爱华网69岁的中科院院士叶大年2008年从全国政协常委、民盟中央常委等职务退下，全身心投入自己开创的“城市对称分布规律”专项研究，专著《城市的对称分布和中国城镇化趋势预测》随即脱稿付梓。“城市对称分布规律”专项研究始于10多年前，很多省市邀请叶大年作“地理与对称”专题演讲，中央党校《学习时报》整版刊登了他的《城市是上帝撒下的棋子》。叶大年说：“不想大家只听一个新鲜热闹，对城市分布规律的认识能对中国城镇化进程起到参考作用”。从微观、自然科学范畴的矿物学，到宏观的、社会科学意味的“城市对称分布规律”，这位“两栖型”科学家成功的“拓界”科研实践带给社会的贡献与启发，显然不局限于这两个专业领域。我国中长期的发展目标锁定到2050年达到中等发达国家水平。这意味着城市化至少达到50％，未来几十年中国城市人口要增加4亿多，城镇化如何究竟布局？理论依据何在？这触发了叶大年对经济地理分布规律的深入探索。城镇布局，抽象来说就是地图上代表城市的圆圈的布局。叶大年发现这很像X射线结晶学的单晶倒易点阵相片，那么能否用结晶学的概念和方法研究城市化问题呢？对称是结晶学的研究对象，是自己的老本行，叶大年想到用地图表示经济地理的对称性。而当年德国气象学家魏格纳研究地图时发现美洲东海岸与非洲西海岸的海岸线相似后提出“大陆漂移学说”，坚定了叶大年从地图上发现“秘密”的信心。用对称的概念去审度地图，他很快发现湖南和江西两省以武汉－幕阜山－罗霄山一线为对称轴，在地质条件上有很大的相似性，并造成自然地理上的相似性。其后他又拓展了传统的轴对称、中心对称、旋转对称概念，形成包括平移对称、曲轴对称、斜对称、色对称、反对称在内的广义对称概念，并一头扎进地图的海洋。他结合历史上经济社会的发展历程，认真探究了数百幅不同比例尺的中国和世界地图，挨个国家比对、逐个地区标画，终于惊喜地发现地图上一个区域内的城市分布很有规律！他进一步总结出数条对称原理：区域经济地理以标准对称或色对称为理想状态，有利于政治的安定和经济的持续发展；自然条件不对称的区域不可能发展为标准对称的经济地理格局，只能发展为色对称。aihuau.com叶大年将结晶学里的对称、等效点系、格子状构造等概念引入城市地理学中，考虑到地质、地理和人文社会之间的关系，发现城市在地图上的对称分布特征表现为城市沿交通线近乎等距离分布，在一定范围内呈格子状分布，以一个城市为中心的周围城镇呈靶形分布。地质构造的格子“性质”导致江河溪流有方向性。人们依水而居，集镇和城市就形成了，这就是城市格子状分布的根本原因。中国东部大中城市的分布图形呈现格子状，就是二维平移对称的体现。叶大年在研究城市对称分布时对铁路特别关心。他分析了我国铁路干线上城市的分布状况，越是经济发达地区，城市间平均距离越小。这样比较另两条南北大动脉京广线和津厦线，京九线通车后就可以预见沿线会发展7至11个县级市、出现一两个100万人以上的大城市。他进而预测这个未来的大城市是赣州，“因为其为中心直径550公里范围内没有一个城市大于赣州，都不能抑制它发展”。同比“赣州预测”，叶大年关于湖南怀化的发展预测更加让人信服。他根据历史判断“大城市网络的‘空洞’与新兴城市的崛起密切相关”，又测算出中国大城市之间的平均距离是350公里。在中国大城市网络中存在怀化、六盘水和延安等几个“空洞”，他预言“这些城市迟早要像郑州那样发展成大城市，它们的今天就是郑州的昨天。”他尤其青睐怀化独具的区位优势，判断其早晚要成为五省通衢的中心城市，他撰写的《怀化：发展中西部的一着重棋》，在《怀化日报》和《湖南日报》发表后反响极为强烈，报纸一时脱销。这些关于湖北、贵州城市对称分布及发展预测、豫南经济带的城市化趋势等研究成果都引起高度重视。1994年重庆成为直辖市，叶大年考虑重庆应该有通向出海口的最佳交通线，他经过调研得出结论，最佳路线是走怀化到广州。他联合重庆、贵州、湖南、广东的政协委员和人大代表，提议修建渝怀铁路，现在这条铁路已经通车。2004年，他从发展经济和国防的角度，建议修建内蒙古临河到新疆哈密的铁路。提案前，他专门请教了北京大学明清史专家，查阅了清代魏源所著《圣武记》，清楚地了解康熙帝3次西征噶尔丹的路线。目前该铁路的临河至额济纳旗策克口岸一段已基本完工。开创一个领域并有所突破，对科学家来说可谓梦寐以求。叶大年的成功并非幸运和偶然。在原来领域极高的造诣，这为他的拓界之路奠定了基础。叶大年祖籍广东鹤山。其父叶勉之从中山大学土木工程系后就投身修筑铁路、公路、机场的事业之中，襁褓中的叶大年随父母离开了家乡，辗转于滇、川、桂，直到1946年在贵阳安顿下来。在贵阳，叶大年就读铁路工程处办的扶轮小学。他至今还记得老师不但讲授车站、道岔、轨距、隧道、坡度等铁道常识，还讲詹天佑等科学家的故事。学生时期的叶大年成绩名列前茅，并且对地理和数学产生了浓厚兴趣，偏爱地图和逻辑推理。他记得地理老师讲“苏联的钢城马格尼托哥尔斯克和煤都卡拉干达两个城市间是钟摆式的运输关系，中国的攀枝花和水城将来就是马格尼托哥尔斯克和卡拉干达那样”。“三线”建设时，攀枝花和六盘水的关系果然如老师所说的钟摆式！1958 年，叶大年考上北京地质学院（今中国地质大学）地质系。1962年，叶大年以优异成绩考入中国科学院地质研究所（今中国科学院地质与地球物理研究所），师从我国岩石组构学第一人何作霖教授。叶大年把自己希望从事晶体光学性质与晶体结构之间关系研究的想法告诉导师，开明的何作霖同意他把“结构光性矿物学”作为主攻方向，还请北京地质学院矿物和岩石学专家彭志忠教授教叶大年晶体结构测定的方法。1964年，叶大年在《科学通报》上发表了论文《氧离子最紧密堆积构造与矿物折射率之间的定量关系》，表明“结构光性矿物学”是一个新的研究方向。何作霖颇为赏识，帮他修改论文的英文稿，并推荐到《中国科学》杂志发表。研究生毕业，叶大年留所以研究实习员的身份参加工作。光性矿物学是地质学领域的一门技术性基础课，内容是描述透明矿物在偏光显微镜下的特性，但其理论体系还是空白，叶大年决心要建立光性矿物学的理论体系。他首先从氧离子最紧密堆积结构入手。最紧密结构是一种极为重要的结构类型，许多晶体物理、结构化学和矿物学的名著都提到这类结构晶体有接近的折射率 1.7，但是并没有更深入的分析。1964年，叶大年揭示出氧离子最紧密堆积晶体的折射率是氧离子平均占有体积、四面体和八面体孔隙充填率、阳离子成分和阴离子聚合度等因素的线性函数，并给出这个函数关系的表达式，以此可精确计算所有氧离子最紧密结构晶体的折射率。他又从晶体结构和离子的电子构型两个层次研究矿物光学性质与其内部结构之间的关系。他关于碳酸盐光学异向性的研究，计算方法比诺贝尔奖获得者布拉格的方法简便得多。叶大年1982年建立了光性异向指数和离子团极化率椭球半径的概念，从而使矿物折射率异向性的理论计算大大简化，且有很高的精确度。1986年，叶大年获中科院自然科学二等奖，1987年出版了世界上第一部结构光性矿物学领域的专著《结构光性矿物学》，揭示出许多定性和定量的规律，将几十个不同种矿物的光学性质用一个统一的公式定量地联系起来，这在矿物学历史上未尝有过。我国地质研究部门直到上世纪70年代才逐步武装X-射线照相机和衍射仪，X-射线粉末衍射法仅仅被作为鉴定物相的工具。叶大年认识到X-射线粉末法对地质矿产事业有重大作用，有必要推广这种技术，最重要的是要告诉地质工作者该法能解决什么具体问题。他从最主要的造岩矿物斜长石、辉石、角闪石、石榴石和橄榄石入手，经过艰苦的努力于1975年发表了一张用衍射仪鉴定单斜辉石的图表，解决了矿物学家多年没有解决的难题。1987年，他和金成伟合著出版了《X射线粉末法及其在岩石学中的应用》，成为岩石学家重要的工具书。1975年，叶大年参加中科院“富铁矿会战”，并担任许昌队变质岩分队长，在河南寻找高品位变质铁矿。他用变质相系的观点编绘了河南变质相与变质带图，为找矿指明了方向。一个偶然的机会，叶大年在大别山发现了3T型多硅白云母和C 类榴辉岩。当时“大陆板块构造”学说很热门，一直关注“板块构造”的叶大年敏锐地认识到他的发现正是板块间碰撞的证据，于是他撰文证明秦岭——大别山是一条高压变质带，为秦岭——大别山是华北板块和扬子板块的缝合带提供了直接的岩石学证据，并论证了其在中国大地构造中的意义。文章引起很大反响，对后来的大别山超高压变质作用的研究起了先导作用。1976年唐山大地震后，叶大年被编入研究地震地质的队伍，他从华北油田的岩心切片中发现玄武岩里有过冷却条件下结晶的球体和骸晶，判定华北的新生代有海下的玄武岩喷发，该结论对地震地质和油田地质都有很高价值。铸石是玄武岩或辉绿岩经过熔化、浇铸、结晶和退火工序生产的材料。叶大年组织了“铸石研究组”，并解决了一系列有关铸石学、陶瓷学和水泥的理论和技术问题。例如，适度过冷却结晶的工艺路线、余硅指数的配料计算法、离心浇铸管材过程中结晶温度曲线的测定办法以及结晶中心数目的测定等。1971年他主编了《铸石》和《铸石学研究》。正是叶大年等人的努力，使中国铸石学的研究赶上了前苏联的水平，获1978年全国科学大会奖。叶大年常说：“我的进步，离不开钱伟长先生的指导。”钱伟长悉心教他如何发现问题、找科研方向。叶大年清楚地记得钱伟长叮嘱他“作为科学家，发现问题是第一步，解决问题是告一段落，再发现新的问题，再研究。重要的是如何选择适合自己研究的问题。”成为全国政协副主席的钱伟长还教导说：“不能光搞业务，要关心国家大事，发挥更大的作用。”叶大年爱读兵书。兵书中的道理与科学研究是相通的。孙武子曰——驻军必败，这驻军就是不知进攻方向、也不知退却方向之军。科研中常见彷徨者，不知应该在什么方向投入力量，也不知道往何处转移研究方向，在原来的地方上死守，成为驻军，结果一事无成。叶大年注重研究成果的普及应用。上世纪70年代末，他受中国硅酸盐学会委托向来自各地的陶瓷、水泥、玻璃、冶金、磨料等行业的技术人员授课，叶大年汇编了《硅酸盐工学工程师常用相图》，被学员赞为“诸葛亮的锦囊”。上世纪80年代初，我国生产水泥需要大量沸石，水泥附加值不高，叶大年建议沸石矿源不应离铁路太远，只在铁路货站5公里以内找矿，结果在河北围场县四合永镇、银镇、克拉沟等火车站附近发现了沸石矿。他根据所学，没动用山地工程和钻探就查清了沸石矿层的数目、厚度、延伸的走向，制定了开采方案。讨论沸石矿开采方针，他认为诸如沸石之类的非金属矿用国营的体制和机械化的开采方法是不经济的，应该由农民手工开采，实践证明他的意见正确。围场成为世界上开采量最大的沸石矿，10万人受益。不迷信权威的批判精神是科学家的基本素质。我国地质学研究方法受牛顿哲学思想影响很深，例如都认为“相同的结果是相同的原因造成的”。但叶大年却表示怀疑，并通过实验证明了玄武岩岩浆在过冷却条件下结晶和高压下结晶有相同或相似的结果。“一种规律的发现，其意义不仅在于能说明以往的实际，更在于能预测未知或被证明。我预测碳铈钠石晶体结构中两组碳酸根的交角应为520，如果正确，结构光性矿物学就确是一门有用的学问，如果不对，我就是吹牛。”叶大年对自己的科研成果非常负责，在一次全国性的X－射线结晶学会议上他说。 两周后，结构分析的结果与叶大年的预言完全一致！叶大年治学严谨，指导研究生极其认真。他给第一个研究生选择造岩矿物的难题。经过倾心辅导，使之成为文革后中科院地质所首个提前一年毕业的硕士。第二个研究生的选题更是国内从未研究的“颗粒的随机堆积”问题，成果获中国矿物岩石地球化学学会颁发的“侯德封奖”。叶大年涉猎广泛，并乐于与人沟通。他说：“能开阔思路，有助于产生新学术思想。”不但经常和朋友同事海阔天空，就连开政协会议，他也抓紧时间和各界精英畅谈，每次“都是声音哑了回家”。研究领域几经转换，“拓界之旅”却广有建树，甚至开拓出崭新的领域。这源于叶大年做科研——“摔倒了，也要抓一把泥巴”、“撤退也不能丢盔卸甲”的信条。转向应用研究，叶大年更加注重实实在在的经济效益和社会效益的产生。当年研究变质铁矿和沸石资源是急国家所需；研究颗粒的随机堆积和堵漏材料为的是抗洪；现在研究的城市分布规律和城镇化问题更源于我国加快城市化进程的需要。他研究城市分布规律，可谓“低投入高产出”，一没助手，二少经费，主要的开销就是买地图和打电话，出差都很少。对一些科研部门盲目进口仪器设备，直到报废处理也未出过像样数据的现象，叶大年指出，科研项目动辄投入几百上千万，成果仅体现为专著或论文，平均每个字国家投入很多钱，最后得个“国际领先水平”虚名，不能不说是一种浪费！（本文作者：祁胜利，男，1969年生，天津市人。毕业于北京科技大学，博士研究生学历。中国“记者节”首倡者，在国内外60多家媒体发表各类文章数百篇）
叶大年，广东鹤山人，矿物学家。于1962年毕业于北京地质学院（今中国地质大学）岩石学和矿物学专业，同年考入中国科学院地质研究所当研究生，师从中国科学院学部委员何作霖教授攻读晶体结构分析。从1966年起在中国科学院地质研究所（现今中国科学院地质与地球物理研究所），历任研究实习员、副研究员、研究员、研究室副主任、主任，研究所学位委员会主任、所研究生部主任，中国矿物岩石地球化学学会副理事长。1991年当选中国科学院学部委员。他曾任第七、八、九、十届全国政协委员，第八、九、十届全国政协常务委员，曾任中国民主同盟中央常务委员和北京市民盟副主委。
