丁肇中
丁肇中,美籍華人,祖籍山東省日照市濤雒鎮,1976年諾貝爾物理學獎獲得者。近年來,丁肇中在做的一個重要研究是尋找暗物質。他對暗物質的解釋是:「宇宙中90%的物質是看不見的,因為看不見,所以稱為暗物質。」 在探測暗物質過程中,丁肇中團隊使用的阿爾法磁譜儀(AMS)可以捕捉暗物質的「信號」,進而探測到暗物質。
AMS團隊有很多來自中國的科研人員,在丁肇中看來,東方的學生過於注重物理理論,輕視實驗。去年底,在紀錄片《中國實驗室》拍攝期間,丁肇中接受澎湃新聞記者採訪時表示,很多成績好的東方學生都喜歡學理論,學量子理論。他覺得這個不是最重要的,因為他也學過很多。對他來說,最重要的是物理實驗。因為,再好的理論,沒有實驗的證明,都沒用。同時,學實驗的人一定要了解物理的理論。不過,不能信任理論物理,不能說理論物理學家說的物理就是真理,物理學家說的真理經常被實驗推翻。
我現在的實驗是要了解宇宙的起源
澎湃新聞:丁教授,我們能先談談您當前所做的AMS研究嗎?您正在尋找什麼,如何選擇您的研究小組呢?
丁肇中:我現在的實驗是要了解宇宙的起源。有幾個很簡單的問題。
第一個問題,假設宇宙起源與大爆炸。大爆炸之前,沒有任何東西。所以,大爆炸的時候,有正的也有負的,要不然不會加起來,沒有任何東西。所以,在最開始的時候,有物質,也有同樣的反物質。現在宇宙已經140多億年了,有你,有我,有上海。可是,由反物質組成的宇宙到哪兒去了?這是第一個我們要找的問題。
第二個問題是,你看任何銀河系統,它只有一個軌道,向心力和離心力平衡就會有一個軌道,要不然不會有一個軌道。這是什麼意思呢?從這個軌道的速度,你可以算出來向心力和離心力是多大。向心力是因銀河系統的質量和宇宙總質量互相吸引而來的,從這兒你就可以看出來宇宙的總質量是多少。宇宙的總質量比我們看得見的總質量大十倍,換一句話說,90%的宇宙是看不見的。看不見,暗物質。
問題是,暗物質到底是什麼東西?是怎麼來的?(要解決)這兩個問題,最簡單的辦法是,把一個精確的、用在加速器上的儀器,把它儘量縮小,縮小到能放在一個太空梭上,載到國際空間站,因為在地面上沒辦法測量。反物質和物質一相碰以後,就湮滅了,所以要送到太空。這就是我做這個實驗的兩個目標。第三個目標是,宇宙線是怎麼來的?宇宙線最基本的性能是什麼?
參加過AMS項目工作的有600多位科學家,來自德國、義大利、瑞士、法國、美國、中國(包括中國臺灣)、韓國等地,此外,還有來自墨西哥的,最近剛加進來的有土耳其和巴西的科學家。
我的團隊所有人都要集中精力做事
澎湃新聞:您如何選擇團隊成員?
丁肇中:跟我工作的人,絕大多數以前跟我工作過。就是說,我唯一的要求是,參加工作的人要把這個實驗認為是最重要的事情,不參加別的實驗。幾乎所有的人都要集中精力做這個實驗,就是把加速器上的儀器放到太空。所有這些,從來沒有人做過,所以一定要集中精力做這件事情。
澎湃新聞:對您而言,人生中最重要的事情就是物理學研究?
丁肇中:做這種別人覺得不可能的事情,別人認為很困難的事情,從事大量國際合作的事情,至少對我來說,一定要認為自己能力上是有限的,要成功做這種事情,要把所有的經歷放在這個實驗上。其他的事情都是次要的。在我認為,假設你沒有這種決心的話,你最好不要做這種工作。
澎湃新聞:除了您剛剛提到的,每天都在做的基礎研究之外,是不是還需要創新思維和毅力?
丁肇中:做實驗物理的物理學家,第一,你要了解理論,認為會動手的人都能做實驗,這個概念是完全錯誤的,你一定要了解物理發展的趨向。最重要的是你自己應該挑題目。有兩種實驗物理學家,一種是跟著理論走,第二種是自己找理論,了解物理是怎麼一回事。
澎湃新聞:如果您面試一位科學家,您會問怎樣的問題?
丁肇中:有科學家來找我,通常我還會跟他們談話,因為這是年輕的科學家,都是他們問我問題。因為我問他們問題,永遠可以把他們問倒,但是他們問我問題,我可以從他問什麼樣的問題,了解他們的思想是什麼樣的。
我給你一個很簡單的例子。大概二十年前,我在實驗室做實驗,突然來了一個個子很高的人,穿得很破爛,擋住我說:「丁教授,我可以跟您談一談話嗎?」我說「好」,我們就在咖啡廳坐下來了。坐下來他就說:「我才從波蘭逃出來,我沒有任何證件,我是學物理的,我願意做你的學生,希望你能把我派到MIT(麻省理工學院)當你的學生。不過,我什麼證件都沒有。」我說「好,那我們到我辦公室去。」
那個時候大概是禮拜六下午,很晚,已經六七點鐘了。到我辦公室,我就請他坐下來,我說「你問我問題」,然後我們就談了三個鐘頭。三個鐘頭以後,我就決定,雖然他沒有任何文憑,沒有任何成績單,也沒有畢業證書,我還是寫了封信給MIT說我收這個學生。雖然他是不合法的,但我收這個學生。現在他是MIT的正教授,前幾天才認命為MIT核能所的所長。
所以說,從別人問你的問題裡,你可以了解到他的思想。因為,對物理學家來說,找題目是最重要的事情。
澎湃新聞:此前,我們採訪歐洲核子研究中心(CERN)的負責人時,他說LHC(大型強子對撞機)項目的長度超過了任何物理學家事業的長度。出於這個原因,他們努力招募年輕科學家,因為他們想延長項目的生命。這個問題也是您的研究中要考慮的因素嗎?
丁肇中:我找科學家,最主要是他對項目有興趣,至於任何其他的事情,我不考慮。就是這個人,有沒有能力,有沒有創造力,有沒有敢做他人不敢做的事情,能想出他人想不到的事情。其他方面的事情是一個管理者要考慮的,一個專門做物理的人是不考慮的。
用實驗證明理論,沒有什麼意義
澎湃新聞:在您的職業生涯中,您最自豪的是哪個角色,是物理學家嗎?
丁肇中:我所有的實驗中共有五六個比較重要。每一個實驗都有兩個特點:很多學理論的人都說這個實驗是沒用的,沒有意義的;學實驗的人呢,認為這麼困難的實驗沒有人能做出來。
為什麼有這麼多人跟我一起合作?因為每一個實驗的結果都對物理學有貢獻。因為對物理學有貢獻,所以世界上很多國家的政府鼓勵它們的物理學家長期跟我合作。合作和援助是兩回事情,合作對雙方都有利益。那些物理學家願意跟我合作,他們的政府願意支持他們跟我合作,因為我們每一個實驗都有很重要的貢獻。
我從來沒有做過錯誤的實驗。你要是經常做錯誤的實驗,沒有意義的實驗,物理學家能推測出來的實驗,那就沒有意義了。
澎湃新聞:作為一名科學家,什麼是對您更大的回報?發現結果和理論匹配,還是發現結果和理論不匹配?
丁肇中:對我來說,證明理論是沒有什麼意義的,當實驗推翻了理論以後,你才可以有新的理論,一步一步向前走。理論是不可能推翻實驗的,如果實驗結果和理論不符合,那一定是理論錯誤了。
澎湃新聞:您正在做的AMS實驗發現了什麼?
丁肇中:到現在(2015年8月)為止,這個AMS實驗已經做了四年,總共收到680億個宇宙線,可以精確地測量這個宇宙線現象。680億,大大多於過去100年裡面全球收集過的總和。現在我們所測量的每一個結果,都和以前100年測量過的不一樣,已經開始改變人類對宇宙線的了解。
澎湃新聞:1970年代獲得諾貝爾獎的時候,您在獲獎感言中說「發展中國家經常過於強調理論科學,不太重視實驗」,今天您還是這個看法嗎?
丁肇中:我在1976年拿諾貝爾物理學獎的時候,在我之前有楊振寧先生和李政道先生拿了諾貝爾獎,我是第三個拿諾貝爾獎的華裔血統的人。但我發現,諾貝爾獎除了中文,每種文字都有,所以我就決定用中文演講。
後來我就想著挑什麼題目,我注意到,比方說《四書五經》或者《康熙字典》上,講的絕大多數是人與人的關係。沒有人,或者很少有人講人與大自然的關係。我就想,這是怎麼一回事?我注意到,很多成績好的東方學生都喜歡學理論,學量子理論,我覺得這個對我來說不是最重要的。我也學過很多。對我來說,最重要的是物理實驗。因為,再好的理論,沒有實驗的證明,都沒用。同時,學實驗的人一定要了解物理的理論。不過,不能信任理論物理,不能說理論物理學家說的物理就是真理。物理學家說的真理,經常被實驗推翻。
過去四十多年,我一直在找電子的半徑
澎湃新聞:能告訴我您對理察•費曼(Richard Feinman,1918-1988年,美國理論物理學家)的理論的理解和如何證明他的理論嗎?
丁肇中:我第一個重要的實驗,就是測量電子的半徑。1960年代初期,哈佛大學有一個組,這個組的主持人叫Frank Pipkin,是很有名的科學家。他做了一個實驗,測量電子半徑,發現電子是有半徑的,是10-13釐米到10-14釐米。沒多久,康奈爾大學有一個很有名的隊伍也發現同樣的結果。兩個不同的實驗得到同樣的結果。
可是,根據費曼、施溫格(Julian Schwinger,1918 –1994年,美國理論物理學家)還有一位日本物理學家叫朝永振一郎(1906-1979年)三人所開創的量子電動力學的重要假設,電子是沒有半徑的,半徑是測量不到的。結果他測量出這個,就表示那些物理學家是錯誤的,1960年代初期的時候,這是一個非常重要的題目。
那時候我剛拿了博士學位(1962年——編注),從來沒有做過這種實驗。那兩組花了很多年做這個實驗,我就一個人,決定到美國問他們(當時丁肇中供職於瑞士日內瓦歐洲核子研究中心——編注)。他們說你可以參加我們的組,不過我們沒有理由支持你,因為你從來沒有做過實驗,別人也不了解你。後來,我到德國漢堡的德國電子同步加速器實驗室(DESY),我就跟他們提出這個,那時候組織這個實驗的人說歡迎你來,費用我們出,我就去了。
去了以後,過了八個月,我完成了一個實驗,證明結果找不到電子的半徑,那時候測量電子半徑小於10-14釐米。小於不是等於,就是電子是測量不了半徑的。
從那時開始,我記得大概是1966年、1967年的時候,有一個大型的國際高能物理會議,那兩位做了報告,我做了第三個報告,因為那時候沒有人知道我是誰,所以那兩個人做了很長時間的報告,我的報告只有十分鐘,就講我的結果跟他們兩個不一樣,我的結果是電子是測量不了半徑的。那時候,理察•費曼坐在裡面,聽了以後來找我了,從此以後我們經常有來往。
澎湃新聞:那個實驗的結果到今天看還是真的嗎?
丁肇中:過去四十多年,我一直在找電子的半徑,最初是10-14釐米,現在證明是小於10-17釐米,就是小了三個數量級。花了四十年,小了三個數量級,可是還是沒有找到電子的半徑。為什麼別人相信我的實驗?我做完以後,其他的人也證明我的實驗是對的。所以證明一個實驗是對的,和理論是沒有關係的。在不同的時間、不同地點、不同方法下,別人能做出來跟你有同樣結果的實驗,那就證明你是對的。
我不認為AMS在國際空間站的應用是很大的成就
澎湃新聞:想到AMS在國際空間站的應用,您覺得很有成就嗎?
丁肇中:我並不認為這是一個很大的成就。雖然這是第一次把磁譜儀放到天上去,同時收到很多的數據。我告訴我們所有合作的人,在今後二十到四十年之內,不可能有人再放一個這麼精密的儀器到天上去。第一,需要大量的國際協作,第二,需要很多的經費,第三,現在沒有太空梭,不可能把這麼大的儀器載到天上去。所以,我們最重要的任務是,保持這個實驗的結果是正確的。因為沒有人可以來校對我們,沒有人再可以放到天上去。所以每一個結果,通常有兩個國家,有時候四個國家,同時分析。等這四個結果分析誤差小於1%的時候,我在這四個裡面選一個,然後發表。
澎湃新聞:您能告訴我們AMS項目的融資情況嗎?按照我們理解,2008年太空梭計劃被取消是資金出了問題。您能告訴我們您是如何挽救AMS項目的嗎?
丁肇中:這個實驗,很多國家都認為是非常重要的,所以從來沒有經費的問題,從來沒有碰到經費的問題。把這個實驗放到天上需要太空梭。太空梭出過兩次事情。第一次我記得是1978年的1月28日,第二次是2005年或者2004年2月。
因為出了事情,當時美國宇航局的局長就說太空梭,載人航天,或者國際空間站,都不重要。重要的是載人到火星上。宇航局局長就決定把所有空間站上的實驗,包括生物實驗、小型物理實驗,都取消了。因為所有經費都來自美國宇航局,所以只能服從政府的命令。我認為這個決定是錯誤的。美國能源部就主持了評審委員會,能源部的人問我怎麼辦?我就跟他說,你最好的辦法是組織一個委員會,請美國科學院的院士,包括諾貝爾獎獲得者在內的第一流科學家來看,我們這個實驗值不值得做。
所以在2007年9月23日,在華盛頓有一個評審會,我請了我們所有國家最主要的科學家去參加。評審會很嚴格,我同事也請了美國國會的人去旁聽。評審會後,美國能源部管科技的副部長就寫了封信給宇航局局長說:世界上第一流的科學家認為,這是最重要的實驗,雖然你不用太空梭載我們到天上去,但我們能源部繼續支持把這個實驗完成。沒多久,美國國會參議院、眾議院的人慢慢就知道這件事。美國的《紐約時報》、《華盛頓郵報》上都有長篇報導講宇航局這個決定。
到2008年國會全體通過了一個法律,指定美國政府一定要增加一班太空梭把我們的設備送到天上去。因為是全體通過,所以總統就在2008年10月15號籤署了這個法律,就這樣,我們很僥倖地把AMS載到天上去。(美國東部時間2011年5月16日上午,阿爾法磁譜儀由美國「奮進」號太空梭送上國際空間站。——編注)
澎湃新聞:未來,AMS項目第二階段的資金仍然由美國提供支持嗎?
丁肇中:美國所花的錢是只到空間站,太空梭的運輸費、AMS的製造費,美國花的錢很少。還有很多資金來自中國大陸、中國臺灣、義大利、德國、法國、瑞士等亞洲和歐洲國家和地區。儀器的製造不是美國出錢。美國能源部所出的是整個電子儀器系統的經費。到了天上以後,空間站每年大概要花費30億美金,我們用的錢就很少了。
國際合作要選一個題目讓大家都很有興趣
澎湃新聞:製造AMS的過程有很多國家和地區參與,我很好奇,您是如何確定中國大陸負責永磁,中國臺灣負責這部分,德國負責那部分?
丁肇中:這個問題很重要。要國際合作,最主要的是你選一個題目讓大家都很有興趣,有人認為很重要。我並沒有權利控制項目經費,他們參加我的實驗,最主要的是因為他們覺得我的實驗很重要。
我有一個習慣,對重要國家的貢獻,在國際會議上,我就請它們國家的人來發表,我不會像很多科學家一樣,所有的事情都由自己來發表。其實我很少參加國際會議,除了非常必要的情況我做個開幕式或閉幕式演講以外。我叫每一個國家有貢獻的人參加會議。
儀器的選擇上大致怎麼做?比如說法國人認為這塊地方該放這樣的儀器,而德國人認為應該放另外的儀器。那我決定選誰呢?每一個國家都花了很多經費去研究這個儀器。最後只能選擇一個,因為一個地方只能放一個東西。我們每三個月就開一次討論會,不管你是大學教授還是國家實驗室主任(我們隊裡還有包括大學校長等等,日內瓦大學校長以前也在我們組裡),或者你是一個即將進來的研究生,任何人都可以發言。
會議的日程我來決定,就是說我坐在前面,其餘的人,每一個人都可以發言,發言可以很長也可以很短。只能講科學技術,其他任何事情不能講。我在上面聽,我聽懂了,就做一次決定,做了決定以後就不能改了。我沒有聽懂,大家可以討論,討論以後,我還是沒有聽懂的話,我就說下次開會再討論,同時我去問懂行的人,因為我絕對不可能每個題目都懂。有任何一點懷疑的事情,我一定問別人。
等我完全懂了以後,我就做一次決定。為什麼大家現在繼續一起合作,從來不離開?主要原因是到現在為止,還沒有做過一個錯誤的決定。如果經常做錯誤的決定,別人就不跟你合作了。
我沒有做過任何錯的實驗
澎湃新聞:您認為在您的職業生涯中,您從來沒有做過錯誤的決定?
丁肇中:到現在為止,還沒有做過任何錯的實驗,可是這並不代表明天不會有,後天不會有,因為任何人的能力都是有局限的。比方說儀器是非常複雜的,因為它縮得很小。任何儀器都會有不正常的現象,最主要的是,要知道什麼儀器有不正常的現象,什麼時候有不正常的現象,這樣你就可以把這一塊的數據取消掉。假設儀器有故障而你不知道,那你就會做錯誤的事情,得出錯誤的結果。
澎湃新聞:作為一名科學家,您認為,相信自己和相信您的團隊哪個更重要?
丁肇中:最主要的是你的小心謹慎,懷疑自己的能力。懷疑自己的能力,這是最重要的。了解清楚了以後,對我來說,我做一個決定以後,還沒有改過的經驗。當然,我比較僥倖,跟我合作的人確實是非常非常好的科學者,他們的貢獻很重要。這個團隊的成功絕對不是我一個人的成功。
中國科學家對AMS做了非常重要的貢獻
澎湃新聞:我們想問一些關於中國的問題和您對中國的印象。您曾經在德國漢堡的電子同步加速器實驗室工作,現在還在歐洲核子研究中心工作,也曾經在中國生活過一段時間,這些地方的科學工作環境有哪些不同?
丁肇中:我在中國住還是小時候,那時候正處於二次大戰,沒有什麼科學研究。我記得那時候,我父親在重慶大學教書,後來在重慶兵工學校教書。我還記得他帶我去看一個科學展覽,所有的科學展覽都非常非常簡單,那時候大概七八歲,不過給我留了一個很重要的印象。
中國的科學現在發展得怎樣?應該怎麼發展,我並不了解。因為我不住在中國大陸。不過我覺得,我離開中國大陸的時候(1948年丁肇中隨父母離開大陸去了臺灣),1948年,中國當時是非常非常落後的國家。可是從1948年到現在,有航天工程,有火箭,有空間站,同時中國航天的事情絕大多數是自己做出來的,我認為這是非常值得驕傲的事情。
澎湃新聞:參與AMS項目的中國科學家怎麼樣?您對他們的貢獻有怎樣的印象?例如永久磁鐵。
丁肇中:中國科學家參加AMS做了非常重要的貢獻。尤其是中國科學院電工研究所製造的磁鐵,和航天部一院一起做出來的。在此之前,沒有人做這麼大的磁鐵,直徑1.1米,高0.8米,總共重約2.6噸。從來沒有人把磁鐵放到天上,因為依據指南針的原理,你把磁鐵放到天上,一頭向北一頭向南,太空梭馬上就失去控制了。這是一個決定性的貢獻,中國科學院高能無理研究所也參加了這快磁鐵的製造。
澎湃新聞:山東是您的故鄉,你能說說山東大學的參與嗎?它們對整個項目做了怎樣的貢獻?
丁肇中:山東大學所參加的是熱傳導系統。有一個很能幹的教授程林,做的是傳熱系統。怎麼樣保持這個儀器的恆溫?空間站每93分鐘繞地球一周,白天的時候溫度很高,晚上的時候溫度很冷,可是白天晚上最多是93分鐘,怎樣保持恆溫?這個主要是山東大學程林教授的團隊和美國MIT、美國航天局還有中國臺灣的中山科學院一起合作的。山東大學確實做了非常重要的貢獻。
澎湃新聞:通過您的實驗,您對山東以及參與永磁團隊的成員有怎樣的印象?科學在如何改變中國?
丁肇中:我第一次再到中國是1975年,到現在有很大的進步。不但是高能物理,比方說在大亞灣核電站的王貽芳教授所做的中微子實驗,這是個非常重要的實驗,再比方說空間站。所以說是非常非常大的進步。
100%的時間花在實驗上
澎湃新聞:據說,您工作之外很少參與社交活動,您不想把時間花費在沒有參與您的研究的人身上,是真的嗎?
丁肇中:因為我100%的時間花在實驗上。空間站繞著地球每93分鐘一周,沒有白天晚上,沒有禮拜六禮拜天,所以我很少能有私人來往。同時,這也是一個習慣。
比方說,MIT有很多教授原來是我的學生,跟我學習,拿到博士學位,然後從副教授做到正教授,有的跟我40多年了,我從來不到他們家去的。有時候我請他們吃飯,就到我辦公室吃,他們對工作有懷疑的時候,我就請他們來吃飯,一起討論。所以一般沒人願意跟我吃飯,因為吃飯的時候就是討論物理。
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