2023年02月17日 星期五
朱棣文:“装配工”开创新领域
□ 王 恒

    诺奖人成长之路

    诺贝尔物理学奖获得者、美籍华裔物理学家朱棣文,出生于一个有造诣的学者家族。其家庭的学习氛围浓厚,每个人都在努力证明自己,学得好些再好些。朱棣文在学校相当努力,但是和他哥哥相比,其表现却显得平庸。朱棣文的哥哥创造了他们学校最高积分的纪录。他的两个兄弟和4个堂兄陆续得到了3个医学博士和4个理学博士以及1个法律博士学位,而朱棣文只得到了一个简单的高级学位。

    尽管教育在家庭中占有重要地位,但是朱棣文的生活并没有完全集中在学业和阅读上,从幼儿园起,他就是一个兴趣多样的孩子。朱棣文曾回忆说:“在幼儿园毕业的那一个夏天,一个朋友介绍我参加建造塑料模型飞机和军舰的娱乐活动,从此我便爱上了这一活动。到小学四年级末,我已经达到了‘装配工’的水平,并且花费了许多愉快的时间用于构造无明确用途的器具。我卧室的地毯上,经常散乱地放着数以百计的金属‘梁’和小的螺母、螺杆,它们分布在半成品的周围。在我稍大一些的时候,我的兴趣扩展到化学游戏:我和一个朋友用自制的火箭和火药做实验,实验的资金相当一部分来自父母给我的午餐费。一年夏天,我们的爱好又转到了测量我们邻居的土壤的酸度及其所缺少的营养物质上。”

    在中学高年级,朱棣文把物理和微积分放在重要的位置上,这两门课与早些年学过的几何课一样,不是去记忆一长串的公式,而是依据少数基本概念和一套非常自然的假设进行推理判断。这两门课非常适合朱棣文擅长的逻辑推理的思维方式,而且两位授课老师都极具才华且富于奉献精神。

    物理老师托马斯·米纳是一个极富教学天才的人,他讲的课既引人入胜又富有哲理。他对朱棣文日后学术思想的形成起着潜移默化的作用。在高中的最后一个学期里,朱棣文自己动手做了一个物理摆,并用它精确地测量了引力。曾达到“装配工”水平的朱棣文,他的制作手艺直接用到了物理摆的构造过程中。颇具戏剧意味的是,25年后,朱棣文应用激光冷却原子的技术研究出高精度测量引力的方法,为此他获得了诺贝尔物理学奖。

    当初,由于学习成绩不佳,朱棣文只好上了罗彻斯特大学。在学校里,教朱棣文数学的教授特别出色,而且非常看重他的才能,朱棣文对数学的兴趣越来越大。物理课用的是费曼物理讲义。费曼对物理学的描述显示出他对物理的热爱。这本书强烈地吸引着朱棣文,他曾经说过:“要不是使用了费曼的讲义,我几乎肯定要放弃物理课了。”这样一来,数学得到了加强,物理也没有放弃,为他日后的发展奠定了坚实的基础。

    大学毕业后,朱棣文先做了一段理论研究工作就转到了实验室工作。很快,朱棣文找到了自己的兴趣点,他非常乐于从事实验工作,有一些实验已经触及到物理学的基本问题,其中包括粒子之间的弱相互作用。

    1978年秋天,朱棣文进入了贝尔实验室。在这个实验科学的“天堂”里,朱棣文感到从未有过的兴奋, 除了做最热爱的研究工作之外,无须做任何事情,献身科学的兴奋气氛充满着每一个角落。大家互相影响、共同进步,讨论随处可见,甚至连吃午饭时都在进行,并且延续到网球场和社交集会中。

    但是,一年后的成就评论会上,朱棣文受到了批评,领导要求他“不能满足于任何低于‘开创一个新领域’的成绩”。这正是他的心愿,他正在寻找这样的新领域。

    在贝尔实验室,朱棣文开始了他真正的物理实验的生涯。他很快就找到了一个关于电子偶素的实验项目。因为这个项目难度很大,在朱棣文开始实验之前,有不少人从事过这项工作,但他们都以失败而告终。经过两年的实验,朱棣文也没有取得成果。但是,他顽强地坚持自己的设想,并与合作者相互取长补短,充分发挥各自的优势,最后取得了实验的成功。

    1983年秋天,朱棣文成为量子电子学研究部门的主任。这时他无论在实验技术、科学素养还是心理素质方面都具备了“开创一个新领域”的能力。他终于把目光转向了利用激光冷却和捕获原子方面的研究。用激光来捕获原子,这曾经是一个很重要的研究项目,因为屡遭失败而陷入了绝境,科研管理人员在4年前就停止了这个研究项目。朱棣文经过认真的研究认识到,用激光捕捉原子的方法第一步就是要极度冷却原子。这个想法是通向“一个新领域”的必经之路。朱棣文立即放下手上大部分其他实验,全力投入激光冷却原子的实验当中。

    朱棣文于1985年利用互相垂直的3对激光束,在其交会区域内使原子受到6束驻波场的作用而形成对原子运动的粘滞性约束。这种光束安排称为“光学粘胶”。利用“光学粘胶”有效地将微量气体束缚在一定的空间,大大地降低了气体原子的运动速度,为进一步冷却原子使之更接近绝对零度奠定了坚实的基础。朱棣文敢于做别人曾经做过而且是已经失败的实验,并取得了成功,成为一匹科研队伍中的“黑马”。

    1997年10月15日,瑞典皇家科学院宣布,将本年度诺贝尔物理学奖授予美国加利福尼亚州斯坦福大学的朱棣文教授。

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