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程亦凡追忆李方华:她没有博士学位,但早已是一代宗师

 

1月24日,著名物理学家、中国科学院物理研究所研究员李方华院士辞世,享年88岁。李方华老师是一位在同行中赢得了广泛尊敬的科学家。她不仅学问一流,而且纯粹淡泊,这在今天浮躁的中国科学界显得尤为可贵。
 
李方华先生于1932年出生于中国香港,1950年考入武汉大学物理系,1952年以优异的成绩被保送至前苏联列宁格勒大学物理系学习。1956年学成归国后到中国科学院物理研究所工作,师从著名晶体学家陆学善先生,从事合金结构的X射线衍射研究。
 
上世纪70年代,李方华敏锐地注意到了高分辨电子显微学作为电子显微学的一个新分支学科在国外逐渐发展起来,便投身到相关研究当中。80年代,她提出高分辨电子显微像的衬度理论——赝弱相位物体近似理论,并合作创建了全新的图像处理技术,可成功地运用于小晶体、超导体材料的晶体结构测定和半导体的晶体缺陷测定,还可获得更高的分辨率。
 
上世纪80年代,材料科学家 Dan Shechtman 第一次在电子显微镜下观察到了铝锰合金的准晶结构。李方华的实验室敏锐地捕捉到这项科学突破,迅速开展了关于准晶的研究。1988年,她根据实验现象提出,准晶体与晶体之间存在中间状态。随后,她指导的研究组拍摄到反映准晶体与晶体之间转变过程的一系列电子衍射花样。在此基础上,她借助相位子应变场理论,推导出二十面体准晶体与体心立方晶体相之间的晶体学关系。
 
李方华是我国单晶体电子衍射结构分析的开创者,她发展了高分辨电子显微学和电子晶体学的理论与分析方法。在国际电子显微学界,李方华也是一个令人肃然起敬的名字。“无华足迹,芳华人生”,人们曾用这句话概括她对科学孜孜以求的一生。在李方华先生过世后,她昔日的学生、现任美国加州大学旧金山分校(UCSF)教授、霍华德·休斯医学研究所研究员的程亦凡接受了《返朴》专访,回忆了跟随先生求学的历程,以及先生对自己学术生涯的影响。芳华已逝,但先生对科学的贡献,对后辈的支持,还有她为学为人的纯粹优雅都非常值得我们铭记。
 
 
受访人 | 程亦凡
 
采访者 | 乌鸦少年
 
返朴:作为李方华老师的学生,您能讲讲跟随她学习的经历吗?
 
程亦凡:李方华老师是我的博士导师。我是1987年到物理所读博士,开始做李老师的学生,跟随她学习电子显微学和电子晶体学。
 
在我来到物理所之前,李老师已经是电子显微学领域做得最好的几位专家之一了,很有名望,特别是在高分辨电子显微学和图像处理方面。当时人们对于电子显微学中高分辨电子显微像衬度的解释是基于弱相位物体近似理论,但这个理论只有在样品很薄时才成立。李老师引入“赝弱相位”的概念,这样对高分辨电子显微像的衬度解释可拓展到比弱相位物体近似宽容得多的厚度, 从而得以解释高分辨像中轻重原子的衬度反转的现象。
 
另一方面,上世纪八十年代电镜高分辨像受到电镜像差的影响,分辨率不高, 而电子衍射分辨率则不受影响。也许李老师是受先生范海福(参见《 从顽皮学生变身院士!他将中国晶体学研究带到新高度》,范海福先生在直接法方面是世界顶尖水平)的影响,她根据衍射分辨率高的特点,将晶体学中的直接法相位外推用于高分辨像,将高分辨像和电子衍射相结合,从而使得普通电镜可以获得将近1埃分辨率的高分辨图像。因为这些成果,李老师当时在高分辨电子显微学领域可以说是数一数二的专家了。
 
我进入物理所后一直在先生的指导下做二十面体准晶结构的研究。1982年的时候,材料科学家 Dan Shechtman 第一次在电子显微镜下观察到了铝锰合金的准晶结构,这个结果直到1984年才发表了出来。当时我正在武汉大学读研究生,因为对准晶结构感兴趣,我进入到了电镜这个领域,在硕士阶段跟随王仁卉老师学习,博士阶段就到物理所跟随李老师继续研究准晶结构,直到1991年毕业。
 
之后我去挪威做了两年的博士后,博士后结束后又回到物理所,在李老师的课题组里待了一年。在我博士毕业之前,李老师已经开始将目光转向生物冷冻电镜方向,开始做一些图像处理方面的工作。等我回到李老师课题组的这一年,她已经花费了很大精力,指导学生对冷冻电镜二维晶体学进行了大量调研。我们以前都不曾注意到冷冻电镜这个领域,但受李老师影响,我们很多同门都跟随着李老师,慢慢开始了解冷冻电镜。
 
等到后来我再去德国做两年博士后,就决定从对准晶的研究转向冷冻电镜了。包括我后来去日本藤吉好则先生实验室做博后,在很多方面都是受到李老师的影响。我在藤吉先生实验室做博后时,一直在做膜蛋白二维晶体的工作。现在回想起来,二维晶体的图像处理方法和李老师用直接法相位外推来提高分辨率的方法很有异曲同工的味道。也许正是因为这种相似性,李老师一直希望将相位外推的方法用到冷冻电镜的二维晶体学中。记得周正红说起过,李老师曾给他提过这样的建议。
 
从李老师组里出来转行做冷冻电镜的有十多个人,像我、徐晨、李雪明、刘骏、何万中,以及后来的一些师弟师妹们,我们同门中很多人都受到了李老师的影响。可能因为大家在实验室里经常听到李老师说起冷冻电镜,所以有勇气去尝试这个新的方向。
 
返朴:李老师对您选择研究方向产生了很大的引导作用,那么在其他方面呢,您还记得一些具体的事情吗?
 
程亦凡:有一件事情我印象很深刻。在我刚进入李老师课题组时,组里已经在做准晶方面的研究了。李老师曾经跟我讲,当时有一个硕士生,叫王黎晨,在我之前一年进到组里,因为李老师当时主要做图像处理,而且已经做得很好了,李老师就安排他做图像处理。但是这个学生告诉她,他对图像处理不感兴趣,觉得图像处理没有什么意思。李老师就有点纳闷,觉得这是花了那么多年做得比较好的工作,怎么会没意思呢。于是她跟这个学生说,那你就自己去找一个更有意思的课题,如果你找到了,就去做那个更有意思的课题,如果没找到,那就还是回来做图像处理。学生找了之后告诉她,自己想做准晶。当时组里还没有人做准晶,但是李老师同意他去做准晶。所以等我到组里的时候,做准晶已经有一段时间了。
 
李老师能够包容学生跟她有不一样的想法,尤其是她当时可以说是已经到了一个功成名就的位置。现在想想,并不是每个人都能做到这一点。当一个人在某个领域已经做出来一些成果的时候,最简单最慎重的方法就是沿着这个方向一直做下去。这时候组里有一个人说,自己不想做这个方向,李老师并没有觉得被冒犯,而是给学生自由去找那个他认为更有意思的课题,结果学生最后真的找到了。对于学生来说,这种探索是很大的挑战,对于导师来说这其实也是挑战,因为她也需要去熟悉一个原本陌生的领域。但是对于实验室来说,结果是非常有益的,因为这会让实验室跳出原来的舒适区,开拓出一个新的研究方向,而导师自己的认识也被扩宽了。
 
我反思自己实验室的几个学生,他们现在做的方向好像都跟我最开始给他们安排的方向不一样。比如我有一个学生,用机器学习的算法做图像处理,这个方向虽然我也感兴趣,但我其实并不了解,让我去做也做不了,这时候如果有一个学生愿意去学习,甚至自己发现这么一个新的领域,那我会很支持他去尝试,去做实验室之前没有做过的东西。
 
现在回想,我之所以愿意给学生这种自由,或许正是因为自己在李老师组里也经历过这样的事情。而且我自己也是这样一个例子。我在硕士阶段做过很多公式推导的工作,来到李老师组里读博的时候,李老师说你理论基础不错,可以去做理论,但是我自己不愿意,我说我对实验更感兴趣,于是她就让我去做实验。后来等我毕业的时候,李老师将实验室的人集合到一起,把我的实验记录当作范例展示给其他人看。这件事情我到现在都还记得。
 
返朴:她看重的是科学本身,而不是自身的权威。
 
程亦凡:是的。学生在博士阶段做的很多工作在毕业之后或许就忘记了,去做别的工作了,但是导师对学生的这种影响往往是很深远的。当时你可能没有意识到这种潜移默化的影响,等到很多年后自己有了实验室,经历同样的事情,才会慢慢体会到导师的影响,明白自己的风格其实在很早的时候就已经形成,自己做事情的习惯在很早就已经养成。尽管后来研究领域不同,做的课题不一样,但这种思维、行为习惯的影响是非常深远的,确实有一种一脉相承的感觉。
 
返朴:李老师带学生还有其他让你印象深刻的地方吗?
 
程亦凡:李老师对学生要求很严格,做得不好的地方该训就训。我自己当年就没少挨先生骂(笑),但是也终身受益。后来李老师跟学生开玩笑时自己也说,她是物理所“四大恶人”之一(笑)。她在物理所是出了名的严格,治学非常严谨。我想从这方面来讲,李老师不输给任何一流科学家。
 
 
返朴:李老师本来做的主要是高分辨电子显微镜,后来她为什么重视起了对冷冻电镜的研究?
 
程亦凡:冷冻电镜其实就是用电子显微镜给蛋白质拍照,具体说就是把蛋白质冷冻在一层很薄的玻璃化的水里,拍摄蛋白质的结构照片。拍摄蛋白质的结构照片的传统方法是让蛋白质结晶,蛋白质结晶以后是有序排列的,比较容易处理。但是有时候蛋白质无法长成晶体,这时候就需要冷冻电镜。冷冻电镜是拍摄各种不同取向的单个颗粒蛋白的二维图像,然后用计算机将这些二维图像结合起来,重构成完整的三维图像。所以对于单颗粒冷冻电镜,很大一部分工作是图像处理。而李老师研究的正是图像处理的理论方法。所以她希望能将这些方法应用到冷冻电镜领域。
 
在冷冻电镜发展早期,在方法学方面做的最好的科学家往往要有很好的数理基础,像因为冷冻电镜技术而获得2017年诺贝尔化学奖的三位科学家,他们本科阶段都是学物理的。
 
返朴:看得出,李老师对前沿非常敏锐。
 
程亦凡:对。那个时候的老先生,像李老师,还有郭可信先生,都在安排人员做冷冻电镜相关的研究。那个时候做冷冻电镜主要是关于二维晶体。当时国内最大的限制是没有仪器设备,李老师主要是从国外同行那里得到一些数据,在方法学方面做一些工作。李老师和郭先生他们的科学眼光促成了当时国内不少学电镜的学生们出国后转到冷冻电镜方向。
 
返朴:既然当时物资匮乏,很多实验设备都没有,国内的科学家会不会感到跟国际同行脱节呢?
 
程亦凡:确实,当时没有什么好的仪器,但是他们会利用自己擅长的思路做出贡献。现在冷冻电镜发展起来了,国内很多实验室做得好,其中的一个重要原因是国内现在的科研投入非常多,有强大的财力支撑,有科研人员的刻苦,加上足够的人力和最好的仪器,而且大的方向已经明确,把握住了机会,是能够做出好的成果来的。但是在那个经费、仪器都受限制的年代,更依赖科学家自身的思路和眼光。科学家需要找出自己独特的方向,结合自己的优势,做别人做不了的事情。李老师的思路就非常清楚,她对图像处理非常熟悉,所以希望把图像处理的方法应用到冷冻电镜这边来。
 
李老师一直希望能够在物理所开展冷冻电镜方面的研究。她的想法是,物理所有自己独特的优势,很多人有图像处理的基础,对电子光学很熟悉,超过大部分做冷冻电镜的人,所以她希望能够将物理的方法应用到生物电镜的图像处理,做自己特色的工作。不是跟在别人后面,做别人已经做过的东西,而是在方法学上面做出自己独特的贡献。
 
现在想想,我确实很佩服这一代科学家。我在博士阶段曾经有段时间对物理失去了兴趣,因为觉得物理学的辉煌时期是上世纪的20年代,我们从课本上学到的都是50多年前的知识,好像没有新东西可以做了。但是80年代发现准晶之后,像郭先生、李老师他们都能很敏锐地抓住这些新的突破,而且当时他们工作的分量是世界一流的,在同行中是深受认可的。
 
大概2017年的时候,我回物理所,去医院看望李老师,和她谈到冷冻电镜方面的话题,她从病床上一下子坐了起来,思路清晰地和我谈了近一个小时关于冷冻电镜方面的一些安排和想法,她非常关心这个领域。现在物理所已经购买了大型的冷冻电镜设备,不久之后应该就可以投入使用了,很遗憾李老师没有等到这一天。
 
返朴:确实是很遗憾,她一直这么关心这个领域。您博士毕业之后跟李老师仍然有很多联系吗?
 
程亦凡:是的,尤其是在做冷冻电镜以后。2008年我回国看望李老师,当时她心脏有些不好,我看到她时非常吃惊的是,她会自己去试药物的剂量,把这个药加一点,那个药减一点,最后找到一个最合适的比例,就像是做实验一样。
 
返朴:把科学精神发挥到了生活当中。感觉那一代科学家真是非常纯粹,专注于科学研究,也不太看重其他方面,比如职称、待遇之类。
 
程亦凡:这可能是因为那时候的评价体系跟现在不太一样,那时候更看重一个科学家的学术影响和工作的原创性。李老师1993年当选中科院院士,我印象中她的工作没有发表在Nature、Science上的,但是很多工作是深受同行认可的,一篇介绍这个领域的综述是没法跳过去的。那个时候大家比较看重做出一项拿得出手的工作,好像不太追求发表文章的数量,也不知道期刊的影响因子,就是把文章发表在最适合的期刊上,比如说物理领域最看重的是《物理评论快报》(PRL)这类杂志。
 
李老师一生的经历比较奇特。她没有获得过博士学位。她在1950年解放初期进入武汉大学物理系学习,1952年被保送到前苏联列宁格勒大学物理系,1956年回国就到物理所工作,跟随陆学善先生做研究。现在看来,就相当于获得了本科学位,到物理所做一个工作人员,但实际上是相当于跟着陆先生读研究生。
 
上世纪70年代末刚刚改革开放的时候,中日关系和解,前国际电镜学会主席、日本科学家桥本初次郎等人来到中国讲学,待了好几个月时间。李老师很早就对电子显微镜感兴趣,后来跟随桥本先生到日本待了大概半年时间,相当于访问学者。桥本先生非常欣赏她,多次建议她到日本学习一两年,拿个博士学位。但李老师觉得只为拿学位是浪费时间,没必要,她说自己都已经带出了好几个博士了(笑)。所以她对这些事情看得很淡,在那个特殊的年代,她实际上早已经是电镜领域的一代宗师了。他们那一代科学家更注重的是在科学上做成事情,不是很看重学位这些东西。
 
 
返朴:听说李老师的优雅在物理所非常有名。物理所有一面院士墙,墙上有许多物理学家的照片,但是女性很少。您觉得李老师作为一名女科学家,她的风格跟男科学家相比有什么不一样的地方吗?
 
程亦凡:完全没有,我觉得在 intellectual 层面上的交流完全没有不同。现在美国很多高校都强调多样化,比如对女性科学家的支持。因为我的导师就是女性,所以我自己一直觉得女性可以做科学家是理所当然的事情,像物理所除了李方华老师是女性之外,还有李林院士。但是现在回想起来,李方华老师能够坚持科研工作一定是非常不容易,因为我想,要做出同样水准的工作,女性由于通常要花更多的时间来照管家庭,她的付出一定是比男性多得多。
 
有时候也有人问,李老师是不是不管家里的事?其实不是。她有两个孩子,在我读博的时候,他的儿子在读高中,她实际上每天回家做饭,照顾孩子。当时物资比较匮乏,她会给孩子织毛衣,别的母亲做的她都做。她的先生范海福院士后来得了脊柱血管瘤,也无法做家务,所以她在家里要花费很多精力。但是作为学生,我们从来没有觉得李老师对我们的付出就少了。因此我认为她留给自己的时间大概就很少了,她是牺牲了自己的时间,很不容易。她2003年获得世界杰出女科学家成就奖,我觉得她完全 deserve it!
 
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