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“科学人生·百年”院士风采丨刘若庄:中国计算化学的奠基人

发布日期:2023-10-20 10:27    点击次数:109

转自:小康杂志

  中国小康网 独家专稿

  中科院学部成立60多年来,先后选聘产生了1000多名中国科学院院士。包括诺贝尔物理学奖获得者杨振宁院士,国家最高科学技术奖获得者吴孟超院士、吴良镛院士等。“科学强国”栏目将持续刊登这些院士的故事,展现他们的人生风采。

  人物小档案

  刘若庄

  (1925年5月25日-2020年10月8日)

  出生于北京,著名物理化学家、中国计算化学的奠基人、中国科学院院士、北京师范大学化学学院教授。1947年毕业于北京辅仁大学化学系,获理学学士学位,1950年北京大学物理化学专业研究生毕业,1956年加入九三学社,1979年7月晋升为教授,1999年当选为中国科学院院士。刘若庄致力于物理化学尤其是量子化学的科学研究和教育工作。

  刘若庄:中国计算化学的奠基人

  喜欢不断挑战新难题的刘若庄保持着对未知世界的好奇和探索精神。晚年时,他又向光化学领域奋进,在他的科研成果的推动下,北京师范大学化学系成为国内理论光化学领域的一面旗帜,在国际上享有盛誉。

  刘若庄,我国著名物理化学家、中国计算化学的奠基人、中国科学院院士、北京师范大学化学学院教授,在我国开创了电子结构计算并持续推动我国计算量子化学的发展,也是国际上最早进行电子结构计算的学者之一,刘若庄先生长期从事分子间相互作用、化学键和化学反应理论的研究,先后在氢键、配位场理论方法、有机导体和半导体理论计算、激发态势能面和光化学反应机理探索等方面取得了丰硕成果。

  刘若庄先生创造性地将量子化学理论和计算方法应用于研究化学反应途径和沿反应途径的动态学问题,形成了达到国际水平的系统研究成果。

  2019年,刘若庄先生被授予“庆祝中华人民共和国成立70周年”纪念章。

  “扎实的专业基础是一生的能力”

  1925年5月25日,刘若庄出生于北京的一个职员家庭,1943年考入辅仁大学化学系,1947年大学毕业后,他进入北京大学攻读研究生,从有机化学过渡到物理化学,1950年毕业前夕已凭借优异的表现提前留校任教,1952年随院系调整进入北京师范大学化学系,4年后即晋升副教授。

  1947年秋,刘若庄于辅仁大学化学系毕业,以优异成绩考入北京大学化学系攻读化学专业研究生。读研期间,他先师从袁翰青教授进行有机化学研究,以实验方法研究氢键体系,这是他日后与氢键乃至整个有机化学有不解之缘的渊源所在。后转入孙承谔教授名下开始物理化学的科学研究。1949年,他在《中国化学会会志》上用英文发表了第一篇研究论文《修正特鲁顿规则》(“Modified Trouton's Rule”),锋芒初露。

  1950年3月,还未正式毕业的刘若庄提前留在北京大学任教。在带《有机化学》和《定量分析》实验的同时,他开始翻译英文版的《定性分析理论基础》,于1951年由商务印书馆出版。该书作为大学丛书之一,成为50年代重要的教材和参考书。1950年6月,刘若庄以“用机械求积法计算比热”顺利通过研究生答辩,其研究论文发表于同年的《中国化学会会志》。在从事物理化学助教工作的同时,他在获得哥伦比亚大学化学博士学位的唐敖庆教授指导下,开始涉足量子化学研究。“在量子化学研究上对我影响最深的是唐敖庆院士”,刘若庄曾在2008年接受记者采访时说,研究生毕业后就跟着他做助教。

  在唐敖庆教授的影响下,早在50年代初刘若庄就开始了物理化学特别是量子化学的研究工作。1963年至1965年,唐敖庆在吉林大学举办了物质结构学术讨论班,刘若庄作为8名正式学员之一参加,并对配位场理论方法进行了深入研究,为该学科的发展做出了重要贡献,研究成果后荣获1982年国家自然科学一等奖。

  在复杂和艰苦的环境中,刘若庄仍不忘从事科学研究,在唐山大地震强烈波及北京地区的状况下,刘若庄完成了国内第一篇运用量子化学计算方法研究实际体系的论文,较好地解释了砷化镓在氧离子注入后的半导体特性。

  70年代后期,刘若庄虽已过天命之年,仍勤奋工作,全身心地投入教学和科研工作。1977年被评为北京市科学技术先进工作者,1978年创建了为教育部正式批准的北京师范大学量子化学研究室,该研究室是我国运用量子化学手段研究实际化学体系的重要基地,也是我国理论化学对外联系的重要窗口。

  1981年,他被国务院批准为首批博士研究生导师,同时也在量子化学研究室带研究生,亲授量子化学等主干课,常教常新。刘若庄曾撰文回忆:“我平时上课比较注重他们专业基础的掌握,我认为这是他们一生可以倚仗的能力。”他的首批量子化学研究生之一于建国,后来成了北京师范大学理论化学创新团队的首席专家,仍然感慨当年打下的功底是自己的底气。其他学生中,也有许多成为国内外量子化学领域的知名学者。

  “做研究容不得丝毫懈怠”

  20世纪50年代中期,刘若庄重新拾起因繁重教学任务而被搁置的科学研究工作。受L. C. Pauling的《化学键的本质》一书及唐敖庆教授文章的启发,创造性地提出利用电子云的概念解释氢键本质,这一方法远优于当时国际上流行的点电荷模型。

  他独立研究氢键的本质,撰写的《水分子氢键的键能》一文达到了当时的国际水平,并被《十年来的中国的科学》所引用。“那时候国际上都很重视氢键,可是连Pople都没发展出来,除了点电荷模型,都没发展出来方法。那时唐先生发展出一个方法,他没想到氢键,我有氢键这题目,我一用他那方法就结合上了。这也是一个巧合,因为两边的老师的影响,所以老师还是有关系。”刘若庄说。

  上世纪70年代,刘若庄和同事一起创办了量子化学研究室,并开始培养研究生。缺少合适的教材,他们就自己根据课程安排编写;缺乏重要课程的老师,他们就请校内和兄弟院校的知名老师前来访问讲学,为学生传授先进的知识。

  刘若庄说:“我看了一篇原始文献,假如这篇文献和我要指导的研究生的题目有关,就自己把这篇文献里头所有的公式都推导出来。他的文章里没有的,我弄得彻彻底底的,然后我再教学生。我觉得这样,指导学生的时候,我有底,或者说我可以安心地负责了,要不然,我怕我对不起研究生。我希望我的研究生,将来也能做到这样。”

  “刘先生真正大规模系统性的研究都是1978年之后开始的。”从1981年便开始为刘若庄院士担任助手、现为北师大985首席专家的于建国教授介绍说,当时面临的情况很困难,国门打开之后,才发现国外在量子化学上已经走了很远,尤其是新兴起的计算化学。1978年刘若庄着手组建了北京师范大学量子化学研究室,并逐渐发展成为我国运用量子化学手段研究化学体系的重要基地之一。他经过对国外量子化学进展情况的探讨后,为自己选择了一个新研究方向——计算量子化学。

  喜欢不断挑战新难题的刘若庄保持着对未知世界的好奇和探索精神。晚年时,他又向光化学领域奋进,在他的科研成果的推动下,北京师范大学化学系成为国内理论光化学领域的一面旗帜,在国际上享有盛誉。“无论是学业、科研还是生活,先生对我们都非常关心,他的亲和力不是针对某一个人,而是所有学生。我还记得研究生毕业时他对我们说:‘你们做学问一定要非常认真地投入,因为科学容不得一丝一毫的懈怠。’”于建国曾对记者说,“他教导我们要有自己独立的研究方向,不要过分依赖导师,同时也给予我们充分选择的自由度。”

  2020年10月8日0时35分,刘若庄先生因病医治无效在北京逝世,享年95岁。

  “对我们来说,刘先生是一个精神上的支柱,他创造的执着努力、团结投入的学术氛围也会不断地延续下去。”于建国真挚地说。

  (《小康》·中国小康网刘建华综合整理)

  (《小康》·中国小康网 独家专稿)

  本文刊登于《小康》2023年10月上旬刊

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