作者:沈学础 来源:新民晚报 发布时间:2010-5-26 16:19:23
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沈学础院士:潜心于奇妙的物理世界

 沈学础在实验室
 
作者简历
 
沈学础,光谱和固体物理学家。1938年4月生,江苏溧阳人,1958年毕业于复旦大学物理系,在中国科学院上海技术物理研究所工作至今,1978年作为改革开放后首批出国留学人员,赴徳国马普固体研究所访问研究两年。1995年当选为中国科学院院士。1983年以来担任多个国际学术会议顾问委员会或程序委员会委员,1986至2002年担任上海物理学会副理事长,2005年至今为国际红外毫米波-太赫兹学术会议国际组委会委员,2009年起为红外毫米波-太赫兹国际学术组织创始委员。现任上海市学位委员会委员、上海市对外文化交流协会理事、中科院红外物理国家重点实验室学术委员会主任、中科院上海技术物理研究所研究员、复旦大学教授以及国际学术杂志《半导体科学与技术》、《固态通讯》编委。
 
到了现在这个年纪,我越来越发现,科学是这么有趣这么吸引人。在科学研究和探索的路上,我觉得自己的热情,并不比现在很多年轻人逊色。如果说当年和物理结缘,纯属偶然,那么,现在的孜孜不倦,大概是一种科学的必然吧。在奇妙的物理世界里,一切正渐入佳境。比如,关系到人类生活每一个角落、每个人一辈子都要与之打交道的电子,就是物理世界里的“聪明精灵”和“顽皮童子”。它能干、有趣、多才多艺,还有一点调皮。我的研究领域——固体光谱,就是试图和电子更亲近些更熟悉些。
 
结缘物理 阴差阳错
 
我出生在普通农民家庭,童年在抗日战争的烽火中度过。正因如此,激发了我奋发读书、救国强国的动力。
 
高中时期,我考上了江苏省溧阳中学,那是江苏省少数几所省立中学之一。我对物理的兴趣正是在那里萌发的。我们的物理老师不但学识渊博,课也讲得非常好,是他让我初步领略了物理的奥妙。他老人家现在已经九十多岁了,我经常打电话问候他。只要我回溧阳我就会登门拜访。现在回想起来,那时候我们接受的教育,就是现在所提倡的素质教育,用不着考虑如何应付考试。我的物理老师毕业于北洋大学物理系,他把大学里的物理教材——美国出版的英语原版物理教材送给了我。直到现在我还珍藏着这本书,就是靠着它,我在高中里一边学英语一边学物理,进步很快。
 
高中毕业时,我本来是被选派去苏联留学的。出乎意料的是我没有通过出国前的体检,当时仅凭一张X光片就断定我有“心脏病”。于是我在毫无准备的情况下,被临时通知要参加高考。我想,既然我的心脏不好,就选一个读起来相对轻松的学科吧。然而,年轻的教导主任不同意我的想法,他斩钉截铁地对我说:“你要学就得学物理!别浪费了你的才华。”这位老师和我们学生的感情特别深厚。当时我们的学生宿舍是庙宇改建的屋子,冬天冷得不行,他几乎每天晚上都要到学生宿舍来帮我们盖被子。我毫不迟疑地接受了这位老师的建议,报考复旦大学物理系,并如愿考上。
 
全优毕业 亦忧亦喜
 
我在大学里的学习成绩是全优,在那个年代,这是“白专”的代名词,是当然的被批评对象。
 
1955年进入复旦大学学习,三年后,我便进入实验室,有幸随周同庆先生和李富铭先生一起工作。两位恩师带着我,努力寻找中国自己的氦气,这是我科学生涯中的第一项研究工作,整整找了三个多月。
 
我们用实验室里当时最先进的“宝贝”——摄谱仪,对天然气进行光谱分析。电离气体,打火花,拍照,洗底片,让样品中的各种气体成分表现为一条条谱线,最后确定哪条谱线和氦气有关。结果,我们发现,浦东的天然气中的确含有氦,但其含量远远达不到工业应用的要求。其实,即使发现了足够的氦气资源,以中国当时的科技条件和水平,恐怕要再等若干年后才有能力将它从天然气中分离出来。我的科研“处女作”,涉足的其实是很先进很前沿的领域。这也是我第一次和光谱结缘。
 
我是幸运的,中科院和复旦大学合办的技术物理研究所在我毕业那年成立,谢希德担任业务所长,我的才华得到了谢先生的赏识,成为技物所的第一批研究人员。刚进所,就被派去北京学习微波电子管技术,半年后,我便要求回到上海。回所后,我在华中一教授的团队里研制真空器件。那一年,我只有23岁。
 
1961年,技术物理所独立。我担任课题组长,转攻高压下的半导体研究。这时我真正开始接触半导体。我们接下来的工作,是研究高压条件下隧道二极管的电子特性,有了之前打下的基础,研究工作进展顺利。一年半之后,我们就有了蛮好的成果。论文在《物理学报》发表,又被国外文献收录。我还因此获得了在1963年的中国物理学会会员代表大会及其他相关全国学术会议上作报告的机会,这大概可算作我科学生涯中的“崭露头角”。就是在那些会议上,我第一次见到了钱学森、黄昆、周培源等大科学家。
 
留学马普 “无心插柳”
 
“文革”结束没多久,我获得了去德国马普固体研究所留学的机会。1980年我发表的学术论文数目在马普固体研究所排在第一位。
 
初到马普研究所,我便面临选择课题。当时,我选择了难度大的那个——“双光束傅里叶变换光谱”课题。我没日没夜地扑在实验室里,连马普固体所值夜班的保安都认得我了,对我这个长期加夜班的中国人照顾有加。我从图书馆借阅了许多资料,从中学习大量知识的同时,还发现了书中的一些谬误,德国同行惊讶地说,我们没有一个人像你这样看文献的。我圆满完成这一课题研究的同时,还根据需要动手研制了一些设备和附件,编制了相应的电脑操控实验和数据处理程序。那时候国际上直接用电脑操控实验和采集数据还刚刚萌芽。最终,我提出的理论模式、编写的程序、研制的配件,都在德国发展的新型实验设备上通过了验证。
 
在德国这两年多,我赶上了国际上固体光谱研究热的末班车,我现在的大部分工作都可以追溯到那个时候。对实验中偶然发现的新光谱信号“穷追不舍”,我和另一位中国访问学者合作观察到了固体中的轻杂质低频振动新谱峰。起初,我在马普的指导老师——固体光谱学大师卡多纳教授,对实验结果不以为然,只说了句“除非你足够幸运”。事实证明,我的执着是正确的。我发现我们观察到的现象可以归结为一类新的杂质振动模式,并为之命名。这一研究成果被国外同行长期引用,成为这一领域的一个经典之作。
 
在马普工作期间,如果说对傅里叶变换光谱以及杂质振动模式的研究是刻意为之的话,那么对于蛋白质的研究就有些“无心插柳”了。这是一个蛋白质有机分子的远红外光谱、物理和生物学的“联袂之作”。若不是指导老师和黄昆先生的好友——英国利物浦大学的一位物理学家的建议,我也许不会想到把自己所掌握的固体光谱研究方法,用到蛋白质分子身上去。这是一个非常非常超前的研究方向,即使现在,仍属于前沿领域。
 
可惜的是,因为国内科研发展的需要,我没有在这条研究道路上走到底,发表了两三篇论文后,我便回国了。直到2008年底我才把多年研究结果撰写成文投寄发表。2009年在韩国釜山举行的国际红外毫米波-太赫兹学术会议上,一位来自美国布法罗大学的女科学家,受邀发表大会主题报告,主题就是蛋白质的远红外光谱。她在介绍这一领域的研究历史时,我发表于上世纪80年代初的论文赫然被排在第一位,并被认定是一个先驱工作。在她的报告后,国际会议主席当即表示了对我的衷心祝贺。他说:“你应该为你三十年前的杰出工作被如此高度的认可而高兴。”
 
混沌研究 不求功利
 
科学还真是蛮有趣的,尤其在你淡泊功名潜心研究的过程中,似乎总有惊喜在前方等着你。
 
回到技物所后,我和同事们白手起家建立了红外物理实验室,致力于用红外的方法研究物体的性质;同时用这些研究结果促进红外技术与应用的发展。实验室于1985年和1989年相继成为中科院开放实验室和国家重点实验室,连续多次被评为A级实验室、模范实验室,1995年还被美国《科学》杂志列为中国11个前沿实验室之一。
 
科学还真是蛮有趣的。早先,我们关注半导体杂质中的红外光热电离现象,10的16次方个原子里,有1个其他元素,也能被检测到。后来,学生们在磁场下做实验,结果更加诱人,更加令人遐想:两个量子态并没有靠拢到一起,却能在磁场的作用下交换彼此的物理性质,仿佛上演了一场量子力学的“魔术秀”。但我意犹未尽,感觉其中一定还有未被认识的内容。再过了十年,光谱仪的灵敏度更高了,谱线看得更清楚了,我们终于找到了这场“魔术”的另一个侧面以及科学根源——半导体中的电子混沌运动。
 
科学中的混沌,意味着一种无动力、能量为零、不知道往哪个方向走的临界状态。我花了三四年时间,和学生一起学习混沌理论,并尝试在实验室条件下“制造”混沌。科学到了一定深度后,其实是很人性化的。混沌不仅是一个科学现象,而且还是一个哲学名词。做人恐怕就要不得混沌,不能没有一点点动力和压力。
 
我始终觉得,科学研究应该是“非功利”的,尽管历史表明科学给人类带来了最大的“功利”。面对五光十色的世界,受眼前功利的驱动,好多人就会逃避物理学这样的“沉重”。如果不加以引导,就很难吸引年轻人投身到需要付出巨大精力,而个人却可能得不偿失的事业中去。如果抱着过于功利的治学态度,你的物理研究成不了大气候。因此,我对我的学生要求很严格。
 
 
 
 
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