左克



根據(jù)本人半年前的文章《中國當(dāng)年的量子化學(xué)程序哪里去了？》改寫。



美國湯姆森科學(xué)論文檢索（ SCI ）發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，我國的 SCI 論文數(shù)從 2004 至 2006 年起連續(xù)三年排在世界第 5 位。到了 2007 年，中國首次超過日本位居第四，與位居第三的德國和居第二的英國只差 400 篇和 4000 篇左右。 SCI 論文主要反映一個(gè)國家基礎(chǔ)科學(xué)研究的狀況，我們這樣一個(gè)科技論文大國，按道理說對(duì)科學(xué)計(jì)算軟件的需求應(yīng)當(dāng)是很大的，也應(yīng)該像美、英、德、日一樣，有大量自己開發(fā)的科學(xué)計(jì)算軟件作為支撐。但實(shí)際情況確是，目前國產(chǎn)的科學(xué)計(jì)算軟件極少，幾乎所有的計(jì)算工作都是用國外軟件完成的。是中國科學(xué)家的水平不行，還是中國科學(xué)家不重視科技軟件的開發(fā)？在回答這個(gè)問題之前，先讓我們看看國產(chǎn)量子化學(xué)程序是怎么覆滅的吧。



量子化學(xué)就是原子和分子層次的量子力學(xué)，是量子力學(xué)在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。所謂量子化學(xué)程序，就是從量子力學(xué)基本方程（非相對(duì)論的薛定諤方程，或相對(duì)論的狄拉克方程）出發(fā)，通過計(jì)算原子、分子、聚合物、表面、固體材料的電子結(jié)構(gòu)，預(yù)測它們的物理、化學(xué)性質(zhì)的一類科學(xué)計(jì)算程序。



廣義的量子化學(xué)計(jì)算很早就有，比如最簡單的 Huckel 理論方法，對(duì)于小分子完全靠手算都能完成。而現(xiàn)代量子化學(xué)計(jì)算則離不開計(jì)算機(jī)的發(fā)展，否則就無法完成大量復(fù)雜的計(jì)算。人類第一個(gè)非經(jīng)驗(yàn)的量子化學(xué)從頭計(jì)算是 1952 完成的，當(dāng)時(shí)人們用手搖計(jì)算機(jī)算氮分子，足足搖了兩年。如今，這樣的計(jì)算在最普通的計(jì)算機(jī)上只需幾秒鐘就能完成，可見計(jì)算機(jī)對(duì)量子化學(xué)的影響有多大。現(xiàn)代的量子化學(xué)程序在 60 年代末開始出現(xiàn)，但是直到 70 年代中期，也就是采用大規(guī)模集成電路的第四代計(jì)算機(jī)誕生后，才逐漸發(fā)展起來。



在當(dāng)代科技中，量子化學(xué)計(jì)算在結(jié)構(gòu)化學(xué)、藥物化學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域中越來越具有重要地位，因而備受重視。幾乎每個(gè)發(fā)達(dá)國家都有本國開發(fā)的量子化學(xué)程序，至于美、英、德、日等國，由不同部門開發(fā)的此類程序往往有十幾種甚至幾十種之多（未公布的不算在內(nèi)），其中用的最多的有 Gaussian ， GAMESS ， ADF 等。



一些量子化學(xué)的初學(xué)者常常會(huì)有這樣的疑問：為什么沒有聽說過國產(chǎn)的量子化學(xué)程序呢？



中國的量子化學(xué)研究，早在上世紀(jì) 50 年代就開始了。以中科院院士（當(dāng)時(shí)稱學(xué)部委員）唐敖慶、徐光憲等人的研究為代表，中國科學(xué)家在這二十多年里做了大量的理論研究工作（雖然從 1966 年下半年到 70 年代初出現(xiàn)了短期的停滯），在研究過程中還針對(duì)具體問題，編寫了一些計(jì)算機(jī)程序，不過嚴(yán)格意義上的量子化學(xué)程序未見公開報(bào)道。劉若莊院士曾對(duì)我國前三十年的量子化學(xué)研究工作做了總結(jié)，見：

劉若莊，戴樹珊，三十年來我國量子化學(xué)的發(fā)展概況，化學(xué)通報(bào)， 06 ， 10 ， 1979 。



據(jù)公開的資料，中國真正的量子化學(xué)程序是 1978 年出現(xiàn)的，比國外晚了 10 年左右，但發(fā)展得非�？�。從 1978 年到 80 年代初，出現(xiàn)了很多中國科學(xué)家自己開發(fā)的量子化學(xué)程序（部分公開發(fā)布的程序見附件 1 ）。這些程序主要采用從頭計(jì)算， X α和半經(jīng)驗(yàn)方法，用于模擬原子、分子和固體材料。有些程序即使拿到現(xiàn)在，與國外同類產(chǎn)品相比也是領(lǐng)先的（如用于稀土體系計(jì)算的 INDO 程序）。



既然中國曾經(jīng)有不少自己開發(fā)的量子化學(xué)程序，并且在這個(gè)過程中培養(yǎng)了一批人才，那么中國的量子化學(xué)研究應(yīng)該是越發(fā)展越好，成為強(qiáng)勢研究領(lǐng)域才對(duì)。如果它們能像國外同類程序一樣堅(jiān)持發(fā)展到現(xiàn)在，不論是走學(xué)術(shù)路線還是走商業(yè)路線，都會(huì)對(duì)我國的科技事業(yè)起到巨大的推動(dòng)作用。但是，經(jīng)過短暫的輝煌后，從 1984 年開始，國產(chǎn)量子化學(xué)程序在“科學(xué)的春天”里銷聲匿跡了；更確切地講，國產(chǎn)量子化學(xué)程序是和眾多的高科技項(xiàng)目一起，集體犧牲的。據(jù)網(wǎng)上查到的一些材料，在這期間遇難的還有：



1984 年，北京大學(xué)開發(fā)的國產(chǎn)靜動(dòng)力分析程序，被引進(jìn)的德國程序淘汰（見附件 2 ）；

1984 年，運(yùn)十停飛；

1984 年，半導(dǎo)體和通用電路研發(fā)項(xiàng)目全部停止，改為單純引進(jìn)；

1984 年，停掉了個(gè)人計(jì)算機(jī)和小型計(jì)算機(jī)研制項(xiàng)目，改為進(jìn)口組裝；

……

另外，在 1984 年的 1 月和 10 月，中美合資北京吉普、中德合資上海大眾先后開業(yè)，提前敲響了中國汽車工業(yè)的喪鐘。

以上列出的都是民用項(xiàng)目和基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。比這稍早，還有大量的軍事項(xiàng)目下馬。不過軍事涉嫌“不和諧”，這里略去不講。



如果說，一個(gè)量子化學(xué)程序消失是量子化學(xué)界的個(gè)案，一批量子化學(xué)程序消失是化學(xué)界的個(gè)案，那么，中國各種高科技項(xiàng)目在 1984 年集體消失，還能用“個(gè)案”來解釋嗎？這一個(gè)個(gè)偶然中，肯定隱藏著必然因素。那么國產(chǎn)量子化學(xué)程序消失的原因究竟是什么呢？



（一）錯(cuò)誤的科技政策



由于量子化學(xué)程序廣闊的應(yīng)用前景和對(duì)計(jì)算機(jī)速度的依賴性，使得國外著名的程序，幾乎都受到計(jì)算機(jī)公司的財(cái)力和技術(shù)支持，甚至提供免費(fèi)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行測試。比如 IBM 支持過 GAMESS 、 HONDO 、 MOLCAS 、 Gaussian 、 Alchemy-II 、 AMPAC 、 MOPAC 和 Mulliken ，而當(dāng)年著名的 UniChem 程序（包括 MNDO 、 Dgauss 、 CADPAC 等），就是 Cray 計(jì)算機(jī)公司投資開發(fā)的。相比之下，中國年輕的量子化學(xué)程序卻沒有這樣的機(jī)遇。原因就是 1984 年自廢武功式的科技政策，研制計(jì)算機(jī)的科研隊(duì)伍被解散。中國計(jì)算機(jī)業(yè)缺席，使得國產(chǎn)量子化學(xué)程序失去了可靠的運(yùn)行和測試平臺(tái)，缺少必要的硬件技術(shù)支持，凡是用國產(chǎn)計(jì)算機(jī)語言編寫的程序，自然就死掉了。由于技術(shù)封鎖，當(dāng)年引進(jìn)的外國計(jì)算機(jī)都不是最好的（何況很多實(shí)驗(yàn)室連這樣的計(jì)算機(jī)也買不起），中國的量子化學(xué)家不僅沒有必要的硬件技術(shù)支持，也沒有國外計(jì)算機(jī)廠商提供的經(jīng)費(fèi)資助。那些采用國際通用計(jì)算機(jī)語言編寫的量子化學(xué)程序，即使移植成功，也很難進(jìn)行優(yōu)化，導(dǎo)致在這些外國計(jì)算機(jī)上跑不快，不如引進(jìn)的 Gaussian 程序好用，用的人自然就少了。



（二）崇洋媚外的社會(huì)風(fēng)氣



當(dāng)時(shí)國內(nèi)上上下下存在著一種崇洋媚外的風(fēng)氣，對(duì)洋技術(shù)、洋理論的無限美化，國產(chǎn)技術(shù)被貶為垃圾。而錯(cuò)誤的科技政策（其根源也是崇洋媚外），又為崇洋媚外提供了事實(shí)依據(jù)，造成國產(chǎn)程序沒人信，沒人用。某些人放著國產(chǎn)的靜動(dòng)力分析程序不用，寧可進(jìn)口昂貴且結(jié)果不可靠的外國程序（見附件 2 ），也是由于這個(gè)原因。



（三）科研中的急功近利



1984 年鄧小平成功訪美后，國家的科技政策從自主研發(fā)變?yōu)榧夹g(shù)引進(jìn)。國際著名的量子化學(xué)計(jì)算程序 SCF-X α -DV 和 Gaussian 也是在這一時(shí)期進(jìn)入中國的。當(dāng)時(shí)的 Gaussian 還是個(gè)學(xué)術(shù)程序，遠(yuǎn)不像今天這么保守，只要花很少的一點(diǎn)錢，就能買到源程序。如果中國的科學(xué)家們通過研究和消化 Gaussian 的算法，完善自己的程序，那么國產(chǎn)的量子化學(xué)程序還是能夠得到快速發(fā)展的，這也正是 Gaussian 程序引進(jìn)者的初衷。但除了個(gè)別單位以外，這種情況并沒有出現(xiàn)。原因就是科技界的急功近利。由于做應(yīng)用型計(jì)算遠(yuǎn)比程序開發(fā)出文章快，對(duì)研究人員的理論功底要求又比較低，一些過去從事量子化學(xué)研究的人員放棄了程序開發(fā)，僅僅滿足于引進(jìn)國外軟件后作應(yīng)用型計(jì)算。這造成從事算法和程序開發(fā)的科研人員越來越少。



（四）決策者沒有真正重視科學(xué)技術(shù)



進(jìn)入八十年代后，中國科技研發(fā)經(jīng)費(fèi)占國內(nèi)生產(chǎn)總值的比例，從七十年代的 2% 以上急劇下 降，1984 年更是降到0.6% 以下。本人在兩年前的文章《輝煌的毛澤東時(shí)代—— 中國計(jì)算機(jī)事業(yè)回顧》中，對(duì)此已有披露。這里再舉一例。很多人都知道著名的“863 計(jì)劃”，說是在1986 年3 月，王大珩、王淦昌等4 位科學(xué)家聯(lián)名向中央遞交了一份重要報(bào)告，很快得到某領(lǐng)導(dǎo)人的批示。在正史里，“863 計(jì)劃”都是作為某人的政績來講的，而且據(jù)說這個(gè)批示（而不是4 位科學(xué)家的聯(lián)名報(bào)告）“為我國高科技的發(fā)展指明了方向”。但實(shí)際上，“863 計(jì)劃”是一些有良知的科學(xué)家在中國科技危難之際發(fā)出的溫和警告，當(dāng)然最后是皆大歡喜：既為一些重點(diǎn)高科技項(xiàng)目爭取到了經(jīng)費(fèi)，又照顧了領(lǐng)導(dǎo)的面子。但是那些被排除在高科技項(xiàng)目以外的基礎(chǔ)科學(xué)研究，只好聽天由命了。



以上四條，對(duì)于其他消失的中國科技項(xiàng)目來說，也是適用的。



雖然“造船不如買船，買船不如租船的洋奴哲學(xué)”在文革以后成了正統(tǒng)，但大量“中國出口一臺(tái) 32 美元的 DVD 只能得到 1 美元利潤”一類的實(shí)踐陸續(xù)曝光，不斷檢驗(yàn)了洋奴哲學(xué)的錯(cuò)誤。如今，“自主研發(fā)”越來越成為中國科技界的共識(shí)。在這種背景下，據(jù)說國家的科技政策也有了調(diào)整，但也有渾水摸魚的，例如我們都知道的鐵道部“自主研發(fā)”的“恥辱號(hào)”列車，就好比有人買到了 Gaussian 源代碼就稱 Gaussian 是“國產(chǎn)量子化學(xué)軟件”一樣可笑（我絲毫不懷疑龍永圖們有這種本事），至今也沒人追究。



令人欣慰的是，經(jīng)過中國科學(xué)家的努力，最近這些年陸續(xù)開發(fā)出幾個(gè)在國際上有一定影響力的量子化學(xué)程序，國家也有意對(duì)這些程序進(jìn)行重點(diǎn)扶植。在看到已有成果的同時(shí)，我們要牢記當(dāng)年的教訓(xùn)，洋奴哲學(xué)的影響必須肅清。




附件 1. 早期的國產(chǎn)量子化學(xué)程序清單



據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從 70 年代末至 80 年代初，公開發(fā)表的國產(chǎn)量子化學(xué)程序如下：



1. 半經(jīng)驗(yàn)程序（一種計(jì)算速度較快，但精度較低的量子化學(xué)計(jì)算程序）。



1.1 大連工學(xué)院（現(xiàn)大連理工大學(xué)）開發(fā)的半經(jīng)驗(yàn) PPP/CI 程序 PPP-SCF-CI-1 ，用于有機(jī)分子激發(fā)態(tài)的計(jì)算。程序用 ALGOL-60 語言編寫，運(yùn)行于國產(chǎn) TQ-16 機(jī)。



參考文獻(xiàn)：

程侶柏，李宗石，孫育賢，分子軌道理論在染料化學(xué)中的應(yīng)用 -IV 用 P.P.P.-SCF-CI 法計(jì)算簡單有機(jī)化合物的吸收光譜，大連工學(xué)院學(xué)報(bào)， 2 ， 51 ， 1980 。



1.2 中國科學(xué)院上海冶金研究所和中國科學(xué)院上海藥物研究所開發(fā)的 HMO 程序。



參考文獻(xiàn)：

謝雷鳴，吳吉安，小型計(jì)算機(jī)的 H ü ckel 分子軌道 (HMO) 計(jì)算方法會(huì)話程序，化學(xué)通報(bào)， 4 ， 14 ， 1981 。



1.3 北京大學(xué)徐光憲、黎樂民等人開發(fā)的半經(jīng)驗(yàn) INDO 程序，可用于稀土化合物計(jì)算。



參考文獻(xiàn)：

任鏡清，黎樂民，王秀珍，徐光憲，適用于計(jì)算鑭系元素化合物電子結(jié)構(gòu)的 INDO 方法，北京大學(xué)學(xué)報(bào) ( 自然科學(xué)版 ) ， 3 ， 30 ， 1982 ； 3 ， 49 ， 1982 。



2. 從頭計(jì)算程序（計(jì)算速度較慢，但精度較高的量子化學(xué)計(jì)算程序，由于計(jì)算過程中不借助經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，故名“從頭”）。國產(chǎn)從頭計(jì)算程序數(shù)量較多，但主要從兩大程序分別發(fā)展而來，即北大的 SCFMO 程序和清華的 MQAB 程序。其中，后者在我國曾經(jīng)廣泛使用，影響很大，對(duì)量子化學(xué)從頭計(jì)算在我國的發(fā)展起了重要作用。最近還有人在用這個(gè)程序。見：



王遜博士畢業(yè)論文， Fe-Cr-Mn-C-B 系合金的電子、原子層次合金設(shè)計(jì)理論研究及其應(yīng)用，大連海事大學(xué)， 2003 。



2.1 北京大學(xué)韓玉真開發(fā)的 Hartree-Fock SCF 程序。這個(gè)程序用中國自己開發(fā)的計(jì)算機(jī)語言 BD-200 編寫，運(yùn)行于國產(chǎn) DJS-18 計(jì)算機(jī)上。 1978 年第一次發(fā)布，可能是最早的國產(chǎn)從頭計(jì)算程序。



參考文獻(xiàn)：

韓玉真 , 量子化學(xué)從頭計(jì)算程序 , 全國第二次物質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)議福州文集 , 1978 。

韓玉真，以高斯函數(shù)為基組的自洽場分子軌道從頭計(jì)算程序，北京大學(xué)學(xué)報(bào) ( 自然科學(xué)版 ) ， 3 ， 19 ， 1982 。



2.2 北京大學(xué)徐光憲、黎樂民、王德民等人開發(fā)的 Hartree-Fock SCF 程序 SCFMO 。



參考文獻(xiàn)：

王德民，鄧?yán)そ�，朱芝仙，韓玉真，施乃，吾榕之，黎樂民，徐光憲，有機(jī)分子的自洽場分子軌道從頭計(jì)算的通用程序和 C,H 基組的選擇，高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào)， 2 ， 251 ， 1982 。



一年后，他們又把程序的計(jì)算速度提高十倍，并節(jié)省了內(nèi)存。打個(gè)比方，在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，舊程序最大能處理丙烷（ C3H8 ），新程序能處理辛烷（ C8H18 ）。



參考文獻(xiàn)：

童建昌，朱芝仙，王德民，量子化學(xué)從頭算程序設(shè)計(jì)中的一些技巧，北京大學(xué)學(xué)報(bào) ( 自然科學(xué)版 ) ， 2 ， 63 ， 1983 。



2.3 清華大學(xué)和中科院上海冶金所吳國是、廖沐真、劉洪霖等人開發(fā)的 Hartree-Fock 程序 MQAB 。程序從 1978 年開始編寫， 1980 年發(fā)布第一個(gè)版本 MQAB-80 。 MQAB 程序用國際流行的 FORTRAN IV 語言編寫，具有計(jì)算效率較高、易移植、對(duì)硬件要求低和易讀易懂的優(yōu)點(diǎn)。



參考文獻(xiàn)：

吳國是，廖沐真，劉洪霖，量子化學(xué)從頭計(jì)算 FORTRAN IV 通用程序 MQAB-80 ，清華大學(xué)學(xué)報(bào) ( 自然科學(xué)版 ) ， 2 ， 15 ， 1981 。

吳國是，廖沐真，劉洪霖，量子化學(xué)從頭計(jì)算方法，清華大學(xué)出版社， 1984 。（ MQAB-80 程序培訓(xùn)教材）



蘭州大學(xué)揭草仙通過對(duì) MQAB-80 引入分子局部對(duì)稱性，進(jìn)一步提高了計(jì)算速度。



參考文獻(xiàn)：

揭草仙，應(yīng)用分子局部對(duì)稱性提高 ab initio 程序運(yùn)算速度，蘭州大學(xué)學(xué)報(bào) ( 自然科學(xué)版 ) ， 2 ， 169 ， 1984 。



蘭州大學(xué)杜奇石和彭周人在 MQAB-80 程序基礎(chǔ)上，開發(fā)了用于計(jì)算 Hellmann-Feynman 力的程序 ABHF 。



參考文獻(xiàn)：

杜奇石，彭周人， Hellmann-Feynman 力的 ab initio 計(jì)算及在化學(xué)鍵研究中的應(yīng)用， I. 理論與計(jì)算，化學(xué)學(xué)報(bào)， 9 ， 843 ， 1984 ； Hellmann-Feynman 力的 ab initio 計(jì)算及在化學(xué)鍵研究中的應(yīng)用 II.AB INITIO FORTRAN IV 通用程序 ABHF ，蘭州大學(xué)學(xué)報(bào) ( 自然科學(xué)版 ) ， 4 ， 112 ， 1983 。



2.4 通過對(duì) MQAB-80 程序進(jìn)行改進(jìn)，中國科學(xué)院上海藥物研究所創(chuàng)始人嵇汝運(yùn)院士和陳凱先院士等人開發(fā)了量子化學(xué)從頭算通用程序 MQM81 和 MQM82 ，以及支持贗勢從頭計(jì)算的程序 MQMMP （ MP83 ），可用于一直到氡元素的各類分子計(jì)算。



參考文獻(xiàn)：

陳凱先，劉洪霖，吳國是，廖沐真，嵇汝運(yùn)，量子化學(xué)贗勢法半從頭計(jì)算程序 MQMMP 的設(shè)計(jì)，分子科學(xué)學(xué)報(bào)， 1 ， 65 ， 1981 。

陳凱先，嵇汝運(yùn)，劉洪霖，陳念貽，吳國是，廖沐真，大分子的量子化學(xué)從頭計(jì)算技術(shù)及其程序化，分子科學(xué)學(xué)報(bào)， 1 ， 103 ， 1982 。



2.5 中國科學(xué)院上海藥物研究所嵇汝運(yùn)和陳凱先等人開發(fā)的基于從頭算法和半經(jīng)驗(yàn) CNDO/2 方法的分子靜電勢程序，用于藥物分子構(gòu)效關(guān)系的研究。



參考文獻(xiàn)：

《嵇汝運(yùn)論文選集》編輯小組，《嵇汝運(yùn)傳記》。 http://www.dddc.ac.cn/group/ryji.htm



3. 密度泛函程序的前身—— X α程序。



3.1 國防科技大學(xué)趙伊君和張志杰編寫的 X α程序，用于計(jì)算非相對(duì)論性及相對(duì)論性原子結(jié)構(gòu)。



參考文獻(xiàn)：



張志杰，趙伊君，用優(yōu)選法確定 X α理論中交換參數(shù)值，國防科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 03 ， 21 ， 1979 。

趙伊君，用 X α法計(jì)算非相對(duì)論性及相對(duì)論性原子波函數(shù)時(shí)的一些方法問題， 04 ， 19 ， 1980 。

張志杰，趙伊君，原子的 X α波函數(shù)，原子能出版社， 1983 。



3.2 吉林大學(xué)江元生（現(xiàn)在南京大學(xué)）等人在國產(chǎn) TQ-16 計(jì)算機(jī)上編寫了 SCF-SW-X α程序。



參考文獻(xiàn)：

于微舟，劉永振，張明瑜，馮果忱，江元生， SCF-SW-X α方法計(jì)算多原子分子的能級(jí)和電離能，科學(xué)通報(bào)， 23 ， 1471 ， 1981 ；高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào)， 4 ， 516 ， 1982 。

[ Last edited by mingdong on 2009-10-26 at 17:13 ] 返回小木蟲查看更多