【图文由“中国科学家”（ID：Chinses_Scientises）公众号原创，转发请申请授权。】
“我们留学是为什么？不就是为了报效祖国嘛。”徐光宪的妻子高小霞劝慰正在纠结的他。
四年前，1947年，因为家中资金不足，即便借钱也只够一人出国，于是同样考上了自费公派留学的高小霞选择放弃机会，让徐光宪一人来美国读书。徐光宪在美国安顿下来，马上多方借款为高小霞做签证担保，终于在1949年1月，让她成功到美国进入纽约大学研究生院攻读分析化学专业。
徐光宪与妻子高小霞合影
可如今，朝鲜战争爆发，祖国到了需要他们的时候了。为了立即动身归国，高小霞需要放弃心心念念的博士学位，这让徐光宪感到十分愧疚。
毅然归国，放弃一切
徐光宪在书房里感到格外烦闷，在美国的点点滴滴回放在脑海。
一年半前，新中国成立的消息传到美国，在哥伦比亚大学就读博士的徐光宪带着妻子高小霞和学友一起，背一大袋面包、香肠和饮料，到纽约中央公园举行聚会，餐后一起集体扭秧歌，没有旗帜的他们立下一块“胜利酒家”的牌子用来庆祝。
留学生在纽约中央公园，立“胜利酒家”的牌子野餐（左二为高小霞，左三为徐光宪）
半年前，经过不懈努力，徐光宪在大学毕业到获得博士学位普遍在5年左右的哥伦比亚大学仅用了两年零八个月便完成了学业。博士后学位到手后，他抑制不住内心的喜悦，在日记本上再次郑重写下宏愿：学成归国，全力奉献。
三个月前，他给在国内的伯父写信，明年就可以回国了，祖国的建设正热火朝天吧？
可如今，回还是不回？必须要马上做出决定了。
徐光宪的导师对他很好，一直想办法希望把他留在哥大做讲师，和他合著出版社预约的《旋光理论及应用》一书，甚至还推荐他到芝加哥大学读博士后。
更让他为难的是，妻子高小霞还没有拿到博士学位。她得到了导师、美国微量化学之父皮克勒( Anton Alexander Benedetti- Pichler)教授的赏识，在皮克勒的推荐下进入康奈尔大学医学院做分析技术员，月薪200余美元，下班后要去纽约大学上课，回家常常已经12点了，但徐光宪总是等她回家，并鼓励她坚持学习。而此时，妻子已经获得了硕士学位，可以辞去分析员的工作，结束半工半读的生活，一门心思地准备博士论文。本来因为自己，妻子已经耽误了很久才能读书，如今大好前途已在眼前，当妻子向康奈尔大学医学院的导师维格尼奥德教授辞职时，导师甚至提出工资加倍的条件来挽留她。想到这些，徐光宪心中满是愧疚。
一边是战争中急需人才的祖国，一边是妻子的学位、导师的挽留、优渥的科研条件，“假如没有抗美援朝，我们还希望在美国多待几年”，可是计划赶不上变化，而且在1951年初，美国总统提出法案，想要阻挠中国留学生回国，如果再等下去，法案生效后回国就更加困难了。是留在美国进行科学研究还是马上回到祖国？
“不回国还有什么意义呢！”高小霞对徐光宪强调他们来到美国留学的初心，主要要求放弃博士学位回到祖国，她的劝慰让徐光宪彻底放下心里的包袱，毅然选择马上归国。
徐光宪与高小霞合影
即便立即动身，那时去办签证已经相当困难了，所以徐光宪借口自己是华侨，母亲病了，需要回国探亲，过一个月会重新回到美国，才拿到了签证，坐上了回国的轮船。
到1951年9月，美国众议院、参议院通过法案禁止中国留学生离开美国的法案，“克利夫兰总统号”正好停留在檀香山，船上有几十名回国学生，就被迫下船，重新回到美国。很幸运，年初时徐光宪没有犹豫，最终成功回到了祖国的怀抱。
为国育才，更改方向
1951年，回国后的徐光宪、高小霞夫妇经好友唐敖庆介绍，共同进入北京大学化学系，致力于为祖国培养高科技人才。
徐光宪被北京大学聘任后的第一件事，就是组织开设了物理化学课。
徐光宪、王祥云编著《物质结构》（来源：京东）
后来他又参与开设了“物质结构”这一国际上都是很新的课程，花费巨大精力为本课参与编写了《物质结构》教材，一经出版便广受师生好评，1987 年国家第1次评选优秀教材时，获得全国优秀教材特等奖，这也是迄今为止化学学科唯一的一个特等奖。
《物质结构》获全国高等学校优秀教材特等奖证书
后来北京大学要求徐光宪指导本科生的毕业论文。但本科生的毕业论文从选题到答辩只有半年时间，这么短时间内让本科生做量子化学的毕业论文，难度很大，本科生要把量子化学的基本问题弄清楚本身就很困难，更何况是做研究。怎么办呢？徐光宪想到，本科生做毕业论文最好进行实验研究，而不是理论研究。
而且此时，徐光宪本身的研究也陷入了停滞。科学研究尤其是化学研究，对实验条件、研究设备依赖很大。虽然徐光宪回国后立即展开了量子化学研究，但是当时国内的实验条件与在国外学习期间相比，差别很大。在实验研究领域，1949年10月后，北京化学试剂研究所才开始生产化学试剂，且规格不高。
在实验仪器与设备方面则差距更大了，特别是在徐光宪从事的量子化学研究领域。哥伦比亚大学在20世纪四五十年代已经有了供研究者使用的计算机，徐光宪在留学期间也修习了计算程序编写等相关课程。但是回国后，国内没有计算机等硬件研究设备，想要在量子化学领域进行前沿研究，非常困难，他在国外所学也没有了用武之地。
于是，既为了学生能够做出成果，也让自己能继续为国贡献科研成果，他开始筛选新的研究方向。他认为新方向必须符合三个条件：国际学科发展的前沿，这样研究才能创新；经费少，结合国内具体情况，暂时不能买大型仪器设备；服务国家目标，主要研究要有应用前景。
于是，综合多方因素考虑后，徐光宪选择了溶液络合物化学方向，络合物化学后来被称作配位化学。这是徐光宪科研方向的第一次转变——从量子化学方向到络合物化学方向。
在新的方向上，徐光宪与他的研究生吴瑾光以及严隽粹利用自主改装的仪器，准确测定了丁二酸的电离常数及其与碱金属的络合常数，是国际学术界较早测定碱金属和碱土金属离子与一些阴离子的配位常数的学者。也正因为此，他在络合物平衡常数测定方面的工作迅速步入国际学术界的研究前列，测定结果被国际手册所采用。
而当时，在发表论文的时候，徐光宪等人出于爱国的考虑，首先将自己的论文发表在了国内的刊物上。
为国安危，二改方向
然而第一次转方向不久，徐光宪就面临了第二次的方向改变。
新中国成立初期，中国面临着严峻的形势，美国和英国等曾考虑用核武器攻击中国。在这种形势下，中国需要有自己的核武器来强大国防，保障国人生产、生活的安全。根据科学和国家发展的需要，科学家们建议启动原子能科学事业。
1955 年 8 月，为了适应国家发展的需要，北京大学成立了物理研究室，后又增添了放射化学专业。1957 年 8 月，高教部决定撤消物理研究室，将核物理专业并入物理系，放射化学专业并入化学系，成立放射化学教研室（对外称“物质结构教研室”），钱三强先生到北大调阅档案，建议任命徐光宪为放射化学教研室主任。徐光宪回忆讲，“他（钱三强）到北大来看档案，也不认识我，看我也是量子化学（专业），他觉得量子化学是化学、物理都比较强，这个方向（放射化学）容易做，所以他把我调去了”。
徐光宪当时在物理化学教研室，工作环境非常好，心情很舒畅。更重要的是，他已经开拓了理论化学和络合物化学的实验研究方向，形成了一个优秀的科研小团队，研究工作有了一定的积累，容易出成果。转到技术物理系去从事不熟悉的放射化学，则需要在新的方向进行一番艰苦的探索。但是徐光宪认为国家需要是第一位的，他服从组织分配，从配位化学转到放射化学专业。
略有遗憾的是，徐光宪被调到技术物理系后，研究团队就损失了大半。但他在北大技术物理系的两年内，不但完成了两个专业的全部教学和实验室的准备工作，而且培养了两届核物理专业和一届放射化学专业共352名毕业生，为国家输送了第一批急需的核科学的大学毕业生。
徐光宪虽然被调到放射化学专业，但是具体的研究方向可以自己选择。他思考后觉得，在放射化学方面进行研究、培养人才，应该研究铀、钍、钚，利用铀、钍、钚去做原子核的燃料，这样才与制造原子弹有关系，而这个方向应该是核燃料化学。于是在 20 世纪 50 年代末，他从事了铀同位素铀-235 与铀-238 的化学分离法和核燃料萃取化学的研究。
当时，萃取化学作为一个学科还没有建立起来，国际上没有形成统一的对萃取体系的分类准则，对萃取机理的解释也很混乱。萃取在当时还只是一个研究方向，实际上是一种分析方法，是分析化学当中将元素进行分离处理的方法。
由于相关学科资料十分稀缺，徐光宪从整理资料入手，在上千个卡片中寻找线索，总结出关于萃取的普遍规律，使这些研究成果能迅速运用到我国的原子能工业中。
1964年，徐光宪参加了二机部在青岛召开的绝密会议。在会上，徐光宪和其他几位教授一起提出应用我国仿照美国先进的Purex流程自主研究的萃取法筹建核燃料后处理厂，制造原子弹原料——钚。这种方法成本低，促使我国的核工业在苏联专家撤走后能尽快走上快速发展的轨道。
为国解忧，再改方向
业界有这样的说法：“谁掌握了稀土，谁就全天候掌握了战场。”作为工业“维生素”，稀土是隐形战机、超导、核工业等高精尖领域必备的原料，提炼和加工难度极大，珍贵稀少。
我国虽拥有世界上最大的稀土资源储备量，但直到20世纪70年代，还不具备提取高纯度稀土资源的能力，只能通过向国外出口廉价的稀土原料“换取”进口的高纯度稀土产品。
为了走自力更生的道路，打破外国人在稀土领域的垄断，1972年，徐光宪所在的北京大学化学系接到了一个军工任务，即高纯度地分离稀土元素中性质最为相近的镨和钕。
镨、钕在希腊语中是双生子的意思，这是因为二者的分离难度高，哪怕当时最先进的离子交换法，也存在生产速度慢、成本高等问题。
面对如此困难的任务，徐光宪没有放弃，而是又一次转变方向，以极大的热情投入到稀土提纯中。
徐光宪说：“这两种元素比孪生兄弟还要像，分离难度极大。但中国作为世界最大的稀土所有国，长期只能出口稀土精矿和混合稀土等初级产品，我们心里不舒服。所以，再难也要上。”
为了解决科研难题，徐光宪阅读了大量文献，每周工作80个小时，在美国宣告失败的维拉体系中获得启发，创造出一套新的串级萃取理论，并打破世界纪录，将纯度提高到99.99%。
他们还率先办起“全国串级萃取讲习班”，使新的理论和方法广泛用于实际生产，大大提高了中国稀土工业的竞争力。
徐光宪在全国稀土化学与萃取会议上
徐光宪认为科研人必须着眼于国家目标，独立自主地走创新之道。
为国发展，两次上书
1974年9月，包头稀土三厂成功地将这一新工艺技术应用于稀土分离的实践中，完成世界首次应用推拉体系高效率萃取分离稀土的工业生产。1978年，徐光宪率先办起“全国串级萃取讲习班”，把他的科研成果在国营工厂里无偿推广，稀土生产工厂如雨后春笋般涌现。
让徐光宪欣喜的是，到90年代初，由于我国单一高纯度稀土大量出口，国际稀土价格降为原来近四分之一，成功改写了国际稀土产业的格局，很多外国稀土生产厂家不得不减产甚至停产，他们把这称为“China Impact”（中国冲击波）。
在新技术、新理论改变我国稀土生产格局的同时，也出现了新的问题。中国是稀土生产大国，但自己却没有定价权。美国、日本等国家关闭自己的工厂，却以低廉的价格购买中国的稀土，稀土一度卖出了“猪肉价”，这一情况又让徐光宪忧心忡忡。
2005年至2006年，徐光宪两次上书国务院，呼吁保护我国内蒙古白云鄂博地区宝贵的稀土和钍资源，避免包头市和黄河受放射性污染。
2016年，徐光宪上书国务院
从2007年开始，我国将稀土产量限制在8万吨；2010年，我国又将稀土出口配额从5万吨降到约3万吨，并大幅度提高了出口关税。
终于在他的努力下，中国终结了出口稀土的“贱卖命运”，让稀土市场走向合理竞争。
2008年，徐光宪荣获国家最高科学技术奖。89岁的他仍然想着怎样把资金最大化地应用出去：“我已经跟大家说好了，500万全部都拿出来，经费（使用）要以稀土为主。”
为国再回量子化学
自第二次世界大战发明电子计算机以后，计算能力得到大大提高，研究者开始尝试并实现直接解薛定谔方程，利用量子力学来解决化学问题。
这是20世纪40年代末50年代初的事情，也就是说徐光宪在哥伦比亚大学进行量子力学研究的时候，正好是量子化学进行定量研究的开始。倘若他没有回国，在美国继续做量子化学研究的话，他在量子化学方面的研究会发展得很好。
但徐光宪从来没有后悔过回国，虽然后来没有一直从事这项研究，但始终保持对量子化学领域的浓厚兴趣。
中国的量子化学研究起步很晚，研究条件也不容乐观。20世纪60年代，国际上开始对量子化学计算方法进行研究，计算量子化学开始迅速发展。但是，计算量子化学需要计算机的支持。中国进行量子化学研究的实验设备和工具都比较落后，特别是在计算机方面。美国在20世纪50年代的电子计算机已经每秒能运算8000次，但是中国只有手摇式的电动机。即使到了60、70年代，北大所拥有的计算机仍是穿孔式的。
1977年3月，钱三强又来到北大，他觉得国际形势如今变了，而且技术物理系放射化学专业实际上也不再招生，需要徐光宪再次发挥自己的长处，于是徐光宪回到了他喜爱的量子化学专业。
重新研究量子化学专业的徐光宪，利用计算机自行编写程序，开发出了中国第一个量子化学从头计算程序，改进了量子化学计算方法，提出了原子价及其共价的新定义及量子化学定义、以及分子结构的判定规则，改进了休克尔分子轨道理论并提出正弦型同系线性规律，在稀土配合物的电子结构和化学键领域做出独特贡献。此外，他还在量子化学领域培养了研究人才，积极推动中国化学研究的国际交流与合作。
徐光宪
因为祖国需要，毅然回到祖国；因为祖国需要，四改研究方向；因为祖国需要，两次上书国务院。穷其一生为国效力，化学泰斗徐光宪从未忘记自己的爱国初心。愿继先生遗志，共建祖国未来！
阅读更多科学家内容，请参考《举重若轻：徐光宪传》，叶青、黄艳红、朱晶著，中国科学技术出版社，2013-05
文：采集工程项目办公室/中国科协创新战略研究院
参考文献：
1.《举重若轻：徐光宪传》，叶青、黄艳红、朱晶著，中国科学技术出版社
2.本文图片来源于老科学家学术成长资料采集工程、中国科学家博物馆（网络版）
閱讀更多 全景科學家 的文章
