江元生

江元生（1931.8—2014.01），江西宜春人，中国科学院院士，物理化学家，教育家。

图1：江元生院士

童年时入读南京鼓楼小学。1942年进入袁山中学（现宜春第一中学）读书。1948年考入中山大学数学系，一年后转入化学系就读。1950年再次参加高考，考入武汉大学化学系。1953年从武汉大学化学系毕业，来到东北人民大学（吉林大学前身）化学系攻读研究生。1956年研究生毕业后留校任教，先后担任吉林大学化学系、理论化学研究所助教、讲师、副教授、教授、博士生导师。1983年至1984年在美国康奈尔大学化学系做访问学者。1991年当选为中国科学院学部委员（院士）。1992年调入南京大学化学系工作，担任教授、博士生导师，领导创建了南京大学理论与计算化学研究所。2005年当选为国际数学化学科学院院士。在高分子凝胶、配位场理论方法、分子轨道图形理论、价键理论等方面的研究做出了突出的贡献。曾获两项全国科学大会奖，1982年和1987年与唐敖庆教授等人两次荣获国家自然科学奖一等奖，2000年获教育部科技进步奖教材奖一等奖，2005年荣获何梁何利基金科学与技术进步奖。发表学术论文100余篇，出版学术专著4部。2014年1月10日在南京逝世，享年83岁。

一、年少多舛 艰苦求学入名校

1931年8月18日，江元生出生在江西省宜春县。父亲江维华，年轻时参加国民革命并东渡日本留学。在日期间，参与中华革命党的创建工作，曾任粤军总司令许崇智的秘书长，为推翻清朝统治，实现民主共和立下了汗马功劳。江元生两岁时，父亲因积劳成疾，不幸英年早逝。母亲姚继英生育一女三男，江元生在家中最小。父亲去世时，几个孩子都未成年，家中失去了依靠。在父亲生前好友的照顾下，一家人辗转迁至南京。江元生6岁时入读南京鼓楼小学。

图2：江元生曾就读的袁山中学（现宜春第一中学）

1937年，抗日战争爆发，战火很快蔓延到南京。为避战乱，一家人再度迁回江西宜春，家境每况愈下。母亲不得不带着全家，回到宜春金瑞老家，靠典衣卖田维持生计。1942年春，江元生进入袁山中学读书。江元生勤奋聪慧，成绩优良，深得老师的赏识并给予他一些生活上的支持。但战乱使民生凋敝，江家的生活举步维艰。更为不幸的是，不到一年，江元生的母亲、外婆等至亲相继去世。他的长姐当时已远赴四川求学自谋生路，失去亲人的江家三兄弟成为孤儿，生活变得更加艰难。他们平时住在学校里，假期就寄宿在亲友家，度过了极其艰难的中学生活。

1948年秋，江元生以优异的成绩从袁山中学毕业，他和同学来到上海参加高考。几场考试下来，在焦虑的期待中，他收到了中山大学数学系的录取通知书。入学后，经过一年的学习，江元生认识到要成为一个一流的数学家，必须具备特别的天分。如果在数学这条路上一直走下去，毕业后充其量只能成为一名优秀的中学数学教员。而化学是一门实验学科，它既需要一定的数学基础，同时还需兼具良好的想象能力，江元生对自己在这两方面的能力都比较自信。他认为年轻人要展现自己的特长，必须选择适合自己的专业领域，才能把自己的潜能发挥到极致，对国家作出最大的贡献，从而充分实现自己的人生价值。江元生经过慎重考虑，决定转入化学系就读。1950年，当时被列为全国五大名校之一的武汉大学来广州招生，江元生又考入武汉大学化学系。这是他年轻时作出的有关自己前途命运最重要的决定。

二、师从名师 理论化学当翘楚

1953年，江元生从武汉大学化学系毕业后，因成绩优秀，被分配到东北人民大学（吉林大学前身）化学系攻读研究生，师从唐敖庆教授。从此，江元生的事业与理论化学研究紧紧地联系在一起。上世纪50年代初，理论化学还是一门诞生不久的新兴学科，在中国，研究者甚少。导师唐敖庆教授于40年代末在美国哥伦比亚大学获得博士学位，是中国理论化学的创始人和奠基者之一，江元生有幸成为唐敖庆教授首次招收的5名研究生中的一员，为他从事理论化学研究打下了良好的开端。唐敖庆教授给这届研究生系统讲授了两年的理论课，包括热力学、动力学、量子力学和统计力学以及线性代数和群论等数学课程。唐敖庆对学生非常严格，他认为要成为一名优秀的理论化学家不仅需要广博的化学知识，还必须具备扎实的数学功底，他要求自己的研究生和数学系的本科生一起学习数学分析和函数论。江元生的数学能力突出，遇到难题，同学们都会找他帮忙，江元生也乐此不疲。当时的东北人民大学校园内集中了一批国内著名的学者，如数学系的王湘浩教授、物理系的余瑞璜教授、化学系的唐敖庆教授等，可谓人才济济，学术氛围十分浓厚，盛极一时。这是江元生渴望已久的学术环境，他如鱼得水，如饥似渴地学习。为了学好量子力学，江元生还自学了经典力学。三年的研究生学习为江元生打下了今后从事理论化学工作的坚实基础，这也是他一生事业的起点。

图3：1956年，江元生（后排右1）研究生毕业照（后排左2为指导教师唐敖庆教授）

1956年，江元生研究生毕业，留校任教。在步入科研工作的最初岁月里，江元生主要在唐敖庆教授的指导下，对一些指定的课题作数学计算。在科研实践中，他认识到理论研究是一项综合性工作，包括查文献、定方案、计算和总结评论等众多的环节。要开展独立的科研工作就必须具备比较全面的能力和素质，而不是只能做某个环节的工作。为此，他开始了大胆的实践探索。

图4：唐敖庆教授（左1）在指导江元生（右1）等人

图5：唐敖庆教授（左）同江元生（中）等一起研究一种分子的光谱图

60年代，利用高能辐射使高分子交联，生成网状凝胶，改变材料性能，乃是当时化学领域的热门课题。根据对国内外科研人员在此方面的研究结果进行比较和分析，江元生经过反复推敲，认为凝胶具有不溶、不熔的特性，属于无穷大分子。无穷大的高分子凝胶的溶解必先降解，是一个不可逆过程，以热力学平衡为基础的计算方法显然并不合理。于是，他采用无穷大分子模型，经过两年的努力，克服了研究上的重重困难，推导出严格的凝胶量公式，为表征高聚物的交联程度提供了可靠的方法，比国际同行的研究结果更具普适性。这项成果得到了国内外同行的认可，开创和推动了国内这一领域的研究，江元生因此荣获1978年全国科学大会奖。

图6：江元生在作报告

首次独立担当科研工作获得了成功，江元生信心倍增。他以此来鼓励自己，在科研的道路上不断攀登，取得了一个又一个令人瞩目的成果。以下几项研究可见一斑。

1. 配位场理论方法

1963-1965年，教育部在吉林大学举办“物质结构讨论班”。讨论班上，江元生担任副班长。讨论班的学习进入第二年，开始撰写《365体育》一书。江元生在解决初稿中出现的疑难问题时，发现了问题的症结所在，即出现两次的耦合系数有选择的任意性，只有适当选择时，才能使两套耦合系数同时有可交换的性质。有了正确的耦合系数，他经过详细推导，对配位场理论计算中必须借助的点群V系数和W系数问题作了彻底处理，解决了直积分解中不可约表示重复出现的V系数和W系数，以及C类（共轭）表示出现的V系数和W系数问题，使之系统化；他还提出了一种以点群为基础的旋轨作用能的计算方案。这两项成果与其他成果一起，为撰写《365体育》提供了丰富的原始材料，构成了第3章和第7章以及附录内容的基础。1982年，配位场理论研究以集体名义荣获国家自然科学奖一等奖。

图7：1965年，唐敖庆与物质结构讨论班学员合影（左起：古正，孙家钟，刘若庄，张乾二，唐敖庆，戴树珊，邓从豪，江元生，鄢国森）

图8：唐敖庆、江元生等人获得1982年国家自然科学奖一等奖证书

2. 分子轨道图形理论

凭借在量子化学领域内长期实践锻炼出的洞察力，江元生深刻地感觉到在简单分子轨道理论的计算过程中，似乎存在着某种必然的“看图识字”规则。也就是说解决同一问题，通常应按部就班，经过复杂的中间运算步骤获得结论；但有时也可能找到另一种更简捷的方法，无需经过中间运算，一步得到结论。江元生追求后一种方法，认为它是更贴近对事物本质的描述和表征的手段，从中能获得“科学美”的享受。1974年，江元生实现了用图形推理规则，将简单分子轨道的基础内容概括为三条定理的形式。这三条定理意义直观，应用简便，论文的发表对当时的国内科教界影响很大，也引起了国外学术界的关注和评论。值得一提的是，江元生的一位博士生在日本跟随诺贝尔化学奖获得者福井谦一教授从事博士后研究时，曾运用这“三条定理”推导出一组碳氢化合物分子振动频率变化的图形规则，令福井谦一教授印象深刻。为此，他专门写信给江元生说“我的研究小组在20世纪60年代时，也曾注意到这种图形规则，但未能坚持下去，没想到，这一成果被您发现了，真令我佩服。”随后，福井谦一正式邀请江元生赴日本讲学并参观他新成立的“基本化学研究所”。

图9：1970年代，唐敖庆与教师们合影（前排右3为江元生）

由于成果突出，1978年，江元生连升两级，由讲师晋升为教授。1981年，他被评为物理化学专业博士生导师。1984年，江元生获“国家有突出贡献中青年专家称号”。1987年，因分子轨道图形理论的系列成果，江元生及合作者再一次获得了国家自然科学奖一等奖。

图10：唐敖庆、江元生等人获得1987年国家自然科学奖一等奖证书

3. 价键理论的复苏

量子化学产生于人们对化学键本质的追求，即什么作用力使原子结合为分子。1927年，Heitler和London用量子力学方法成功地计算了氢分子的平衡键长和解离能，奠定了化学键理论的量子基础，开创了人类认识原子、分子世界运动规律的新纪元。价键(VB)理论、分子轨道(MO)理论和晶体(配位)场理论成为初期阶段这一领域的三种重要理论方法。价键理论以键连原子轨道对自旋反平行作为化学键变分函数，恰当地表征了双中心化学键中电子的相互作用：库仑相关与自旋相关效应，赋予电子定域及近似可迁属性，其图象接近化学实际；但原子轨道的非正交性与其多电子波函数的复杂性造成的数学困难，严重阻碍了价键理论的后续发展，导致其长期停滞于定性应用。基于对分子轨道理论与价键理论的同等重视和兴趣，1990年后，江元生致力于中等及大尺寸共轭分子的经典价键理论方法和计算的研究。由于价键理论固有的计算困难，国内外有关文献极少涉及中等共轭分子（含20-30个碳原子）的精确计算，限制了这一理论的推广应用，也使大量价键理论结果的可靠性无法得到评估。江元生等人通过近十年的探索，建立起了自己的新算法。他们在经典价键理论框架内，利用矩阵三对角化和波函数编码技巧，处理了一系列中等共轭分子(30π电子，当时价键理论计算的上限)体系，进而利用密度矩阵重整化群（DMRG）方法实现了准一维共轭大分子体系的高精度计算。他们讨论了这些共轭分子的键长、反应活性、磁性耦合常数和芳香性等，给出了与实验相符的理论解释，国际同行将他们的计算结果作为标准数据，用以检验和评估各种近似理论工作中的计算参数和结果。江元生所领导的价键理论工作成果，被视为价键理论的复苏。该项成果使江元生获得了2005年何梁何利基金科学与技术进步奖。

图11：江元生获2005年何梁何利科学与技术进步奖证书

三、二次创业 建立南大理化所

对一般人来说，60岁应该是退休在家、安享天伦的年纪。但是江元生在年逾花甲之时，为了事业，对自己的人生作出了一次新的选择。1992年，江元生和夫人梁映秋离开吉林大学，一起调入南京大学，开始了他的第二次创业。

图12：在南京大学工作时的江元生

初到南京大学，江元生面对的是实验设备简陋、经费紧张、办公用房奇缺的现状，真正是白手起家，一切都要重新开始。除了繁重的科研工作之外，江元生着手为本科生讲授结构化学并亲自编写教材。针对化学的学科特点，他坚持采用概念和推理并重的写作原则。1997年后，他编写的《365足球》中英文两种版本相继出版了。1999年，该书获教育部科技进步奖教材奖一等奖。

图13：江元生专著——结构化学

2001年，在江元生的积极倡议下，南京大学新成立了理论与计算化学研究所，作为学校扶持的学科特区，在经费、用房等方面，得到了学校的大力支持，它为年轻学者的成长提供了一个很好的平台。江元生担任研究所学术委员会主任。在他主持下，研究所在短短几年时间内，教学与科研均取得了丰硕成果，发展成为国内一流的理论化学研究所。多次举办国内和国际学术会议，林圣贤、杨伟涛、吴云东等十多位国际著名理论化学家应邀前来讲学访问。在此期间，江元生当选为国际数学化学科学院院士和英国皇家化学会会士。

图14：2001年，南京大学理论与计算化学研究所成立（前排左7为江元生）

历经20多年的发展，南京大学理论与计算化学研究所已经从最初的10余人发展至目前的100余人。研究方向涵盖了理论与计算化学的三个重要分支：（1）量子化学；（2）反应动力学；（3）统计理论与分子模拟。研究所致力于发展处理各类复杂体系的高效理论化学计算方法和具有自主知识产权的计算软件，并利用各类理论方法研究化学、生物、材料等体系的微观机制。已经在大分子和凝聚相体系的量子化学方法、复杂体系量子动力学、光电材料的结构与性能预测、化学反应机理和计算驱动的有机合成等方面取得了系列具有原始创新性的研究成果。

四、身正为范 道德文章勉后人

学生师从老师，学到知识和本领，老师指导学生，传道授业解惑。学生的成长进步凝结着老师的心血与汗水，在学生完成的科研成果署上老师的名字，本是理所当然的。但在江元生的心里，并不这样认为。

一次，所里一位青年教师和学生在JACS上共同发表一篇重要文章，即将刊出，上面也署上了江元生的名字。他们认为，这项工作的完成得益于江元生的多次指点，署上他的名字，理所当然。江元生知道后对他们说：“在学术界，你们还都是初出茅庐的年轻人，完成一项好工作，付出很多，实属不易，要是署上我的名字，别人一定认为是我的工作，这不但不公平，而且长此下去，对你们的成长不利。”在江元生的坚决要求下，这位青年教师只好把他的名字拿下来。所有江元生的学生都知道，他是不会轻易同意在同事和学生的论文上署名的。江元生的言传身教深深地影响了自己周围的青年同事。

图15：江元生在南京大学与青年教师交流

江元生在文章成果署名上处处为年轻人着想，甘为人梯，促进青年人快速成长，但在指导学生论文时却非常认真严格。他的学生回忆说：“江老师修改论文时，几乎每篇文章至少看两遍以上，第一遍改过了，他看后不满意，又提不出更好的意见，会放几天再看，再重新修改。江老师对待科研很严谨，如果发现你做得不对，他会毫不客气地批评你，所以我们都有点怕他。”

江元生的“实事求是”不仅是对待学生这样，对待他自己则更加苛刻。他的夫人梁映秋回忆，曾经有一个人奉上级之命，给江元生写传记。这位同志经过周密而充分的调查后，深为江院士的人品和科研精神感动，花了半年多时间，洋洋洒洒写出20万字的书稿。江元生读后，感到“有点拔高”“言过其实”，不同意出版。

江元生最钦佩的人是林则徐。民族英雄林则徐的名言“海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚”，成为他做人做事的信条。他最不愿意做的事是为了私利，去迎合世俗，相互吹捧，结帮营私。他认为，一名真正的科学家必须具备的素质是：高尚的人格，求实的作风，不屈服于权势和执着的研究精神。他严谨治学，为人正直，时刻以自己的模范身教影响学生和同事。他培养学生们良好的科学素质和学术道德，同时还满腔热情地给大学生、研究生讲基础课和编写教材，极尽一名老师的职责。诺贝尔化学奖获得者霍夫曼教授对江元生曾有过这么一段评语：“江博士有着极好的品格，以一种文雅和富有进取心的风格去探索自然界的奥秘，他是多么友善和杰出的人物。”这位著名外国学者对江元生的这价如实地反映了他的素质和他在学术界的影响。

图16：1983-1984年，江元生（中）在康奈尔大学访学期间，在诺贝尔化学奖获得者罗阿尔德·霍夫曼教授（左）家中作客

长期高强度的工作，严重损害了江元生的健康。2005年和2006年，他大病了两场。突如其来的病魔并没有击垮他，凭着坚强的毅力，他战胜了疾病，重新回到了工作岗位。他的学生黎书华说：“我们经常开玩笑，一年365天，江老师除了大年初一，其他时间都要上班。”江元生的敬业，几十年如一日，教学科研就是他的生活。直至离世前，他每天都会准时出现在南京大学化学楼二楼的办公室，在理论化学这块园地里继续辛勤耕耘着。

图17：2008年5月，江元生担任组织委员会主任在第十届全国量子化学会议上作报告

“老骥伏枥，志在千里，烈士暮年，壮心不已”，晚年的江元生，虽然追逐梦想的脚步放慢了，但他心中的信念却比以往更加坚定：在不久的将来，中国一定会成为一个理论与计算化学的强国。这是一位为了中国科教事业奉献一生的老科学家终生夙愿，永远值得后辈们学习和敬仰。

图18：弟子们庆祝江元生八十华诞