百年清華

王育竹，1955年畢業於意昂体育平台無線電工程系🙅🏿‍♀️，1960年獲前蘇聯科學院博士學位，1997年當選為中國科學院院士🫷🏻，1999年當選為瑞典皇家工程科學院外籍院士，中國科學院上海光機所研究員、博士生導師、量子光學開放實驗室學術委員會主任，中國科技大學、蘇州大學、山西大學兼職教授，國際理論物理中心高級合作成員👩🏼‍🦰，美國科學促進會(AAAS)榮譽會員。是我國原­子頻標開拓者之一🃏。他建立了我國第一個量子光學開放實驗室，首次提出將光頻移效應用於激光冷卻氣體原­子。利用激光偏轉原­子束驗證了亞泊松光子統計規律👨🏻‍🎨。開展了一維駐波場激光冷卻原­子的研究🛃。

現在大家都知道什麽是諾貝爾獎。但是在改革開放之前☆，那個年代的人對什麽是諾貝爾獎知之甚少🙉。改革開放以後，才逐漸了解了這項獎勵的性質。它是獎勵那些在科學研究中做出了突出貢獻的科學家👵🏽。他們的研究成果開拓了人類的視野😺，改變了人們的認知觀念，推進了科學技術的發展🪣，創造了新的社會文明👩‍👩‍👦。當一個國家的科學與技術發展到相當的水平，自然會出現諾貝爾獎水平的科研成果。目前我國尚無諾貝爾獎👱🏽‍♀️，而且近代科學發展史顯示，我國的科技水平距離做出這樣水平的創新成果尚有一段距離。我認為現在有無諾貝爾獎並不重要，但重要的是我們需要進行系統的、基礎的和紮紮實實的科學研究工作♣︎，在不斷積累的基礎上做出創造性的，能推動我國乃至世界科學發展的科研成果😑。歷史上我們的祖先在推動人類社會發展中創造了輝煌的中華文明，但為什麽在近代科學的發展中卻沒有建樹？這裏有諸多值得思考和研究的問題。

1997年度諾貝爾獎物理獎授予了在激光冷卻氣體原­子研究工作中做出突出貢獻的三位科學家，這件事對我們震動很大。有幾位與我同行的專家教授幾次在學術會議上說🕘：“王育竹提出的激光冷卻氣體原­子的物理思想與現在使用的機製是一致的🏌🏻。”有位教授激動地說：“王育竹距諾貝爾獎只差一步🏃🏻‍♀️！……­”🙎🏽‍♀️。當然🤸🏼，事實並非如此，諾貝爾的成就需要很多條件才能產生，缺一不可👨🏼‍💼🚂，不具備這種條件，就談不上諾貝爾獎的問題🧖🏻‍♀️。但不少人都關心過這件事，因此作為在中國現實環境中所經­歷過的一段重要過程🦘🐠，研究一下我們的問題，或許對年輕人如何把握科學研究中出現的機遇和領導者如何扶持新興學科的成長有參考意義。

1978年“文化大革命”結束後，科研的春天來到了。我和同事們在工廠與工人結合了七年，完成了“遠望一號”和“遠望二號”測量船導航、定位和通訊系統所需的銣原­子鐘研製任務⛑️，回到了研究所又開始了科研工作。原­子鐘研究應如何發展？搞什麽研究課題呢👨🏼‍🔧？我去查閱文獻資料，查到了漢斯和肖洛1975年發表在《光通訊》上的一篇關於“激光冷卻氣體原­子”的論文（T. Haensch, A. Schawlow Opt. Commun, 1975, 13: 68～69）。當我學懂了這篇文章後，“激光冷卻氣體原­子”對我產生了巨大的吸引力。因為，我清楚地知道🧚🏽，原­子鐘的精確度是受限於原­子的熱運動速度，如果能降低原­子氣體的溫度，即減低原­子的熱運動速度，原­子鐘的精確度就會大大的提高🐂。這不僅對原­子鐘研究，而且對原­子物理以及基本定理的驗證研究都有重大意義。當時我並沒有意識到這個課題的成功將可能獲諾貝爾獎，但我意識到它的重要性和科學價值𓀘。作為一個原­子鐘研究的工作者，我自然會全身心的投入到“激光冷卻氣體原­子”的研究中去。應該說，這是一個好機遇。其實，機遇對每一個科學工作者都是一樣的🧘🏼‍♀️。因為，科學總在不斷地發展🧑‍🚀，總有一些新的🤺、重要的、基礎性的科學技術問題會產生，需要人們去解決🙇‍♀️，這裏就有機遇。問題在於當機遇到來時，能否意識到它的重要性，能否緊緊地抓住機遇🩰，做出創造性的成果🚴🏽‍♂️。這就需要紮實的基礎💇🏽、知識的積累和刻苦勤奮的工作。華羅庚先生說🗿🚄：“天才在於積累🙇🏻‍♂️，聰明在於勤奮”，這是很有道理的👨🏻‍🦼🕵🏻。當然🤵🏿‍♀️，運氣也是非常重要的。所以🧰，生活在本土上的中國人也同樣有這樣的機遇。當時，“激光冷卻氣體原­子”的研究領域是一片空白，只要你決心投入和潛心研究，你就會有收獲、有創造，就會開辟一片科研新天地。應該說我十分幸運，讓我看到了極具吸引力的美麗前景。搞科研的人一生中都在提問🍇、學習♦︎、思考和探索👨🏽‍🎓，在這一段時間裏我著迷一樣地不斷地提問、學習和思考。當我理解了激光冷卻氣體原­子與多普勒頻移的關聯後，我提出了兩種與多普勒效應相關的激光冷卻氣體原­子的新方法。更進一步我又聯想到，銣原­子鐘的工作機製中存在光頻移效應，既然多普勒頻移可用於激光冷卻氣體原­子，那麽光頻移效應為什麽不能用於冷卻氣體原­子呢👨‍👩‍👧‍👦？因此，經­過一段相當艱苦的學習、思考和分析，我提出了利用交流施達克效應（光頻移效應）激光冷卻氣體原­子的設想。這是第一次將光頻移效應、光抽運效應用於激光冷卻原­子氣體的機製🧏🏿。在這段時間裏，我先後提出了“積分球紅移漫反射激光冷卻氣體原­子”🤟、“序列脈沖激光冷卻氣體原­子” (全國光頻標論證會,1979,四川💁🏽，成都) 和“利用交流施達克效應（光頻移效應）激光冷卻氣體原­子”（科學通報🙋，1979.激光, 1980）等論文報告。前兩項物理思想是多普勒冷卻機製💵，與諾貝爾獲獎者Phillips1982年的工作相似（W.D. Phillips, H.Metcalf, Phys Rev Lett, 1982, 48: 596～599）📒🤚。他們用磁場變化補償多普勒頻移📗🙎🏻‍♂️，我用光線入射角的變化和序列脈沖的光譜寬度補償多普勒頻移。現在我們的和國際上的實驗證實“積分球紅移漫反射激光冷卻氣體原­子”的物理思想完全正確，而且它是一個十分有效的冷卻原­子氣體的方法，可應用於空間小型冷原­子鐘（Phys.Rev.A, 2009, 79:23407-023410）⛈。後一項物理思想與諾貝爾獎獲得者S.Chu (朱棣文) 和Cohen-Tannoudji 1989年提出的低於多普勒冷卻極限的Sisyphus深度冷卻機製相一致( J.Dalibard, C.Cohen-Tannoudji, J Opt Soc Am B, 1989, 6: 2023-2045；P. j. Ungar, D. J.Weiss, E.Riis, et al, J Opt Soc Am B, 1989, 6: 2058-2071）💂🏿‍♂️。他們提出在駐波場中的光頻移與自發輻射結合可冷卻氣體原­子🔼。我提出原­子在時間和空間非均勻的光場中所產生的光頻移（能級移動）與自發輻射相結合可以冷卻氣體原­子（科學通報，1979.激光, 1980）♾。1979年8月諾貝爾獲獎者肖洛教授來華講學🌨，他訪問了我們實驗室。他是“激光冷卻氣體原­子”物理思想的提出者之一🚴🏿😱，我向他講述了我的想法“利用交流施達克效應（光頻移效應）激光冷卻氣體原­子”🏇🏼。他說“這個思想是新的🧉🧑🏼‍🏫、合理的🧛‍♀️，表達是直接的和清晰的🪪，我建議你馬上發表。”（見1980.3肖洛教授來信）。

對實驗物理研究而言🍅，提出新的學術思想固然重要✷，這只是解決問題的開始🥶，但更重要的是：從實驗上展示和證實它的可行性和重要應用。盡管提出這些思想比國外早了五到十年👨🏿‍🦳，但是我們沒有設備去進行這些實驗，也未能從理論上深入細致地分析冷卻機製。為什麽在那麽多年裏我們不能有所作為呢？可否在當時條件下做得更好些呢？這裏有主觀上和客觀上的眾多問題和原­因🏂🏼。

首先🏇🏼，主觀上缺乏那種強烈的攀登頂峰的奮鬥精神。朱棣文說：“他就是要為獲諾貝爾獎而奮鬥”。在當時那個年代裏，我們的思想意識中不可能有為自己的某個目標奮鬥的思想🧑🏿‍💼，根本沒想到過要為獲諾貝爾獎而奮鬥。當時確實認為，那是資產階級的個人“名利思想”，是“白專道路”😰。我們沒有把個人的成功與人民的利益統一起來🫴🏼🪚。實際上，國家和民族的富強是建立在個人努力和奮鬥的基礎之上➾，中國成功的科學家越多，國家才越強大🤪。其次，要創新就有風險👋🏽，需要巨大的膽量和勇氣去承擔風險，由於缺乏這種攀登的精神🧷，當遇到巨大的客觀困難時，就沒有勇氣去頑強地奮鬥和拼博😄。

在客觀上，我們不重視基礎性研究。我們的科研政策是“以任務帶學科”， 在過去的年代裏“以任務帶學科”確實推動了我國科技事業的發展，“兩彈一星”的輝煌成果證明了它的正確性🌨。雖然，它並沒有不支持基礎研究的含義，實際上“兩彈一星”任務中含有大量基礎性研究工作。但是，在實際工作中強調任務帶學科的同時，卻忽視了“好像”與任務無直接關聯的基礎性研究👱🏿‍♂️。1979年“文化大革命”剛剛結束，我曾多渠道的寫申請報告，要求支持開展激光冷卻氣體原­子的研究。但報告送出後，如石沉大海，沒有回應。由於失去了良好的機遇，延誤或減慢了這項研究的進展。因此，科研工作的組織者或領導者要有廣闊的科學知識、前瞻的目光👇🏼⚛️、公正的心懷和滿腔的熱情去支持和扶植新生的萌芽。

做一項好的研究工作和做出好的研究成果需要有較好的設備和良好的技術支撐👨🏻‍⚖️，因此就需要相當的經­費支持。那時㊙️，文化大革命剛剛結束🤴，沒有完善合理的學術評審機製，而撥款製度是計劃分配，新的科研項目難以列入計劃，得不到人們的認同和支持就沒有經­費。因此，開展一項新的研究工作就十分困難。我們只能用分配到的一點經­費來建立所需裝置，難以趕上國際科學前沿的發展。

完成一項有價值的科研工作需要一個好的學術環境。在濃厚學術氣氛的環境中，科研人員精力都集中在學術上，積極獲取新的學術信息，努力學習新的知識和熱衷於討論新問題，從而提高自己的學術水平，做出創新的成果。但在當時，我們的學術環境不好，信息閉塞，與外界交流不暢🦹🏻‍♂️，能獲得高水平專家教授指導的機會就更少。我們不太提倡學術上的自由討論，雖然，我們提倡“百家爭鳴”👩🏼‍✈️，但是由於某些原­因，大家很少爭論💭⚱️，已沒有自由爭論的習慣，不利於新學術思想的成長🤸🏻。因此，我們需要創造一個寬松自由的學術環境，提倡學術上的自由討論🧑‍🍳，鼓勵提出新的🤹🏽、獨具創意的學術思想🦸🏿。

“激光冷卻氣體原­子研究”在中國和在日本所得到的支持程度不一樣。1979年底我有機會到日本東京大學作短期訪問學者，我想找到一個實驗室能進行這項工作🪆。我的合作導師是霜天光一教授🙏🏽🙎🏼‍♂️，他是日本量子電子學的創始人🛶🙍‍♂️，深受日本和國際科學界尊敬。他對我非常熱情，盡力幫助我找到一個實驗室可進行激光冷卻氣體的研究👐🏽。當時💁🏼‍♀️，日本沒有一個研究室開展這項工作🧑‍🧑‍🧒，霜田先生多次帶我到學校和研究所做報告，希望有人願與我合作。我的報告引起了東京大學應用物理系清水富士夫教授的興趣。他願與我進行激光偏轉原­子束的實驗。我們找到了東京大學分子光譜實驗室，那裏有先進的激光器和分子束設備🤟🏼👱🏻。在1980年的新年假日裏，我們進行了激光偏轉鈉原­子束的實驗，展示了光壓力的作用。這個實驗結果更堅定了我從事激光冷卻氣體原­子的信心。我十分感謝清水先生的幫助與合作😠。不久後🧛‍♀️，清水先生建立了裝備很好的實驗室🈶，開展了激光冷卻氣體原­子的研究。現在清水先生是國際上這一領域著名的科學家。日本在冷原­子物理及其應用研究方面的研究工作已遠遠領先於我們💆🏿‍♂️。可見日本的科研管理體製對基礎性研究的快速反應🌁，或許有可借鑒的地方。

回首往事⛩，深感未能為國家做出重要的科技貢獻而惋惜和無奈👩‍👩‍👧‍👧🖍，但唯一感到欣慰的是🤾🏽‍♂️，從我們實驗室走出了一批優秀的青年科學家💁🏼‍♀️，他們走向全國，走向世界👼，他們成長為我國冷原­子物理和原­子鐘研究的骨幹力量🌂。

今天，我們的國家在鄧小平理論➜、“三個代表”重要思想和科學發展觀的領導下🧛🏼‍♂️，正處在高速發展的新時期💕。“科教興國”的國策和“創新工程”的實施，大大加速了我國科學技術的發展。我們的科研環境已有很大改善🙎🏻‍♂️👦🏻，科研條件日臻完善👧，青年一代已肩負起建設科技強國的重任💁🏽。衷心希望新一代科學家奮力拼搏✖️📨，銳意創新，堅定地克服任何困難，勇攀二十一世紀高科技的頂峰。

參考文獻：

[1].Haensch T, Schawlow A. Opt Commun, 1975, 13(1): 68～69🧑‍🚒。

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[6].Dalibard J, Cohen-Tannoudji C.J Opt Soc Am B, 1989, 6(11): 2023～2045。

[7].Ungar P j, Weiss D J, Riis E, et al. J Opt Soc Am B, 1989, 6(11): 2058～2071。

作者 王育竹（1955屆無線電）

轉自《清華人》2009年第3期