關於中國諾貝爾獎的思考

2021-01-08 中國科學院

王育竹 量子光學專家、中國科學院院士。1932年2月生於河北省正定縣。1955年畢業於清華大學無線電工程系。1960年獲前蘇聯科學院博士學位。1999年當選為瑞典皇家工程科學院外籍院士。中國科學院上海光機所研究員、博士生導師、量子光學開放實驗室學術委員會主任,中國科技大學、蘇州大學、山西大學兼職教授。國際理論物理中心高級合作成員。美國科學促進會(AAAS)榮譽會員。長期從事電磁場與原子相互作用的研究,是我國原子頻標開拓者之一。建立了我國第一個量子光學開放實驗室,率先開展雷射冷卻氣體原子的研究。首次提出將光頻移效應用於雷射冷卻氣體原子。利用雷射偏轉原子束驗證了亞泊松光子統計規律。開展了一維駐波場雷射冷卻原子的研究。首次觀察到低於都卜勒極限溫度的現象。利用固體微球腔量子電動力學效應,獲得了新的雷射譜線。

1997年度諾貝爾物理學獎授予了在雷射冷卻氣體原子研究方面做出突出貢獻的朱棣文等3位科學家,這件事在科技界震動很大。有幾位與我同行的專家教授幾次在學術會議上說:「王育竹提出的雷射冷卻氣體原子的物理思想與現在使用的機制是一致的。」有位教授激動地說:「王育竹距諾貝爾獎只差一步......」。當然,事實並非如此,但不少人都關心過這件事,因此我想談談諾貝爾獎的問題。首先,需要說明我不認為我能得諾貝爾獎,也不認為自己有這麼高的造詣。但作為我在中國現實環境中所經歷過的一段重要過程,應該總結一下經驗,供年輕人參考或許還是有意義的。

1978年,科學的春天來到了。我和我的同事們在工廠與工人結合了7年,完成了「遠望一號」和「遠望二號」測量船上的銣原子鐘研製任務,回到了研究所,又開始了科研工作。搞什麼研究課題呢?我到圖書館去查文獻資料,我查到了漢斯和肖洛1976年發表在《光通訊》上的一篇關於「雷射冷卻氣體原子」的論文。當我學懂了這篇文章後,「雷射冷卻氣體原子」對我產生了巨大的吸引力。因為,我明白,原子鐘的精確度是受限於原子的熱運動速度,如果能降低原子的溫度,即減低原子的熱運動速度,那麼原子鐘的精確度就會大大提高。這不僅對於原子鐘研究,而且對於原子物理以及基本定理的驗證研究都有重大意義。我在當時並沒有意識到這個課題的成功將可能獲諾貝爾獎,但我意識到它的重要性和價值。作為一個原子鐘研究的工作者,我自然會全身心地投入到「雷射冷卻氣體原子」的工作中去。應該說,這是一個好機遇。其實,機遇對每一個科學工作者都是一樣的,因為,科學總在不斷的發展,總會有一些新的、重要的科學技術問題產生,需要人們去解決,這裡面,就有機遇。問題是當機遇到來時,能否意識到它的重要性,能否緊緊地抓住機遇。這就要看一個人的學術積累和勤奮程度。華羅庚先生說:「天才在於積累,聰明在於勤奮。」當然,運氣也是非常重要的。所以,生活在大陸的中國人也同樣有這樣的機遇。當時,「雷射冷卻氣體原子」這個領域是一片空白,只要你決心投入和潛心研究,你就會有創造。搞科研的人一生中都在學習、提問、探索和思考,但這一段時間裡我像著了迷一樣的提問、學習和思考。當我理解了雷射冷卻氣體原子與都卜勒頻移的關聯後,我提出了兩種與都卜勒效應相關的雷射冷卻氣體原子的新方法。更進一步我又聯想到,銣原子鐘中有光頻移效應,既然都卜勒頻移可用於雷射冷卻氣體原子,那麼光頻移為什麼不能用於冷卻氣體原子呢?因此,經過一段時間分析研究後,我提出了將交流施達克效應(光頻移效應)應用於雷射冷卻氣體原子的設想。我先後提出了「積分球紅移漫反射雷射冷卻氣體原子」(全國光頻標論證會,1979,四川成都),「序列脈衝雷射冷卻氣體原子」(全國光頻標論證會,1979,四川成都)和「利用交流施達克效應雷射冷卻氣體原子」(《科學通報》,1979;《雷射》,1980)等論文報告。前兩項物理思想是都卜勒冷卻機制,與諾貝爾獎獲得者Phikkips1983年的工作相似。他們用磁場變化補償都卜勒頻移,我用光線入射角的變化和序列脈衝的光譜寬度補償都卜勒頻移。後一項物理思想與諾貝爾獎獲得者S.Chu(朱棣文)和CohenTanhoudji 1989年提出的低於都卜勒冷卻極限的Sisyphus冷卻機制相一致。他們提出在駐波場中的光頻移與自發輻射結合,可冷卻氣體原子,而我提出光場在時間上和空間上的非均勻性所產生的光頻移與自發輻射相結合可以冷卻氣體原子。1979年8月,諾貝爾獎獲得者肖洛教授來華講學,他訪問了我們的實驗室。他是「雷射冷卻氣體原子」物理思想的提出者,我向他講述了我的想法。他說:「這個思想是新的、合理的,表達是直接的和清晰的,我建議你馬上發表。」他鼓勵我要把實驗做出來。

提出物理思想重要,但展示它的可行性和應用前景更重要。儘管我提出的這些思想比國外早了5-10年,但是,我們沒能從實驗上做出來。為什麼我們在那麼多年裡不能有所作為呢?這裡有主觀上和客觀上眾多問題,這是應該總結和思考的。

首先,主觀上缺乏那種強烈的攀登頂峰精神。有一位科學家說:「他就是要為獲諾貝爾獎而奮鬥。」可是那時候,在我們的思想觀念中,不可以有要為自己的某個目標而拼搏奮鬥的想法,更不敢想要為獲諾貝爾獎而奮鬥,因為當時認為那是個人「名利思想」,是「白專道路」,沒有把個人的成功與人民的利益統一起來。實際上,國家和民族的富強是建立在個人的努力和奮鬥的基礎之上的,中國成功的科學家越多,國家才越強大。要創新就有風險,需要巨大的膽量和勇氣去承擔風險。由於缺乏這種攀登頂峰精神,當遇到巨大的客觀困難時,就沒有勇氣去頑強的拼搏奮鬥。

在客觀上,我們不夠重視基礎性研究。我們的科研政策是「以任務帶學科」,在過去的年代裡,「以任務帶學科」確實推動了我國科技事業的發展,「兩彈一星」的輝煌成果證明了它的正確性。雖然這一政策並沒有不支持基礎研究的含義,但在強調任務帶學科的同時忽視了與任務無直接關聯的基礎性研究。1979年,我多渠道向各方寫申請報告,要求支持開展雷射冷卻氣體原子的研究。但報告送出後,如石沉大海,沒有回應。甚至認為「目前看不出用途,以後再考慮」。由於失去了良好的機遇,延誤了我國這項研究的進展。

「雷射冷卻氣體原子研究」在中國和在日本所得到的支持不一樣。1979年底我有機會到日本東京大學作短期訪問學者,想找到一個實驗室能進行這項實驗。當時,日本沒有一個研究室開展這項工作,我多次在學校和研究所做報告,希望有人願與我合作。我的報告引起了東京大學應用物理系清水富士夫教授的興趣。當時,他正在進行銅蒸氣雷射器的研究,他願與我進行雷射偏轉原子束的實驗。我們找到了東京大學分子光譜實驗室,那裡有先進的雷射器和分子束設備。在1980年的新年假日裡,我們進行了首例雷射偏轉鈉原子束的實驗,展示了光壓力的作用。此後,清水富士夫教授開始轉向雷射冷卻氣體原子的研究。他的開題很快得到批准,順利地申請到一大筆經費,建立了一個很好的實驗室。他是日本開展雷射冷卻氣體原子研究的創始人,已成為國際上著名的科學家。據稱,由於他的冷原子全息研究成果,很有可能獲諾貝爾獎。

做一項好的研究工作與做出好的研究成果需要有較好的設備和良好的技術支撐,例如我們需要高頻率穩定性的雷射器和超高真空設備,國產設備達不到要求,只能利用國外現有的先進技術才能完成這個實驗,這就需要一定的經費買設備。那時,沒有完善合理的學術評審機制,而撥款制度是計劃分配,得不到支持就沒有經費。因此,開展這項新的研究工作就十分困難。我們只能用分配到室裡的一點經費來建立所需裝置:原子束裝置和雷射器設備等。我們用了十幾年的時間才建立了這些裝置。若在國外只要是新的獨具匠心的學術思想,一般總能申請到經費,通常用半年或一年就能做出結果,我們要用10年時間建設備,然後才能開始研究工作,顯然難以與國外科學家競爭。

完成一項有價值的科研工作需要一個好的學術環境。在學術氣氛濃厚的環境中,科研人員精力都集中在學術上,積極獲取新的學術信息,努力學習新的知識和熱衷於討論新問題,從而提高自己的學術水平,做出創新的成果。但在當時,我們的學術環境不好,信息閉塞,與外界交流不暢,能得到高水平專家教授指導的機會就更少。我們不太提倡學術上的自由討論,雖然我們提倡「百家爭鳴」,但是由於某些原因,大家很少爭論,已沒有自由爭論的習慣,不利於新學術思想的成長。因此,我們需要創造一個好的、寬鬆自由的學術環境,提倡學術上的自由討論,鼓勵提出新的、獨具創意的學術思想。做好研究工作還需要一個好的研究集體。我的研究組是一個很好的集體,在完成原子鐘研製任務中做出了十分出色的工作。但是,當需要轉向基礎物理性研究時,研究小組也應進行重新組合,吸收新的成員和新的思想,補充新鮮血液,增加新的活力,以利於科研工作的快速發展。

我們的國家正處在高速發展的新時期,「科教興國」的國策和「創新工程」的實施,將大大加速我國科學技術的發展。我們的科研環境已有很大改善,科研條件日臻完善,青年一代已能肩負起建設科技強國的重任。現在,我國正處在出創新成果的好時期,中國科學家獲得諾貝爾獎已為期不遠。我們必須不拘一格地選拔優秀人才,為年輕人創造一種脫穎而出的環境,提高科研隊伍的素質。科學研究的核心是創新,要創新就要有創新的意識,就要敢於破除某些陳舊的保守的思想方法和突破現有科學技術的界限,創造新的成果,開創自己的科研道路。

撰稿人:王育竹

點評:

王育竹先生敏銳的科學判斷,鍥而不捨的精神,著了迷一樣的提問、學習和思考,終於比國外早5-10年提出「雷射冷卻氣體原子」的學術思想。我們為什麼沒能在外國人前面做出來?作者認為主觀上缺乏強烈的攀登頂峰精神;客觀上當時對基礎研究不夠重視;缺少良好設備和技術支撐;學術上缺乏自由討論的氛圍,信息閉塞,交流不暢;不能按工作需要適時更新隊伍。這些中肯的分析對科研人員和科研管理人員都有啟迪作用。

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