北大物理往事

  • 来源:瞭望东方周刊
  • 关键字:北大,物理,二维电子气
  • 发布时间:2012-06-29 15:28

  6月1日上午,北京大学英杰交流中心月光厅。一场关于“二维电子气”的物理学专业学术讲座引来厅堂爆满。讲座开始前工作人员已临时加设一排座位,但站着的听众仍然排到后门口。

  身高约1.9米的崔琦是现场的焦点。虽然他从12岁起便背井离乡,但此后60年的外乡乃至外国生活并未完全消除他的河南乡音。

  他的开场白引来台下一阵笑声:“我记得自己念书的时候,最怕两种活动,一个是开会,一个是训话。”

  “这个地方不是太大,不要觉得太隆重了。要讨论的时候随便提出来,不要怕。大家都是学这个的,不是训话。”他的语调轻柔缓慢,有时停下来似乎陷入思索,甚至一句话讲到一半,没有结尾。

  台下有人提醒:可以讲英文,学生们的英语都很好。崔琦顿了一下,继续用中文讲下去。

  他简要介绍了讲学主题,即二维电子气的研究发展过程,随即说:“己所不欲勿施于人。我今天实际上没什么要训的话,废话就不多说了。时间不多,留下时间讨论。”

  这是北京大学“大学堂”顶尖学者讲学计划(以下简称“大学堂”计划)的首场讲学。近年来,北大一直致力于引进国外智力提升办学实力,“大学堂”是此思路下的大手笔。该计划旨在引进国际顶尖学术大师,与校内科研人员开展高水平的学术交流。

  作为截至目前仅有的8位华人诺贝尔自然科学奖获得者之一,崔琦是计划的首位受邀者。

  从京师大学堂到西南联大

  根据“大学堂”计划,未来5年中北大每年将邀请10~15位世界顶尖学术大师来北大讲学、交流。经费资助规模每年400万元,总规模2000万元。据悉,此项投入在全世界同类讲学计划中亦属前列。

  “大学堂”计划,名称取自北大前身“京师大学堂”。从某种意义上,正是京师大学堂,开启了中国现代物理教育。

  1898年,京师大学堂创办之初,大学堂创建者、大学堂首任官学大臣孙家鼐在呈送光绪帝的一份奏折中提到,担任同文馆总教习的美国传教士丁韪良愿充任大学堂总教习。光绪帝批复此折,并赐丁韪良二品顶戴。

  北京大学英语系学生李春晓曾撰文《西学火炬薪火相传》探究丁韪良对京师大学堂科学教育的影响。

  丁韪良这位首任总教习,也是中国现代物理教育的带路者。早在同文馆担任总教习期间,他便主持编译了《格物测算》。格物,是清末研习西学之人对物理、化学等理科学科的总称。在序言中,丁韪良强调物理学对人类的重要性,“秉性聪慧,能明物理。以此而为万物之灵”。

  《格物测算》前三卷为《力学》,后五卷分别是《水学》、《气学》、《火学》、《光学》、《电学》,物理学的内容占据了相当部分。

  丁韪良认为,中国的国民教育上千年来都被纯文学、伦理和政治的框框所限制,因而在自然科学上远落后于西方。“即使是中国最高级的学者对于石头为什么会落地的问题也不会比牛顿以前的欧洲人知道得多。”

  《格物测算》,可算是中国最早的高等教育物理学教材。后来,丁韪良还主持编译了《增订格物入门》和《重增格物入门》。他在《重增格物入门》序言中说,最初编写这套书耗费了整整两年的时间,而且一直使用了30年都没有被淘汰。

  然而,北大在国人心目中占据特殊地位,并非格物上的先行,而是源于“五四”运动中的思想启蒙。丁韪良感叹中国人格物意识落后,“德先生与赛先生”的口号则显示了一部分中国人在科学观上的巨大进步。

  观念萌芽用了一代人的时间,结出果实又用了一代人的时间。抗战时期,北大与清华、南开等大学组成的国立西南联合大学,成就了中国教育史上的一段传奇,中国近代物理学史上最杰出的一批科学家从此踏上了历史舞台。

  华人中最早获诺贝尔物理学奖的杨振宁和李政道,都毕业于西南联大。杨、李的获奖,对于中国科学界的后来者影响不可估量。崔琦说,他一直将两位先行者视为自己的“角色模型”。

  除此之外,西南联大培养的物理学家名单中还有许多声名赫赫的名字,“两弹一星”元勋郭永怀、陈芳允、邓稼先、朱光亚,等等。

  从李政道到崔琦

  崔琦生于1939年,相比其他几位华裔诺贝尔自然科学奖得主,他的出身最为普通。他来自河南偏僻农村,之所以能取得后来的成就,与人生中的一段经历分不开。1951年,他的母亲将其送出村子,先到北京,次年到香港,经过6年,获得赴美求学资格。

  有人曾通过20世纪6位华裔诺贝尔自然科学奖得主的经历分析中国科学教育发展史和中国近代史:以杨振宁、李政道为例,1920年代中期以前出生,在中国大陆完成大学教育,然后赴美留学,在美国名校接受研究生训练、任教并从事研究工作;而1920年代后期和1930年代以后出生的人,在求学的关键时间赶上了大陆政治运动的高峰,丁肇中、李远哲到崔琦,都是在香港或台湾受大学教育。

  对于大陆科学界的后来者,杨振宁、李政道式的路径直到1970年代末才重现可能。而这一切,还得益于李政道这位先行者。

  1979年,“文革”刚结束不久,李政道应中国科学院邀请到中科院研究生院讲课。其间,他发现了一些优秀研究生并经过考试推荐其中5人于当年赴哥伦比亚大学学习,哥大提供留学资助。这开了此后中美合作选送留美研究生之先河。

  这年7月28日,5名留学生乘上赴美的飞机,与他们同行的还有中科院派遣赴美进修的10名访问学者,现任南方科技大学校长朱清时也在其中。

  随后,李政道向时任中科院副院长的严济慈(建国后曾任中科院应用物理研究所所长)建议选送更多学生。这项建议得到了邓小平等领导人的支持,并顺利获得美国数十所高校的奖学金支持。此后十年,有近千名学生获得资助赴美圆梦。这便是至今对中国物理学界影响至深的CUSPEA项目。

  李政道后来在接受采访时称:“CUSPEA项目是我生命中最有意义、最有价值的成果之一,对我而言,这个项目和拿诺贝尔物理学奖一样重要。”

  1985年,李政道曾向邓小平上“万言书”。在两人会见后,他成功争取到邓小平对高校设立博士后流动站的支持。

  北京大学是这些改变的主要受益者。在近千名CUSPEA项目的学生中,北大学生有170余人,而1985年,李政道更直接指导北大设立了国内首批博士后流动站。

  李政道和北大的缘分还不止于此。1986年,在李政道倡导下,北大设立了北京现代物理中心,2001年,在他支持下,北大成立了北大理论生物学中心。

  “如果没有崔琦实验室,我不会回来”

  相比1926年出生的李政道,崔琦是后来者。

  从最开始从事物理学研究,到如今回国支持国内科研机构的建设,崔琦正沿着李政道的脚步,从一条道路走上另一条道路。

  崔琦曾在1979年首次回国访学。但此后相当长一段时间内,他回国次数屈指可数,国内学界与这位华人诺奖得主的交流也比较有限。

  改变发生在21世纪初。

  上世纪90年代,物理所的资金投入一直跟不上科研要求,这种情况直到1998年中央提出知识创新工程并在中科院开展试点才得到改善。投入的加大,使得国内学界有了更多与外界交流沟通的机会。

  2001年是中科院物理所发展颇为迅速的一年。当年,物理所成立了3个所级实验室:软物质物理实验室、纳米物理与器件实验室和凝聚态理论与材料计算实验室。

  此外,物理所借鉴国际同类研究机构的技术体系框架,开始建立由首席工程师负责的稳定的技术队伍。这些变化,使物理所的状况逐渐改观。

  同年,时任中科院物理所所长王恩哥与美国橡树岭国家实验室张振宇教授主持建立了中科院物理所国际量子结构中心。中心核心成员由国内外各10名青年科学家组成,并由10名国内外资深科学家组成学术委员会,进行一对一挂钩指导。

  该项目中的不少学者在10年间成为推动国内研究的中坚力量。项目发起人王恩哥,在此次崔琦到北大讲学时,以北京大学副校长的身份主持讲学。

  北京大学国际量子材料科学中心主任谢心澄,也是参与该项目的学者之一。

  而2006年成立的中科院物理所崔琦实验室,其发端是美国莱斯大学物理学家、北大量子材料科学中心讲席教授杜瑞瑞与现任中科院物理所副所长吕力在国际量子结构中心的相识。

  从2001年开始,杜瑞瑞频繁往来于中美之间。2005年,杜瑞瑞和吕力商议要成立一个实验室。杜瑞瑞曾于1990~1994年博士后工作期间师承崔琦,因此想请崔琦作指导。中科院物理所提出,干脆就叫“崔琦实验室”,就此征求了崔琦的意见并获同意。2006年,实验室顺利筹建。

  崔琦一直关注着国内物理研究的发展。杜瑞瑞每次从中国回到美国时,崔琦都要非常详细地询问他回国的所见所闻,尤其是国内的科研现状和国家的科技计划等。

  有趣的是,在跟随崔琦做博士后研究期间,师徒二人一直使用英语交流。后来,两人的交流越来越多地使用起中文。

  实验室建立后,崔琦与国内的联系多起来。一位实验室研究员告诉《瞭望东方周刊》,自从实验室建立后,崔琦每年都来一两次。这两年退休以后,他来得更多一些。

  对于实验室,崔琦除了提供学术指导,还在建设方向上给予建议。从建立之初,他就说:“不用做得太大,不然就变成了管理问题。关键是怎么培养人,利用实验室培养年轻一代的学生。”

  随着投入加大,国内科研机构在硬件条件上已经不输国外,但人才不足是更关键的难题。

  为了解决这一问题,杜瑞瑞说,崔琦和他都尝试把自己的学生吸引回来。

  崔琦的声望成为吸引人才回国的金字招牌。实验室的一位研究员说:“如果没有崔琦实验室,我不会回来。包括很多学生,都是克服了很多困难回来的。”

  至今,实验室进入第六个年头。实验室自制的超低温设备已达到世界前沿水平,实验室也开始制备超高纯度的半导体材料。

  给青年人空间

  如今,由李政道开拓并被崔琦进一步踏实的道路上,出现了更多他们的学生和后辈们。

  北京大学国际量子材料科学中心成立于2010年,据中心主任谢心澄介绍,目前中心的教职人员中,有5名国家“千人计划”成员,10名国家“青年千人计划”成员。5名“千人计划”专家中,3人全职在北大任教,2人则每年在北大讲学2~6个月。10名青年学者则都是全职。

  杜瑞瑞说,现在国内很多大学都在准备投资进行电子输运研究,这方面,北大处于优势地位,尤其是在人才引进上。

  “在这一领域,目前最领先的是美国、德国、以色列,日本也不错。如果把我们都算进去的话,要赶上他们的水平,差不多需要5年。”杜瑞瑞告诉《瞭望东方周刊》。

  2001年,谢心澄和杜瑞瑞同时进入中科院国际量子结构中心。2005年,也就是杜瑞瑞和吕力筹划崔琦实验室那年,谢心澄回到中科院物理所半职工作。

  如今,担任着国际量子材料科学中心的主任,谢心澄的工作重心已经转移到了北大。中心已有20名教职人员,其中不少是青年教师。作为领导者,谢心澄同时兼具科学工作者和教育人才培养者的角色。

  值得一提的是,30年前,刚从中科大近代物理系毕业的谢心澄通过CUSPEA考试选拔赴美深造,成为被李政道改变人生道路的学生之一。

  2010年,还在美国从事博士后研究的林熙获得了中心的面试机会,面试地点在美国物理年会现场:与会的北大学者们白天开会,晚上面试。面试官除了王恩哥、杜瑞瑞等,还有一些国外物理学家。这位2003年毕业于中科大本科的青年学者,坚定地选择了回国,去北大。

  为吸引人才,中心给予青年教师很大空间。谢心澄告诉《瞭望东方周刊》:“中心最大的特点是,每一个青年教师都可以独立领导一个实验室和研究项目。原来都是一个教授请两个年轻人做助手,现在年轻老师也可以自己带学生,这和美国一样。”

  中心在各方面尝试建立国外科研机构的方法环境。尤其是在对青年教师的考核上与国内其他科研机构不同,“中心不以论文数量为唯一评价方法。论文是一个指标,但我们对数量不要求,对质量更看重。”谢心澄说,“另外,与多数科研机构以发表文章的刊物级别评价论文的方法不同,中心靠自己的老师评判。单位有没有可以判断的人,这个很重要。”

  同行评价是全世界学术界的主要考评制度,要施行这一制度,具备良好学术能力的学术共同体是基础。这也是形成学术人才培养良性循环的条件。

  在制度层面之外,软环境的建设润物细无声。每天下午3点多,都会有空闲的中心教师聚集在办公室外楼道一隅,一起喝茶喝咖啡。

  这个不起眼的活动对于青年教师却很重要。

  “从院长到学生都在一起聊天。有时候突然一个问题想不明白,专门去敲老师们的门又不必要,喝咖啡时顺便就可以提出来。无论是工作还是生活,量子中心都是个好场所。”中心的一位青年教师说。

  林熙告诉《瞭望东方周刊》:“单纯看硬件环境,北大的条件是非常好的。中心的软环境也应该被看重,对于科研工作,这一样是非常重要的。”

  《望东方周刊》记者芦|北京报道

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