2001年度国家最高科学技术奖获奖者：留白大师——中国固体和半导体物理学奠基者、著名物理学家黄昆
人物简介
黄昆，男，1919年9月出生于北京，浙江嘉兴人。中国科学院院士、瑞典皇家科学院国外院士、第三世界科学院院士。曾任北京大学教授，中国科学院半导体研究所研究员、所长、名誉所长。2005年7月6日在北京病逝，享年86岁。
贡献
黄昆是世界著名物理学家，早在20世纪40年代就已经异军突起。他大胆地预言与晶格中杂质有关的X光漫散射，后称为“黄散射”。他受邀与马克思·玻恩合著的《晶格动力学理论》，至今仍是该领域的权威著作。他提出的“黄方程”和由此引申的极化元的重要概念，对理论物理的发展做出了重要贡献。
他是中国固体和半导体物理学的奠基人之一和杰出的教育家。他参与创建了中国第一个半导体物理专业，编著了我国第一部《固体物理学》教材，为中国信息产业培养了第一批人才。
荣誉
1956年 中国科学院自然科学奖三等奖(第一届国家自然科学奖)
1984年 美国第二届理论物理弗雷曼奖，被美国中部州立大学协会授予“卓越外国学者”称号
1993年 国家自然科学奖二等奖
1995年 何梁何利科学技术成就奖
1996年 陈嘉庚物理学奖
2001年 国家最高科学技术奖
2010年 国际永久编号为48636号的小行星被命名为“黄昆星”
“按我自己的评价，这次得以获奖的工作中，我在33岁以前开始进行的工作占了大部分，60岁以后的情形是一方面。”在获得2001年度国家最高科学技术奖之后，黄昆这样说。
他口中的“33岁以前”，指的是从1945年到1951年的旅英时光，学术界多认为那是他科研生涯中的黄金时代。而他再次站到国际前沿，已经是20世纪80年代。
在国际物理学界看来，从1951年回国，一直到“文化大革命”结束，黄昆的科研生涯出现了一个断层。可是，就像没有人觉得画作中的留白多余，黄昆也不觉得一心扑到物理教育上的时光可惜，他认为那同样也是在实现自己的价值。
黄金时代
1945年10月，黄昆来到英国布里斯托尔大学，师从国际著名固体物理学家莫特。莫特是20世纪最伟大的理论物理学家之一，曾获得1977年诺贝尔物理学奖。黄昆是莫特在第二次世界大战结束后招收的第一位博士生。他最初从莫特那里接到的两个博士论文研究题目：一是理论研究稀固溶体的X光衍射；二是计算小角度晶粒间界的能量。黄昆当时对如何处理晶粒间界问题还是一头雾水，自然选择了前者。
一般认为，具有严格周期对称性的完整晶体，其X散射应遵循布拉格定律。但实际材料中的原子往往不这么循规蹈矩，它们总是会偏离严格的周期排列。究其原因：一是晶体原子的热运动导致的偏离，被称为“热致漫散射”；另一种可能，则是由材料中外来的杂质与缺陷引起的。而这一点，正是黄昆的入手点。
经过大胆假设、小心求证，黄昆针对长程弹性畸变导致的X射线漫散射提出了几个“预言”，如：杂质原子的存在使布拉格衍射峰强度减小了一个因子，该因子与倒格矢的平方成反比，且与杂质浓度有关。
以当时的实验技术，这些发现根本不可能得到一一验证。这也是它们在很长一段时间被称之为“预言”的原因。20多年后，黄昆的预言才被国际学术界普遍承认，为了区别于热致漫散射，这种漫散射被称作“黄漫散射”，或简称为“黄散射”。从20世纪60年代末到70年代初，“黄散射”发展成为一种能直接有效地研究晶体中微观缺陷的手段。只是那时国内正陷于“文化大革命”中，消息不畅，黄昆并不知道有此进展。
黄昆一直相信这些预言是正确的，也相信这些现象完全可以在低温下被观测到，却并不认为去验证它们是自己最重要的工作。1946年9月，这些预言以“稀固溶体的X光漫散射”为题发表在《英国皇家学会录A》上。这是黄昆第一篇受到物理学界长时间重视的论文，直到半个世纪后，每年依然会被平均引用6～7次。可以说，黄昆开创了X射线漫散射研究一个新的分支，但他本人却再未涉足这里。
第一份答卷交上去之后，勤快的黄昆开始自己找事做。一次，他读到了莫特的一篇文章。文中讲述了莫特通过托马斯-费米方法来处理异价原子固溶体的电荷屏蔽问题。黄昆一下子被托马斯-费米方法吸引了。他第一次知道原来还有这样一种确立空间电子气浓度、电势与费米能级之间关系的近似方法，并且折服于它的简单和有效。
异价原子的固溶体电荷屏蔽可以这样处理，那同价元素的稀固溶体可不可以呢？
这么好的方法，自然要为己所用。黄昆很快做出了反应，联想到了金银稀固溶体。它们的原子实的荷电情况一样，但由于功函数不同，在金原子处可能就会形成势阱，电子可以堆积在阱里，导致电荷在空间出现不均匀分布与屏蔽势。借助托马斯-费米方法，黄昆研究了同价原子金和银的固溶体的结合能和残余电阻率问题，提出了同价原子构成的固溶体中的电荷屏蔽分布机制。不仅如此，他还创造性地采用了量子力学散射理论的相位移动方法，从理论上来计算电子波函数。
这项工作，被黄昆写成了《金银稀固溶体的溶解热和电阻率》。不过，在这篇论文中，黄昆只给出了电势与电荷密度分布的短程变化趋势，没有进一步将其长程振荡部分的函数关系显示出来。后来，莫特的女婿夫里德耳提出了固体物理中著名的“夫里德耳振荡”，而这一点在其中得到了完整的体现。虽然如此，但是黄昆的影响却是实实在在的，一直到今天，他的这篇论文还常常被国外科学家在论文中引证。
到了1947年春天，黄昆已经完成了他的两项研究及博士论文。可最早的博士学位典礼也要等到1948年1月。
当时，程开甲正在爱丁堡大学留学，他的导师玻恩教授也是黄昆倾慕的对象。玻恩是国际公认的量子力学奠基人之一和晶格动力学奠基人，也是1954年诺贝尔物理学奖获得者。1915年，玻恩就以德文写过一部《晶格动力学》，后来又计划以量子力学的观点来重新系统地阐述《晶格动力学理论》。第二次世界大战前，玻恩就已经开始动笔了，只是因为战争和其他原因，这部专著被慢慢搁浅了。搬到英国后，玻恩发现英国物理系的学生中懂德语的少，了解晶格动力学的更少。黄昆恰恰满足这两个条件。在程开甲的引荐下，黄昆见到了这位偶像。
显然，大师也是需要知己的。这一老一小就这样成了忘年交，玻恩甚至把自己的《晶格动力学理论》手稿让黄昆阅读，还邀请他共同完成这部著作。
沉甸甸的“馅饼”掉下来，黄昆却没敢马上接受。这个急于要以知识报国的年轻人，在完成博士论文之后就早早写信给西南联合大学时期的硕士导师吴大猷，商讨回国后的工作问题，当年就收到了北京大学的教授聘书，而他的留英奖学金也将在1948年10月结束。短短几个月，怎么能够写得完这部书呢？
但黄昆到底还是心动了，在写给时任北京大学理学院院长饶毓泰的信里，还特意提及此事，饶毓泰表示了支持。紧接着，新的转机来了。黄昆回到布里斯托尔接受博士学位时，遇到昔日的合作者弗勒利希。弗勒利希正准备去利物浦大学新成立的理论物理系担任系主任，邀请黄昆同往做为期3年的帝国化学工业公司博士后研究员，并且同意他以一半的时间来撰写《晶格动力学理论》。这下子，钱的问题也迎刃而解，黄昆没有理由再拒绝玻恩的邀请了，当然，他本来也不愿意拒绝。
合作之初，黄昆和玻恩出现了意见分歧。玻恩的计划是从量子理论最一般的原理出发，以演绎的方式尽量推导出晶体的结构和性质。黄昆却认为，单有晶格动力学的系统推导是不够的，这只是抽象的“普遍理论”，为了便于理解，应该再增加“基础理论”部分作为过渡。在他的坚持下，玻恩不得不做了让步。而这部专著也就有了现在看到的版本——被分为3章“基础理论”和4章“普遍理论”，前者包含所有晶体的基础知识与实验应用；后者由一般理论及由此导致的一些更为复杂的实验事实组成，包括理论预言的一系列新的光学现象。随着激光的发现，书中的理论结果已经被一一证实。
随着合作写作的深入，他在一些问题的研究上也得到了升华。1950年，他与助手里斯(中文名李爱扶，后来成为黄昆的妻子)合作发表了《F中心的光吸收与无辐射跃迁理论》，同时建立了光跃迁过程中的多声子理论与无辐射跃迁过程中的多声子理论。国际物理学界公认这项工作对于多声子跃迁领域的开创作用，将之称为“黄-里斯理论”，论文中使用的标志晶格弛豫强度的参量被称作“黄-里斯因子”。
年轻的黄昆有个执念，觉得人们对论文的关注度总不如对专著更高。这是他当初接受玻恩邀请的一个小“私心”。翻开《晶格动力学理论》，不难发现，他当时的很多研究工作都在其中得到了体现，比如黄方程的阐述、声子极化激元的理论推导、均匀变形理论、晶格内部的平衡条件等，均收录在“基础理论”部分，而这些很难在其他文献中找到。
