[编者按] 继2011年上半年推出“身边的感动”系列报道受到广泛好评后,从2011年10月起,我们推出了新栏目“学者笔谈”。本栏目将陆续推出一批我校有影响的学者,重点展示他们在人才培养、科学研究、服务社会和文化传承与创新等方面的观点和见解、思路和做法及理论和实践,旨在弘扬科学精神,激荡人文情怀,回归学术本位,浓郁学术气象,全面提升交大学术的影响力和传播力。
■ 坚持你的探索并富有成效地投入进去,把精力用于研究问题上,而不是在那些不必要的琐事上。不是每个人都能成功,但在成功之前必定伴随着“寂寞”。
■ “创新”就是新的发现、新的创造,但它不是空中楼阁,而是建立在一定基础上的,就是“看人人都看得到的,并且想别人都想不到的”。
■ 因为理论研究领域不像工程技术研究领域那样需要一支庞大的、能互相协作的技术人员队伍,所以,在导师指导下的研究生队伍就显得非常重要。
做研究要耐得住寂寞
不知不觉地进入物理研究的领域已经三十年了,当我还是一名莘莘学子的时候,有位前辈告诫我们:要做到世界顶级的研究,最重要的是要用功,要长期坚持,耐得住寂寞,不能急功近利。从一个懵懂的学生到今天成为一个教书育人、潜心研究的学者,我似乎真正地明白了“做研究要耐得住寂寞”这句话的真谛。
2006年国际数学家大会将菲尔茨奖授予了破解“庞加莱猜想”的俄罗斯天才数学家佩雷尔曼,但这位以“隐士”著称的数学家没有去领奖,这位天才在数学家大会开幕的时候竟然 “去圣彼得堡附近的森林里找蘑菇”,想必,采蘑菇时的他内心应该是更快乐的。对于许多基础学科的研究来说,一个相对封闭和安静的时空是成功的必要条件。而外界的商业利益、名誉诱惑常常让一个人失去方向、时间和思考的空间。
东京大学和哈佛大学两段学习和工作经历,让我看到了一群耐得住寂寞,具有奉献精神的科学家。科学研究一般周期较长,重复枯燥,只有耐得住寂寞的人才能真正进入角色;科学研究讲究创新,然而真正的创新也意味着巨大的失败风险,勇于尝试,甘心做科学的铺路石,才能从科研中体会真正的快乐。1993年我在东京大学小林教授那里做博士后工作,从那里起步,开始了我以后凝聚态物质中的非线性光学研究。小林教授不是一个著作等身的名教授,但他始终坚持每天一大早到实验室,晚上十点离开,他自己这么做,对学生也是这么要求,我当然也不例外,每天图书馆、资料室、办公室,除了睡觉,看文献,做演算,写论文,还有每周一次的工作汇报,对我而言已没有了别的选择了。在不习惯到习惯的过程中,也开始了适应的过程。也就是这段时间把我真正领进了以前从没接触过的,当时也算比较前沿的有机材料的非线性光学领域,也就是这段强化学习,让我的这部分知识打下了坚实的基础。虽然,在之后的近十年工作中理论上没有什么新的突破,但不能否认的是,东京大学那一群耐得住寂寞的研究人员,给了我及其深刻的影响。不能说,东京大学的学术声誉,没有他们的贡献。他们也让我相信,科学研究是一项艰苦的工作,来不得半点虚伪,但只要你积极投入,耐得住寂寞,刻苦攻关,就总能有所成就。
因为有了这近十年的积累,2001年,我作为高级访问学者前往美国哈佛大学学习和工作,让我能敏锐地感受到,在非线性光学领域新的研究方向——凝聚态物质的快慢光效应以及相关性质的研究,并沿着这条道路,又走过了十年的寂寞历程。我始终相信,搞科学研究不付出超过常人的努力,怎么能获得超过他人的成果?
科学界是社会的一部分,社会上的各种风气也可能蔓延到科学界。在现实生活中,也许受各种因素的影响甚至是诱惑,容易使研究者想抄捷径,快出成果,于是就出现了一些与科学精神不协调的现象,例如学术造假、论文抄袭等。科研人员也要有科学精神,胸怀要宽一些,眼界要高一些,也许,我的工作在某些人看来是平庸的,我并不在乎。坚持我的探索并富有成效地投入进去,把精力用于研究问题上,而不是在那些不必要的琐事上。不是每个人都能成功,但在成功之前必定伴随着“寂寞”。
做研究要见人之所见,想人之未想
现在,天天在讲“科技创新”,那么什么才是我们科研人员的“创新”呢?在我看来,“创新”就是新的发现、新的创造,但它不是空中楼阁,而是建立在一定基础上的,就是“看人人都看得到的,并且想别人都想不到的”。很多科学的发现,就证明了这一点。如激光的发现,它是建立在长期以来,一部分人已经知晓的一些观念上,继而通过一种新的方式组合起来。在激光发现之前的20年中,光学领域被认为是本质上都明白了和完成了的,不再会有令研究者激动的事情发生。谁能想到,在20年之后,激光使光学再生,一方面出现了像非线性光学那样的新学科,另一方面涌现了对科学和工业都显得十分重要的“创新”成果。我们研究自然,探索的路径是重要的,而沿着这条路径注意到什么也同样是重要的。并且,即使是沿着走熟了的路径,也总会遇到一些从未翻开过的石块。“研究” 期待着那些认准了目标又能不怕麻烦地去翻转那些石头的人。在那种情况下,一个人会看到别人以前从来没有看到过的东西。
2011年,我们利用等离子体和纳米材料的耦合系统首次提出了用全光控制的方法测量微观粒子的质量。同年6月,美国物理学会(APS)的新闻中心 Physical Review Focus 报道了此项以上海交通大学为唯一单位的工作,题为“Plasmon-assisted mass sensing in a hybrid nanocrystal coupled to a nanomechanical resonator”(Physical Review B 83, 245421(2011))。美国物理学会以“Weighing DNA Down to the Zeptogram”为新闻标题,指出这项研究工作有望带领纳米科学进入一个崭新的测量领域。这项工作,其实并没有包含物理学上的什么新方面或新原理,但以前却从来没有人考虑过这样的一个方案,而且它明显不是想象中那么简单的事。在这里我们将纳米机械振子、量子点和表面等离子体的耦合系统等系统地组合起来研究,提出了第一个全光控制的高灵敏纳米光机质谱仪。此质谱仪作用于全光控制的环境中,不涉及任何电学参量,这就避免了电路造成的误差,在极大程度上提高了质量测量的灵敏度。通过理论分析得到全光控制的纳米光机质谱仪的灵敏度比传统的电学质谱仪高出了将近三个数量级。这项研究工作在现有电学质谱仪上做了很大的提升和改进,用全光学的方法代替了传统的电学测量,它放大了人们对微观世界的认识,并带领纳米科学进入一个崭新的测量领域。由于这一项工作,今年8月受大会主席的邀请,我将在美国召开的国际会议上做邀请报告,特别介绍该研究成果。同时,还受国际著名物理综述杂志的邀请撰写这方面工作的综述文章。
研究需要培养新生力量
虽然理论研究领域不像工程技术研究领域,需要一支庞大的能互相协作的技术人员队伍,但是,在导师指导下的研究生队伍就显得非常重要。我要求学生,每天都要及时跟踪物理学科的最新研究进展,不断尝试,才能有所收获。所以,当我们想到了用光学方法替代电学方法测量分子质量,弥补电学方法的不足时,整个研究团队开始了没日没夜的工作,几乎达到了废寝忘食的程度。
充分发挥学生们年轻、好学的特点。由于我的研究生都是专攻物理学科,缺乏生物学背景,这就成了课题研究道路上的一个巨大绊脚石。为此,学生们专程跑了好几次生物医学学院咨询相关问题,还跟着这些生物专业学生,看他们做实验,询问课题研究中涉及生物学专业的问题。几次下来,学生们和生物系学生也混熟了,潜心的跨学科钻研也终于让本来并不精通生物学的物理系学生解决了研究中出现的难题,为后来课题组取得突破性的成绩奠定了基础。
在学生们的共同努力下,我的研究团队近三年共完成了三十多篇高质量的研究论文,受World Scientific出版社邀请,独立撰写专著一本,受Springer出版社约稿撰写其中的关于量子光学三极管一章。在这些成果中,我们第一个提出精确测量纳米振子频率的光学方法,第一个纳米光机械质谱仪,第一个基于量子点光子晶体耦合系统的量子光学三极管,……取得了研究上的许多第一。同时我的学生李金金也在2011年获教育部博士研究生学术新人奖,2011年上海交通大学“三好学生标兵” ,2012年上海交通大学“校长奖” 。就我一个人而言,在短短的3年中,是无论如何也完成不了这么多研究成果的。正是这些年轻人的共同努力,才有了我们今天的成果。
走近“科学大家”,让我受益匪浅
20世纪,出现了很多伟大的科学家,从爱因斯坦到维格纳,似乎离我们都非常遥远,但我们有一个共同点,就是专事物理学的理论研究,起初,我研读他们的传记,是感兴趣于他们的研究过程,而渐渐地,我从这些科学大家身上认识到,在科学研究中,研究者的聪敏程度往往并不取决定作用,而他们的好奇心、勤奋、探究时坚持不懈的决心、对自己百分之百的信心和抱负这些品质比所谓的聪敏要重要得多,而看似的“蠢人”却常常明显地拥有这些品质。我自知不是一个聪敏人,从这些“大家”身上,也给了我坚持自己喜爱的物理学研究的无限动力和信心。
科技兴则民族兴,科技强则国力强,这是不容置疑的事实,我们科学研究的意义,就是要把个人的价值转变为社会的价值,让科学使得所有人都在科技的发展中受益,在科学研究的道路上,尽情地享受“创新”给个人和社会带来的快乐。
学者小传
朱卡的, 上海交通大学物理系教授,“人工结构及量子调控”教育部重点实验室副主任,博士生导师。1991年于上海交通大学获理学博士学位。1993年至1995年在日本东京大学物理系做博士后,2000年至2001年作为高级访问学者访问哈佛大学物理系。
朱教授1998年获全国优秀教师荣誉称号。1999年获上海市教委“曙光学者” 。2000年获国家教育部“跨世纪优秀人才” 。2006年获国务院政府特殊津贴。2008年获上海市优秀硕士论文导师。2011年获上海交通大学“师德标兵”荣誉称号。
朱教授长期从事受限小量子系统物理、固体量子计算和量子信息以及与凝聚态物理交叉的量子光学和非线性光学的研究和教学工作。在国际重要的学术期刊上共发表论文130余篇,论文被国际文献他人引用总数为600余次。特别地,2011年6月24日,美国物理学会(APS)的新闻中心 Physical Review Focus 报道了其研究小组在Physical Review B上一项以上海交通大学为唯一单位的工作,题为“Plasmon-assisted mass sensing in a hybrid nanocrystal coupled to a nanomechanical resonator”(Physical Review B 83, 245421(2011))。他们以“Weighing DNA Down to the Zeptogram”为新闻标题,指出该研究工作将带领纳米科学进入一个崭新的测量领域。