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我爱物理的十个理由 | 封东来

导言:
物理有很多用处,可以解放人类,拯救地球,像超人一样。

各位同学们、老师们,大家下午好,今天我的报告题目是“我爱物理的十个理由”。好多朋友说:“真正的爱还需要理由吗?”如果能找到一个你不需要理由就能爱上的事、爱上的人,那当然是最幸运的。

“我爱物理的十个理由”其实可以这么来理解,就是“科学的乐趣”。为什么要有理由呢?往往我们站在人生的十字路口,需要选择的时候就要权衡。当有的同学要上大学填志愿,你可能就在一个十字路口。这幅漫画说的就是一个小朋友在选择自己未来的理想。

他的心目中,如果选择其他的职业,就是大把的票子,非常 Happy,比如做金融。想到做科学家,首先想到一个发际线很高、衣服打着补丁、穷苦潦倒的形象。这就是一个不选择科学的理由。那么做科学有什么好处?2004年,联合国出了一本书,叫《做科学家的100个理由》(100 reasons to be a scientist),比我的报告还要多10倍。前言当中,意大利ITP的主任,这位科学家写到:其实我们现在的社会正前所未有的依赖科技的进步,但是各界对基础科学的兴趣日益减退,这是我们时代的一个悖论,特别可悲的是中学里最好的学生对科学变得淡漠,这种情况在发达国家、发展中国家都是这样,应该引起我们的关注。早在我念书的时候,科学还是一个非常好的选择。当时在科大90级四系,有三个省的状元,两个省的第二名,都在学近代物理。但是随着时代的发展,你就会慢慢的发现美国的学生不喜欢科学了,然后韩国、日本的学生不喜欢科学了。又过了十几年,现在中国的学生似乎也在更多的选择其他的职业,这应该引起我们的关注。大家对科学家其实有非常多的刻板的印象:

大家会认为科学家都是书呆子。我小的时候,关于陈景润那篇报告文学激发了一大批的人去学数学,但是人们心目中的陈景润是一个书痴形象。还有人认为科学家是crazy people,很疯狂,要毁灭人类。右下角这幅图说的是一个科学家在实验室中制造了一个黑洞把他自己吸进去了,事实上在欧洲大型强子对撞机建成的时候就有民众有过这样的担忧。还有一个形象就是科学家是天才,是像爱因斯坦这样的人。确实有很多科学家是天才,与他们相比你会觉得自己不能够做科学,但事实上每个人做科学都有自己的乐趣。这些刻板印象:书虫、疯子或者天才好像跟我们普通人都没关系,所以有人就说:“你们去做科学家就好,我们不做,我们是正常人。”

我相信很多同学也看过美剧“生活大爆炸”(Big bang theory),里面的几个天才科学家都是一些很古怪的人。但是事实上现实生活中的科学家并不是大家想的那样,大家都是很普通的人。我举些例子,左上角这是费曼,费曼是一个天才科学家。我在美国的时候,我一个邻居的父母来访问他,说:“你是学物理的,我以前的邻居也是学物理的”,他的邻居就是费曼。但如果你看过他的书你就知道费曼是一个兴趣非常广泛的科学家。

Mark Kasevich是一个非常著名的做冷原子的科学家。你看他体格就知道,他实际上是打美式橄榄球的。

Mark Kasevich

Philip Stamp是我原来在在加拿大温哥华做博士后的时候我们系里面的一个理论物理学家,他的音乐天赋非常好,他其实一直到很晚的时候都在挣扎,到底是成为一个职业的科学家,还是成为一个职业的音乐家。他后来选择了科学,但是他开了一门课叫做音乐物理,他每次上课就带一件不同的乐器到课堂上,跟同学们讲乐器里面的音乐背后的物理是什么。

Philip Stamp

Peter Armitage是我的研究生同学,我们是很好的朋友,他现在是约翰霍普金斯大学的物理系的教授。他入选了美国国家奥林匹克自行车队,虽然他那年没拿到奖牌,但是比我们高一级的一个学理论物理的拿到了铜牌。平时Peter在做实验的时候,值夜班的时候,他把他自行车架起来,一个人一边在做实验,一边拼命地蹬自行车。

Peter Armitage

我自己的爱好是自驾游,图上是2010年的时候,我们去西藏路上拍的一张照,当时刚刚翻过折多山。

上图是我和我的师弟陈宇林。陈宇林现在是牛津大学的物理系的教授,他喜欢开飞机。他们几个人合伙买了一个小飞机,所以那次我到美国开会,他就带着我上了一趟天,我们几个人坐在他的飞机里面,他带着我们在硅谷的上方转了一大圈。

其实科学家有很多其他的爱好,我原来还有一个朋友,他在人民大学物理系待了很多年。他曾经获得过登山界有一个叫金冰镐的奖。他为什么到中国来工作?他是个瑞士人,就是因为中国有很多的高山,他每年有几个月在那爬山。他觉得人应该做两件事情,只做一件事情的话总有累的时候,就可以换一个。他去登登山,然后回来再做做物理,他做得非常好。

所以科学家和大家一样,那些刻板印象是不了解的人编出来的。下面我具体来讲讲我喜欢物理的十个理由。

01.科学可以理解世界

第一个理由是理解世界,我们所生活的这个世界。很多女同学都有马尾辫,马尾辫里面这么多的纤维状的头发,为什么它能形成这样的形状?很多年前达芬奇就试图用流水的模型来描述马尾辫。

后来剑桥大学的科学家们发现马尾辫的形状跟重力、张力、弹性等等都有关,得到了一个方程,这个方程在工业界生物纤维等等领域里得到广泛应用。这个工作发在物理学顶级的杂志《物理评论快报》上,并且获得了2012年的搞笑诺贝尔奖。

大家可能看过电影《阿凡达》,电影里面有很多悬浮着的山,电影中的名字是“哈利路亚山”。这些悬浮的山就是所谓的室温超导,电影中这种元素的名字叫Unobtanium ,就是“得不到的元素”地球上是没有的。这些室温超导材料的矿山悬浮在潘多拉星球的强大的磁场里面,形成奇异的景象。。

我们为什么要学物理?至少我们在看这些电影的时候,可以知道它背后的原因。很多有文化的人经常笑话没文化的,说当看到日落的美丽场景,只会说“哇”,却想不起 “大漠孤烟直,长河落日圆”这样美丽的诗句。作为物理学家,你就能在看《阿凡达》的时候知道,为什么人类要跑到潘多拉星球把室温超导抢过来。超导体没有电阻,如果用室温超导造手机,就可以实现几乎无限的续航。所以这就是为什么我们要学物理,这是因为我们生活在这个世界,物理帮助我们理解这个世界。

刚才讲的就是超导,这是种可以悬浮在磁场中的材料。

超导体有两个特点,它没有电阻,而且总把磁场要排斥出去。正因为超导几乎没有电阻,电流可以没有损耗,所以用来实现强磁场。医院里面的核磁共振仪器用的都是超导的磁体。超导体还可以用来做磁悬浮列车,当然现在上海的磁悬浮不是超导的,用的是电磁铁,但是它悬浮不高,只有一点点。因为日本经常地震,他们用高温超导做出来的磁悬浮,能让它离地稍微远一些。图片中悬浮的金属块,其实就是一个灌注了液氮的超导。

超导体的研究有悠久的历史,从100多年前被发现超导,直到今天超导家族中仍然不断有新的成员出现。

铜氧化物超导是80年代发现的,现在铜氧化物超导的 (超导转变温度)到了大概160多K,也就是零下110摄氏度。如果你到南极最寒冷的冬天,它就是超导了。前些年,2008、2009年的时候还出现了铁基超导,铁砷这一类的超导等等。很少有一个领域历经100年仍然这么活跃。

学了这些物理知识,你就对自己生活的世界有了一个最基本的认识。

02.科学可以实现英雄梦想

第二个理由是可以实现英雄梦想。当一个人温饱问题得到解决之后,就可以有更高的追求,你会希望自己做的是有意义的事情。中国古代的文人希望自己接近 “大道”,很多伟大的物理学家包括爱因斯坦和普朗克他们都有这种深层次的追求。物理有很多用处,可以解放人类,拯救地球,像超人一样。

很多男生很喜欢看武侠小说,我看看武侠小说时候就喜欢把自己带入进去,仿佛自己就是郭靖,似乎每个人都有自己的英雄梦想。物理怎么样改变世界?很多时候我们做物理的研究经常被问:“你做的事情有没有用?”但其实很多时候这个问题的答案我们也不知道。

物理对世界的影响,是以百年为时间的度量单位的。如果你在几百年前问法拉第或者当时的人:“把一个塑料棒跟一个毛皮摩擦摩擦,然后那个东西能吸引一些小的碎屑有什么用?”也就是说,研究电有什么用?那时候人也会认为没有用,只是满足一些贵族的好奇心而已。具体来说,物理学研究的过程中会帮助我们制造一些非常庞大的超级工具。

大家知道互联网的技术起源于高能物理实验,是为了满足庞大的实验数据交流传输的需要发展起来的。高能所的王贻芳所长,就多次强调互联网发端于高能物理。因此我们有理由相信现在潘建伟院士他们整个的团队所研究的量子加密和通讯还有量子计算未来在药物的设计等等的这些领域会有巨大的潜力。

能源的危机是人类面临的一个非常重要的危机。中国要在2060年的时候要实现碳中和,这样的前提下怎么来解决能源危机?核裂变、核聚变、太阳能、高温超导等等有关能源的技术都与物理学有直接的关系。此外,理解并解决新冠肺炎、老年痴呆这样的疾病挑战都要用到物理的知识。

刚才提到过的超级工具有的时候又叫“国之重器”, 建设的这些大型的设备需要用到物理、化学、材料、工程等等各个领域的最前沿的知识。如图所示。

如合肥科学岛上的人造小太阳——核聚变的装置、贵州的 FAST“大锅”——射电望远镜、像鹦鹉螺一样的上海同步辐射光源,等等,它们在很多重要的领域有大量的应用。这些大科学装置和我们关心的很多问题息息相关。我们最近关心的芯片、航空发动机等的研发,都要用到同步辐射、散裂中子源这样的设备。

就在新冠刚刚被发现不久,我们科大校友饶子和院士和他的团队就利用上海光源测出来了它的Mpro蛋白质结构。利用这个结构就可以设计药物,让它的一些活性位点失活,让病毒能够不再复制。

下图是科大西区的合肥光源,也是我国的第一代专用同步辐射光源。现在它里面堆满了各种实验的装置,有丰富的科学产出。

那什么是同步辐射光源呢?上面这幅动图演示的就是同步辐射的原理。黄颜色代表电子,它在这里面被我们用电磁场来推动进而转圈。当电子在一个电磁场里面转弯的时候,沿着切线的方向就会“甩”出来电磁辐射,我们就叫同步辐射。为什么叫同步?这个加速电子的装置叫同步加速器,这种特殊的加速器出来光的亮度是我们传统的X光机的1000亿倍。因此这样的光非常有用,可以用来研究很多物质。我举两个合肥光源的例子,第一个是齐飞教授他用同步辐射来研究燃烧的过程。

航空发动机里面点火、燃烧的诸多过程并如大家想得那么简单。怎么样才能让它更加有高效,这是很关键的问题。齐飞教授他们就帮助中国商飞做航空燃油配方这方面的工作,旨在提高发动机的燃烧效率和稳定性。

我们科大的包信和校长他们就利用同步光源探测到了一个关键的反应的一个中间产物,使得不用很多水就能把煤炭变成烯烃成为了可能。这个工作刚刚获得了国家自然科学一等奖,这是很光荣的一个奖项。

刚才提到核聚变,这是解决人类能源问题的一个终极武器。如果核聚变能够几乎产生用不完的能源,可能也就没有战争了。大家没必要再去争夺什么,因为只要有足够的能源,几乎可以创造任何事情。

图中就是我们在合肥科学岛上的一个巨型的机器,你可以看到它有三层楼高。

这是一个巨大的超导构成的所谓的托卡马克(环流器),它把等离子体的流体束缚在磁场里面,让它在高温高压的条件下发生核聚变。2021年他们获得的一个世界纪录,让等离子体“聚变燃烧”了101秒的放电现象。

下图中这个超级机器是美国利弗莫尔实验室的惯性约束点火装置,你看这里面有192根非常粗的管子。

每个管子里面是一束激光,每一束激光能在很短的时间(纳秒的量级)里面产生1万焦耳的能量。192束激光最后聚焦到只有几个毫米的装有氘和氚小靶子上面就能让它发生聚变,这叫做惯性约束聚变。最终要解决人类的能源问题,离不开这些技术的不断进步和突破。

刚才提到过高温超导,我从事高温超导工作已经20多年了,但高温超导问题还没解决。这是个非常有趣的问题,能源问题的很大一部分是因为能源消耗在路上了,用超导材料就可以在传输能源的时候几乎没有损耗。

事实上除了我说的这些,物理学家还思考很多我们应对的挑战,比如最近发表在《Phys. Rev. Fluids 》(流体方面的一个权威杂志)的一个工作,就在研究是否戴口罩对飞沫传播病毒的影响,结论是口罩能够非常有效地组织飞沫的喷出进而阻止了病毒通过飞沫传播。

除了物理本身,经过物理思维训练的人,是可以解决很多现实中的问题的。今年的《时代》周刊年度人物埃隆·马斯克,本科时候学的就是物理。他说过物理思维的训练让他能从底层去思考,帮助他取得一系列成就。

事实上我大学班级50个同学还有六七个人在做物理,其它80%的同学都没有做物理,但他们都做得很好。物理能够帮助你培养很好的逻辑思维能力。

03.科学是一件很浪漫的事情

我喜欢物理的第三个理由是:科学是一件很浪漫的事情。康德说过:“有两样东西,越是经常而持久地对它们进行反复思考,它们就越是使心灵充满常新而日益增长的惊赞和敬畏:我头上的星空和我心中的道德法则。”中国的古代的文人崇尚“道”也是类似的道理。

千禧年的时候,我和我太太去夏威夷毛伊山山顶,当早上日出之前看到天上浓稠如粥的银河,我才知道它为什么叫银河。当看到这些的时候,我不禁感叹:“寄蜉蝣于天地,渺沧海之一粟。”。怎样才能够用自己有限的生命去做一些能够永恒的留得下来的东西,“留取丹心照汗青”。

我很喜欢Victor Weisskopf的一首诗,其中有一句:

The joy of insight is a sense of involvement and awe, the elated state of mind that you achieve when you have grasped some essential point; it is akin to what you feel on top of a mountain after a hard climb or when you hear a great work of music.

中文直译为:洞见(真知)的喜悦是一种参与感和敬畏感,是当你抓住某个关键点时所拥有的欣喜若狂的心态;这类似于在艰难的攀登之后山巅一览众山小的感觉,或者当听到美妙的音乐作品时的感觉。

王国维在《人间词话》中提到:古今之成大事业、大学问者,必经过三种之境界,其中第二重境界就是 “衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴”。这可以理解为爬山时最痛苦最累的时候。当到了山巅瞥见壮丽的风景时便是下一重境界:“蓦然回首,那人却在灯火阑珊处”;这是一种非常浪漫的情怀。

爱因斯坦说:“科学只能是由那些全身心被追求真理与理解的激情所渗透的人们产生的。然而,这种感情的源泉萌发于宗教的范畴。同时属于这个范畴的还有这样的信念,即用理性理解世界是可能的。我无法想像一个真正的科学家没有这种深沉的信念。”但爱因斯坦所说的宗教并不是我们认为的宗教,而是对于真理的信念。其实人就有这样的一些情感需求。对科学家来说,科学也同样的给我们这样的一种类似于宗教的情感。

还有一首William Blake的诗我也很喜欢:

To see a world in a grain of sand
And a heaven in a wild flower
Hold infinity in the palm of your hand
And live eternity in an hour

翻译成中文就是“一沙一世界,一花一天堂,无限在掌中,刹那即永恒。”张首晟教授也非常喜欢这首诗,他当年给我上过课。他在阅读《自然哲学的数学原理》之后很有感触,写到 “既然无法抵挡她万有的引力,为何不遨游星际傲而时时相伴?既然为量子因果而纠缠绵绵,为何不心心相印寄水一方?既今见英魂长存于行行字迹,又何惧漫漫征途中深渊峰险?”一朵花看似简单,其中却有生命的奥秘;简单的沙子背后,在凝聚态物理的世界里背后就是量子场论。所以俄国哲学家和诗人 Vladimir Solovyov 说“Under the calm mask of matter, the divine fire burns”。确实,在固体平静的表面之下,是宇宙运行的基本规则,如量子场论等,在如圣火般燃烧。

张首晟是一位伟大的凝聚态物理学家,在拓扑材料领域做了很重要的贡献。后来在他的墓碑上面刻的是拓扑绝缘体里面一个著名方程,以此来纪念他非常灿烂的作为科学家的一生。

04.科研是件很热闹的事情

第四个理由,科研是件很热闹的事情。“坐冷板凳”只是一种执著的内在精神,并非现实的外在状态。相反,科学需要大量的合作。

每年超导界都要举办一次会,叫“Beijing Forum”。每年大家在会上做报告的时间很短,吵架争论的时间很长。这是我们有一次在黄龙拍的照片。所以大家的讨论非常多,非常热闹,合作也非常多。举一个具体合作的例子,我对生物一直有兴趣,想研究生命的大分子,但是生命的分子是非常复杂的,因此很难用物理方法定量研究。后来我开始跟孙鑫老师讨论,试图研究一些简单的分子,比如研究有机的磁体或者有机的发光材料。我们同上海的田禾老师要了长他们制备的有机晶体,一种叫Pyso的晶体。Pyso是一个有意思的材料,它在不同的温度下或者受不同的光的刺激,有些链会打开或者会断开。如果你找到合适的这类材料,就可以发明一种涂料,它在夏天是冷色调,冬天是暖色调。我们就想研究Pyso 里面电子和空穴对的分布,这可以告诉我们它是怎么发光的,之前没有人回答过这个问题。后来我带着这个晶体,申请了在日本的SPring-8同步辐射(日本的一个大型同步辐射设施)装置的使用机会。这是全世界几个最大的同步辐射之一,这里面产生非常亮的X光。

强X射线辐照后的糖单晶体

其实图中你看到的蓝色不是X光,是 X光太强了甚至电离了空气。这个光非常的强,你看的糖晶体,放在上面之后很快就被打了一个洞。但是很幸运的是Pyso能够承受这样的温度,这样我们做了非弹性x光散射并采集了数据。RIXS(共振非弹性X射线散射)实验技术其实我并没有掌握,我知道它怎么做,知道它科学的原理,但是没做过。于是我们又跟一个在日本光源工作的叫蔡永强的台湾科学家合作采集了数据。回到中国之后,我们又去找到了当时在化学所的帅志刚,帅志刚做了计算。最后这个工作理论部分是帅志刚,实验是蔡永强,样品是田禾,然后同步辐射装置还是日本的。虽然所有的东西都不是我的,但是我们一帮人在一起合作把这个事情做出来了,我们第一个把XPCS(X射线光子相关光谱法)的分布测出来了。所以这是一个合作的例子,没有任何功利的成分,也能够学到好多东西。

另外搭建设备也非常好玩,我刚才展示的都是这种超级的机器,这是我们实验室搭的一个非常小的机器。

这个机器价值约20辆宝马汽车,都是纳税人的钱。纳税人出钱来满足我们的好奇心。

我们正在建的下一个设备叫合肥先进光源,也同步辐射光源,跟上海的同步辐射光源差不多。

这个环是同步辐射加速器,旁边是一个个的光束线站。这比上海光源还要更先进一代,我们称它为第4代的同步辐射,亮度提高100倍,而且光是相干的。这整个建筑大概280米的直径,从天上看的话,就是一个大眼睛。我们勾勒出来一个大眼睛,可以说是探索微观世界之眸。为什么我们要花30个亿建这么一个装置呢?其中一个重要的科学目标就是要研究神经退行性疾病。

这是一个得了阿兹海默症的大脑与正常大脑的对比。我国现在有1千万阿兹海默症患者,而过去的20年里,全世界的各个医药厂家,他们研发的300多个药物都失败了。

其中一个原因就是细胞是个非常复杂的分子机器,比大家在生物课上学的复杂很多。阿兹海默症相关的蛋白质尺度在10个纳米以内,而目前的所有技术,要么就是没有对比度(看不到),要么它的分辨率不够高(看不清)。所以未来的合肥先进光源的一个任务,就是对活细胞在几纳米以内进行三维成像,把阿兹海默症相关的蛋白质,它的内外的传输、异常的折叠等等看出来。把病理搞清楚之后,你才能去研究它的药物,来对症下药。这是我们为什么要花这么多钱来建造这样一个光源,而这只是诸多科学目标里其中的一个。我们一共有35条线站,这是其中的一条线站上做的事情。

05.科研是冒险

第五个理由:科研它是一个冒险。大家都喜欢一类解谜寻宝游戏,其实科学也是个游戏。一辈子几十年的生涯,可能就做出一个重要的发现,就像一个意外的邂逅。

科研就要去冒险,如果不冒险待在一个舒适区,比如老师做什么你也做什么,你这样虽然也能发发论文,但是很难做出创新性的东西。所以要到你导师指导你以外的地方去。我的老师经常说:“Do you smell the blood?(你闻到血腥味了吗?)”作为一个职业的科学家,你需要的是无所不能,一切为我所用,发挥聪明才智。事实上科学家们到处都在寻找“宝藏”,这是最近的一期的新闻的小伙子,叫刘欣然。

他在一个很深的山洞里面,他做了一个一吨的叫“XENON1T”的探测器,他们要寻找 Dark matter(暗物质)的信号。实际上在中国四川锦屏也有类似的实验,大家在很深的地底排除别的干扰信号,等待着理论预言的一些相关信号的出现。事实上这种等待有的时候是很痛苦的。我记得我刚刚博士毕业的时候,2001我的有些同学就在斯坦福做一个绝望的实验,但是几年前他们就观测到了引力波,这因此获得了诺贝尔奖。这是一个非常重大的邂逅了,是整个人类在爱因斯坦预言了引力波之后100年后的一次邂逅。

这是我们组里面做的设备。

我们用这些超高真空的设备来生长这些材料,然后寻找自然界从来不存在的材料。我的最早的几个学生,赵嘉峰、徐海超他们整个博士做了五六年都没有在这个领域发表论文,当然他们在别的地方发表了论文,因为原来我们也没有经验。

举个最近的例子。我们就把硒化铁材料长在了镧铁氧上面,它的超导配对的温度超过了液氮温度。液氮比液氦要便宜很多,一升液氮几乎不值钱,一升液氦要几百块钱,大大降低了应用成本。

我们原来总是回答“为什么”:为什么这个材料是这个性质?但是通过自己来创造材料,我们可以说 why not , why not create something。我们为什么不设计这个材料?所以这也是一个去创造去邂逅的过程。

再比如我们在一个铁基超导材料的当中,观察到了马约拉纳零能模,它可以用来做量子计算。当时我们在做这个研究的时候也没有想到我们会看到,这是一个幸运的邂逅。

06.科学会带来激动的经历

第六个理由是科学会带来一个激动的经历。吴茂昆是最早的 YBCO(钇钡铜氧)的发现者,这个材料人类发现的第一种超过液氮温度的超导材料。他一直梦想找到这样的材料。他跟我讲,当他跟他韩国的学生第一次把这个实验做出来的时候,他们极其兴奋,两个大男人抱在一起跳了半个小时才停得下来,就这么激动。

还有我的一个理论的合作者胡江平。有一年他认为自己得到了铁基超导的最正确的理论,他非常兴奋。在那一年里,比如他出去开会,大家在房间里面开会,他就在走廊上等着抓人,看到谁就把你拉到一边解释一遍他这个伟大的理论,他处于这样的激发态好几个月。所以你可以想象这种当你得到了一些真理时,你的那种兴奋的状态。

07.科学带来年轻的心态

第七个理由其实对于老师们也一样,因为我们整天跟年轻人在一起,所以可以有一个非常年轻的心态。我们做科学也有很丰富的活动,我们2009年我们全组在韩国参加会议就去滑了雪。当时有个中日韩三国的项目,我们每年要在中国、韩国、日本开一个会,所以我们三个国家的很多同学都变成了好朋友。还有我的一个加拿大的博士后非常有趣,他在中国每个周末都要出去玩,他在中国只待了三年,但比我玩过的地方都多。他上班很认真,但是周末绝对要出去玩。

其实科学最重要的是要有一个年轻的心态,有的时候要冲动一点,有的时候是要有激情,有的时候要敢于“玩命”。哪怕有危险,有些科学家仍然去做相关研究,比如有放射性,或者剧毒。

08.科学可以传承精神

还有一个理由是科学可以传承精神。我觉得这是一个很重要的理由。人作为一个生物体,动物的本能是要把你的基因传下去,作为科学家或者作为我们老师来说,我们的精神的传承,我想同样是很重要的。

最近张首晟老师的学生们写他的回忆。他们回忆自己不知不觉当中已经把张老师工作、思考问题的方式、风格传承下去了。包括我们向公众的报告或者写科普也都是一种传承。如果今天包括网上读者或听众,有1%的学生将来选择物理,我今天的使命就完成了。

还有我花了3年时间翻译的一本教科书,大概50万字。另外,《十万个为什么》最新一版里面的物理卷,我是副主编。我们在为大家编这些东西。其实做公共服务,就是在传承精神,这也是一个非常幸福的事情。

09.科研可以让你周游世界

科研可以让你周游世界。现在我们国家也是有很严格的规定,所以作为公务员出国出差是非常受限制的。但是在没有疫情之前,科学家出差是家常便饭,因为科学的交流是必须的。我们做同步辐射实验,我刚才讲了很多实验在国外做的。除了合肥,世界各地都有我们的实验室。

图中展示的还只是一小部分。全世界有五六十个这样的装置,包括墨尔本、在巴塞罗那、巴黎等等。只要是同步辐射科学家,你就可以申请机时,可以免费过去做实验。国际上有一个高压物理会议,每两年一次,大家飞到迈阿密,飞到迈阿密之后就上船,上船之后,游船是管吃管住还很便宜。到了岸边,比如停在伯利兹,我们就下船去玩。伯利兹是中美的一个小国家,在墨西哥,玛雅人的金字塔是不能上去的,在伯利兹可以爬上去。做科学可以去世界各地交流。疫情之后很难去世界各地交流了。

10.科学家的职业带来的自由

最后我想说的科学带来的是自由。很多人其实最看重的是自由。什么自由,你可以自由的安排时间,比如只要你不上课,你可以睡懒觉,还有寒暑假。根据你的工作的高低潮,你可以做一些私人安排。科学家每7年你可以出去访问一个地方为期一年,叫作Sabbatical。这是国际的学术休假,可以去活动活动你的脑子,接受新的事物,可以到很多地方访问,地点也是自由的,如果做理论就更自由了。

更重要的是是精神的自由。因为如果像史蒂芬·霍金这样的人,如果不是科学家的话,他什么都干不了,他只能通过眼睛转动来控制他这台机器来对话,但是他可以去思考黑洞,可以思考物理。

Ted Geballe是我们在斯坦福上学时候的老教授,活到了101岁。他90多岁时还天天去上班,去思考问题。我爷爷他们退了休就天天在家看电视,我想我退了休没准还可以做点学问,可以去写点书。这是科学家精神上面的自由。

我刚才讲了十大理由,当然做科学还有好多别的理由。但有一点很重要,应该强调一下:科学家的朋友遍天下,科学家是最简单的一群人,大家没有功利的利益纠葛。我2019年的时候去日本参加藤森先生的退休party。日本很严格,六十几岁必须退休,这是我们几个人的合影:

我们专门做了一次学术报告,大家来回顾他的学术的一生,这是我顺便去游览的一些地方。写了这么多理由,应该说科学家是个还不错的职业,希望我的报告可以激发同学们自己的兴趣,而不是为了金钱或者谋生来选择自己未来的方向。我们国家发展到了今天,温饱已不是问题。特别是希望我们在座的学生,你们将来选择你职业生涯的时候可以不要那么功利。

封东来:中国科学院院士,美国物理学会会士,现任中国科学技术大学国家同步辐射实验室主任、核科学技术学院执行院长、合肥微尺度物质科学国家研究中心教授、物理学院“严济慈”讲席教授。于1994、1996年先后获中国科学技术大学近代物理系学士和硕士学位,2001年获得美国斯坦福大学物理系博士学位,先后在加拿大UBC物理和天文系、复旦大学物理系、中国科学技术大学从事科研和教学。

封东来教授长期从事凝聚态体系微观机理的实验研究,在高温超导、电荷密度波、重费米子体系、莫特绝缘体和拓扑材料的研究中取得了系列成果。发表论文180余篇,他引总计 14800 多次。曾获得国家自然科学二等奖、联合国教科文组织侯赛因青年科学家奖、海外华人物理学会亚洲成就奖、亚太物理学会联盟杨振宁奖、中国物理学会叶企孙奖 、上海市青年科技杰出贡献奖和上海市自然科学一等奖等奖项。

报告人:封东来

文字整理:马潇汉;审读:王佳

排版:John

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■ 背景简介:文章2022年6月9日发表于微信公众号 墨子沙龙(活动回放 | 封东来:我爱物理的十个理由),风云之声获授权转载。

■ 责任编辑:祝同学

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