叶大年 矿物学家，中国科学院院士。1939年7月出生，广东省鹤山市人。中国科学院地质与地球物理研究所研究员。主要研究的领域是矿物学、晶体化学和硅酸盐工学。在矿物学的领域内开拓了结构光性矿物学的新方向，提出了一些矿物的X-射线粉末法分析新方法；在晶体化学的领域里注意力集中在统计晶体化学上；在硅酸盐工学领域内，系统地研究了铸石学的物理化学原理以及颗粒的随机堆积理论。获国家科技进步奖三等奖、中国科学院自然科学奖二等奖各一次。有专著三部，论文近200篇。出于参政议政需要，研究了城市的分布和城市化问题，提出了城市对称分布的理论。

大约在200年前，德国的博物学家洪堡注意到南美洲东北角突出部分和非洲西海岸凹进区的几内亚湾的轮廓一致，于是提出大西洋的周边曾经是连在一起的。1912年德国的气象学家魏格纳收集了大量地层和古生物学的证据，提出地质历史上存在过一个泛大陆，后来这个泛大陆分裂了，各个块体分别漂移开来，这就是著名的“大陆漂移学说”。我在上大学的时候，了解大陆漂移学说产生的过程，非常佩服魏格纳的创新精神，并决心在地图上要有所发现。40年来我一直对地图怀有极大的兴趣，渴望着从中发现一点重要规律。我在大学所学的专业是岩石和矿物学，尤其是矿物学，和地图打交道的机会不多，也只是接触地质图而已。我在研究工作中常常接触到的是晶体结构，晶体结构的本质是对称。但我万万没有想到我会在地图上看出对称的规律来，而且是城市对称分布的规律来。

1987年起我担任全国政协委员，1992年以后担任常委，有义务参政议政，我最关心的是中国西部开发的问题。中国的西部开发与美国的西部开发有什么不同？为什么中国的西部开发如此困难。我最终得出一个结论：“美国东西海岸是对称的，两边都是开放的，而中国，东部和西部是不对称的”。想到了对称，就联想到两方面的问题，一方面是，如何把地理的对称具体化，另一方面是对称本身的直观化，如果不能做到这一点，我的“理论”是不能令人信服的。为了解决第一个问题，我经过一番冥思苦想，终于找到一个明显的地理对称的实例，那就是湖南和江西的对称。如果我们把罗霄山脉和武汉用一直线连起来，就会发现，湖南和江西两省是轴对称的，洞庭湖和鄱阳湖、岳阳和九江、长沙和南昌、衡阳和吉安、郴州和赣州、醴陵和萍乡、张家界和景德镇、常德和临川、怀化和鹰潭，一一对称。两省的水系，例如汨罗江和修水，湘江和赣江，资江和抚河，沅江和信江，澧水和鄱江一一对称。湖南和江西两省这种“天衣无缝”的对称关系是任何一个人都不会否认的事实。后来我又找到南亚次大陆的对称实例。这时我领悟到一个重要的发现在等待着我。

在结晶学里，内部原子的排列是很复杂的，结晶学家把这种复杂性简化成点的对称。1850年法国的结晶学家布拉维提出来表现这些对称点的关系的14种空间格子，即布拉维格子。后来在1890年，俄国的结晶学家费多罗夫又提出了对称要素的组合，即空间群的概念，他证明晶体内部的结构对称性分属于230 个空间群。由对称要素联系起来的点，叫做等效点系。也就是说结晶学家把复杂的结构的对称性简化为等效点的对称。想到这里我心里豁然开朗，不妨把经济地理的对称性简化为地图上城市的对称。城市就是经济的“等效点”，如果说经济地理有对称性的话，那么在地图上必然会反映出城市的对称分布。

我深知地理的对称不会和结晶学上的对称一样完美，结晶学上对称性的概念必须拓展才能适用于地理学中，所以我把前苏联科学家舒布利科夫院士的反对称、别洛夫院士的色对称、纳利夫金院士的曲线对称以及米海也夫教授的斜对称的概念统统引进来，建立了广义对称的新概念。用这个新的广义对称的概念去审视地图，城市对称分布的格局就显示出来了。

为了研究城市的对称分布，我前前后后花了10多年的时间，用过和用破了几十本地图集。当我潜心研究这个问题的时候，我的朋友中好奇者多，真正支持者寡，但是终归是有支持者，有一位老院士语重心长地劝我，还是集中精力研究自己的矿物学为好。我在全国政协的活动中了解到中国的城镇化或城市化问题已经渐渐浮出水面，城市化水平的高低成为中国实现现代化和达到中等发达国家水平的重要标志，城市化也是中国农民脱贫致富的必由之路，在这个问题上已经取得了共识。如果我能为中国的城市化出谋划策，那应该是自己义不容辞的责任。我没有听这位老先生的忠告，坚持研究了10年。1995年，问题研究已经有了骨架，我在中国科学院地理研究所作过报告，引起了广泛的兴趣。我一直在寻找合作者，希望能把城市的对称分布用计算机模拟出来。1998年，我在一次“香山会议”上报告了我的研究成果，并向与会的专家求援，他们中有数学和物理学方面的院士、教授，他们建议我先不必数学“包装”，以原汁原味发表出来，数学模拟留给后人做更好。我接受了专家们的意见，暂时不追求数学模拟，而把精力集中到具体实例的研究上。在众多实例的基础上总结出5条经济地理的对称原理：

1. 一个区域如果在地质构造上有对称性，它在地形和地貌上和矿产资源上也会有对称性；

2. 一个区域在地形地貌和矿产资源上有对称性就会导致经济地理上的对称性，经济地理上的对称性，可以直接反映在城市的对称分布上；

3. 区域气候条件(年平均气温，特别是年降雨量)会影响经济地理的对称程度；

4. 人们的重大经济政治活动也会影响经济地理的对称程度；

5. 一个区域经济地理以对称或色对称为理想状态，它有利于政治的安定和经济的持续发展，一个自然条件不对称的区域不可能发展为对称的经济地理格局，经过努力只能发展为色对称的格局。

城市的对称分布在地图上表现为：(1)沿铁路、公路和河流城市等距离分布，即具有一维平移对称性；(2)在一个区域内，城市呈现出格子状分布的特征，即具有二维的平移对称性；(3)一个城市周边最邻近的同级城市的数目成为城市的配位数，一个足够大的区域内，城市的平均配位数恒等，即具有统计的6次旋转对称；(4)以一个大城市为中心城市会呈现出靶形分布的特征，即具有统计的旋转对称性，城市的靶形分布结构又分两种情况，一种是莫斯科型，即靶心城市先形成，靶圈城市后形成；另一种是郑州型，即靶圈城市先形成，靶心城市后形成；(5)城市分布的对称性往往是有缺陷的，恰恰这些地方就可能是新兴城市崛起的地方。

我研究城市分布规律的目的是为国家的城市化出谋划策。为向社会宣传研究成果，印了1000份讲义，到全国著名的几所大学的地理系演讲，并针对某个地区的具体问题，在省市的党报上发表专题文章，引起了强烈的反响。有一位著名的数学家(中国科学院院士)提醒我，这是一项原始性创新，不能只限于演讲和报刊上发表，必须见诸学术刊物和科学著作，你要保护自己的“知识产权”，为此我正式出版了一个小册子《地理与对称》，在《中国科学》D辑的中文版和英文版上发表论文。我心里明白，这个问题不是一篇文章可以说清楚的，必须写一本专著，我已经和出版社签约，专著不久就可以问世。

撰稿人：叶大年

点评：

地理学和地质学的思维方法往往是唯象的，结晶学的思维方法则是唯理的。叶大年先生研究城市的对称分布规律，是创造性的把“唯象”和“唯理”两种思维方法结合在一起，用结晶学的概念来审视地理学的问题，总结出经济地理的对称原理，从而得到新的发现。这个课题的提出是出自他对社会的责任感和对研究地图有强烈的兴趣，研究的知识基础是深厚的结晶学的功底。