中國第二位能把物理系最難的“四大力學”修滿分

2017年1月26日,胡耀文湊齊了大學裡最想集齊的四顆龍珠,在分析力學、量子力學(1)、電動力學、統計力學(1)這四門物理系最難的必修課“四大力學”達成了全部滿分的“大滿貫”。

除了成績上,胡耀文在科研上也做出了優秀的成績。入選星火計劃、學堂計劃的他,科研方向橫跨凝聚態物理、量子計算、光子學三個完全不同的領域。完成9篇論文,其中7篇已在SCI期刊正式發表。

中國第二位能把物理系最難的“四大力學”修滿分

“在清華,我實現了自己的一次蛻變。我做了許多選擇,得到很多的同時也失去了很多。但我樂在其中,不曾後悔。”談及大學生活,胡耀文在意的不是自己最後的成果和別人的評價,而是自己在學習與科研過程中真正的收穫。

胡耀文參與星火計劃赴英國產業調研,在牛津大學留下的照片

中國第二位能把物理系最難的“四大力學”修滿分

學問與生活

在清華園裡,如果說有一些院系是聽起來就讓人心生敬畏的,那麼物理系一定是其中之一。物理這門學科是很多人中學時代的夢魘,到了大學,僅僅是大學物理就讓不少學生頭疼不已,“量子力學量力學”之類的傳言更是嚇退了一批人。

物理系的胡耀文平時被周圍同學稱為“耀神”。只是很少有人知道,他們所謂的“神”在學科競賽高手如雲的物理系裡,起跑線還落了競賽生們一截:他是通過北京高考進入清華的。

和大多數人一樣,胡耀文進入清華後也經歷過迷茫,對自己充滿懷疑,“入學的時候覺得微積分很難,周圍的同學很厲害,都開始懷疑自己是不是適合學物理了。”然而,他並沒有因為迷茫就停下自己的腳步。“少想一點,把自己沉浸到學習知識的喜悅中,努力去弄明白每一個知識點,踏實地學好眼下的每一門專業課程”,這是胡耀文釋放壓力和調整心態的辦法。

物理系最出名的課莫過於四大力學——量子力學、電動力學、統計力學、分析力學。這四門課是本科物理的核心課程,構成了物理學理論體系最為基礎的框架。也正因此,四大力學每門課程都整合了大量數學和物理的基礎知識,因其極大的難度而成為物理系學生們的噩夢。有時一道題就要推演好幾頁,甚至有的系友在畢業十幾年後,談到過去的課程,依舊不能忘記被四大力學支配的恐懼,尤其是其中他們曾經經歷的在電動力學考試自帶乾糧一直考到教學樓關門的痛苦。

如此困難和重要的課程,胡耀文取得了四大力學全部滿分的成績。

中國第二位能把物理系最難的“四大力學”修滿分

四大力學的難關都能攻克,胡耀文在其他課程上更是如魚得水。他所有物理專業課均在94分以上,物理專業課的平均學分績達到了98分。在綜合成績上,他在大三學年取得了年級第一,三年平均學分績在物理專業排名第一,在年級排名第二。

胡耀文和他的“滑稽”抱枕

而在生活中,胡耀文也不是一個不通世故的“書呆子”。他樂於助人,在擔任學習委員期間,就曾為同學們撰寫總結文檔,並舉辦複習會為同學們講解知識點。

他還曾以外請教師的身份去自己的母校北京市中關村中學(中國科學院大學附屬中學),為中學生開設物理選修課。後來他也給同學們做過科普課程,比如引力波剛被發現時,他就受邀給中學生們講解相關知識。

在談及這些經歷時,他表示自己非常喜歡把自己對知識的理解與別人分享。“未來我很想當一名大學教授,做科研的同時,也可以把自己的理解傳給自己的學生,這種樂趣和滿足感對於我來說也是無價的。”

“板凳要做十年冷,文章不寫半句空”

很多物理學大師都在多個領域做出了卓越貢獻。提出相對論的愛因斯坦是因為對光電效應的解釋獲得諾貝爾獎,固體物理、量子力學中也都有以他的名字命名的模型;蘇聯物理學家朗道在量子力學、凝聚態物理、核物理等多門學科獲得了被稱作“朗道十誡”的成就;費米更是被人譽為“最後一位理論與實驗物理學家”。這些物理學大師都是博取眾長,兼容幷蓄的。對胡耀文而言,他的理想自然也不僅僅只是做一個會讀書和考試的學生。他也希望成為一名優秀的科學家。

“我不打算把自己科研侷限在某一個領域中,也不想把自己侷限在理論或實驗研究中。”胡耀文說,他希望儘可能多的去嘗試。“物理學的領域雖然很多跨度很大而且內容各不相同,但本質上必定有相通之處,從多領域角度看問題必定能夠帶來不一樣的視角。”

最開始,他嘗試了凝聚態理論計算方向,做了關於核殼納米結構的穩定性和光電磁催化性質的相關工作。他發現固然自己在這個領域自己做的還不錯,但隨著年級的提升,上過的課越來越多,尤其是學了量子力學之後,胡耀文發現自己愈發的沉迷於“量子的東西”,於是轉到量子信息方向,做一些關於量子計算的研究。研究做得越來越深入,他也感受到這個方向確實和自己的品味十分契合。

在這個領域,他從理論上提出瞭如何將目前量子計算中最常用的transmon量子比特與金剛石色心中的自旋耦合到一起實現混合量子系統,並首次提出可以用這種transmon量子比特作為媒介,實現長程自旋量子態間的激發虛交換。這個混合量子系統使得我們能夠結合自旋系統和超導量子比特兩大系統的最大優勢:長相干時間和強耦合。這也是他本科階段最喜歡的成果。

大三的暑研期間,胡耀文在哈佛大學又嘗試了一個全新的領域——量子光子學。從完全沒接觸過這個領域到完成極高質量的工作,他只用了不到三個月的時間。他在哈佛大學所從事的工作,有三分之二已經整理成了一篇一作論文並準備投稿,剩餘的三分之一由於實驗測量可以很快實現,將等後續的實驗測量驗證後,與實驗成果一同發表。

哈佛大學終身教授Marko Loncar對他有著極高的評價,“Yaowen is the best intern I have ever worked with out of total 60 interns that I have ever had in my life during 11 years. I am sure that he will go very far and have bright scientific future ahead of him.” (在我11年裡帶過的60位參與交流的學生中,耀文是其中最優秀的。我確信他能在科研之路上走的很遠,有一個光明的未來。)

胡耀文(左)和Marko Loncar教授

中國第二位能把物理系最難的“四大力學”修滿分

科研之路鮮有坦途。韓儒林先生曾言:“板凳要坐十年冷,文章不寫半句空”。優秀的成果背後離不開嚴謹踏實的刻苦努力。在本科短短几年內橫跨物理學多個領域絕非易事,胡耀文幾乎投入了自己除了課內學習外的全部精力到科研之中。

在哈佛的近三個月裡,胡耀文除了搬家的一天沒有去學校,每一天都在學校度過。他常常每天晚上10點多才結束一天的工作,離開學校;半夜2點給導師發郵件更是他的常態。回到住處,他還要思考一些白天沒有完成的問題,“印象最深的是我想給組裡的人想一個關於兩個cavity的modulation的物理圖像來輔助理解,最後我是有一天晚上躺在床上睡著之前才想出來的。”

目前,他在所鑽研的三個領域內均有第一作者的論文已發表或即將發表。總計完成論文數已達到9篇,其中正式發表SCI論文7篇,另有2篇在投。

談到在清華的這些年的收穫,他說他覺得最大的收穫不是學業和科研上的碩果,而是在清華的搖籃中,他找到了自己真正想做什麼。他迷茫過,動搖過,但最後他找到了自己擅長並且願意為之投入一生的方向。他最終意識到自己是真正喜歡物理的。

“人生很短,我想要為這個世界留下些什麼。而這個選擇會讓我覺得,我這一輩子,做了一些有用的事情。同時這種有意義不應僅是侷限在個人層面的,因為學者也自應有學者對於社會與國家的責任和擔當。我希望自己在學成之後回國,能夠將自己所學回歸於應用,做一些可以改變人們生活,造福人們生活的科研。”


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