郝柏林：边缘奇迹与物理文化
提纲：
深切悼唁；
物理是一种文化；
众所周知，于渌院士与郝柏林院士合作有一本很有名的《边缘奇迹：相变与临界现象》。于渌在2014年曾发表文章回忆他们之间的合作经历。
1 深切悼唁
3月7日晚间消息，著名理论物理学家，复旦大学教授、原中国科学院理论物理研究所研究员、所长，中科院院士郝柏林先生，因病不幸于2018年3月7日下午16：39在北京公安医院逝世，享年84岁。
图说：郝柏林是国内最早一批投身于生物信息学领域的物理学家，是中国生物信息学领域奠基人和开拓者。在理论物理和计算物理方向做出了重大贡献；1997年，他又开辟一个理论生命科学研究方向，致力于使用数理方法解开基因组的奥秘，他利用全基因组学分析方法重建了原核生物的生命之树，完美解决了进化学家一直以来的争论。来源/郝柏林个人网页
郝柏林先生，男，1934年6月26日生人，1954-1956年在乌克兰哈尔科夫工程经济学院矿山系学习。1959年毕业于乌克兰哈尔科夫国立大学物理数学系。1961-1963年在莫斯科大学物理系和苏联科学院物理问题研究所做研究生。1959-1978年在中国科学院物理研究所任研究实习员、助理研究员、研究员。1978-2005年任中囯科学院理论物理研究所研究员，曾任理论物理所所长。1980年当选为中国科学院数理学部委员（院士）。2005年-2018年，任复旦大学教授。
郝柏林先生生前主要从事理论物理、计算物理、非线性科学和理论生命科学的研究。在固体电子能谱和声子谱、金属红外性质、高分子半导体理论、统计物理模型、相变和临界现象、临界动力学、闭路格林函数方法、动力电网计算、天线辐射场计算、地震活动性统计分析、群论知识工程系统、计算机程序设计、混沌动力学和符号动力学、生物信息学等领域发表学术论文150余篇、中英文著作14部、其最新英文专著为《实用符号动力学与混沌》（1998），中文书为《负戟吟啸录：一个前沿战士对中国科学的感怀》（2009）。此外，他还曾兼任中国科学院理论物理研究所副所长（1978，1984-1987）、所长（1990-1994）、《物理学报》副主编、《中国物理快报》主编和多种中外文学术期刊编委。曾任第19届国际统计物理大会（1995）主席。“套磁介质天线的研究”获1978年中国科学院重大成果奖、“三维晶格统计模型的封闭近似解”获1987年中国科学院科技进步奖二等奖、“实用符号动力学”获1992年中国科学院自然科学奖一等奖和1993年国家自然枓学奖二等奖、1997年获国防科工委科技进步奖二等奖、“统一描述平衡和非平衡系统的格林函数理论研究”获1999年中国科学院自然科学奖一等奖和2000年国家自然科学奖二等奖。2000年获美国ISI颁发的1981-1998年经典引文奖。2001年获何梁何利基金科学技术进步奖物理学奖。2007年因对《物理改变世界》丛书中两册的贡献奖获国家科学技术进步奖二等奖。
2. 物理是一种文化
下面文字摘录自 张炯强在《新民晚报》的文章
“物理”的翻译受到庄子《知北游》中一段话的启示：“天地有大美而不言，万物有成理而不说。夫圣人者原天地之美，而达万物之理。”原来我们物理工作者就是探求世间万物的道理，追溯自然之美的圣人——这是中科院院士、复旦大学物理系教授郝柏林生前留下的名言。
理论物理、计算物理、非线性科学和理论生命科学，还有动力电网计算、天线辐射场计算、地震活动性统计分析、群论知识工程系统、计算机程序设计、混沌动力学和符号动力学、生物信息学——这些常人听不懂的名词，却是郝柏林功勋卓越的领域。而他的学生们则回忆，老先生总能用最生动的话语来解释他的物理世界。
他曾说：“物理学是讲道理的学问。学习物理学，就是要学会用少数大道理，讲明白许多小道理。物理学教导我们寻根溯源，追求真理。物理学又是方法论，它训练我们从事实和数据出发，去发现问题，解决问题；教我们分清主次，善于抓住主要矛盾，不被细节引入歧途。”
他还说：“物理是一门艺术。同音乐、绘画一样，物理学，或广而言之自然科学有着不同背景、不同深度的大量欣赏者和爱好者，这是现代人文化素养的一个重要方面。同乐师、画匠一样，社会需要相当多专业的物理工作者和物理教育家。同音乐家和画家一样，社会还需要有所发现、有所发明的物理学家，在推动整个人类的科学技术进步方面，做出中华民族应有的贡献。培养所有这些素养和人才都是物理学教育和物理学教师的使命。”
大师魅力不仅限于学术，而让学生难忘记的是为人、为师。复旦2014级本科生王金银说道，郝教授身上有着中国老知识分子的风骨，潜心学术，教书育人，言传身教。王金银偶然间读到过一则轶事——郝先生在年迈之后因为视力的关系阅读困难，就建议取消每月邮寄给他的刊物，避免资源浪费。“一人之风骨从微小之处见真知，有师如此，当常诫告自身，以自己的进步靠近老先生，以缅怀，以追忆。”
另一名复旦本科生崔立说，郝柏林院士积极投身科学研究，在多个科学领域取得重大成就。同时，郝柏林院士还非常关注大学生的思想状况。曾经参加过一次郝柏林院士的党课，他鼓励学生勇于挑战各种困难，学习新鲜事物，并做一个乐观积极的人，让学生受益匪浅。“我们要始终铭记与学习郝柏林院士的献身与服务精神。”
2017级博士生张奕林说，曾有幸拜读过郝柏林先生的《生物信息学浅说》，书中郝柏林先生严谨翔实地介绍了生物信息学的理论框架，尤其是分子演化和亲缘树的构建内容，这也是郝柏林先生工作重点之一。从参与“三线”技术物理建设到转向生物物理研究，郝柏林先生总是用自己的科研工作来回应国家与时代的要求，这体现了一名物理人、一名卓越的科学工作者的社会责任与理想担当。如今斯人已逝，但先生的背影仍值得我们深深怀念，先生的事业还等待大家默默深耕。
3. 于渌院士回忆与郝柏林院士的合作
1982年（左起）于渌、周光召、伍法岳、郝柏林、蒲富恪合影
1969 年6 月我被派到湖北潜江“五七干校”接受“再教育”，1971 年7 月回所。当时的“军代表”已解散了物理所的理论室，我被分到超导实验室的超导天线组向实验同行学做实验，1972 年参加了郝柏林在磁学室重新组织的理论与计算组。当时成立这个组有两方面的原因：一是郝柏林、蒲富恪等同事已经相当长一段时间从事天线研究，大量使用计算机；更直接的原因是郝柏林等利用外国公司在天津开展览、座谈的机会，从日本武田理研公司引进了一台美国的NOVA 1200 小型计算机，需要人掌握硬件、软件和推广应用，郝负责FORTRAN, 我负责 BASIC，诸克弘负责ALGOL。后来十多年，我国小型计算机的发展从“剖析”这台计算机中受益良多。
这段时间国内的氛围发生了一些变化，林彪事件后周总理主持工作，大力抓经济和科技工作。杨振宁先生1971 年首次到国内访问，1972 年再次访问。第一次毛主席接见他，第二次周总理见了。总理见他的时候，周培源先生作陪，杨先生主要谈基础研究如何重要，得到周总理的认同。周培源先生根据这次谈话的精神，在《光明日报》上发表一篇整版的文章说明基础研究的重要性。我们读了非常兴奋，感觉应从“应用型”问题，如天线计算、推广计算机应用等转到“基础型”问题。就在这段时间郝柏林有机会去加拿大参加那里的物理学会年会，直接听到M. E. Fisher 关于相变和K. G. Wilson 工作的报告，他回来后我们就到图书馆去查文献。幸运的是“文革”期间科学院和物理所图书馆期刊虽未上架，但没有断，有影印本，还有些原版的。
通过对期刊的浏览，我们惊讶地发现，在中国“闹革命”的那些年，国际上在相变和临界现象理论方面发生了翻天覆地的革命。普通物理课程中描述的范德瓦耳斯方程，是描述相变现象最早的平均场理论，后来又以不同的形式被多次“重新发现”。朗道把它归结成非常简洁的唯象理论：在相变点附近可以把自由能按照序参量展开, 再作一些物理上合理的假定，就可以推算出描述相变点临界行为的“临界指数”。平均场理论物理图像直观，给出的临界指数与测量值大体符合。可是，到了60 年代，实验精度大大提高，测量结果与平均场理论预言的差别超出误差范围，对理论提出了根本性的挑战。经过许多科学家的共同努力，在总结实验的基础上提出了许多新的概念，如“标度律”“普适性”等，逐渐形成了相变新理论的基础。1971 年，一位搞场论的物理学家K. G. Wilson 采用“重正化群”的办法最终解决了这个问题，提出了计算临界指数的新方法，因此获得1982 年的诺贝尔物理学奖。他先把大动量、小尺度的涨落积掉，推导出描述较大尺度上涨落行为的有效哈密顿量，再作标度变换，退回原来尺度。这一系列变换在参数空间构成重整化群，根据它在不动点(对应物理上的临界点)附近的展开可以算出临界指数，与实验完全符合，并从理论上论证了“标度律”“普适性”等重要概念。当时我们与外界隔绝，没有任何直接交流，只能如饥似渴地分工阅读重要的文献，一篇一篇地“抠”，在组里仔细讲，反复讨论。不记得讲过多少次，但讲稿叠起来超过一尺。通过这种互教互学的办法我们较快地跟上了统计物理领域的这一重大进展。后来，郝柏林提议，我们在讲稿的基础上提炼出一些内容，先在《物理》杂志上发表了三篇综述性短文，后来扩充成一本小书，叫《相变与临界现象》，由科学出版社出版。前些年这本小书又再版了一次，陈晓松教授也参与了。
那时我们是“边学边干”，一方面“啃”K. G. Wilson 在《物理评论》发表的两篇长文（说实话很难读，物理图像还清楚，但计算细节很难重复）；一方面试图用自己熟悉的方法独立地推导别人的一些结果。核心问题是计算连续相变的临界指数，就是找出各种热力学量在临界点的奇异行为。Wilson 指出空间维数超过4 时，平均场理论是正确的，可以利用ε =4－d（d 是物理体系的空间维数）作小参量，计算临界指数。他和 M.E. Fisher 用重整化群的方法计算，而 T. Tsuneto 和E. Abrahams 用“拼花图”（parquet diagram）的办法，都算到了ε 的二阶。Tsuneto 和 Abrahams 还宣称，他们的方法可以推广到高阶。郝柏林和我分别用“规矩的微扰论”和“拼花图”的方法对序参量有n 个分量的一般情形推导Tsuneto 和 Abrahams 的结果，发现他们讨论的是n=2 的特殊情形（用的是复数玻色场），而且并不了解任意n 时的拼图规则，所以不能简单推广到高阶。我们认真研究了“拼图”的规则，抓紧计算高阶效应，经过近半年的奋斗，终于将临界指数的计算推到了ε 的三阶。这个计算比较复杂，有一个高阶多维积分就算了两个月，当时用A3 纸当算稿，放在一起有好几十厘米厚。在计算的关键时刻，郝柏林的腰椎间盘突出犯病、卧床不起，但他坚持工作，隔一段时间我就去他床边核对独立计算的结果。虽然我们具体计算途径不同，但绝大多数情况结果都一致，当然很高兴。整个过程中就两次发现差别，经过反复核对，一次是我的错，一次是他出了点问题。这种并肩战斗、紧密合作的乐趣很难用语言描述。
1973 年底，就在我们准备整理计算结果的时候，在图书馆新收到的《物理快报》上看到Edouard Brezin 和他的同事用场论中的Callan-Symanzik 方程也做了这个计算，结果是一样的，但方法不同。他们的文章总共2 页，没有任何推导。我们当然有些气馁，但可慰藉的是我们的结果得到了检验。由于是相互独立的计算，方法、途径不同，还是把它送去发表了。我们还直接计算了比热的临界指数，这是他们文章中没有的。他们的文章是1973年9 月份出版，我们收到杂志肯定要晚；我们的文章是1973 年12 月投的稿，但直到1975年才出版，连英文标题和摘要都没有。 由于与外界隔绝，当时没有人了解，也不可能在国际上有影响。但是，这段合作的成果对后来的学术交流和传承都发挥了作用。
1975 年在美中学术交流协会支持下美国物理学会组织了一个固体物理代表团到中国访问，调查、了解“文革”期间物理研究和教学的实际情况，团长是伊里诺大学的Charles Slichter，做核磁共振实验的，成员中有 John Bardeen, Nicolaas Bloembergen, Ivar Giaever 和Bob Schrieffer 等诺贝尔奖得主。他们在日本先开预备会，后开总结会，前后超过一个月，219 页的正式报告《中华人民共和国的固体物理学》由美国国家科学院出版社出版。那时郝柏林去河北文安的“五七干校”劳动锻炼，我向代表团介绍了我们的计算。报告中说：“物理所磁学组的理论学家向我们描述了相当复杂，有想象力的连续相变临界指数计算，用的是重整化群和图解分析法，与西方及苏联当代最先进的研究类似。……我们看到中国多数固体理论学家关注经典及半经典唯象理论，这项研究是引人注目的例外。”这些交流对后来我们重回国际学术界起了一些作用，包括1978 年到比利时参加著名的Solvay 会议，1979—1981 年去美国当访问学者，以及后来邀请我到意大利的国际理论物理研究中心（ICTP）工作。
除了《物理学报》上发表的文章，郝柏林和我还花了不少时间学习、研究量子场论及重整化群方法在凝聚态和统计物理中的应用，先后在1978 年的中国物理学会庐山会议上和1982 年华中工学院的讲习班上与苏肇冰等其他同事一起向年青的研究生和同行们比较系统地介绍了“文革”期间国际上有关研究的进展，对填补“文革”造成的空白发挥了一定的作用。后来，经郝柏林提议，将这些课程的讲义编写成《统计物理学进展》一书，由科学出版社正式出版。最近到台湾去才得知，这本书出了繁体字本，在那里还有相当影响。由于过去两岸关系紧张，这是一本“无头书”，没有作者姓名。这些年陆续在各处遇到不少国内和海外的华人物理学家（有些人已很有影响），都提到这本书和《相变与临界现象》，略感欣慰。