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1997年,朱棣文再造华人之光

1998 年第 4 期 · 人物 · 王勇
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<PIC|p28.BMP> (美籍华人,美国斯坦福大学教授朱棣文获诺贝尔物理学奖)   自1957年杨振宁、李政道两位华裔科学家登上诺贝尔奖领奖台以来,这举世尊崇的科学殊荣也从此与龙的传人结下了亲缘之情,世界科坛也由此不断地闪耀出亮丽的华人之光:丁肇中教授因发现J粒子而荣获1976年诺贝尔物理学奖;李远哲教授因在化学动力学方面做出卓越贡献而获得1987年诺贝尔化学奖;朱棣文教授因开发出“激光冷却原子”的技术而获1997年诺贝尔物理学奖。 <JZ|>我还是我!   1997年10月15日早晨,美国斯坦福大学物理学系系主任、49岁的华裔科学家朱棣文教授像往常那样来到自己的实验室,准备开始这一天的工作。此时,有好几个学生跑过来向他问好,并说:“朱教授,恭贺您荣获本年度的诺贝尔物理学奖。”朱棣文教授还以为是学生们串通起来与他开玩笑,笑着说:“你们尽管说吧,我不会感到吃惊的。”   当消息被证实后,朱棣文教授表现出中国人特有的沉稳和谦虚。他在接受记者采访时表示:“对这次获奖,我深感高兴和荣耀。我不希望因这个殊荣而打乱我的时间表,我还是我,我将一如既往地进行我的研究和教学工作。”   当天,按教学计划的安排,他有一节一年级研究生的量子力学课。朱棣文教授准时来到教室,平静地开始讲课。10分钟后,有一位学生忍不住提出了一个要求:“朱教授,您能给我们介绍一下‘光学粘胶’实验吗?”朱棣文谦虚地问:“你们都愿意听吗?”结果,60位学生全部举起了手。   于是,他用余下的时间介绍了他视为一种享受并因此而荣获诺贝尔奖的原子物理学研究的实验技术。 <JZ|>光学粘胶   众所周知,世界上的物质都在空间不停地运动着,只是各自的运动速度不同而已。例如,原子是组成单质和化合物分子的微粒,它在空间的运动速度可达每秒500米左右。长期以来,由于原子有着如此快的运动速度,科学家一直难以对它进行更深入的观察和研究。   1975年,美国斯坦福大学的肖洛和汉斯等物理学家提出一个物理思想,将激光的光子动量传递给原子,形成辐射压力来阻尼原子的热运动,使原子气体的温度降低。   80年代初,做了几年博士后的朱棣文设想用6个方向的激光束对原子进行照射,来达到冷却原子、减慢原子运动速度的目的。因为激光束是由大量光子所组成的,当原子受到激光束照射时,原子就会吸收光子。它每吸收一个光子,不仅会吸收它的能量,还会吸收这个光子的动量,从而使原子的温度降低、运动速度减慢。但这一过程极其短暂,只有30纳秒(1纳秒等于10-9秒)。当原子受到激光束的照射时,在1秒内,原子就能吸收极大数量的光子。这样,在光的传播方向上,原子所受到的光压力就要比重力大10倍。如此大的光压力就会迫使原子的运动速度减慢到如同一条小虫在蠕动时的速度,此时的原子温度也会随之冷却下来,人们就有足够长的时间来观察和研究原子的状态。   朱棣文教授介绍说:“此时的原子仿佛掉进了一个光子海中,它无论向哪个方向运动,都会受到巨大的阻力。”他形象而又实在地将由激光束形成的这种用来冷却原子的介质称为“光学粘胶”。 <JZ|>应用还仅仅是冰山一角   朱棣文的出色工作,使科学家们从此就可以将原子“抓住”,不让它们乱跑,也就能对悬浮在空间近乎不动的原子进行研究。许多科学家称:这项出色的工作不但有科学理论上的意义,也有实用的价值。   开创华裔科学家问鼎诺贝尔奖先河的杨振宁教授认为朱棣文的出色工作意义非凡。杨振宁教授说:“1925年,大物理学家爱因斯坦延续了印度科学家玻色的研究工作,提出的‘玻色-爱因斯坦凝聚’理论工作之所以能在后来的实验上再展新局,正是因为朱棣文等人在80年代发展出了这项新的实验技术。朱棣文等虽然没有直接做出这种奇特的凝聚现象,但为后来创造出‘玻色-爱因斯坦凝聚’现象的工作铺了路。”我国的量子光学专家也认为,从朱棣文等人的研究工作出发,有可能引申出稀薄气体中的“玻色-爱因斯坦凝聚”,并由此而引出一个崭新的领域——原子激光器的工作。   朱棣文的研究工作,不但使科学家获得了一个新的研究手段,也将为人类带来进步。他在接受记者专访时说:“这项成果可以找到大量的用途,这些应用涉及到不同的领域,有材料科学方面的,也有对光与物质相互作用的‘更为深入’的研究。目前的应用还只是原子领域中的极小一部分,还仅仅是冰山一角。”   当原子被“抓住”后,不但原子的运动速度减慢了,而且原子也被“冷冻”了。据此,就可用来研制更精密的原子钟。现有原子钟的精度可达10-14,一旦采用超冷原子,就可以使原子钟的精度提高到10-16。这种新颖的原子钟用于全球定位系统(GPS)后,就能使全球的定位精度从现在的10米左右提高到小于1米的范围内。此外,各种重要物理常数的测量精度也可由此而大幅度地提高。   利用朱棣文教授开发的这项实验技术,可以研制高灵敏度的原子干涉仪(也称“原子陀螺”),用来更精确地测量地球表面不同地点重力加速度的变化,从而就可以解开地球上的许多谜团。例如,在石油勘探和找矿以及测定地球自转速度和预报地震等方面,都具有重大的应用前景。因为地下有矿藏的话,它的质量要比土壤大,相对应的地表的重力加速度就会“大一些”。但这个所谓的“大一些”,仅仅只是大于重力加速度的几亿分之一,用现在传统的方法是根本测量不出的,但采用“原子陀螺”就能精确判明矿藏的储量和位置。   在生物科技方面,生物学家正在期望着尽早将朱棣文等人开发的“激光冷却原子”技术引入人类基因组项目的研究中,因为解开生物体的遗传密码是人类特别关注的科学工程之一。要解开遗传密码,需要先对DNA进行分段。科学家认为,利用“激光冷却原子”技术可以测量DNA片段的物理特性,这有助于推进人类基因组计划的研究。   此外,利用“激光冷却原子”还可以对物理学基本规律进行验证,如将采用“激光冷却原子”制成的高灵敏度原子干涉仪放到空间的微重力环境中,就有可能最终验证爱因斯坦的广义相对论。 <JZ|>无法抹去的中国情结   朱棣文教授祖籍江苏省太仓县(现太仓市)。1948年2月28日,他出生于美国密苏里州的圣路易斯,是在美国长大的第二代华人。   朱棣文教授虽然在美国土生土长,但他毫不掩饰自己的中国情结。他在接受记者专访时说:“我是完完全全的中国人,只是中文只能说一点点。”对于这一点,他颇感歉疚。他在追忆自己童年的情景时说:“在我的童年时代,父母亲习惯于以英语交谈,等到我长大后,感到需要讲中文时,已经太晚了。”追悔之意,溢于言表。   朱棣文教授曾两度到中国参观访问,与国内的同行结下了深厚的友谊。特别需要指出的是,在1997年前后不到半年的时间里,江泽民主席两次会见了他。第一次是在1997年6月,他应邀去杭州出席第13届国际激光光谱会议前,江主席在首都北京会见了朱棣文教授,并与他一起讨论了基础科学的问题。5个月后的11月2日,江泽民主席在抵达访美途中的最后一站洛杉矶后,于当日下午在下榻的世纪广场饭店会见了刚刚荣获1997年诺贝尔物理学奖的朱棣文教授。江泽民主席对朱棣文在科学研究上取得的成就表示祝贺,并希望他有机会多到国内来访问,为中国的科学研究沟通信息、献计出力。朱棣文表示,作为一个炎黄子孙,这是他义不容辞的责任。   自杨振宁、李政道在1957年首开华裔科学家荣获诺贝尔奖殊荣的先河至今,在世界科学领域的最高领奖台上,已频频闪耀着亮丽的华人光彩。我们在庆贺第五位华裔科学家荣获科学最高奖的同时,也预祝迈向21世纪的每一个中国科学家不断有长足的进步。
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