諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主朱棣文
吳月輝 捕風(fēng)捉影難矣，捕捉以每小時(shí)4000公里速度運(yùn)動(dòng)的原子更難。然而，有位華人能耐大，他制服了原子，也因此捧走了 1997年諾貝爾物理獎(jiǎng)的桂冠。 “山不在高，有仙則靈，水不在深，有龍則靈�！� 斯坦福大學(xué)物理系有座很不起眼的小樓，便是這樣一個(gè)藏龍臥虎之地，這里孕育了好幾位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主和硅谷最早的開(kāi)拓者。 和朱棣文博士的談話就在樓內(nèi)的一間辦公室里。室內(nèi)陳設(shè)簡(jiǎn)單：一臺(tái)電腦、一個(gè)書(shū)架、一張辦公桌、一個(gè)沙發(fā)和幾把椅子。朱棣文一邊收拾桌上凌亂的書(shū)籍和文件，一邊說(shuō)：“我這里很亂，科學(xué)工作者大概都是這個(gè)樣子。請(qǐng)問(wèn)我坐在哪里說(shuō)話比較好?”他一直閉門(mén)謝客，埋頭準(zhǔn)備諾貝爾頒獎(jiǎng)會(huì)上要發(fā)表的學(xué)術(shù)演講，這次是破例接受中國(guó)記者的獨(dú)家采訪。 他穿一件T恤衫，一個(gè)普通不過(guò)但精力充沛的人，看不出他有一頂諾貝爾獎(jiǎng)的桂冠。因?yàn)殚_(kāi)發(fā)用激光冷卻和捕捉原子的方法，朱棣文博士和其他兩位科學(xué)家獲得了1997年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 在美國(guó)土生土長(zhǎng)的華裔教授朱棣文只能用英語(yǔ)交談。談話是從“光糖漿”開(kāi)始的，因?yàn)檎撬_(kāi)發(fā)的這種奇妙方法使他躋身于諾貝爾獎(jiǎng)得主的行列。從1901 年到現(xiàn)在的97年間，全世界多如繁星的物理學(xué)家僅有154人獲此殊榮，其中，斯坦福出了6位。 光糖漿和聚合體 原子以每小時(shí)4000公里的速度在運(yùn)動(dòng)。為了準(zhǔn)確地研究原子及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，物理學(xué)家們夢(mèng)寐以求的是將原子運(yùn)動(dòng)的速度放慢直至相對(duì)靜止的狀態(tài)。朱棣文所做的就是這件事。 他開(kāi)始做試驗(yàn)的時(shí)候是1984年，當(dāng)時(shí)他是AT＆T貝爾實(shí)驗(yàn)室的量子電子技術(shù)部主任。1985年他取得了突破——用激光照射原子從而使其減速。原子對(duì)不同的光有不同的反應(yīng)，朱棣文將激光微調(diào)到比共振稍低的頻率，從6個(gè)方向撞擊原子，使快速運(yùn)動(dòng)的原子在撞擊下產(chǎn)生“多普勒效應(yīng)”；原子吸收光，被光撞擊后就被彈回去。這樣，原子運(yùn)動(dòng)的速度就下降到每小時(shí)1/10公里。朱棣文說(shuō)：“我把這種方法叫做頗有詩(shī)意的‘光糖漿’，是因?yàn)樵泳拖褚粋�(gè)彈子掉到糖漿里，不管哪個(gè)方向都會(huì)被粘住，被捕捉住�！敝扉ξ暮退耐聜冞�成功地設(shè)計(jì)了第一個(gè)原子陷阱，使冷卻的原子不受重力的影響而下沉。 肉眼看到的在“光糖漿”里被捕捉住的原子群，就像豆子般大小發(fā)亮的一團(tuán)云霧。在朱棣文的眼中，“光糖漿”如同詩(shī)一般的美麗。在別的物理學(xué)家們看來(lái)，那幾乎處于靜態(tài)的原子群也一定美麗異常。 使用這種方法，科學(xué)家們可以進(jìn)一步了解光和物質(zhì)的相互作用，特別是氣體在超低溫狀態(tài)下的量子物理習(xí)性。70年前，愛(ài)因斯坦假設(shè)過(guò)在超低溫狀態(tài)下幾乎停止運(yùn)動(dòng)的原子群(玻色—愛(ài)因斯坦冷凝物)，現(xiàn)在科學(xué)家們用這種方法實(shí)現(xiàn)了愛(ài)因斯坦的假設(shè)。目前科學(xué)家們正用這些技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)用于宇航的非常精確的原子鐘、測(cè)量重力的原子干涉儀以及制造微小電子元件的原子激光。 朱棣文從1987年開(kāi)始到斯坦福大學(xué)任教。聽(tīng)說(shuō)他這些年來(lái)一直進(jìn)行生物物理方面的研究，因此記者問(wèn)：“問(wèn)一個(gè)可能是外行的問(wèn)題：你是否將注意力從原子物理轉(zhuǎn)向了生物物理?” 他說(shuō)：“你的這個(gè)問(wèn)題并不外行，做生物物理方面的研究，無(wú)論理論還是實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備，都與原子物理不同。但我的注意力是在生物、聚合體和物理之間。我現(xiàn)在繼續(xù)在做原子物理方面的研究，比如激光冷卻、原子捕捉、低溫等等，我的實(shí)驗(yàn)室目前在做4個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)。我們用原子干涉儀來(lái)測(cè)量原子在重力下的加速運(yùn)動(dòng)，精確度可以達(dá)到十億分之一。我們還用原子來(lái)試驗(yàn)對(duì)稱(chēng)理論，如時(shí)間反向不變性。在生物學(xué)的研究方面，我們使用的是物理的技術(shù)�！� 10年前，朱棣文和他的兩個(gè)同事發(fā)現(xiàn)，用激光束(“激光鑷子”)可以操縱浸沒(méi)在水中的細(xì)菌等極細(xì)微的物體。現(xiàn)在他用這種方法來(lái)研究單獨(dú)的分子聚合體。塑料、合成纖維和活細(xì)胞中的脫氧核糖核酸中都有這種聚合體。過(guò)去科學(xué)家們只能把幾百萬(wàn)、幾十億的聚合體放在一起研究，而朱棣文的實(shí)驗(yàn)室則可以研究個(gè)體的聚合體。朱棣文和他的學(xué)生還用“激光鑷子”來(lái)研究蛋白質(zhì)在個(gè)體分子中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。從1993年到1997年，他們?cè)谶@方面的研究成果頗豐，有10篇論文發(fā)表在《科學(xué)》、《自然》等刊物上。 “你從事生物物理方面的研究，是因?yàn)樯茖W(xué)將成為下個(gè)世紀(jì)的主導(dǎo)科學(xué)嗎?” 朱博士說(shuō)：“誰(shuí)也說(shuō)不準(zhǔn)生命科學(xué)會(huì)不會(huì)成為主導(dǎo)科學(xué)。我認(rèn)為物理學(xué)將繼續(xù)對(duì)所有學(xué)科的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。我們創(chuàng)造的激光鑷子和還沒(méi)有公布的其他研究，部分地是根據(jù)傳統(tǒng)物理學(xué)開(kāi)發(fā)出來(lái)的技術(shù)，我并不只是為了讓生物學(xué)家做實(shí)驗(yàn)才開(kāi)發(fā)出來(lái)的，我同時(shí)也是在做一個(gè)物理學(xué)家要做的事，即在更廣泛的領(lǐng)域來(lái)從事物理學(xué)研究。現(xiàn)在是有一些物理學(xué)家改行成了生物學(xué)家，我倒是想可以將部分生物學(xué)領(lǐng)域納入物理學(xué)�！� “我從小就喜歡動(dòng)手?jǐn)[弄東西” 談過(guò)深?yuàn)W的物理學(xué)之后，我們的采訪進(jìn)入了較為輕松的話題�！爸Z貝爾獎(jiǎng)的5 位華裔得主中，有4位是物理學(xué)家。這是否說(shuō)明了點(diǎn)什么?”除朱棣文之外，其他三位華裔諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者是楊振寧、李正道和丁肇中。 朱棣文回答說(shuō)：“實(shí)際上李遠(yuǎn)哲博士是一位物理化學(xué)家，他研究的分子束和交叉分子束和物理非常接近。所以我們可以說(shuō)，5名諾貝爾獎(jiǎng)華裔得主都是來(lái)自物理學(xué)領(lǐng)域的。他們之中兩位是理論物理學(xué)家，其他三位是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。沒(méi)有證據(jù)說(shuō)明這其中有什么必然性。當(dāng)然從學(xué)業(yè)能力傾向測(cè)驗(yàn)(SAT)和研究生入學(xué)考試(GRE)來(lái)看，許多中國(guó)人的數(shù)學(xué)都考得很好，比英語(yǔ)部分要好。數(shù)學(xué)根底對(duì)于學(xué)物理是很重要的，其他學(xué)科對(duì)于數(shù)學(xué)的要求沒(méi)有物理學(xué)、物理化學(xué)那么高。許多中國(guó)人學(xué)物理也許就是因?yàn)檫@個(gè)緣故。但是在科學(xué)上的成功，需要比考好綜合性考試更多的品質(zhì)，比如鍥而不舍的精神，還要有常識(shí)，需要書(shū)本之外的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。課本知識(shí)和考試是重要的，但僅僅學(xué)好課本和考試得高分是不夠的�！� 隨后我們又談到學(xué)物理的中國(guó)學(xué)生一般理論學(xué)得好些，但實(shí)驗(yàn)就差一些情況。朱棣文說(shuō)，“情況確實(shí)如此，而這可能與他們小時(shí)候動(dòng)手做東西的機(jī)會(huì)少有關(guān)。中國(guó)父母總是要求子女學(xué)好書(shū)本，不讓孩子去做飛機(jī)模型和擺弄機(jī)械等事。我是在美國(guó)長(zhǎng)大的，從小就喜歡擺弄東西，機(jī)械、馬達(dá)什么的，在美國(guó)，孩子動(dòng)手做東西總是受到鼓勵(lì)。我想動(dòng)手和不動(dòng)手是一種文化上的差別。 5歲、10歲的孩子動(dòng)手做些東西，對(duì)他們將來(lái)的發(fā)展大有好處，動(dòng)手先要?jiǎng)幽X筋，所以這是一件好事，而不是一件丟臉的事�！� 中國(guó)的父母如今也許不會(huì)認(rèn)為動(dòng)手是丟臉的事，但看見(jiàn)孩子擺弄自行車(chē)、鐘表、鋼筆什么的，多半不會(huì)鼓勵(lì)而會(huì)說(shuō)：“哎呀，快去做作業(yè)讀書(shū)吧�！� 朱棣文博士說(shuō)的大概就是這種情況。 朱棣文大學(xué)本科學(xué)的是物理和數(shù)學(xué)，由于成績(jī)好，老師說(shuō)他可能成為理論物理學(xué)家，所以畢業(yè)后進(jìn)了加州大學(xué)伯克利分校，那里的導(dǎo)師要他專(zhuān)攻理論物理，但6個(gè)月后朱棣文就開(kāi)始做自己感興趣的實(shí)驗(yàn)。 雖然朱棣文強(qiáng)調(diào)應(yīng)用物理，但他同時(shí)認(rèn)為還有無(wú)數(shù)的理論問(wèn)題向物理學(xué)家提出了挑戰(zhàn)。他說(shuō)：“有些報(bào)紙說(shuō)，20世紀(jì)解決了所有重大的物理學(xué)問(wèn)題，那是不正確的看法�！� 朱棣文列舉了實(shí)驗(yàn)宇宙學(xué)、高能粒子、原子物理和復(fù)雜系統(tǒng)等4個(gè)方面一些 “令人激動(dòng)的問(wèn)題”。第一，實(shí)驗(yàn)宇宙學(xué)。宇宙的命運(yùn)如何?是繼續(xù)擴(kuò)展還是會(huì)封閉?宇宙間的多數(shù)物質(zhì)還沒(méi)有被觀察過(guò)，90％以上的物質(zhì)是看不見(jiàn)的。太陽(yáng)還能燃燒多久?這樣的問(wèn)題也許對(duì)我們沒(méi)有實(shí)際意義，但人類(lèi)對(duì)此是有興趣的。現(xiàn)在物理學(xué)家能夠用硬科學(xué)的方法而不是用方法論來(lái)回答這樣的問(wèn)題，這是一個(gè)巨大的成就。第二，在高能粒子物理學(xué)方面也有許多問(wèn)題，比如我們還沒(méi)有一種微觀引力理論。在宏觀世界，我們可以在太陽(yáng)系、銀河系運(yùn)用這一理論，但在微觀世界，我們不能將量子力學(xué)和引力理論相結(jié)合。高能是不能在實(shí)驗(yàn)室里產(chǎn)生的，但粒子的問(wèn)題對(duì)于認(rèn)識(shí)宇宙最初的形成具有重要意義。也許物理學(xué)家們會(huì)找到好的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。第三，原子物理學(xué)和我們的存在有更直接的關(guān)系。由于我們對(duì)固體有了更多的了解，人類(lèi)就發(fā)明了晶體管和激光�？茖W(xué)家們期望在這個(gè)領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)有對(duì)日常生活產(chǎn)生重大影響的新的技術(shù)發(fā)明。激光冷卻和捕捉原子雖然不如激光本身那么重要，但正在對(duì)其他科學(xué)產(chǎn)生影響。第四，如原子、固體、壓縮、聚合體等等領(lǐng)域，物理學(xué)將進(jìn)入更加復(fù)雜的系統(tǒng)，我們將尋找更好的、不同的數(shù)學(xué)解釋方法。比如在生物學(xué)領(lǐng)域，個(gè)體蛋白質(zhì)是怎樣形成的以及形成的方式受誰(shuí)的控制。 朱棣文說(shuō)：“在我從事理論物理學(xué)研究的20年中，我從來(lái)沒(méi)感到過(guò)一切都已做完。在實(shí)驗(yàn)方面，物理學(xué)家們將繼續(xù)尋找觀察自然的新方法以及進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的新技術(shù)�！� 理論與實(shí)踐相結(jié)合 話題轉(zhuǎn)到中國(guó)時(shí)，朱棣文首先談到他和江澤民主席的兩次會(huì)見(jiàn)，第一次在北京，最近的一次在洛杉磯。他說(shuō)和江主席的談話是輕松的，因?yàn)榻飨鲞^(guò)工程師，對(duì)科技問(wèn)題以及科學(xué)對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的意義非常了解。 朱棣文說(shuō)，他和江主席討論過(guò)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用科學(xué)的問(wèn)題。他說(shuō)，美國(guó)和中國(guó)的領(lǐng)導(dǎo)人都重視基礎(chǔ)研究，同時(shí)希望盡快將科學(xué)應(yīng)用于實(shí)際，以提高技術(shù)水平和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。不但政治家這樣想，工業(yè)企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)人也抱有同樣的希望�！盎A(chǔ)研究和應(yīng)用在科學(xué)界是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題。在美國(guó)，一些搞基礎(chǔ)理論研究的科學(xué)家對(duì)應(yīng)用嗤之以鼻，認(rèn)為應(yīng)用侵犯了他們的尊嚴(yán)。我認(rèn)為這是一種不正確的態(tài)度。我個(gè)人覺(jué)得科學(xué)家的應(yīng)用研究、工程研究做得越多越好，這只會(huì)促進(jìn)基礎(chǔ)科學(xué)的研究，同時(shí)應(yīng)用研究可以成為新工業(yè)的基礎(chǔ)，為人民日常生活的改善作出貢獻(xiàn)。” 他說(shuō)，斯坦福大學(xué)做很多基礎(chǔ)研究，但斯坦福的校園氛圍與伯克利略有不同。他70年代在伯克利讀博士和做博士后的時(shí)候，學(xué)生們總是說(shuō)“我們關(guān)心物理的基本問(wèn)題就行了”。但在斯坦福，研究生們常說(shuō)的一句話是“為什么不辦一個(gè)你自己的公司，看看結(jié)果怎么樣呢?”硅谷就是由斯坦福教授弗雷德里克特曼開(kāi)始的，他本來(lái)是一個(gè)理論物理學(xué)家，后來(lái)到斯坦福來(lái)教工程。他就鼓勵(lì)學(xué)生為當(dāng)?shù)氐墓敬蚬げ㈤_(kāi)辦自己的公司。朱棣文說(shuō)：“在美國(guó)，將基礎(chǔ)理論實(shí)驗(yàn)室的成果轉(zhuǎn)化成新興工業(yè)，這個(gè)過(guò)程相當(dāng)快，我不知道其中的魔力何在，但斯坦福和硅谷可以提供一些線索�！� 事業(yè)生活兩不誤 49歲的朱棣文現(xiàn)在指導(dǎo)3個(gè)博士后、帶8個(gè)研究生，每年給碩士研究生開(kāi)兩門(mén)課，還要在大學(xué)部做研究工作和從事自己的研究和試驗(yàn)。此外，他要和前妻輪流照顧兩個(gè)孩子。他門(mén)下的一位博士生說(shuō)，“朱棣文教授活得并不累，主要是他太愛(ài)物理學(xué)了。實(shí)際上，這門(mén)看起來(lái)有些枯燥的學(xué)問(wèn)是他的興趣所在。他一天可以工作十幾小時(shí)，不覺(jué)得是個(gè)苦差事，樂(lè)在其中�！� 真是知師莫如徒。朱棣文聽(tīng)到記者轉(zhuǎn)述學(xué)生對(duì)他的觀察時(shí)笑了起來(lái)。他說(shuō)：“也許我不是一個(gè)非�？鞓�(lè)的人，但我確實(shí)非常愛(ài)我的工作，做研究，搞實(shí)驗(yàn)，物理學(xué)，生物聚合體，對(duì)我都是一種樂(lè)趣，一種享受。教書(shū)也是如此，雖然給學(xué)生出考題有時(shí)煩人，但多數(shù)時(shí)間是令人愉快的，備課就很有意思上課時(shí)，我覺(jué)得將自己心中關(guān)于物質(zhì)的概念、物質(zhì)的圖象，而不僅僅是數(shù)學(xué)方程式，簡(jiǎn)明形象地告訴學(xué)生，簡(jiǎn)單而不失真，這實(shí)在是一件很愉快的事�！彼牟┦可鹫f(shuō)：“朱教授的課確實(shí)很精彩，他的口才好，講課時(shí)趣味橫生。” 朱棣文說(shuō)自己是一個(gè)興趣廣泛的人。過(guò)去喜歡讀小說(shuō)和其他文藝作品，喜歡畫(huà)畫(huà)，現(xiàn)在太忙，只好放棄。也許退休后可以再撿起來(lái)�，F(xiàn)在尚保留的是健身運(yùn)動(dòng)，如打網(wǎng)球、游泳、騎自行車(chē)。他說(shuō)，運(yùn)動(dòng)使他，精力充沛感覺(jué)良好。每個(gè)星期天他騎車(chē)上山，每次兩三個(gè)小時(shí)。他也喜歡烹飪。在享受生活的時(shí)候，他有時(shí)也會(huì)突然想出物理學(xué)上的一個(gè)好點(diǎn)子。照看孩子也許不能說(shuō)是他的業(yè)余愛(ài)好，但他認(rèn)為那是他的責(zé)任，他得檢查他們數(shù)學(xué)學(xué)得怎樣。正式采訪是下午6時(shí)按約準(zhǔn)時(shí)開(kāi)始的，整個(gè)談話一小時(shí)。分手的時(shí)候，這位諾貝爾獎(jiǎng)得主說(shuō)：“對(duì)不起讓你等了半個(gè)小時(shí)。但現(xiàn)在我可以回家做飯去了。”
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