原創： 烏鴉少年 返樸
北京時間2019年9月5日晚上，科學突破獎（Breakthrough Prize）委員會宣布，將2020年物理學新視野獎（New Horizons in Physics Prize）授予陳諧、Lukasz Fidkowski、Michael Levin 和 Max A. Metlitski，以表彰他們對於理解拓撲物質狀態及其關係的深刻貢獻。
物理學新視野獎每年最多授予三項物理領域的研究，今年獲獎的另外兩項研究是，從天文數據中提取基本物理的新技術，以及對量子場論的研究。此前獲得新視野獎的華人科學家有物理學家傅亮、祁曉亮（2016年物理學新視野獎）、尹希（2017年物理學新視野獎），以及數學家惲之瑋、張偉（2018年數學新視野獎）、許晨陽（2019年數學新視野獎）。今年，凝聚態物理學家陳諧和數學家朱歆文也加入其中。
陳諧的研究領域主要是量子多體系統中的相與相變過程，涉及強關聯繫統中的拓撲序、多體系統動力學、張量網絡表示以及其在量子信息方面的應用。從2006年開始讀研究生到現在，短短十幾年時間，她已經在量子多體系統方向取得許多重要成果。
就在剛過去的夏天，「返樸」有幸採訪了陳諧教授。在對話過程中，陳諧坦言，自己沒有從小立志要當科學家，開始做研究的時候也曾鬱悶、迷茫，是一步步的自我了解和探索，是身邊科學家的啟發和激勵，讓她發現了科學的美和研究的樂趣。
受訪人 | 陳諧陳諧：凝聚態物理學家，美國加州理工學院副教授。研究領域主要是量子多體系統中的相與相變過程，涉及強關聯繫統中的拓撲序、多體系統動力學、張量網絡表示以及其在量子信息方面的應用。
懵懂少年的自由探索返樸：你從小就很喜歡或者擅長數學物理嗎？
陳諧： 我小時候其實是處於一種比較懵懂的狀態，搞不清楚自己喜歡什麼，不知道自己將來要幹什麼。現在回想起來，我那個時候沒覺得會特別喜歡理工科，為什麼呢？因為我不喜歡科幻小說，我喜歡看那種有故事情節的。我也不是那種喜歡動手的小孩，一遇到動手的事情就往後縮。就像我上初中的時候，總覺得電腦這事我學不懂，看到電腦就怕。現在想想其實沒有什麼可怵的。
返樸：那高中時候還發怵嗎？還是就逐漸喜歡上物理了？
陳諧： 其實還是處於一種懵懂的狀態。我想首先得感謝我的家人，他們會為我選擇那種比較寬鬆、活動比較多的學校。我的中學是南京外國語學校，是一所語言類的學校，從初中開始就強化外語訓練，包括小語種，到了高中以後很多學生都會保送上大學。
這個學校特別好的地方在於，老師的評價體系比較多元，他們不只是看重誰成績好，也會重視語言、組織活動、表演節目等各方面的能力。所以各方面有優勢的同學都可以找到自己擅長的東西。老師比較鼓勵大家發展自己的個性，發展自己的愛好。這種環境導致我一直比較懵懂，一直到上大學都沒有覺得必須要走哪條路。
現在想想，其實這是非常好的一件事情，因為人往往是成長到一定階段才能發現自己真正喜歡什麼，擅長什麼。但是有時候不得不從小就確定要選擇哪個方向，這時候很容易會把外界的標準、大人的期望放到小孩子身上。我能夠有機會認識到，自己其實適合做物理，而且是做理論物理，其實是一件很難得的事情，所以我覺得我是一個特別幸運的人。如果沒有這個空間去嘗試、去探索，那我就不知道要幹嘛，可能就隨便幹什麼了。
返樸：大學是怎麼選擇物理方向的？
陳諧： 我是物理競賽保送的。高中的時候我去考了物理競賽，得了全國二等獎。那時候清華大學去招生，二等獎有些專業不能選，比如生物和計算機不能選，那兩個專業考分要求高。但是我很高興，因為10月份物理競賽得二等獎後就可以直接保送了，我高三一年可以玩去了。不過我沒有選擇物理系，而是進了材料系。
返樸：你還參加其他競賽了嗎？還是那時候就覺得自己喜歡物理？
陳諧： 其實高中時候我各門課的成績都還挺好，生物、化學、物理、數學競賽本來都參加了。到了高二突然覺得實在太累了，於是有一天自己決定除了物理，其他競賽都不搞了。那個時候大概已經覺得自己更喜歡物理了。現在回想起來，我的家長和老師都很尊重我的選擇，也沒有給我額外的壓力。
返樸：你大學最開始是在材料系，為什麼不直接選擇物理系呢？
陳諧： 其實大學選專業的時候不知道要選什麼，因為一下子有那麼多專業擺在面前，也不知道理科、工科是什麼，對於建築、材料之類也沒概念，只能看著名字選了，於是就選了材料系。那時候覺得材料挺好玩的，也可能潛意識裡面還是覺得女生學理科不合適吧。
返樸：那後來為什麼轉到物理系了呢？
陳諧： 因為在材料系過了兩年以後，發現自己不是學工科的料，到了專業課層次就覺得沒學明白。後來有一天我跟電子系的一個同學吃飯，她說電子系的課她上不懂，我說材料系的課我也上不懂，她說那咱們轉物理系吧，然後我就轉到了物理系，那個同學沒有轉 （哈哈） 。其實之前沒有想過要轉物理系，但是一聽到那個建議就覺得特別對。就像是當人在迷茫的時候，總覺得有什麼不對，但又不知道是什麼不對，這個時候一旦找到那個想要做的事情後，就豁然開朗，特別明確。
返樸：喜歡工科還是理科可能跟人的個性也有關係吧？
陳諧： 對。我覺得每個人的思維很不一樣，各種各樣的人在科學裡都能有所貢獻。工科更注重實踐，注重怎麼去直接解決一個問題，有很多東西是經驗性的。但是我比較喜歡邏輯類的東西，更想弄明白概念原理上是什麼樣的。小時候我雖然不喜歡科幻小說，但是非常喜歡偵探小說，比如《福爾摩斯》，看得非常害怕但還是想看。
返樸：那到了物理系之後怎麼樣呢？
陳諧： 轉到物理系，一開始覺得挺難的，怕自己學不好，後來上了課挺開心，因為覺得自己學懂了。因為是大三轉專業，有很多課沒有學，但是學分夠了也就畢業了。
返樸：你本科畢業設計做的是什麼？
陳諧： 本科做的是天文。其實那時候也是不知道要做什麼，然後去問輔導員，輔導員說天體物理那邊挺好的，女生挺多的，於是就去天體物理那邊學了一些數據處理。
研究生階段：返樸：你之後在MIT讀PhD時做的是量子信息，專業跨度還挺大的，你是怎麼跳過去的？
陳諧： 本科上量子力學的時候，老師提到一些量子信息的概念，當時覺得挺感興趣，挺好玩的。正好在MIT我有一個師姐叫曾蓓，我們經常去她家吃飯，她在量子信息組，我就跟她去她們組看了看。她們組的老闆Isaac Chuang聽說我是做天體的，就問道，薛丁格方程你知道嗎。我寫了出來，於是老闆就收留了我。
返樸：在量子信息組裡做研究還順利嗎？這個過程有哪些成長和收穫？
陳諧： 我們那個組是一半做實驗，一半做理論，我的導師主要是做實驗的，我們做理論的就比較自由。那時候跟師姐學習討論很多。她說的一句話我印象很深，她說做新東西並不一定總能做出來，但是學東西花點時間總歸是能學會的。所以在這個過程中，我明白的第一件事情是，什麼東西都是能學會的，有了這個信心之後就不太怵了。
以前參加物理競賽、轉到物理系，一直覺得我很多東西不懂，但周圍的人都很厲害。但這時候慢慢覺得，不懂就學，什麼都是可以學會的，甚至計算機也是可能學會的，這樣就克服了一個很大的心理障礙。PhD有五六年，花幾天、幾個月的工夫把一個東西學明白，這點時間還是有的。當你慢慢把所有東西一點一點都啃明白了以後，你就發現其實別人也不是所有事情都很明白，但是一開始你很容易會被別人嚇唬住，以為大家都很明白，只有自己不明白，其實不是的。
返樸：這位師姐對你影響很大。
陳諧： 我還一直記得她說的另一句話：別人會做的事情，我幹嘛要做，要做就要做點別人做不了的事。
返樸：你跟導師的合作是怎樣的？導師對你有哪些影響？
陳諧： 導師會在我非常糾結的時候，給我一些大的指導。他跟我說，你博士階段不是要學習解決問題，而是要學習問問題。他的意思不是說你馬上就必須要提出一個很重要的問題，而是說現在你可以開始想這件事情了。因為博士階段結束後，如果你想成為PI，你不是要去解決別人的問題，而是要自己去問問題。
在科研的過程中，其實很多情況並不是說有一個費馬大定理等著大家去證明，即使是, 這樣的大問題一般也不是直接衝著問題過去，這樣一般是做不出來的；而是要把大問題拆成小問題，把完全沒法下手的問題轉化成可以帶來一些進展的問題。我覺得科研有時候就像掃雷似的，你在這邊試一試，可能掃一塊出來，然後到那邊試一試，再掃一塊出來，最後挖到一定程度，可能就會掃出一大片來。
返樸：問問題其實是站在已知的基礎上，去觸碰未知，是很難的一件事情。你在研究生階段是怎麼培養自己問問題的能力的？有沒有自信心很受打擊的時刻？
陳諧： 在學生的時候，一開始我們知道的東西都很少，最經常發生的情況是，你做了一個東西，以為是一個重大發現，結果卻發現別人已經做過了。這時候打擊非常大，但是對於學生來說，這其實是非常了不起的，因為那可能是一個大教授費了很大勁做出來的。但是你在自己當時已知的基礎上，能夠獨立想到這個問題，並把它解決掉，雖然這不是新結果，也不能發表，在已有的評價體系下是沒有用的東西，但是對於學生來說，這是一個巨大的進步，這個時候非常需要鼓勵與支持。
如果自己做了很多東西出來，結果發現都是別人做過的，這時候悲觀情緒很容易瀰漫開來。但是這時候，其實再走兩步，很快你就夠到新的東西了。在這些前沿的地方我們懂得真的很少，稍微再往前走一點點可能就看到曙光了。讀研究生有時候會變成一個很悲觀的過程，有發文章、畢業的壓力，有對前途的迷茫與擔憂，如果能夠多一些鼓勵與支持，可能有更多的同學能走下去。
返樸：讀研究生真的是一個很艱難的過程。不過在這個過程中你一定也做過一些很有成就感的事情，才能支撐自己走過來吧？
陳諧： 肯定是。讀博士有時候會有很消極的階段，但也並不是都很糟糕。有時候做著做著就發現，自己還能做點東西。之前不知道自己能做這個，但是一些正面的反饋逐漸讓自己樹立了信心。
返樸：什麼時候開始逐漸有了信心？
陳諧： 那是到了博士第三年，我開始跟文小剛老師合作，自己覺得做的東西開始比較上路了，自我感覺好一點了，大家後來也慢慢認可這些工作，這肯定是一個正面的激勵。
返樸：你是什麼時候開始比較篤定，覺得我就是要做科研？
陳諧： 我研究生去MIT的時候，最初還想著學兩年物理可能轉到金融或者諮詢領域掙錢去。後來我忽然想明白自己要做research，是因為跟我同學去參加一個招聘會，做那些面試題，跟面試的人聊天后，我忽然發現這跟research的思路非常不一樣，而且文化也不一樣，因為這兩點，我開始考慮也許學術圈更適合我，之前我從來沒有想過我一個女孩子要去做理論物理研究。但是慢慢做著做著就發現，自己做得挺開心的。
返樸：做科研做的很開心，那一定是很美妙的體驗吧！能講講這方面的經歷嗎？
陳諧： 在我博士前期的時候，我覺得身邊的同學中間普遍有一種消極的情緒，大家不知道量子信息的出路在哪兒。那時候流行的說法是，量子信息已經發展了20年了，容易的問題都被做完了，剩下的問題都很難做。那個階段我經常經歷一種過山車般的狀態，今天覺得一個問題做出來了，明天又發現做錯了，經常會受到打擊。
但是後來跟文老師開始合作以後，對我影響最大的一點是，我發現做研究可以很開心。我去找他討論問題，有時候也沒搞懂討論的問題要怎麼解決，但還是好開心。所以就發現，做物理不是一件痛苦的事情，不是說大家拼了命削尖了腦袋，每天愁眉不展，吃不下睡不著，只是為了做出結果來，它首先是一件開心的事情。哪怕我只是理解了別人的東西，或者弄明白了昨天做的東西錯在哪，或者弄明白問題其實應該怎麼問，這樣一點一點的進展都是很開心的事情。
返樸：這樣就慢慢成長為一個比較成熟的researcher了。
陳諧： 那段時間我開始建立自己對研究的品味，就發現其實根本不是量子信息領域的好問題都被做完了，其實完全取決於你問的是什麼問題，你覺得什麼問題是重要的，什麼問題值得去研究。
我研究的方向處於量子信息與凝聚態的交叉領域，牽涉到一些很抽象的概念，很多時候跟實驗也沒有直接關係，不是很容易被理解和認可。有時候我也會想想其他類型的比如跟實驗或者應用緊密聯繫的問題，但是不知不覺會轉回到自己研究的方向上，因為我發現，只有在這一類問題上，自己才會進入一種想不明白就難受的狀態，自己真的覺得有意思，哪怕下班了還在思考。讓每個人茶飯不思的問題可能很不一樣，對於我來說就是邏輯類問題，用鉛筆和草稿紙就能算出來的那種問題，有點像數字遊戲。一個人一旦發現那種狀態好玩以後，可能也就幹不了別的工作了。
獨立科研：在量子信息與凝聚態理論的交叉處返樸：文老師是做凝聚態理論的，你是做量子信息的，你們是怎麼開始合作的？
陳諧： 跟文老師合作也是機緣巧合。那時候我們一幫中國留學生經常去師姐家裡吃飯，在那裡認識了顧正澄，他跟文老師做博士後。聊天的時候知道，文老師對量子信息感興趣，他意識到凝聚態可以用到量子信息的一些概念。我們那時候研究的一些課題也開始往凝聚態方向靠攏。於是就開始跟文老師討論問題。
返樸：從量子信息到凝聚態理論，這又是一個跨越，你是怎麼進入凝聚態領域的？
陳諧： 量子信息領域有很多做數學和計算機的人，大家會明確地給出定義，然後提出問題，證明結論。當然這樣的問題往往是問題聽起來很簡單，但是證明很難，數學就是有這種迷惑性。
凝聚態不一樣。凝聚態是一個相對來說門檻比較高的領域，並不是說它特別難，而是它歷史比較長，有很多自己獨特的概念，大家會說黑話，外人往往聽不懂。它是一個物理學科，很多概念是唯象的，沒有嚴格的定義，或者不同人有不同的定義，這就給初學者帶來一些困難，特別是不容易明白到底什麼是問題，什麼是有意義的問題。這種時候最好的辦法就是去跟別人討論，看他們對事情的理解是怎麼樣的，雖然經常得到不一致的答案，但是把不同人的回答拼起來，也就能明白核心問題到底在什麼地方。
量子信息與凝聚態這兩個領域其實互相不太理解，我對這兩個方面都有所了解以後，就可以從這邊借鑑一些，從那邊也借鑑一些，或者把這邊的發現用一種那邊能理解的方式重新表述出來，這個過程中就會產生一些新的想法。
返樸：介紹下你現階段研究的方向吧。
陳諧： 我喜歡把它叫量子多體系統，不叫凝聚態，也不叫量子信息。首先它是量子的，不是經典的，它滿足量子力學方程。其次它是多體系統，也就是粒子數目大到10^23這個數量級，是多到數不清，多到無窮多這種多。比如在具有量子性質的材料中有大量原子、電子等粒子，它們組織成一個晶格；量子計算機裡面眾多的量子比特，還有量子引力中研究的也都是量子多體系統。
這些領域現在開始互相借鑑對方的一些概念、工具。比如糾纏這個概念，它本來是量子信息領域的人用來研究怎麼傳遞信息的，現在也用來描述凝聚態系統中的多體效應，或者是對量子引力理論做一些刻畫。所以這些領域都彼此關聯，貫通起來了。這些領域原來的發展很不同，形成的思維範式不一樣，彼此接觸以後就會出現一些非常新的突破。
返樸：具體是什麼課題呢？
陳諧： 具體做的主要是拓撲序，研究量子多體系統的長程糾纏性質。最近做的課題跟量子硬碟有關係。在量子信息領域，量子硬碟是大家一直想做但是不會做的東西，哪怕從原理的角度都不會。但是在做這個問題的過程中，量子信息的人發現了一類新的模型，也就是fracton model。這種系統的性質太奇怪了，凝聚態的人以前完全不知道有這類模型的存在，於是大家開始從凝聚態的角度研究這個模型。
返樸：能簡單講講量子硬碟的發展脈絡嗎？
陳諧： 我們知道，經典的硬碟是用磁性材料做的，可以存儲信息，之後還可以讀出，它不太受顛簸、溫度之類的環境因素的影響。但是怎麼找到一個量子系統來存儲量子信息，使得它對光照，溫度等環境因素有很強的抗幹擾能力？
我們現在會做量子計算，但不會做量子硬碟。因為量子計算機是在運行過程中隨時檢查糾錯的，但是如果不讓系統一直糾錯，不是通過外界的幹預來保證錯誤維持在一定水平以下，而是依靠系統自身固有的一個特性來保證這一點，這就很困難了。
二維磁性材料之所以能夠存儲經典信息，就是因為錯誤產生了以後，不太會擴散。因為假如一個磁子反轉了，它跟周圍磁子之間的相互作用就改變了，平行變成反平行，能量升高了，如果要把整個磁疇反轉過來，就得從這個磁子周圍的一小圈開始翻轉，然後逐漸向外擴展，但這個過程中能量會越來越高，如果這個能量勢壘太高，就翻轉不動了，錯誤就不會擴散得很廣。
如果要實現量子存儲，就需要找到一個量子的模型，其中的量子態可以用來代表量子信息，同時對各種量子的錯誤都要能有足夠的抵抗力。新發現的這些fracton模型就有這種效應，錯誤一旦產生不容易擴散開來。但是這個擴散速度慢的還不夠，還不能實現有效的量子存儲。
磁疇翻轉過程示意圖
返樸：你會考慮量子信息這個領域有沒有前途這樣的問題嗎？
陳諧： 研究生的時候會很悲觀，但是現在我知道這是個偽問題。其實很多現在「火」的東西，過幾年以後就都不「火」了，有可能是核心問題被解決了，也有可能是核心問題遇到瓶頸，一下解決不了，沒有什麼東西會一直「火」下去。這個時候需要自己判斷，這個方向裡是不是有東西值得鍥而不捨的鑽研，還是應該放一放，去想想別的問題，也許有了新的思路了以後再回來。現在和以前做的所有東西都會疊加在一起，形成我對整個領域的認識，幫助我看得更清楚，知道下一步可以往哪兒走。
返樸：不斷去開拓新的領域。
陳諧： 對 。我們學校有一位大神級的科學家，就是基塔耶夫 （Alexei Kitaev） 。他是物理、數學、計算機整個都貫通的，他很少發文章，但是他在任何一個領域發一篇文章，大家就會把它當作教科書來學習。在牛頓那個時代，物理、數學都是通的，但是現在學科分化很精細了，還能出現這樣大神級的科學家，讓人感覺科學真是無窮無盡，有很多東西可以去學，可以去試。
科學家 Alexei Kitaev
純粹的科學家狀態返樸：所以前輩科學家起到了一種引導和激勵的作用。
陳諧： 是。在我成長的過程中，會感受到身邊很多人的激勵和影響，會被他們的科學精神感動。比如現在我的一位同事，他是一位非常資深的教授，在凝聚態實驗方向做出過一系列裡程碑式的工作。他原來有一個很大的實驗組，到他60歲時，他說我要退休了，這樣就可以不用教書，也沒有系裡的行政任務了，他的目的就是一個人回到實驗室去自己做實驗，重新回到一個研究生的狀態，他就喜歡做實驗，如今他照樣出很好的結果。像這樣沿著自己幾十年來一直想做的方向做，這真正是一個科學家的狀態。
返樸：非常純粹。
陳諧： 還有一位同事是做理論研究的教授，是美國科學院院士，60多歲了，有一次我跟他一起去開會，一個星期的會，從早到晚，大概45分鐘一個報告，他每個報告都坐在那裡聽，然後會拍一張照片，寫一句話總結報告的內容，有時候還加入一些自己的評論，發到推特上。我覺得自己完全做不到，因為每個報告都聽是很累的事情，而且這些報告涉及的方向非常廣，必須對每個領域都很了解，還得理解報告本身的內容，才能寫出一個總結。
返樸：這真的是很難得。
陳諧： 所以身邊這種例子讓我很感動，看到一種特別純粹的做科學的狀態。我們有時候似乎會陷入一種誤區，把精力耗在人與人、組跟組之間的競爭上，但科學的對手其實是自然，自然那麼大的空間，好多東西我們都不知道，人家能做出來，我就去幹點別的就好了。如果是這樣的狀態，大家就會形成一種互相啟發、互相幫助，共同面對大自然的狀態。當然這是一種特別理想的狀態，但起碼我們可以去追求這種狀態。
返樸：有時候我們聽那些很有名的科學家的故事會感到精神上受到激勵，但是更多時候其實是身邊一個個同學、老師，他們讓你感受到踏踏實實做科研是什麼樣的。
陳諧： 就是這樣的。所以每個人你做的事情，別人也會看得到。
女性科學家：返樸：你覺得在實際生活和工作中，會存在一些社會文化因素，不利於女性從事科研嗎？作為女性，會遇到更多困難甚至歧視嗎？
陳諧： 我們學校環境特別好，家裡也很支持，所以我自己其實沒有直接感受到。但是我知道在我的生活圈之外，噪音是很多的，這些肯定會造成很多無形的障礙。比如我上學的時候是屬於那種成績好、特別聽老師話的學生，但那時候經常聽人說，女孩就這樣，小時候好，等上了高中就不行了。其實社會上也流行一些話，比如「做那麼好幹嘛，做得太好了反而找不到對象」「 女孩子不要太強」之類。
返樸：我覺得社會觀念對女性的一個很大的影響是，很多女生會特別沒有信心。
陳諧： 對。我遇到過不止一個女生跑來跟我說，自己不知道怎麼就被招進Caltech來讀博士了，覺得自己是混進來的，是別人看走眼把她招進來的。其實她們完全不比其他同學差。
我記得在我博士快畢業的時候，MIT把對做學術感興趣的女生組織起來，做一個培訓。其中一個報告是關於儀態的，大概是講要怎麼站，怎麼坐之類。有一句話我印象特別深，培訓的那個人說，要記住，you take space，你是佔空間的。我原來總覺得自己最好不佔空間，希望最好誰也不要看到我。在擁擠的公交車上，我會把自己縮得很小；上課時候我不舉手，希望老師不要看到我；我也不要求什麼，沒有特殊要求，總之我不是一個顯眼的人。但是她說，你是佔空間的，你在哪裡，哪裡就有你的一份空間。你個子可能小一點，但是你有你的責任和義務，有你說話的份量。你在你的領域就是專家，你有你的觀點，你的聲音是值得被聽見的。
版權說明：歡迎個人轉發，任何形式的媒體或機構未經授權，不得轉載和摘編。轉載授權請在「返樸」微信公眾號內聯繫後臺。
閱讀原文