1998年叶大年院士（中）在武汉黄陂抗洪大堤上做防水材料试验

（图片来源：中国科学院院士文库）

如果说从1958年入学北京地质学院算起，我从事地质工作已经50多年了，一辈子做科学研究工作，深切地体会到科研工作的本质是创新，科学家的责任就在于为人类的知识宝库增添新的内容。

在大学二年级时，有一门专业基础课叫晶体光学，它是讲授偏光显微镜下鉴定矿物技能的课程，是我所学专业的看家本领之一。但是这门课竟然没有讲述一丁点理论，我深深不解，感到自己有责任搞清其中的理论问题。到了三年级，我学习了一些晶体化学的知识，就发现矿物的晶体结构与它们的光学性质之间的关系若明若暗，这就使我“窥视”到一个新领域——结构光性矿物学，于是我就立下志向要用毕生的精力去开拓它。1962年，我大学毕业考取了中国科学院地质研究所的研究生，师从何作霖院士。我向他说明，我的志向是开拓结构光性矿物学的新领域，他欣然同意。这样我就有两位恩师，一位是光性矿物学专家何作霖院士，另一位是北京地质学院的晶体结构分析专家彭志忠教授，从他们那里学习基础的知识和技能，为开展自己的创新性研究准备条件，寻找科研的切入点。万事开头难啊！这时钱伟长院士及时给我指点，教我如何选题。他说书本上的东西不是尽善尽美的，要注意那些不深不透之处，建议我阅读温克勒著的《晶体构造与晶体物理性质》。正是这本书帮助我找到了切入点。书中提到，氧离子作最紧密堆积的晶体，其折射率接近于1.7，但是没有论述为什么。我查阅了其他的英文、俄文和日文的专著，也都只有这个说法。于是我就决定从这里打开缺口，经过两天两夜的苦思冥想，终于推出一个公式把氧离子最紧密堆积结构与折射率之间的定量关系建立起来，用这个公式计算出来的折射率与实验惊人的一致。有了这突破，就一发不可收，陆续发现一系列定性和定量的规律。经过26年的不懈努力，终于在1987年出版了专著《结构岩性矿物学》，实现了自己的夙愿。

“文革”期间我自己反思，认为一个科学家应该既搞阳春白雪的纯基础理论研究，同时也应该搞下里巴人的应用科学研究。此后40多年的科学生涯是“阳春白雪”和“下里巴人”的同台演出。

40多年来我研究过铸石、水泥、陶瓷、耐火材料、电厂的粉煤灰和冶金炉渣，我用自己掌握的岩石学和矿物学的知识解决上述材料的技术问题。我曾经日以继夜地在冶金炉旁、在窑炉边、在工厂实验室里和工人师傅、技术人员同吃、同住和同劳动，解决了一个又一个的技术问题，发表过几十篇应用科学的学术论文。回忆这段丰富多彩的生活，感到非常快慰，既增长了解决技术问题的才干，又增加了对社会的了解。最令我兴奋的是，通过这些材料的研究反而促进了我对岩石学和矿物学的研究工作。例如，铸石中的主要矿物是辉石，它也是岩石中的主要造岩矿物，研究铸石中的辉石，使我对辉石族矿物有全面的认识，导致我完成了一篇很重要的论文《单斜辉石的X射线粉末法研究》，解决了矿物学中的一个难题。X射线粉末法是矿物鉴定中常用的方法之一，也许是属于雕虫小技的“下里巴人”，为了解决实际问题，我决心钻研它，用了几年工夫，完成了一部著作《X射线粉末法及其在岩石学中的应用》，这部书是地质实验室的必备参考书。“阳春白雪”往往会源自“下里巴人”之中。1980年，我指导研究生解决了长石矿物学中一个老大难的问题，即用X射线同时测定斜长石的结构状态和成分。这一成果得到世界最著名的长石专家的认同。

1975年，我被抽调去找富铁矿，并被任命为一个变质铁矿小分队的队长。我从1960年起就没有接触变质岩，这项任务对我来说无疑是困难的。我想既然领导信任，就必须努力去完成，“彼人也，余人也，彼能是，而我乃不能是？”韩愈的这句名言鼓舞着我去干。“干字当头，学就在其中，干就是学习”，在3年的富铁矿找矿中，我虽然没有找到富铁矿，可是我完成了两篇重要的论文：《河南省变质相带的划分及变质铁矿找矿方向的预测》《河南信阳变质带中3T型多硅白云母和C类辉榴石及其大地构造意义》。如果没有富铁矿的找矿任务，我是断然不可能去研究河南的变质岩的，更不可能有这样重要的发现。有一段时间，我们研究所的青年人说：“叶老师运气真好！一篇文章成了大地构造学家。”我要说明的是，我对大地构造知之不多，绝非大地构造学家，至于说到运气，我对造岩矿物的长期关注，就是为了等待这样的机遇到来。

颗粒的堆积问题是材料科学、物理学、化学和地质学讨论过的经典问题，一二百年来，不断有人研究。我关注颗粒堆积长达30多年，因为铸石、水泥、陶瓷、玻璃的研究中屡屡遇到它，我就亲手做实验，研究不同粒度、密度和形态颗粒的随机堆积问题，即研究堆积体的密度和孔隙率。经过上百次的实验得到了一些规律，其中有些是前人没有发现过的，例如，颗粒的比重与堆积体的孔隙率关系，当颗粒的比重高于或低于某个阈值时，孔隙率会降低；又例如颗粒的形态一般不影响孔隙率，但特殊形态的颗粒有巨大影响，如四面体颗粒的堆积体孔隙率最大等等，这些特殊性在水利建设上非常有用。

在微观世界里，原子或离子的堆积是结晶学讨论的问题，我产生了一个猜想，如果知道每个离子“占有体积”，那么它们加起来就应该是物质的体积。我的一位研究生不解地问我：“这不是一加一等于二吗？有什么可研究的呢？”其实问题并不简单，这是分子体积可加和性的问题。经过长达10年的研究，在提出离子拓扑体积的新概念后，证明在一定条件下分子体积具有可加和性。

当把岩石看成是氧离子“随机堆积体”时，可以利用亚佛加得罗常数，用岩石比重和化学分析数据推算出岩石中每一个氧离子的平均占有体积。我们经过了几千次计算，发现地壳中的各种岩石的氧离子平均占有体积非常接近，可以看为一个常数，即地壳氧离子平均体积守恒律。

50多年的科学生活，我最大的体会是，科学研究的本质在于创新，科学家的快乐来源于创新。

（节选自《新民晚报》，2011年1月22日，B7版）