什么是生活的数学语言？
生命的物理学是什么？
在2019年11月举行的CUSPEA40四十周年大会闭幕式上，北京大学前沿交叉学科研究院汤潮教授在演讲的最后抛出了几个发人深省的看似“无解”的问题。这是生命科学领域最前沿的问题之一，也是汤潮从事跨学科研究以来探索的主要方向。
汤潮在统计物理、凝聚态物理、非线性科学、复杂系统、物理生物学、系统生物学等领域做了许多开创性的工作，其中许多被写进了教科书。他是同学心中的“理科男神”。他以独特的“科学品味”，致力于用物理思维方法研究生物问题，探索生命系统中的数量规律和设计原理。
让我们走近中国科学院新院士、北京大学教授、前沿交叉学科研究院执行院长、数量生物学中心主任汤潮教授，感受一下这位北大“男神”独特的科学味道吧！
物理学家的生命科学探索之路
中学时，他最喜欢物理，考上中科大物理系是他的梦想。但高考那年，HKUST和北大物理系没有在江西招生，汤潮进了力学系。出于对物理的热爱，他在大学自学了很多物理，也经常上物理系的课。
20世纪80年代，李政道发起了CUSPEA项目，实现了汤潮的“物理梦”。该计划由中美双方通过特殊招生渠道联合举办，每年选派约100名国内大学生赴美攻读博士学位。汤潮作为第一批参加CUSPEA项目的国际学生来到美国，在芝加哥大学学习统计物理学。
汤潮的导师卡达诺夫是一位统计物理学大师，对他影响很深。“经常是聊着聊着，研究方向就在那里。”支以讨论为基础的科研教学氛围，超越学科界限关注科学问题的思维方式，认真深入的研究风格，不仅为奠定了坚实的物质基础，也培养了他敏锐的科学嗅觉和思辨能力，形成了他日后的学术风格。
很快，布鲁克海文国家实验室博士后汤潮在自组织临界性问题上取得了卓越的成就——这是他在研究生阶段就非常感兴趣的一个方向，在学术界引起了巨大的反响。
1991年，汤潮在NEC普林斯顿研究院工作。这里没有研究限制，但是有充分的自由和空。利用这个机会，汤潮开始探索新的领域。他有一种敏锐的感觉，自然界最复杂的生命现象都能提供新的“材料”。汤潮开始接触生物问题，“感到特别有趣”。
在他看来，生命科学有很多领域可以探索，但有点“迷茫”。于是，他开始参加各种小组会议，阅读生物文献，度过了苦乐参半的半年，享受着探索的过程，却苦于“找不到研究课题”。
真正的转折发生在一次关于蛋白质折叠的学术讲座上，是斯坦福大学的一位超导物理教授讲的。他的研究方向从物理学转向生物学。“我突然明白了，”汤潮意识到。"有没有可能用统计物理学的方法来研究蛋白质折叠问题？"我在不经意间找到了我在生命科学领域的第一个话题——这个问题也让汤潮在日后提出了一个新概念，即蛋白质结构可设计性的概念。
“生命现象是一片沃土，可以孕育出新的物理、数学、计算机科学等。”蛋白质对折叠的研究开启了汤潮跨学科研究的航程。他试图用物理学的思维和方法解决更多生命科学领域的问题，从此“一发不可收拾”。
“是我为国家科研发展做贡献的时候了”
自2005年以来，汤潮一直在加州大学旧金山分校任教。这里不仅有最优秀的生物学家，还有最前沿的生物课题。汤潮参与招生、科研、教学、管理等各个方面，帮助UCSF确立了系统生物学的研究方向。
六年后，事业有成的汤潮突然决定回国。当时中国的交叉学科在理念和研究环境上与国外有很大差距。
“改革开放和留学改变了我的人生轨迹和整个国家的命运。现在，是我为国家科研发展做贡献的时候了。”
在汤潮看来，国内形势发生了很大变化，国民经济、国力、国家科研投入都增加了很多。事实上，自20世纪90年代以来，汤潮经常往返于美国和中国之间，在一些大学和研究所举办讲座和参加学术会议。
1999年，受李政道委托，汤潮开始筹建理论生物学中心，即定量学生中心的前身。他刚开始回来两三个月，直到2011年，他才和家人回到家里。回国后全职担任数量生物学中心主任和北大-清华生命科学联合中心学术委员会委员。
“在今天的生物学中，有许多原理、公式和数学方程，但未来更有可能出现新的‘生命的数学语言’和新的‘生命的物理学’。如果坚持打破学科界限来研究生命现象，影响将是巨大的。”
汤潮带领团队，利用北大多学科优势，集中数学、物理、化学、工程、生物、信息科学等学科的研究力量，开展并推动了定量系统生物学研究的一系列进展。
汤潮研究组将非线性动力学概念应用于生物调控网络，提出了生物系统鲁棒性的理论解释，为细胞周期、细胞命运决定、干细胞重编程等生物学问题提供了新的定量视角。他们还利用统计物理研究了生物网络的拓扑结构和功能之间的关系，找出了通用的设计原则。
2002年，李政道先生与理论生物学中心的一些成员合影。
理论中心的发展得到了社会各界的肯定和好评。不仅被评为教育部首批创新研究团队，还成为2007年国家自然科学基金委支持的首个“跨学科”创新研究群体。2008年获得北京市重点学科建设支持，进行交叉学科研究。
“两个孩子，一个初中，一个高中，为了他们回国牺牲了很多，但他们还是和我一起回来了。我老婆除了北京空氛围有点差，没有其他抱怨。”在家人的支持下，汤潮致力于中国交叉学科的建设。
培养具有“科学品位”的跨学科人才
汤潮将导师卡达诺夫自由、宽松、严谨、深入的培养理念，在学生培养、科研人才管理、招生等各个方面“复制”到了数量生物学中心和北大-清华生命科学联合中心。
他多次用“科学的味道”来形容对学生的要求。"科学品味是对科学问题的敏感性，以及知道如何提出一个好的科学问题."在他看来，自由轻松的氛围也有助于培养思辨精神和科研热情，这与知识和技能同等重要。
唐回北大脱产后，培养了第一批博士生。
“每周定期讨论别人的一篇文章，大家会评价这个研究做得对不对，解决了什么问题，有没有意思。这些都是提高科研品位的过程。”
两个研究中心为创新型跨学科人才的成长提供了“宽松优质的土壤”。不在乎文章发表，采用五年一次的评价制度。在汤潮看来，这样的制度可以让大家静下心来思考一些长期的、有意义的工作。
没有专业限制，没有年龄限制，没有考试……生命科学联合中心看似“放任自流”的招生模式，其实是严格而苛刻的。没有专业限制，希望将学生招聘的背景拓展到生命科学之外；没有年龄限制，不限于应届本科生，更有利于找到更有经验的人才；无考试意味着新的评价模式——学生PI面试多，需要回答的问题范围广——这样可以对学生的素质有更准确的了解和掌控。“希望把学生从考试中解放出来，培养他们发现问题、解决问题的能力。”
唐朝和实验室的同学在北大定量生物学中心年会上。
近年来，前沿交叉学科研究院执行院长汤潮将他的想法扩展到了更广阔的领域。该院10个中心涵盖了数学、物理、化学、生物、医学、工程等学科的多个交叉研究领域，聚集了一大批学术带头人和青年学术骨干，在开展各类前沿问题研究和科技攻关方面取得了一系列重大研究进展。
每年都有大量的研究成果发表在研究所各个中心的各种学术期刊上。各中心先后承担了“863计划”、“973计划”、“国家自然科学基金”、“国家重大科技专项”等数百项国家、省部级科研项目，获得多项国家自然科学奖和国家技术发明奖。
“要实现真正的跨学科，还有很多事情要做。”汤潮的探索之路从未停止。“我希望有一天我们的学科概念更加淡化，所有学科彻底打通，沟通更加顺畅，甚至不需要成立一个像十字学院这样的机构。”
届时，“生命的数学语言是什么”“生命的物理学是什么”可能都不是问题。
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汤潮，北京大学物理研究所教授，前沿交叉学科研究院执行院长，定量生物学中心主任，北大-清华生命科学联合中心学术委员会主任。
汤潮教授在统计物理、非线性科学、复杂系统、物理生物学等领域做了大量开创性的工作。近年来，他致力于用物理学的思想和方法研究生物学问题，探索生命系统中的数量规律和设计原理。
2019年11月22日当选中国科学院数学物理系院士。
来源:北京大学采访:、陈、、、王鹏、文字:、摄影:汪甜甜资料图片:受访者提供排版:肖宇编辑:赵华华
