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“我們留學是為什麼？不就是為了報效祖國嘛。”徐光憲的妻子高小霞勸慰正在糾結的他。
四年前，1947年，因為家中資金不足，即便借錢也只夠一人出國，於是同樣考上了自費公派留學的高小霞選擇放棄機會，讓徐光憲一人來美國讀書。徐光憲在美國安頓下來，馬上多方借款為高小霞做簽證擔保，終於在1949年1月，讓她成功到美國進入紐約大學研究生院攻讀分析化學專業。
徐光憲與妻子高小霞合影
可如今，朝鮮戰爭爆發，祖國到了需要他們的時候了。為了立即動身歸國，高小霞需要放棄心心念唸的博士學位，這讓徐光憲感到十分愧疚。
毅然歸國，放棄一切
徐光憲在書房裡感到格外煩悶，在美國的點點滴滴回放在腦海。
一年半前，新中國成立的消息傳到美國，在哥倫比亞大學就讀博士的徐光憲帶著妻子高小霞和學友一起，背一大袋麵包、香腸和飲料，到紐約中央公園舉行聚會，餐後一起集體扭秧歌，沒有旗幟的他們立下一塊“勝利酒家”的牌子用來慶祝。
留學生在紐約中央公園，立“勝利酒家”的牌子野餐（左二為高小霞，左三為徐光憲）
半年前，經過不懈努力，徐光憲在大學畢業到獲得博士學位普遍在5年左右的哥倫比亞大學僅用了兩年零八個月便完成了學業。博士後學位到手後，他抑制不住內心的喜悅，在日記本上再次鄭重寫下宏願：學成歸國，全力奉獻。
三個月前，他給在國內的伯父寫信，明年就可以回國了，祖國的建設正熱火朝天吧？
可如今，回還是不回？必須要馬上做出決定了。
徐光憲的導師對他很好，一直想辦法希望把他留在哥大做講師，和他合著出版社預約的《旋光理論及應用》一書，甚至還推薦他到芝加哥大學讀博士後。
更讓他為難的是，妻子高小霞還沒有拿到博士學位。她得到了導師、美國微量化學之父皮克勒( Anton Alexander Benedetti- Pichler)教授的賞識，在皮克勒的推薦下進入康奈爾大學醫學院做分析技術員，月薪200餘美元，下班後要去紐約大學上課，回家常常已經12點了，但徐光憲總是等她回家，並鼓勵她堅持學習。而此時，妻子已經獲得了碩士學位，可以辭去分析員的工作，結束半工半讀的生活，一門心思地準備博士論文。本來因為自己，妻子已經耽誤了很久才能讀書，如今大好前途已在眼前，當妻子向康奈爾大學醫學院的導師維格尼奧德教授辭職時，導師甚至提出工資加倍的條件來挽留她。想到這些，徐光憲心中滿是愧疚。
一邊是戰爭中急需人才的祖國，一邊是妻子的學位、導師的挽留、優渥的科研條件，“假如沒有抗美援朝，我們還希望在美國多待幾年”，可是計劃趕不上變化，而且在1951年初，美國總統提出法案，想要阻撓中國留學生回國，如果再等下去，法案生效後回國就更加困難了。是留在美國進行科學研究還是馬上回到祖國？
“不回國還有什麼意義呢！”高小霞對徐光憲強調他們來到美國留學的初心，主要要求放棄博士學位回到祖國，她的勸慰讓徐光憲徹底放下心裡的包袱，毅然選擇馬上歸國。
徐光憲與高小霞合影
即便立即動身，那時去辦簽證已經相當困難了，所以徐光憲藉口自己是華僑，母親病了，需要回國探親，過一個月會重新回到美國，才拿到了簽證，坐上了回國的輪船。
到1951年9月，美國眾議院、參議院通過法案禁止中國留學生離開美國的法案，“克利夫蘭總統號”正好停留在檀香山，船上有幾十名回國學生，就被迫下船，重新回到美國。很幸運，年初時徐光憲沒有猶豫，最終成功回到了祖國的懷抱。
為國育才，更改方向
1951年，回國後的徐光憲、高小霞夫婦經好友唐敖慶介紹，共同進入北京大學化學系，致力於為祖國培養高科技人才。
徐光憲被北京大學聘任後的第一件事，就是組織開設了物理化學課。
徐光憲、王祥雲編著《物質結構》（來源：京東）
後來他又參與開設了“物質結構”這一國際上都是很新的課程，花費巨大精力為本課參與編寫了《物質結構》教材，一經出版便廣受師生好評，1987 年國家第1次評選優秀教材時，獲得全國優秀教材特等獎，這也是迄今為止化學學科唯一的一個特等獎。
《物質結構》獲全國高等學校優秀教材特等獎證書
後來北京大學要求徐光憲指導本科生的畢業論文。但本科生的畢業論文從選題到答辯只有半年時間，這麼短時間內讓本科生做量子化學的畢業論文，難度很大，本科生要把量子化學的基本問題弄清楚本身就很困難，更何況是做研究。怎麼辦呢？徐光憲想到，本科生做畢業論文最好進行實驗研究，而不是理論研究。
而且此時，徐光憲本身的研究也陷入了停滯。科學研究尤其是化學研究，對實驗條件、研究設備依賴很大。雖然徐光憲回國後立即展開了量子化學研究，但是當時國內的實驗條件與在國外學習期間相比，差別很大。在實驗研究領域，1949年10月後，北京化學試劑研究所才開始生產化學試劑，且規格不高。
在實驗儀器與設備方面則差距更大了，特別是在徐光憲從事的量子化學研究領域。哥倫比亞大學在20世紀四五十年代已經有了供研究者使用的計算機，徐光憲在留學期間也修習了計算程序編寫等相關課程。但是回國後，國內沒有計算機等硬件研究設備，想要在量子化學領域進行前沿研究，非常困難，他在國外所學也沒有了用武之地。
於是，既為了學生能夠做出成果，也讓自己能繼續為國貢獻科研成果，他開始篩選新的研究方向。他認為新方向必須符合三個條件：國際學科發展的前沿，這樣研究才能創新；經費少，結合國內具體情況，暫時不能買大型儀器設備；服務國家目標，主要研究要有應用前景。
於是，綜合多方因素考慮後，徐光憲選擇了溶液絡合物化學方向，絡合物化學後來被稱作配位化學。這是徐光憲科研方向的第一次轉變——從量子化學方向到絡合物化學方向。
在新的方向上，徐光憲與他的研究生吳瑾光以及嚴雋粹利用自主改裝的儀器，準確測定了丁二酸的電離常數及其與鹼金屬的絡合常數，是國際學術界較早測定鹼金屬和鹼土金屬離子與一些陰離子的配位常數的學者。也正因為此，他在絡合物平衡常數測定方面的工作迅速步入國際學術界的研究前列，測定結果被國際手冊所採用。
而當時，在發表論文的時候，徐光憲等人出於愛國的考慮，首先將自己的論文發表在了國內的刊物上。
為國安危，二改方向
然而第一次轉方向不久，徐光憲就面臨了第二次的方向改變。
新中國成立初期，中國面臨著嚴峻的形勢，美國和英國等曾考慮用核武器攻擊中國。在這種形勢下，中國需要有自己的核武器來強大國防，保障國人生產、生活的安全。根據科學和國家發展的需要，科學家們建議啟動原子能科學事業。
1955 年 8 月，為了適應國家發展的需要，北京大學成立了物理研究室，後又增添了放射化學專業。1957 年 8 月，高教部決定撤消物理研究室，將核物理專業併入物理系，放射化學專業併入化學系，成立放射化學教研室（對外稱“物質結構教研室”），錢三強先生到北大調閱檔案，建議任命徐光憲為放射化學教研室主任。徐光憲回憶講，“他（錢三強）到北大來看檔案，也不認識我，看我也是量子化學（專業），他覺得量子化學是化學、物理都比較強，這個方向（放射化學）容易做，所以他把我調去了”。
徐光憲當時在物理化學教研室，工作環境非常好，心情很舒暢。更重要的是，他已經開拓了理論化學和絡合物化學的實驗研究方向，形成了一個優秀的科研小團隊，研究工作有了一定的積累，容易出成果。轉到技術物理系去從事不熟悉的放射化學，則需要在新的方向進行一番艱苦的探索。但是徐光憲認為國家需要是第一位的，他服從組織分配，從配位化學轉到放射化學專業。
略有遺憾的是，徐光憲被調到技術物理系後，研究團隊就損失了大半。但他在北大技術物理系的兩年內，不但完成了兩個專業的全部教學和實驗室的準備工作，而且培養了兩屆核物理專業和一屆放射化學專業共352名畢業生，為國家輸送了第一批急需的核科學的大學畢業生。
徐光憲雖然被調到放射化學專業，但是具體的研究方向可以自己選擇。他思考後覺得，在放射化學方面進行研究、培養人才，應該研究鈾、釷、鈈，利用鈾、釷、鈈去做原子核的燃料，這樣才與製造原子彈有關係，而這個方向應該是核燃料化學。於是在 20 世紀 50 年代末，他從事了鈾同位素鈾-235 與鈾-238 的化學分離法和核燃料萃取化學的研究。
當時，萃取化學作為一個學科還沒有建立起來，國際上沒有形成統一的對萃取體系的分類準則，對萃取機理的解釋也很混亂。萃取在當時還只是一個研究方向，實際上是一種分析方法，是分析化學當中將元素進行分離處理的方法。
由於相關學科資料十分稀缺，徐光憲從整理資料入手，在上千個卡片中尋找線索，總結出關於萃取的普遍規律，使這些研究成果能迅速運用到我國的原子能工業中。
1964年，徐光憲參加了二機部在青島召開的絕密會議。在會上，徐光憲和其他幾位教授一起提出應用我國仿照美國先進的Purex流程自主研究的萃取法籌建核燃料後處理廠，製造原子彈原料——鈈。這種方法成本低，促使我國的核工業在蘇聯專家撤走後能儘快走上快速發展的軌道。
為國解憂，再改方向
業界有這樣的說法：“誰掌握了稀土，誰就全天候掌握了戰場。”作為工業“維生素”，稀土是隱形戰機、超導、核工業等高精尖領域必備的原料，提煉和加工難度極大，珍貴稀少。
我國雖擁有世界上最大的稀土資源儲備量，但直到20世紀70年代，還不具備提取高純度稀土資源的能力，只能通過向國外出口廉價的稀土原料“換取”進口的高純度稀土產品。
為了走自力更生的道路，打破外國人在稀土領域的壟斷，1972年，徐光憲所在的北京大學化學系接到了一個軍工任務，即高純度地分離稀土元素中性質最為相近的鐠和釹。
鐠、釹在希臘語中是雙生子的意思，這是因為二者的分離難度高，哪怕當時最先進的離子交換法，也存在生產速度慢、成本高等問題。
面對如此困難的任務，徐光憲沒有放棄，而是又一次轉變方向，以極大的熱情投入到稀土提純中。
徐光憲說：“這兩種元素比孿生兄弟還要像，分離難度極大。但中國作為世界最大的稀土所有國，長期只能出口稀土精礦和混合稀土等初級產品，我們心裡不舒服。所以，再難也要上。”
為了解決科研難題，徐光憲閱讀了大量文獻，每週工作80個小時，在美國宣告失敗的維拉體系中獲得啟發，創造出一套新的串級萃取理論，並打破世界紀錄，將純度提高到99.99%。
他們還率先辦起“全國串級萃取講習班”，使新的理論和方法廣泛用於實際生產，大大提高了中國稀土工業的競爭力。
徐光憲在全國稀土化學與萃取會議上
徐光憲認為科研人必須著眼於國家目標，獨立自主地走創新之道。
為國發展，兩次上書
1974年9月，包頭稀土三廠成功地將這一新工藝技術應用於稀土分離的實踐中，完成世界首次應用推拉體系高效率萃取分離稀土的工業生產。1978年，徐光憲率先辦起“全國串級萃取講習班”，把他的科研成果在國營工廠裡無償推廣，稀土生產工廠如雨後春筍般湧現。
讓徐光憲欣喜的是，到90年代初，由於我國單一高純度稀土大量出口，國際稀土價格降為原來近四分之一，成功改寫了國際稀土產業的格局，很多外國稀土生產廠家不得不減產甚至停產，他們把這稱為“China Impact”（中國衝擊波）。
在新技術、新理論改變我國稀土生產格局的同時，也出現了新的問題。中國是稀土生產大國，但自己卻沒有定價權。美國、日本等國家關閉自己的工廠，卻以低廉的價格購買中國的稀土，稀土一度賣出了“豬肉價”，這一情況又讓徐光憲憂心忡忡。
2005年至2006年，徐光憲兩次上書國務院，呼籲保護我國內蒙古白雲鄂博地區寶貴的稀土和釷資源，避免包頭市和黃河受放射性汙染。
2016年，徐光憲上書國務院
從2007年開始，我國將稀土產量限制在8萬噸；2010年，我國又將稀土出口配額從5萬噸降到約3萬噸，並大幅度提高了出口關稅。
終於在他的努力下，中國終結了出口稀土的“賤賣命運”，讓稀土市場走向合理競爭。
2008年，徐光憲榮獲國家最高科學技術獎。89歲的他仍然想著怎樣把資金最大化地應用出去：“我已經跟大家說好了，500萬全部都拿出來，經費（使用）要以稀土為主。”
為國再回量子化學
自第二次世界大戰發明電子計算機以後，計算能力得到大大提高，研究者開始嘗試並實現直接解薛定諤方程，利用量子力學來解決化學問題。
這是20世紀40年代末50年代初的事情，也就是說徐光憲在哥倫比亞大學進行量子力學研究的時候，正好是量子化學進行定量研究的開始。倘若他沒有回國，在美國繼續做量子化學研究的話，他在量子化學方面的研究會發展得很好。
但徐光憲從來沒有後悔過回國，雖然後來沒有一直從事這項研究，但始終保持對量子化學領域的濃厚興趣。
中國的量子化學研究起步很晚，研究條件也不容樂觀。20世紀60年代，國際上開始對量子化學計算方法進行研究，計算量子化學開始迅速發展。但是，計算量子化學需要計算機的支持。中國進行量子化學研究的實驗設備和工具都比較落後，特別是在計算機方面。美國在20世紀50年代的電子計算機已經每秒能運算8000次，但是中國只有手搖式的電動機。即使到了60、70年代，北大所擁有的計算機仍是穿孔式的。
1977年3月，錢三強又來到北大，他覺得國際形勢如今變了，而且技術物理系放射化學專業實際上也不再招生，需要徐光憲再次發揮自己的長處，於是徐光憲回到了他喜愛的量子化學專業。
重新研究量子化學專業的徐光憲，利用計算機自行編寫程序，開發出了中國第一個量子化學從頭計算程序，改進了量子化學計算方法，提出了原子價及其共價的新定義及量子化學定義、以及分子結構的判定規則，改進了休克爾分子軌道理論並提出正弦型同系線性規律，在稀土配合物的電子結構和化學鍵領域做出獨特貢獻。此外，他還在量子化學領域培養了研究人才，積極推動中國化學研究的國際交流與合作。
徐光憲
因為祖國需要，毅然回到祖國；因為祖國需要，四改研究方向；因為祖國需要，兩次上書國務院。窮其一生為國效力，化學泰斗徐光憲從未忘記自己的愛國初心。願繼先生遺志，共建祖國未來！
閱讀更多科學家內容，請參考《舉重若輕：徐光憲傳》，葉青、黃豔紅、朱晶著，中國科學技術出版社，2013-05
文：採集工程項目辦公室/中國科協創新戰略研究院
參考文獻：
1.《舉重若輕：徐光憲傳》，葉青、黃豔紅、朱晶著，中國科學技術出版社
2.本文圖片來源於老科學家學術成長資料採集工程、中國科學家博物館（網絡版）
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