“喊话”的行列。“大国重器”的联动，令人感佩中国科技不断提升的决心。

　　曾经，中国的科幻影视作品成本较低，构想相对简单，影响力也有限。

　　《流浪地球2》上映后，郭帆说，他对于拍摄高工业级别的大片更有底气了。这份底气，一方面来源于近年来我国航空航天科技的发展，为国产科幻影视剧的创作提供了土壤和支点。“观众经常看到航天员出舱、中国空间站建设等新闻，所以电影中呈现这些科技成果的时候，观众会相信这是我们可以做到的。”

　　底气的另一部分，则来源于我国近年来生产制造业水平的大幅度提升和新技术的应用，为科幻影视作品的创作生产带来的全新的技术手段。

　　郭帆举例说，在创作《流浪地球》时，很多特殊道具的制作要学习国外团队。“而《流浪地球2》里95%以上的道具，从车辆到外骨骼装甲，不管是硬质的还是软质的，全部都是我们自己去完成制作的。这有点像是‘弯道超车’，不是说我们一下就超越了好莱坞几十年的积累，而是我们的进步是建立在中国科技发展的基础上的，是符合发展规律的。”

　　是否能做好生物视效，是衡量特效水平的直接标志。据了解，在《独行月球》里，金刚鼠刚子的总镜头量占到全片特效镜头的20%，很多镜头持续做了一年多。其中刚子咬了一口饼干，身后背景变成了大草原的镜头，就迭代了非常多的版本，耗时11个月。

　　建设一套完备的电影工业体系，不光需要设备和技术，更在于流程和标准。《流浪地球》拍摄完成后，郭帆工作室和北京电影学院联合成立了电影工业化实验室，致力于建立和完善电影工业的标准化管理和运作流程。“经过这几年的努力，我们追求的目标不再是单一镜头做得多么精美，而是有流程管理地去完成几千个相对水平不错的镜头制作。”郭帆说。

　　科幻影视剧的热播，也映照着中国科技的蓬勃发展。

　　“科幻是基于科学的幻想，科技是科幻的基础，科幻是科技的未来。面向未来思考，也许科幻将来会变成现实。”杨磊说，“比如制造《流浪地球2》里的太空电梯，需要《三体》中物理学家所研究的纳米材料。我们从国家纳米科学中心了解到，这种材料是真实存在的，如果未来能够量产，也就意味着太空电梯将成为现实。可以说，科幻影视作品本身就提振了我们的信心。”

　　许多观众在看完《流浪地球2》和《三体》后对作品中的科学设备、理论展开了讨论，有的还提出了质疑。南方科技大学教授、科幻作家吴岩认为，这种交流、碰撞有利于科学普及和传播，“科幻题材的影视剧在客观上普及了科学知识，提升了公众对科学的兴趣，提高了公众的科学素养。”

　　吴岩表示，科幻影视作品本身也有助于对电影技术的革新。“比如詹姆斯·卡梅隆拍摄《阿凡达》，用十几年时间摸索出了3D拍摄技术，此后，3D拍摄技术在世界范围内得到了普及。我们有理由相信，未来在中国科幻影视作品的创作中，也有可能诞生新的拍摄技术，从而推动影视科技的进一步发展。”

　　科幻文化

　　拓宽人类思考的疆域

　　《流浪地球2》上映后，一名小观众写信给王元卓：“电影里的人类科技已经十分发达了，笨笨这样的机器人非常智能，为什么不让它们去月球，而是让那么多宇航员去呢？”

　　王元卓在回信中写道：从现实设定来讲，要在很短的时间内完成任务，只有经过高强度训练的人才有可能胜任，而人工智能尚未发展到相应水平；更为重要的在于，电影是要有情感、有矛盾、有冲突的，如果任何任务都可以由机器人去完成，那么就看不到人的情感流露了。

　　对于科幻影视剧来说，科技应当扮演什么样的角色？科学技术和故事情节之间如何达到平衡？采访中，专家和创作者们一致认为，科幻影视作品不是科学纪录片，它需要幻想设定，最终服务于故事情节的发展。

　　“科技不能成为剧情的绊脚石，更不能束缚影视剧的情感表达。”王元卓说。4年前，王元卓因其为女儿手绘的《流浪地球》讲解图而走红网络，几年来，他创作的《科幻电影中的科学》系列手绘科普图书已出版3部。他觉得，《流浪地球2》是在全球视角下的大片，“在这样一个宏大的世界观的设定下，中国人不但有话语权，有主导力，还有责任和担当，这一切是让观众感到非常振奋的真正原因。”

　　郭帆表示，《流浪地球2》希望传递出的是中国人对“团结”的渴望和坚守，“在科学技术的包裹下，这部电影传递出了中国人的价值观。中国科幻电影要植根于中国文化，再结合我们今天的技术去完成中国式的表述，这才是属于中国人自己的科幻电影。”

　　科幻影视剧的视觉化呈现，也为人们更好地走近广义的科幻文化拓宽了渠道。“科幻文学为科幻影视剧的创作提供了丰饶的土壤，但阅读科幻文学需要很强的想象力，容易让普通读者望而却步。”《三体》总编剧田良良说，“影视剧就是打开更广阔的科幻文学、科幻文化的钥匙，它能够通过视觉化呈现，把复杂的理论和故事变得更容易理解，让更多人愿意走近科学的世界，进而拓宽人类思考的疆域。”

　　专家表示，当前，中国科幻影视作品的创作还处于起步阶段，规模化发展仍然不足。随着综合国力的增强、科学技术的发展、电影市场的进一步繁荣，有理由相信，中国科幻影视作品的发展将迎来更加百花齐放的春天，在世界科幻影视作品之林书写自己的传奇。(本报记者 刘 阳)

　　(来源：人民日报 2023年02月03日 第10版)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）