余瑋
1911年,荷蘭物理學家昂內斯意外地發現,將汞冷卻到4.2K時,汞的電阻突然消失。兩年后,他的這一“超導”發現獲得諾貝爾獎。
2017年1月9日,北京人民大會堂。趙忠賢憑借超導領域的研究站上國家最高科學技術獎的領獎臺。
半個世紀以來,趙忠賢的名字一直與我國超導發展緊密相連。他在我國最早提出要探索高溫超導體,最早建議成立國家超導實驗室,他在高溫超導研究中兩次實現重大突破……榮譽等身,趙忠賢從未自滿。
低調的趙忠賢,從事的是超導研究,保持超導狀態也是他的人生哲學。一路走來,許多人看到的是鮮花,其實他的科學之路不乏阻力。研究物質世界超導現象的他,在生活的世界也在尋找一種方式進入超導狀態。他能把每一次遇到的絆腳石,都當作不斷攀升的墊腳石。
在許多人眼里,趙忠賢就是個帶著東北口音的逗趣老爺子。走近趙忠賢,對“超導”、對“生命的阻力”會有新的認識。
“醒得早”的“北京的趙”
通常狀態下,導體中的自由電子都是“單兵作戰”、單獨行動,這時候就有了電阻;如果電子們緊緊地手挽著手,聯結成對子,連接的越多、越緊密,就越通暢,電阻就越小,最終達到零,也就是超導。超導臨界溫度很低,廣泛應用受到影響。正因如此,超導競賽一直在全世界悄悄進行著,吸引了無數科學家的目光。
令科學家困擾的是,超導體的轉變溫度有一個極限值。科學家麥克米蘭根據獲1972年諾貝爾獎的BCS理論計算,認為超導臨界溫度最高不大可能超過40K(K為開爾文溫度常用符號,40K約為零下233攝氏度),他的計算得到了國際學術界的普遍認同,40K也因此被稱作“麥克米蘭極限”。
1973年,經周恩來總理批示,我國一批年輕學生和學者被派往國外學習。次年2月,趙忠賢借此機會到英國劍橋大學冶金與材料科學系超導組進修。在劍橋大學,他的指導老師艾維茲博士提出了一個供他選擇的研究范圍,于是他開始了有關第Ⅱ類超導體中磁通流動問題的研究。
在不到一年的時間里,趙忠賢發現了第Ⅱ類超導體量子磁通線在不可逆運動過程中,從非線性區到線性區轉變的臨界點和臨界電流呈線性關系。最初他的導師艾維茲博士對這一結果很懷疑,因為不知道有多少人做過測量和研究,怎么別人沒發現?為了證明普適性,趙忠賢又從實驗室可以找到的其他類型的材料做實驗,這是被很多小組已經研究很透的合金,能否看到他在上述系統所觀察到的現象是個考驗,結果成功了。對此,艾維茲博士說:“如果我的博士生能在三年內做出這樣的結果,那就會令我非常滿意了?!卑S茲推薦他到第十四屆國際低溫物理學會上報告,因當時的情況他不能去,由一位同事代為報告。
1975年9月,趙忠賢回國。隨后幾年,他的研究幾度受阻,項目批不下來,甚至連“攤兒”都被解散了。但夢想總在冥冥中召喚,指引趙忠賢歷經萬難,初心不變。
他的工作就是在與阻力做著無休止的抗爭。消滅阻力,不斷地尋求克服阻力的條件和方法。當一個溫度極限被突破,電流暢通無阻的流動起來,而就在此時,另一個阻力極限又已經在等著他了。伴隨著科研的進行,總是在關鍵時刻有一些磕磕碰碰,好像就愛給他制造點小麻煩,來一點障礙。而他在不斷地尋找阻力和消滅阻力。事業追求與科研的對象,于他竟然在一種阻力的辯證統一中達到了和諧。
1977年,趙忠賢在《物理》雜志上撰文,指出結構不穩定又不產生結構相變可以使臨界溫度達到40~55K,并提出復雜結構和新機制在某些情況下甚至可以達到80K。挑戰由經典理論推導出的麥克米蘭極限,以至于當時不少人認為“趙忠賢膽子實在是太大了”。
那場爭分奪秒的超導競賽中,趙忠賢團隊在極端落后的實驗條件下夜以繼日地工作。沒有設備,趙忠賢就帶領團隊用“淘”來的閑置品改造,他戲稱為“土炮”,連燒樣品的爐子也是自己動手制的?!皠e小瞧我這‘土炮,管用著呢!”盡管條件艱苦到在被窩里捉老鼠,但趙忠賢仍舊樂觀地認為,自己的相對劣勢沒有那么大。
科學研究是一項需要極大毅力的工作。也許是對“阻力”有更深刻的了解,趙忠賢不喜歡渲染研究中所遇到的困難?!跋鄬τ谄渌茖W研究來講,超導材料探索不需要特別高級復雜的儀器,我愿意充分利用現有條件去研究?!?/p>
多少個不眠之夜,反反復復的試驗——累了,趙忠賢就在椅子旁和桌子上靠一靠;餓了,就煮面條。在最困難的時候,他和團隊成員相互鼓勵:“別看現在這個樣品不超導,新的超導體很可能就誕生在下一個樣品中?!苯K于,1986年底,趙忠賢的團隊和國際上少數幾個小組幾乎同時在鑭鋇銅氧體系中獲得了40K以上的高溫超導體,一舉顛覆被奉為圭臬的“超導臨界溫度最高不大可能超過40K”的麥克米蘭極限!傳統理論崩塌,世界物理學界為之震動,“北京的趙”在國際著名科學刊物上嶄露頭角。
與此同時,趙忠賢團隊還發現了70K的超導跡象,這已經離77K液氮溫區不遠了。由于當時沒人能夠重復70K跡象,海外有學者質疑中國的結果,來信和打電話施壓。
后來經過反復思考試驗,趙忠賢意識到:由于實驗樣品用的原料含有很多雜質,70K跡象的出現可能是雜質發揮了某種作用。頂著巨大的壓力,趙忠賢并沒有放棄,他開始主動“引入雜質”。趙忠賢清楚地記得,就在1987年2月19日深夜,他們團隊在鋇釔銅氧中發現了臨界溫度93K的液氮溫區超導體!23日,他們研制出第二批樣品,由此證明了制造工藝的可重復性。24日,中國科學院數理學部舉行新聞發布會宣布了這一發現,并在世界上首次準確公布了材料的組成成分。
他成功了!趙忠賢等人的發現使得超導體低溫環境的創造由原本昂貴的液氦替代為便宜而好用的液氮。從此,在全世界范圍刮起了液氮溫區超導體的旋風。趙忠賢所在集體因此榮獲1989年度國家自然科學集體一等獎,他也作為團隊代表獲得了第三世界科學院物理獎。
無論是經歷輝煌,還是面對低谷,趙忠賢都能保持一份平和的心態,繼續潛心研究,厚積薄發。也是這種對科學的孜孜以求,讓趙忠賢在20年后再次引領世界熱潮,收獲了超導研究的第二次突破,創造了大塊鐵基超導體55K最高臨界溫度紀錄并保持至今。
意外“落選”背后的擔當
1987年,為適應國際超導研究的迅速發展,趙忠賢與其他科學家聯名向國務院建議成立國家超導研究開發中心和國家超導實驗室。1987年國家計委批準在中科院物理研究所建立國家超導實驗室(后改為超導國家重點實驗室)。實驗室于1988年開始籌建,1991年4月通過驗收,列入國家重點實驗室管理系列。1991年4月至2000年10月,趙忠賢任超導國家重點實驗室主任。
從1994年到2000年,趙忠賢一直擔任數學物理學部的主任和常委委員。2004年,中國科學院成立學部咨詢評議委員會,趙忠賢當選為首屆主任。該委員會承擔著向國家提交咨詢報告的重任。討論題目、聽取院士的意見、組織院士們就中長期科學規劃作咨詢……當主任的他忙得不可開交,經常是當天晚上到一個地方,第二天上午聽取意見后就乘飛機離開??哨w忠賢覺得很充實,因為這是他應盡的義務。與此同時,身為著名的超導專家,趙忠賢在中國科學院物理研究所國家超導實驗室的研究工作也沒有放松。
多年來,趙忠賢感到有一個問題是不容忽視的,就是一線科研人員負擔太重。“雖然經常加班加點,但真正能用在科研上的時間還是太少。”趙忠賢認為這主要是由于兩個原因造成的:一是科研管理要一線科技人員成為“多面手”??蒲腥藛T什么都得會干,如采購、財務、統計等。二是客觀環境需要應付各種非學術的事情。“各種非學術會議,很多雜事也需要一線人員去辦,包括鑒別發票真偽。我們都知道搞科研必須要全身心地投入,要廢寢忘食才能有所成就,甚至需要有‘不食人間煙火的‘怪人,能連續一段時間靜下心來是極為必要的。太世俗了,很難做出原創性的成果?!壁w忠賢說,如何為科技人員服務、減輕他們的負擔、激發潛能、調動主觀能動性和創造性,是當前最重要的事情之一。他希望國家認真研究,完善科研管理,創造讓科研人員不受干擾、潛心研究的寬松環境。
2006年6月,在中國科學院數學物理學部常委會的換屆選舉上,常委會委員候選人趙忠賢意外“落選”了。其實,他的“落選”是“自找”的。三天前,在向大會報到時,他得知自己將被學部的院士們推舉為常委,于是給學部寫了一封“陳情書”,請求院士們不要推選自己當常委。趙忠賢的理由很簡單:沒有那么多的時間。
數十年的研究生涯中,不論物理學界熱點如何變換,趙忠賢都一直初心不改,只踩著超導發展的節律前行。
趙忠賢還非常注意給年輕人創造機會,使他們能有機會脫穎而出,包括盡可能地相對獨立地開展工作,參加國際交流,加強與所內外、國內外的合作等。每位參加國際會議的人都要總結會議情況并給全室介紹。
“超導研究經常要自己磨樣品,在毫米量級甚至更小的材料上接引線,這些活年輕人才能做?!壁w忠賢解釋說,自己眼也花、手也抖,要說還在科研一線工作已不符合實際。他風趣地跟團隊成員們開玩笑說,在老年癡呆之前他還能幫著你們出出主意,探討一下科研方向,一旦發現他出現了老年癡呆的前兆必須馬上提醒他閉嘴。在他衣兜里,時常揣著一個小本,隨時記錄研究思路,“現在年紀大了,有什么想法得趕緊記下,怕忘記了”。
如今,趙忠賢仍保持著旺盛的工作熱情,也時常去實驗室,但“原則上只出出主意”,期望幫助年輕人找到研究超導機理問題的切入點。
超越的不只是科研前沿
趙忠賢在國際超導界享有盛譽:1997年擔任第5屆國際超導大會主席,2011年擔任第26屆國際低溫物理大會主席,2018年還將擔任第12屆國際超導大會的主席。趙忠賢自己從未想到,有一天他會成為國際物理學界代表中國的符號,并是國家科學技術獎勵大會的“常客”。
在趙忠賢看來,得獎從未被當作研究的目的?!拔易鲅芯繌膩頉]想過拿獎,從來沒有。至于諾貝爾獎,有這個情結也挺好,但別太過了,畢竟諾貝爾獎并不是惟一的科學標準,不能把它當作科學研究的惟一目的,也不是所有重大的科學研究成果都能拿到諾貝爾獎。”多年從事超導研究,趙忠賢在不懈的追求中體驗著人生的“超導”狀態。對于他而言,超導已不僅僅是科學研究的一個領域,更是人生旅程的一種超然境界。
有人問趙忠賢:“你搞的高溫超導研究很枯燥吧?”他說,“我沒感到枯燥。因為我每研究一段時間后就能看到新的東西,也就是一個嶄新的世界。每個人的幸福感覺不一樣。我能夠看到嶄新的世界,我就感到很幸福,很高興。雖然有時生活苦一些,干活累一些,但做我自己愿意做的事,我就感到很快樂。”
曾經有一個年輕人在中關村開了家公司,生意很紅火,也掙了不少錢。突然有一天,這個年輕人感覺膩了。大學里他讀的是物理系,他輾轉找到趙忠賢,說:“趙老師,我不想在生意場上混了,我想跟著您搞科研?!壁w忠賢笑了笑,說:“作科研可是一件很苦很累的事情呀,你能堅持嗎?”這個年輕人很堅定地說:“放心吧,趙老師!給我三個月時間,我會做給您看!”趙忠賢用質疑的目光看著他,說:“不用三個月,你能堅持一個月就可以了。”隨后,趙忠賢讓他做一個簡單的小課題,結果不到20天他就受不了,臨陣脫逃。原來,每天他一個人待在冷清的實驗室里重復著枯燥、單調的實驗程序——煩了,又沒個人陪他說話、聊天,他自然也就干不下去了。趙忠賢清楚,做科研不可能成為這個年輕人的最佳選擇。
如今,年已高齡的趙忠賢頭發花白,科研仍然是他的一項樂事。即使在周末,也時常能在實驗室里看見他的身影。別人說趙忠賢為科學付出了一輩子,趙忠賢卻說,“沒有覺得自己做科研是在付出,因為我喜歡”。
在國際上獲得廣泛公認,隨之而來的是他的處境完全可以變得更好。但是,當國務院領導問他有什么困難的時候,他卻對領導說,“我沒什么困難,吃喝照舊,工作照舊?!?/p>
趙忠賢是個很有情趣的科學家,他喜歡詩詞,喜歡書法。他收集了詩詞、書法和考古方面的書籍——這是他的一項業余愛好。“我喜歡書法,更愿意欣賞別人的字。在外出差,有時會抽空買幾本字帖,也是一種享受。”在諸多書法大家的作品中,他偏愛米芾的字。問其緣由,他笑言:“可能是自己不喜歡寫得整整齊齊的字吧”。
“我在念書的時候,不管是大學中學還是小學,都喜歡玩。小學時我吹號,就是解放軍號兵吹的那種號。到了高中我就吹西洋的號。”他愛好音樂,喜愛莫扎特、威樂第的音樂,也喜愛中國的小提琴協奏曲《梁?!泛屯趿⑵絼撟鞯摹都t樓夢》曲,而且很自豪地將中國的民族音樂推薦給外國朋友聽,“有些人覺得好聽,有些人……我看他也聽不懂”。
在趙忠賢的書架上,擺著一張十分顯眼的照片。照片上,他身著紅白色滑雪服,雙臂夾緊滑雪桿,身體微屈向前。就像做科學研究,這位“北京的趙”喜歡挑戰——前幾年身體狀況比較好時,對于滑雪、漂流等年輕人喜歡玩的刺激運動,趙忠賢有時也會去體驗一把,因為他始終覺得“自己的心理年齡還很年輕”。他說,其快樂恰恰在于,那些新問題帶來的挑戰。他打了一個比方:“我們口袋里裝著許多把鑰匙,同時還在不斷制造新的鑰匙,而其中只有一把,能夠開啟科學之門。”他要做的,就是通過不懈努力,制造、修改每一把鑰匙,直到打開這扇大門。
他不僅在科學研究的領域給我們的社會創造了許多財富,而且他的人生經歷與生活體驗同那深奧的超導理論一拍即合,有著驚人的相似之處。到底是科研成就使他的人格更有魅力,還是他的個性魅力使那些看上去枯燥的科學理論平添了感性的光彩,也許兩者皆有。
責任編輯 王碧清