三秦学人 “写”出中国人自己的化学程序

文振翼和王育彬在讨论问题。（资料照片）

魏杰治印

　　本报记者 张梅 

　　学人小传 文振翼，1937年出生，西北大学退休教授。王育彬，1944年出生，西北大学退休教授。从上世纪70年代开始，文振翼和王育彬一直从事量子化学领域的基础理论研究工作，致力于酉群方法在量子化学中的应用，研发了一套具有自主知识产权的高效率、高精度量子化学程序包“Xi’an-CI”，为量子化学研究作出了诸多原创性贡献。

　　文振翼和王育彬两位老先生爱“吵架”，在西北大学是出了名的。每到课题攻关阶段，楼里的人都能听到他们在办公室激烈地争辩。几十年的同事生涯，他们自己也不记得多少次吵得面红耳赤，只有那些化学程序默默见证了他们的争吵。学术上的争论并未让两人关系疏远，他们反而在一次次争吵中获得了大量的灵感，使研究不断深入。

　　文振翼和王育彬是西北大学两位退休教授。30多年来，他们致力于酉群方法在量子化学中的应用研究，并开发了中国人自己的软件“Xi’an-CI”程序包。

　 做个“拓荒者”

　　介绍他们的研究，还得先从理论化学说起。

　　理论化学是运用纯理论计算而非实验方法研究化学现象本质的学科，如化学键的本质和化学反应的机理等。文振翼和王育彬的研究领域是理论化学中的量子化学或者理论与计算化学。

　　量子化学诞生于上世纪20年代，是用量子力学的原理和方法从微观层面解释化学现象。上世纪70年代以后，随着计算机技术的高速发展，化学家、物理学家和数学家通力合作，量子化学开始突破抽象的理论探讨，能够通过计算解决一些实际问题。然而，由于实际化学体系的计算需要复杂的软件程序和高配置的计算设备，真正有意义的计算仍受到很多限制。

　　当时，描述体系对称性的抽象数学工具——酉群理论也发展起来了。首先是理论物理学家将其用于解释基本粒子对称性，成功地建立了夸克模型，获得了诺贝尔物理学奖，只是因为酉群的复杂性阻挡了该项工作的进一步发展。但奇特的是，酉群理论处理自旋1/2的电子体系时，计算却可以大大简化，这让化学家惊喜万分。从此，酉群理论就成了量子化学的一种新的强有力的方法。另一方面，计算化学的发展提出了一种高精度计算方法——内收缩多参考态组态相互作用，如何将酉群理论用于内收缩多参考态组态相互作用，是量子化学家非常关注的问题。但由于其原有理论仍然复杂，再加上化学研究的特点，量子化学家的诸多尝试都没能成功，以至于有一些国际权威科学家断言：酉群理论不可能用于内收缩多参考态组态相互作用。

　　文振翼和王育彬的研究，正是在这个背景下开始的。

　　“我们不仅追求理论上的创新发展，还非常注重程序的实现，希望研制出有自己特色的化学计算程序，能与基本的化学实验相印证，进而对于复杂困难的实验，程序计算的数据可以作为指导设计实验的依据。”酉群理论流行伊始，文振翼就对它产生了极大兴趣，希望将其应用到量子化学研究，特别是内收缩多参考态组态相互作用中。不久，理论物理专业的王育彬也加入了这一研究。直到退休后很多年，他们的研究工作还在继续。

　　30多年来，他们的研究始终站在国际前沿，研究成果4次荣获陕西省科学技术奖一等奖。其中，空穴粒子对称的图形酉群理论和基于此的计算方法均属这一领域的创新成就。空穴粒子对称的应用从多方面提升了他们程序的计算水平，使大规模的高速计算体系成为可能。这些工作被认为是对世界理论化学发展的重要贡献之一。他们开发的以西安的城市名称命名的“Xi’an-CI”程序已经成为国内外知名量子化学程序包，被多个研究组使用。

　 一条艰辛之路

　　这是一条漫长而崎岖的艰辛之路。

　　首先是缺人。这项研究是物理学、化学以及计算机的交叉学科，需要研究者具备扎实的物理、化学、数学理论功底，并熟练掌握计算机编程技巧。这一点，就把很多一开始想在这一领域进行尝试的学生拒之门外。

　　很长一段时间，研究团队中的“常驻人口”只有文振翼和王育彬两位。很多研究者短期合作后选择出国发展，就连他们自己培养的研究生，毕业以后也大多各奔前程，很少愿意留下来继续从事这项研究。这一点，他们倒也想得开：“不能怨他们，毕竟我们没有高薪，只有‘高辛苦\’。同时，我们搞基础软件开发，不可能发表很多论文，可大家都知道论文是衡量科研成果的重要标志。”

　　缺设备是另一个难题。与其他基础研究工作不同，他们的研究需要通过大型计算机进行海量计算。上世纪80年代，计算机（不是PC）对很多实验室来说还是“奢侈品”。文振翼说：“我们的研究虽然一直受到国家自然科学基金的支持，但在那个年代一个项目数万元的研究经费，仅够支付参加几次学术会议，根本买不起计算机。”

　　买不起计算机，但研究还得继续。当时，文振翼得知西安邮电学院（现西安邮电大学）新购置了小型机，他就通过私人关系，以“试机”为名调试自己的程序。几年时间里，他们每天骑自行车奔波在位于太白路的西北大学和位于长安南路的西安邮电学院之间。

　　“我们1992年前完成的最初版本——完整的组态相互作用计算程序，就是在邮电学院那台小型机上完成的。直到上世纪90年代中期，在学校经费的支持下，我们才购买了自己的计算机，建立了工作站。”王育彬介绍说。

　　那时和西北大学同时起步开展这一领域研究的，还有国内几所知名大学和研究院。文振翼说：“可惜他们都没能坚持下来，因为真的太困难了。”面对困难和艰辛，他们唯有坚持。

　　经过多年的坚守，文振翼和王育彬终于开创了这一领域一系列新的理论研究方向，填补了我国自主高水平量化软件程序的空白，为量子化学的研究创造了新的工具。

　　兴趣是最大的动力

　　支撑他们坚持下来的是兴趣。

　　这一点，团队核心成员、青年科研工作者索兵兵深有体会。从读博士研究生开始，他就跟随两位老师从事这一研究。他拿起面前一本文振翼和王育彬20年前合著的《酉群方法的理论和应用》说：“单是这本书，没有兴趣你就根本读不下来。基础研究复杂艰深，很难出成果，如果不是怀着浓厚的兴趣，谁也不可能几十年如一日地坐在这条冷板凳上。”

　　王育彬曾经有严重的睡眠问题，一旦过了睡觉时间，她就会整宿失眠。但是，计算机程序一旦开始计算，就不知道什么时间才能结束。她往往把程序设定好，就赶快打个盹。每当计算到一个节点，不用上闹铃，她都会自然醒来。王育彬说：“我们的研究确实困难重重，当问题得不到解决，我常常苦思冥想、彻夜难眠。但是我也常常会从每一步的成功中获得喜悦，得到鼓励。”

　　雷依波是团队目前最年轻的一位科研工作者，1982年出生的他已经从事这项研究十余年了。读本科时，一次偶然的机会他接触到量子化学，很快就产生了兴趣：“在别人看来可能很枯燥，但是其中的乐趣只有自己知道。感谢两位老先生的开创性工作，我将沿着他们的足迹继续走下去。”

　　“基础研究都是‘啃骨头\’的工作，不‘啃骨头\’出不了创新性成果。研究就是这样，一点点‘啃\’下硬骨头，解决了一个问题，又出来新的问题。在这个过程中，不断发现新问题，产生新想法。”索兵兵感慨地说，正是这些新想法推动了科学研究的进步，也使个人得以不断成长。

　　科学研究永远没有尽头。不断优化程序，使“Xi’an-CI”能够得到更广泛应用，是文振翼和王育彬团队正在努力的方向。

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