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一个实验要做40年,敢于向常识挑战

丁肇中:“兴趣使我不会疲倦”

本刊记者 | 田亮 《 环球人物 》(

    “我知道你的实验已经在天上了。希望你常回国来。”9月18日,在天津举办的发展中国家科学院大会开幕式开始前,胡锦涛总书记紧紧握住特邀嘉宾、美籍华人科学家丁肇中的手说。2011年5月,由这位诺贝尔物理学奖得主主持建造的第二台阿尔法磁谱仪(AMS—02),搭载奋进号航天飞机升空,开始了它在国际空间站的使命——寻找反物质和暗物质。未来20年,阿尔法磁谱仪将是国际空间站上唯一长年运行的大型科学实验设备。对于反物质和暗物质的探索,早在1994年就开始了,18年过去了,依旧没有重大发现,其实就连丁肇中自己也不十分清楚暗物质到底是什么。“我就是要一直找到宇宙的边缘。”丁肇中说。

    9月19日上午,环球人物杂志记者在北京钓鱼台国宾馆如约见到了丁肇中教授。他的着装很正式,衬衫加西裤,唯有那条针扣式腰带显得老旧。这位世界顶尖的物理学家早在1976年就因发现新粒子得到了诺贝尔奖,如今已76岁的他,本可像许多科学家那样功成身退,但他依然奋战在科研一线。他说,好奇心和兴趣是他生命的原动力,“工作就是我的兴趣,兴趣使我不会疲倦”。

    小学时考倒数第一

    丁肇中祖籍山东,1936年1月27日出生于美国。当时,他的父母已从密歇根大学毕业,父亲拿到了土木工程学硕士学位,并先行回到中国,在大学任教;母亲拿到心理学硕士学位后,于当年4月带着两个多月大的丁肇中回国。

    上世纪30年代后期的中国已是满目疮痍,为了躲避战火,父母只好带着丁肇中四处奔波,焦作、青岛、南京、芜湖、合肥、日照、武汉、万县……平均每个落脚处只能逗留两三个月,最终在陪都重庆安顿下来。“我是在战乱中长大,没有太多机会、也没有兴趣念书,小学的时候经常考最后一名。”丁肇中回忆说。父母没有训斥他,而是想方设法激起他学习的兴趣。

    父亲给他讲牛顿、法拉第、爱因斯坦这些大物理学家的故事,儿时的丁肇中最喜欢法拉第,因为他的经历很是传奇——没念过几年小学,13岁到书店当学徒,自学化学和电学,最终发明了发电机和电动机。在法拉第故事的影响下,1948年迁居台湾后,丁肇中开始没日没夜地补习功课。父亲怕儿子太累,就劝他出去看看电影,放松放松。当时的台湾影院,放映的都是美国的色情片和惊险打斗片,丁肇中告诉父亲:“看这种电影,是金钱和时间上的浪费,尤其是时间,那是最浪费不起的。”

    很快,丁肇中补上了落下的课,还被保送到成功大学。1956年,丁肇中转学到了父母的母校密歇根大学读工程学。一年后,丁肇中转到了他更感兴趣的物理系,仅用5年时间,他就在密歇根大学获得了学士、硕士、博士学位。本科毕业时,在校长组织的尖子生宴会上,丁肇中遇到了自己后来的妻子库妮,当时她还没毕业。要不是因为她,丁肇中本打算到普林斯顿大学读研究生的。

    先用中文演讲,再用英文复述

    1966年,正在哥伦比亚大学研究微观物理的丁肇中听说,哈佛大学和康奈尔大学的物理学家做实验时看到了好像与量子电动力学相违背的现象。“难道量子电动力学不可靠了?”丁肇中早在大学毕业前就熟读了父亲送的圣诞礼物——物理学经典著作《量子电动力学》,他没有轻易相信这种设想,而是遍阅前人的论文,找到一种检验量子电动力学的实验方法,可同实验室的莱德曼教授告诉这个年轻人:“即便有经验的实验行家,用你的方法花三四年时间,恐怕也未必能成功。何况你从没用过如此复杂的电子仪器。”“我只需要不到一年的时间。”丁肇中回答得很干脆。两人还以20美元(1美元约合6.3元人民币)打赌。果然,他用了8个月就完成了计划,并证实:至少在10-14厘米范围内,没有与量子电动力学有任何违背的迹象。

    丁肇中赢得了20美元,也赢得了国际声誉。他在给父亲的信中写道:“未来10年,我将有希望获得诺贝尔奖。”这时的丁肇中充满了自信,他打算从寻找第四种重光子入手。

    1967年,丁肇中受邀担任麻省理工学院物理系副教授,两年后升为教授,他是学校里唯一不授课的教授,专门做实验。“各组分头实验,直接向我负责,组与组之间不得相互联系,以免弄虚作假,影响实验的可靠性。”5年过去了,他没有发现第四种重光子。“找到这个新粒子的机会是一百亿分之一,相当于北京下雨的时候,每秒钟有一百亿个雨点,中间有一个是红的,你要把它找出来。当时学理论的人认为这没有意义,搞实验的人认为做不出来。”丁肇中说。

    一位著名的物理学家曾断言:“即使丁肇中的实验能够搞起来,也没有什么价值。在丁肇中计划实验能量区域内,新的长寿命的重粒子是根本不存在的,这是一般教科书上的常识。”对于来自各方面的非难,丁肇中毫不示弱。他对那些权威们说:“这不是不懂常识的问题,而是要靠事实来回答的问题。什么叫常识?常识就是不经证明而常常引用的知识。一个人不可不懂常识,但是过分迷信常识的科学家,往往就会错过一些重大发现的机会。” 

    丁肇中坚信自己的预见,决心向常识挑战。他再三告诉自己的实验组成员:“不要管反对意见是多么不可一世,决不要放弃自己的科学观点,要毫不胆怯地迎接挑战。”

    1974年8月底的一天,丁肇中发现计数器接受的信号骤然增加,“难道新粒子出现了?”他叮嘱组员们:“重新测试,检查,再检查。”一阵寂静过后,实验室里响起了欢呼声,苦苦寻找的新粒子真的出现了,他们将其命名为J粒子,这种粒子比普通粒子的稳定性强上千倍。当时,新闻界有一个误会:以为J粒子就是“丁粒子”,是丁肇中以姓氏来命名的。其实,这纯属巧合。

    J粒子的发现让丁肇中获得了诺贝尔奖,这年他刚满40岁。按照惯例,获奖人在颁奖典礼上要用本国语言发表演讲,丁肇中是美籍华裔,因此,在颁奖典礼上,他必须用英语发表演讲。 但丁肇中认为自己是中国人的后代,只不过是在美国的土地上出生而已。他要求先用中文演讲,再用英文复述。瑞典皇家科学院对此感到为难,美国政府也不同意。“美国驻瑞典大使几次找到我,要我放弃这种想法,我告诉他:‘这不是你的事,你管不着’。”

    1976年12月10日,丁肇中的声音响彻诺贝尔奖颁奖大厅。“中国有句古话,‘劳心者治人,劳力者治于人’,这种落后的思想对发展中国家的青年们有很大的害处。由于这种思想,很多发展中国家的青年倾向于理论研究,而避免实验工作。我希望我这次得奖能够唤起发展中国家学生们的兴趣,注意实验工作的重要性。”演讲台上,丁肇中意气风发。

    由于在实验期间劳累过度,丁肇中患上了神经衰弱症,不得不回到波士顿的家里休息一年,他终于可以好好陪陪家人了。库妮还专门买了本菜谱,学做中国菜。

    值得一提的是,时隔36年,诺贝尔物理学奖再次颁给了杰出的实验物理学家——法国物理学家塞尔日?阿罗什和美国物理学家戴维?瓦恩兰获得了2012年诺贝尔物理学奖。他们用突破性的实验方法使单个量子体系可被测量和操控,“开启量子物理学实验新时代的大门”。

    “第二就意味着最末”

    发现J粒子后,丁肇中两年间两次回到祖国,第二次适逢“文革”结束,他见到了邓小平。两人用四川话展开了交谈。

    “我选100人参加你的实验组,如何?”邓小平问。

    “研究和练兵不一样,最好是人少一些,但素质一定要好。”丁肇中说。

    “那就派20人。”

    “我们实验室总共才20多人。”

    最后,两人商定,每年派10人参加丁肇中在联邦德国的实验研究,这是中国第一次派出科学工作者同欧美科学界展开科研合作。在那里,丁肇中又发现了胶子,而参加实验的55名来自各国的科学家中,有一半是中国人。此后,丁肇中主持的每项重大实验,都有中国人参与。

    丁肇中在欧洲核子研究中心工作时,有一次实验需要采购大量的锗酸铋,当时中国已经研制出高质量的锗酸铋,且报价最低:每毫升5美元。给出相同报价的法方提出:要采购中国的产品,那中国就必须向法国公开锗酸铋的制造秘方,这样他们才能心服口服。丁肇中不同意:“这样做不公平!”最终,实验组采用了中国的产品,中国的锗酸铋从此畅销世界。而这项实验,也同样取得重大突破。

    对于丁肇中来说,只要生命在继续,实验就会继续,思考就会继续。“假使宇宙是大爆炸来的,爆炸以前是真空,真空里什么东西都没有,那么爆炸以后有正的物质,一定有反的物质。我们要问:由反物质组成的世界到哪里去了?经过计算,宇宙中总共的物质是看到的物质的10倍,也就是说,在正物质的宇宙中,90%的物质是看不见的暗物质,这些物质到哪儿去了?也没有人知道。而我就是要在宇宙中寻找它们。”

    为此,丁肇中1994年起开始着手建造第一台阿尔法磁谱仪(AMS),4年后,它被带入和平号空间站,其中主要部件永磁铁由中国设计和制造。丁肇中要求永磁铁的质量、精度要做到世界第一,他告诉中国同行们:“在科学研究上只有第一,没有第二,第二就意味着最末”。有一次在听取技术负责人夏平畴汇报时,丁肇中发现有个数据不准确,立刻讲道:“科研来不得一丝一毫的差错,一个数据不准确,就可能造成整个实验的失败,难道你这样大年龄的科学家不懂这个道理吗?”年过花甲的夏平畴无言以对,难过得连午饭都没吃。

    AMS在太空运行了10天,没有发现反物质和暗物质,丁肇中马上开始着手AMS—02甚至AMS—03的建造,“我没有办法控制自然现象,我的责任是保证我的仪器是正确的。”

    这18年来,丁肇中每天工作十五六个小时,没有周末,没有假日,日复一日。“平时和家人相聚的时间不多,他们有时会到实验室来‘访问’。所以,我的3个孩子坚决不学物理,老大学生物,老二学艺术,老三学法律。”丁肇中笑着说。他的现任妻子叫苏珊,两人于1985年喜结良缘。前期库妮因无法忍受分居之苦而提出分手。苏珊是麻省理工学院的心理学博士,却放弃专业,投入到丈夫实验的行政工作中。

    “科学的发展,是多数服从少数”

    在钓鱼台国宾馆的套房里,环球人物杂志记者开始采访之前,丁肇中特地告诉在房间的另外几位朋友:“在我和田记者谈话时,不要有任何声音。”采访期间,他的一名助手打开水壶的电源准备烧水,丁肇中立即使了个眼色,并十分简洁地指示:“Please(请不要出声)!”助手只好关上了电源。

    安静,不但是丁肇中对环境的追求,更是一种心态。“丁教授得到诺贝尔奖后,从来没有停下自己的脚步。更可贵的是,他仍然保持着一种非常安静的状态,从来不喧哗,始终在纯纯粹粹地做事情,这是一个科学家非常宝贵的品质,尤其值得当代科学家借鉴。”AMS—02热系统首席科学家、山东大学教授程林告诉记者。

    环球人物杂志:您作为美国科学院院士,这次来参加发展中国家科学院大会,觉得有什么特别之处?

    丁肇中:美国科学院院士和发展中国家科学院院士只是个名誉而已,都是科学家。

    我这次报告的主题是“科学与发展”。许多人认为,如果一个国家想要在技术和经济方面具有竞争力,就必须集中发展立即有市场效益的实用性技术。从历史的经验看,这种观点是目光短浅的。如果一个社会将自己局限于技术转化,经过一段时间,基础研究不能发现新的知识和新的现象,也就没有什么可以转化的了。这是我个人的意见,我想很多政府不一定同意。

    环球人物杂志:目前中国学界,无论自然科学还是人文科学,多少有些浮躁。您认为当代中国青年应该树立怎样的科学精神?

    丁肇中:我长期住在国外,对中国的社会环境并不是特别了解,所以我觉得我没有资格说中国科学家、中国年轻人,我只能说我自己。我觉得,作为一个科学家,应该了解,所有人的能力都是有限的,只能做一件事。很多的科学家同时做很多实验,我绝对不同时做很多实验,而是一个一个做,像AMS实验,差不多要做40年。

    环球人物杂志:您自己都不清楚到底能不能找到暗物质和反物质,连暗物质到底是什么都不知道,为什么还要做这个实验?

    丁肇中:工业的发展、人民生活水平的提高,最主要的原动力是基础科学,基础科学在最开始的时候并不受人重视,因为人们觉得这是没用的。100多年前(1895年),伦琴发现了X射线,然后没有多久英国科学家汤姆逊发现了电子,当时所有人都认为这不过是个自然现象,没用,到了上世纪30年代、40年代才开始慢慢有用。更早以前,科学家研究太阳、行星,现在用在导航上。所以从发现到应用,可能要经过三四十年,甚至更长,到应用的时候就把整个人类的生活改变了。

    这些科学家开始的时候并不是为了经济利益,而是为了满足好奇心,甚至自己研究的东西未来有什么用他们都不知道。有好奇心在,你就不会觉得沉闷。

    环球人物杂志:听说您在接受采访时经常说“不知道”。

    丁肇中:我确实是不知道。跟我一起工作的有来自15个国家的600多位科学家,我唯一的要求就是要诚实,不能骗我,不知道的事情,千万不要说知道。比如说,我们每3个月开一次大会,报告做什么事情。开会的主要目的是找有没有做错的地方,有没有要改进的地方,要是真的出了错,后果不堪设想。

    我们开会不会一团和气。任何人都可以发言,包括国家实验室的主任、大学的校长、最年轻的研究生。我唯一的要求就是:一个人发言的时候,别人都得听着,不可以倒茶、喝水、走来走去。这是我的习惯,要不然,我很难集中精力听清楚发言者说的是什么。

    环球人物杂志:您如何领导600多人的团队?他们来自不同的国家,年龄、想法都不一样。

    丁肇中:我尊重所有人的意见,包括最年轻的人,他只有20多岁,但他的话我都会仔细地听清楚。不能说这个人是大学校长,那个人是研究生,我就听大学校长的。有一次,麻省理工学院一位跟我工作了30多年的教授谈了他的意见,他非常有名,但我觉得另一位意大利教授的意见比他的好,我就把麻省理工学院教授的意见否决掉了。我也不会考虑某个国家出了很多钱,我把他们科学家的意见否决掉了会让他们很没有面子。做实验时,我只从物理学的角度考虑问题。

    环球人物杂志:10月是“诺贝尔奖月”,您认为,一名获得诺贝尔奖的科学家应该具备什么素质?

    丁肇中:最主要是对科学感兴趣,认为做这门科学是你一辈子最重要的事情,其余的都是次要的。也要多思考。优秀科学家的共性是工作勤奋——经常不分昼夜,不畏困难,但更重要的特征是,敢于挑战多数意见、挑战现有知识以及拥有发现看似不可能现象的信念。

    就我自己来讲,我很少看书,书都是别人在讲已有的知识,而我做的完全是新的,是别人的知识所没有的。我绝大多数时间都是在想,反复思考实验的每个细节。做实验物理有两种,一种是证明别人的理论,那你永远跟在别人的后边,另外一种是想自己应该怎么做,找题目是一个科学家很重要的事情,找一个新的题目,当然绝大多数人都会反对。我做的几乎每一个实验都受到大量科学家的反对。但科学的发展,是多数服从少数,当少数人把大多数人的观点推翻了以后,科学才能向前走。

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