“他的做法就像（魔术师）从帽子里拎出兔子一样”，这是《自然》杂志对陈难先工作评论中的话；《物理评论》等则将陈难先对黑体辐射及比热逆问题的解法命名为“陈氏定理”。
陈难先，浙江杭州人，生于1937年10月。
1962年北京大学物理系毕业，先后在北京钢院（现北京科技大学）担任助教、讲师、教授、应用物理所所长、副校长。1980—1986年在美国宾夕法尼亚大学、IBM公司等学习、工作，1984年获美国宾夕法尼亚大学电气工程与科学博士，2000年任清华大学教授、理学院学术委员会主任。
曾长期从事普通物理、普通物理实验、电动力学、振动与波等课程的教学，发表多篇物理教学研究的文章；在国际上首先用第一原理方法算出了石墨插层化合物的介电谱和光学性质。在国际上明确提出凝聚态物理和应用物理中玻色、费米及晶格三大类逆问题。在晶格比热逆问题研究中发展并统一了爱因斯坦与德拜的经典工作。在原子间相互作用势库研究中提出了由晶体结合能到对势的严格简捷公式，为复杂材料性能预测建立了良好基础。
曾任国家高技术功能材料专家组组长、“863”计划专家组成员、“863”计划监督委员会副主任、《中国物理快报》副主编、中国物理学会和中国材料研究学会理事；曾获国家自然科学二等奖、“973”计划优秀成果奖、何梁何利奖。1997年当选为中国科学院院士。
立志科学报国
陈难先出生在1937年淞沪抗战的激烈战火之中。祖父给他起的名字是“国难当先”之意。在日伪的横行下，陈难先很小就了解了亡国奴的屈辱和汉奸的卑鄙可恶。
陈难先上几代人都是办教育出身，对孩子的要求就是要有自力更生和报效国家的志气，从不要求孩子要在学业上争名次。但是从小学开始，陈难先过于贪玩，他到了二年级结束还不会背九九乘法表。补考题要算“26×13=？”，他是用26个13叠起来，硬是用加法拼凑出答案才算没留级。
陈难先初中就读于北京八中，他的母亲在教育部图书馆工作，他便常常待在图书馆里看各种杂书，尤其是关于革命战争的历史。当然，他也看到了上野清的数学书之类的参考书。
可是，学校历史课、生物课里的内容他却偏偏记不住，每学期总有一门课不及格。因此，八中教务处管补考的陈英老师对他颇感亲切，好像对他补考过关充满信心似的。在陈难先的印象中，高中的物理课充满了乐趣。一位物理老师通过讲述他在抗日战争时参与做炸弹的故事讲解“压强”；一位老师将自己自行车的座架安上了摩托车座垫，让大家感受“压强”的设计带来的舒适感。
后来，不知道是由于少先队和共青团的教育，还是由于学校里社会主义建设形势教育的鼓舞，还是生了一场大病的顿悟，陈难先在高中忽然变成了兴趣十分广泛的三好学生。他曾是北京八中乒乓球队队长、第一届全国数学竞赛北京赛区优胜者。
1956年，怀揣着“向科学进军”报效祖国的梦想，陈难先考入北京大学，立即就被“思想自由，兼容并包”的氛围深深吸引，他选择物理专业作为学习方向，全身心地投入到自己喜爱的理学知识的学习中。在“大跃进”时期，陈难先和同学们一起提前进入科研环境，几乎每天都熬到晚上十一点。
北京大学自由的学术氛围让陈难先受益良多。王竹溪、叶企孙、黄昆、丛树桐、郭敦仁、胡宁、周光召、曹昌祺、曾谨言、吴杭生等许多老师都给他留下了深刻的印象。那个时候，北大的物理考试采用口试，每次有多道开放性题目，由学生抓阄定题，考生现场作答，考察的就是知识的掌握程度和思考的方式方法。刚开始陈难先被指定在大礼堂示范，抽题后，认为题目有问题，如果添加不同的条件就会有不同的结果，他的解释获得了老师和同学们的认可。
轰轰烈烈的“反右”运动、“大跃进”和三年困难时期给学校工作的正常运行带来了很大困难，但是，老师们坚持原则的态度，以及参加生产劳动和科学研究的经历，帮助学校培养出了大批与祖国共命运、同赴艰难的人才。
临近毕业，陈难先觉得应该用所学的物理知识服务于社会，选择了教书育人和学术研究兼备的学校工作，这便开启了他的教师生涯。“钢铁元帅”对他的吸引是很强烈的，也是很曲折的。
潜心教书育人
1962年来到钢院后，陈难先本想投奔柯俊先生，但是因为工作需要，他被分配到物理教研室任教。物理教研室主任顾静徽先生给了陈难先很大的帮助，刚刚一年多，陈难先就在顾先生的信任和关心下走上了讲台，成为一位人民教师。
在当时，从实习到讲大课一般要五年以上时间，陈难先经过一年就同时开两门大课，他深知自己责任重大，在物理课程的教授过程中十分认真。他觉得150学时的课程内容很难将物理学的全部内容讲授清楚，于是就主动给学生出习题，每天都熬到很晚。物理学的知识一般都比较抽象，为了帮助学生真正掌握抽象的理论，陈难先还主动给学生答疑，甚至对考试答题不好的学生进行“口试”，帮助他们理清题目的“出发点”和“目的地”之间有哪些可能的连接（搭桥）方式，让学生自己分析搭好了哪些，没搭好哪些。他认为这样做比简单的补考要好。
可是，不少人认为他的做法是违反规定的，他都顶住压力扛着，认为这样一点不违背教育的精神。陈难先的课一般都比较严格，但也有风趣的时候。一次物理答疑课上，一个学生问他，“一个大圆球顶上的小球无摩擦滑下，小球会在什么位置脱离大圆球”这题目有什么实际意义。陈难先回答说，这就是个基本功练习。学生不满意。陈难先又回答：“设想你剃一个光头，在操场跑了一圈，在脑门上冒出一滴汗珠流下来，在什么地方该离开？用光滑小球作为汗珠的模型，它该在三分之一处离开，保护了眼睛。但是汗珠有点粘，不这么光滑，上帝在三分之一处给你设计了一个眉毛，因此黏一点的汗珠就沿着眉毛往旁边流，不会跑到眼睛里去了。”这个生动的讲授不仅让学生们掌握了“三分之一”的基本理论，也记住了这个物理学道理。
陈难先回忆，当年的钢院学风十分纯朴，老师和同学们都为了振兴国家钢铁工业而全力以赴，教书的生活十分快乐，让人难忘。当然，“光头之例”后来被大字报说教师上课不严肃，也是难免的。
1965年，因故不得不离开讲台的陈难先，在实验课程中继续教书育人。在每一次电学实验中，陈难先总是多准备一些有关的仪器，鼓励同学们按照自己的想法去挑选和设计，连接电路后、闭合电源前，需要通过陈老师的检查，只要不烧仪器，都让学生做下去，自己发现问题。有一次实验课，学生们设计出7种教科书上见不到的连接方法，大家都很高兴。陈难先常常关起门来拆仪器，发现哪些部位最容易坏、最需要小心，他带的实验几乎没有设备损坏发生。
在轰轰烈烈的“文化大革命”时期，他也曾经被分配去扫厕所，为“大串联”的孩子服务，学了不少有趣的知识。那时，他和其他教师一样不能上课，甚至不许在书架上放业务书，他们常到旧货市场买些无线电元件，津津有味地制作收音机和简单的电视机。“文化大革命”后期，他重新走上讲台给工农兵学员上课，虽然学生水平参差不齐，但是陈难先还是想尽办法让所有学生都能理解基础理论知识，并在普通物理课中组织学生做变压器的设计制作。他为工农兵学员设计的新讲法，有三篇都登在世界著名物理教学研究杂志上。
1980年，冶金工业部选派优秀人才去海外留学，组织了一次全系统一万多人的考试，陈难先获得了物理科目满分，踏上了美国求学的航程。当时国外的物理研究水平比国内发达很多，尤其是计算机的应用非常普及，这给陈难先的学习带来了困难。此外，他以前只会用俄文，几乎没学过英语，语言方面也非常吃力。但是，已过不惑之年的陈难先咬牙坚持，他想：“笨鸟先飞，世上没有过不去的坎儿。”在宾夕法尼亚大学，陈难先很快就在学术研究方面有所建树，先后发表了多篇关于石墨插层化合物的研究论文，这类材料和后来的纳米管及石墨烯都有关系。宾夕法尼亚大学组织的技术发明创新评选，陈难先获奖，这让国外的同行对他刮目相看。1984年，陈难先获得了博士学位。
1986年，陈难先回到了他魂牵梦绕的祖国，回到了钢院。回校后，他重新走上了阔别多年的物理讲堂，从讲师到教授，继续着教书育人的工作。
致力物理研究
从美国学成归国的陈难先，能不能在国内条件下开展学术研究只能用实践来回答。他发现带回来的两台微机完全不能用于大规模计算（十年后条件好了，这方面工作又得以进行），于是他挑选了黑体辐射逆问题这个课题。
大家知道，遥感卫星可以探测到地面热辐射的频谱分布，从中提取出地表的温度分布，就能够获得有关地面的各种实际信息。例如，对导弹发射、核试验和动物昆虫群体迁移这类敏感事件的监测，也要用到遥感技术。从测试结果反推这些异常的温度分布，要解决一个所谓黑体辐射反问题，这就引起了热烈讨论。陈难先的工作则圆满地结束了这一讨论。现在从公开文献可以看出，“陈氏定理”已经被进一步用到了星际尘埃中的温度分布、黑洞外壳的温度分布等天体物理问题。
由于陈难先是物理出身，很快就把黑体辐射逆问题与声子比热的逆问题联系起来。这就是要从比热的测量结果提取出固体中原子的振动频谱，可用来分析固体的晶格结构等微观物理机制。爱因斯坦和德拜（Debye）都曾为此做出了十分重要的贡献，并推动了量子理论的发展。求解这种反问题，需要的是数学上的直觉，是数学的技巧与算法。陈难先推出的新公式为这个声子比热的反问题画上了圆满的句号，这个“神来之笔”带着数论的典雅与优美，像魔术师一样从礼帽里拎出了兔子。
当请陈难先发表感想时，他说这件事发生在钢院并不偶然。当时有出国机会又能回来的人是不多的，自己和同事心中的责任感是比较强的，觉得应该做出些更加出色的事。他说，当时用迭代方法拼凑出初步结果后，是北科大数学系柳孟辉教授看出来这可能和数论中莫比乌斯反演有联系。“现在看来，当时我对莫比乌斯反演基本上一知半解，写的文章就像一锅生米饭，居然被人当作香饽饽。这是由于信息时代的到来使人们对物理中逆问题的追求十分热烈。后来在北科大、清华又提出了一系列物理中逆问题的解法，还得到北科大许多老师的帮助和鼓励。”
《自然》杂志在具体介绍和分析陈难先的工作之后，指出了进一步工作的方向和问题。面对进一步发展的机遇和挑战，陈难先从黑体辐射逆问题出发，进一步提出了一系列命题，这些命题在凝聚态物理和统计物理中基础性强、应用广泛。与此同时，莫比乌斯反演方法对费米体系中逆问题的应用也取得了有意义的进展。基于陈难先在逆问题研究中取得的重要成果，他获得国家自然科学二等奖。
又经过约三年工夫，陈难先推出了简洁、普遍的晶格反演公式，揭示了晶体内隐含的半群结构。在此基础上，他对稀土化合物、金属/陶瓷界面中的原子相互作用势进行了大量计算和应用，并在北科大创立了科技部“863”新材料模拟设计实验室。
思考教育发展
长年工作在教育一线的陈难先对于教育发展和创新人才培养有深刻的思考。
陈难先对于教育的“三个面向”有深刻的理解。他认为：“教育是要培养未来的人才，因此教育要面向未来；这个世界是经济全球化、一体化的世界，教育必须面向世界；这个世界是用现代化的高速交通工具、通信工具和网络联系起来的，所以教育要面向现代化。建设一个强大的社会主义现代化国家，要靠具有现代化思想和才能的人。我们培养的人才必须要适应‘三个面向’的要求，否则就跟不上飞速发展的世界形势和日新月异的科技进步，建设强大的社会主义国家就成了一句空话。”
陈难先坦言，当前教育的“大一统”趋势对于大陆科教兴国和创新人才培养十分不利，尤其是教学大纲、教学课本的统一和自我封闭，给教学工作加上了“框框”，这种“统一”似乎只是为了上级机关管理和检查的方便才制定出来的。他认为，现在这种“标准化”已经发展到对优秀人才的统一要求，例如，引进人才要看其是否为211院校毕业，这种做法近乎荒唐。另外，职业学校太少，理工科院校的实验和实习太少，也是大问题。
陈难先力荐同一省份内应该多种教材同时采用，让教师和学生自主选择，多样化教学。在教师的选拔工作中，陈难先也认为教师的来源应该多样化，工程技术人员、财政经济人员、行政管理人员等，只要有业务专长，条件比较适合，经过短期的教师资格培训和选择，使他们了解国家在教育方面的方针政策、法律法规和一般的教育理念，就可以到学校教授专业类课程（并非终身制），师范院校的毕业生不应该是教师的唯一来源。来源的多渠道，有利于教师结构的合理重组，有利于建设一支高素质的理论联系实际的教师队伍，更有利于教育的改革和发展。
陈难先认为，创新人才的教育应该从环境营造做起。教育领导者首先要有清醒的认识，解放思想，然后才有可能解放教师和学生的思想。领导者应该取消原来对教师的过多束缚，给教师创造一个宽松的环境。他举例说：“丁肇中带一帮学生搞研究，他们一进实验室就忘我地工作起来，一连几天不出来，吃饭睡觉都在那里。你当领导的一会儿喊他开会，一会儿叫他接待，一会儿叫他写篇文章，一会儿叫他填个报表……他怎么还能安下心来搞实验呢？教师搞教学研究也是如此，你得让他不为吃饭发愁，有条件搞研究。给他安排一个宽松的环境，放手让他搞就是了，不要给他过多的干扰。”
他认为“顾全大局”是重要的，但是“听话”不应该是选拔科技和学术人才的重要标准。发明发现既是艰苦的劳动，也是很有风险的工作。我们培养的人要有探索和承担的态度，也要有奉献和负责的精神。
参加社会活动
陈难先曾经担任全国政协科技组委员、全国人大教科文卫委员会副主任、北京市政协副主席、民进中央副主席等，参加了不少社会工作。这使他对“大陆仍然是一个发展中国家”这个基本国情有更多机会和更多角度去了解。他认为“自己在中国的那个时代能受到完整教育是很幸运的，所以报效国家是很重要的命题”。
有一次全国政协科技组开会讨论“如何学习雷锋”，大家讲了不少要参加扫地、刷试管等事例。当时，陈难先就提出知识分子“学雷锋”最主要应像马寅初那样理性思维，坚持原则，不看风使舵，不盲目随众。他的意见一发，会场忽然冷了下来，局面有点尴尬。这时，列席会议的某位同志作了发言，表示“支持老陈的意见”，还讲了不少有意思的历史回顾。
陈难先十分关心家乡杭州的发展。在回乡探亲时，他说：“在我的印象中杭州很美，我现在也一直关注浙江的发展，我回去过几次，的确感觉到浙江的经济实力有了长足的进步，成为全国经济的排头兵，为家乡感到骄傲。”陈难先认为家乡应关注文化的发展和建设。他认为，吴越文化历史悠久，因此要在发展经济和开发建设时，加强传统文化的继承和弘扬。另外，他认为要加强环境保护，让文化景观更美。一个国家的环境和文化要比经济更能代表一个国家的价值观。
2008年北京奥运会前夕，身为奥组委委员的陈难先积极为“人文奥运”献计献策。“人文奥运应从‘人文北京’入手，而且应该把这个任务的宣传普及工作交给正在上中学的孩子们。”他认为，软环境建设是筹办奥运最具挑战性的任务，深入开展首都文明礼仪宣传教育实践活动尤为重要。陈难先建议，给北京的中小学做个规定，把人文奥运的精神实质和待人接物的礼仪规范融入中小学的教学课程里去，早一点在孩子们当中形成参与人文奥运的气氛，争取让每位中学生每年贡献出一天或半天的时间，走出校园，到社会上做人文奥运的宣传，用“奥运好坏，我们有责”的口号感动社会。
陈难先始终没有停下前进的脚步。他精于学问，著书立说；他心怀教育，倡导创新；他情系社会，关注发展。他的治学精神和为人准则永远激励着后来人。
他看见上面这段话后说：“自己只是普通人，没有资格受这样的抬高或美誉。随着工作的积累，我知道自己有许多事情没有做好，缺点错误多得很。但是，经过北大马寅初—江隆基时代的熏陶和钢院高芸生—张文奇时代的洗礼，我在跟随时代的进步中，还是感到某些特有的自豪和自信。”他是真心的，我们只好把他的话附上。
他说：“人生应该是有趣的，也是多样的，让我们一起以各种不同方式把国家建设得更加美丽多彩。中国发展很快，问题也很多，需要我们乐观，积极，奉献！”
本文摘编自《师韵：北科大走出的院士》（北京科技大学编），标题和内容有调整。科学创造未来，人文温暖世界。在科技引领发展的时代，与您共同关注科技史、科技哲学、科技前沿与科学传播，关注人类社会的可持续发展。科学人文在线，创造有价值的阅读！欢迎关注、点赞、留言、转发、参与赠书活动，联系邮箱：[email protected]。
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