加入收藏·设为首页
首页首页 / 中国实验室|丁肇中:过去四十多年,我一直在找电子的半径_zxj.quandu88.com / 内容

中国实验室|丁肇中:过去四十多年,我一直在找电子的半径

作者:尹力|时间:2017-04-24 04:34|来源:zxj.quandu88.com资讯网|评论数:|字号:[小] [大]
核心提示:中国实验室|丁肇中:过去四十多年,我一直在找电子的半径

(原标题:中国实验室|丁肇中:过去四十多年,我一直在找电子的半径)

丁肇中丁肇中,美籍华人,祖籍山东省日照市涛雒镇,1976年诺贝尔物理学奖获得者。近年来,丁肇中在做的一个重要研究是寻找暗物质。他对暗物质的解释是:“宇宙中90%的物质是看不见的,因为看不见,所以称为暗物质。”在探测暗物质过程中,丁肇中团队使用的阿尔法磁谱仪(AMS)可以捕捉暗物质的“信号”,进而探测到暗物质。AMS团队有很多来自中国的科研人员,在丁肇中看来,东方的学生过于注重物理理论,轻视实验。去年底,在纪录片《中国实验室》拍摄期间,丁肇中接受澎湃新闻记者采访时表示,很多成绩好的东方学生都喜欢学理论,学量子理论。他觉得这个不是最重要的,因为他也学过很多。对他来说,最重要的是物理实验。因为,再好的理论,没有实验的证明,都没用。同时,学实验的人一定要了解物理的理论。不过,不能信任理论物理,不能说理论物理学家说的物理就是真理,物理学家说的真理经常被实验推翻。丁教授,我们能先谈谈您当前所做的AMS研究吗?您正在寻找什么,如何选择您的研究小组呢?:我现在的实验是要了解宇宙的起源。有几个很简单的问题。第一个问题,假设宇宙起源与大爆炸。大爆炸之前,没有任何东西。所以,大爆炸的时候,有正的也有负的,要不然不会加起来,没有任何东西。所以,在最开始的时候,有物质,也有同样的反物质。现在宇宙已经140多亿年了,有你,有我,有上海。可是,由反物质组成的宇宙到哪儿去了?这是第一个我们要找的问题。第二个问题是,你看任何银河系统,它只有一个轨道,向心力和离心力平衡就会有一个轨道,要不然不会有一个轨道。这是什么意思呢?从这个轨道的速度,你可以算出来向心力和离心力是多大。向心力是因银河系统的质量和宇宙总质量互相吸引而来的,从这儿你就可以看出来宇宙的总质量是多少。宇宙的总质量比我们看得见的总质量大十倍,换一句话说,90%的宇宙是看不见的。看不见,暗物质。问题是,暗物质到底是什么东西?是怎么来的?(要解决)这两个问题,最简单的办法是,把一个精确的、用在加速器上的仪器,把它尽量缩小,缩小到能放在一个航天飞机上,载到国际空间站,因为在地面上没办法测量。反物质和物质一相碰以后,就湮灭了,所以要送到太空。这就是我做这个实验的两个目标。第三个目标是,宇宙线是怎么来的?宇宙线最基本的性能是什么?参加过AMS项目工作的有600多位科学家,来自德国、意大利、瑞士、法国、美国、中国(包括中国台湾)、韩国等地,此外,还有来自墨西哥的,最近刚加进来的有土耳其和巴西的科学家。您如何选择团队成员?:跟我工作的人,绝大多数以前跟我工作过。就是说,我唯一的要求是,参加工作的人要把这个实验认为是最重要的事情,不参加别的实验。几乎所有的人都要集中精力做这个实验,就是把加速器上的仪器放到太空。所有这些,从来没有人做过,所以一定要集中精力做这件事情。对您而言,人生中最重要的事情就是物理学研究?做这种别人觉得不可能的事情,别人认为很困难的事情,从事大量国际合作的事情,至少对我来说,一定要认为自己能力上是有限的,要成功做这种事情,要把所有的经历放在这个实验上。其他的事情都是次要的。在我认为,假设你没有这种决心的话,你最好不要做这种工作。除了您刚刚提到的,每天都在做的基础研究之外,是不是还需要创新思维和毅力?:做实验物理的物理学家,第一,你要了解理论,认为会动手的人都能做实验,这个概念是完全错误的,你一定要了解物理发展的趋向。最重要的是你自己应该挑题目。有两种实验物理学家,一种是跟着理论走,第二种是自己找理论,了解物理是怎么一回事。如果您面试一位科学家,您会问怎样的问题?有科学家来找我,通常我还会跟他们谈话,因为这是年轻的科学家,都是他们问我问题。因为我问他们问题,永远可以把他们问倒,但是他们问我问题,我可以从他问什么样的问题,了解他们的思想是什么样的。我给你一个很简单的例子。大概二十年前,我在实验室做实验,突然来了一个个子很高的人,穿得很破烂,挡住我说:“丁教授,我可以跟您谈一谈话吗?”我说“好”,我们就在咖啡厅坐下来了。坐下来他就说:“我才从波兰逃出来,我没有任何证件,我是学物理的,我愿意做你的学生,希望你能把我派到MIT(麻省理工学院)当你的学生。不过,我什么证件都没有。”我说“好,那我们到我办公室去。”那个时候大概是礼拜六下午,很晚,已经六七点钟了。到我办公室,我就请他坐下来,我说“你问我问题”,然后我们就谈了三个钟头。三个钟头以后,我就决定,虽然他没有任何文凭,没有任何成绩单,也没有毕业证书,我还是写了封信给MIT说我收这个学生。虽然他是不合法的,但我收这个学生。现在他是MIT的正教授,前几天才认命为MIT核能所的所长。所以说,从别人问你的问题里,你可以了解到他的思想。因为,对物理学家来说,找题目是最重要的事情。此前,我们采访欧洲核子研究中心(CERN)的负责人时,他说LHC(大型强子对撞机)项目的长度超过了任何物理学家事业的长度。出于这个原因,他们努力招募年轻科学家,因为他们想延长项目的生命。这个问题也是您的研究中要考虑的因素吗?我找科学家,最主要是他对项目有兴趣,至于任何其他的事情,我不考虑。就是这个人,有没有能力,有没有创造力,有没有敢做他人不敢做的事情,能想出他人想不到的事情。其他方面的事情是一个管理者要考虑的,一个专门做物理的人是不考虑的。:在您的职业生涯中,您最自豪的是哪个角色,是物理学家吗?我所有的实验中共有五六个比较重要。每一个实验都有两个特点:很多学理论的人都说这个实验是没用的,没有意义的;学实验的人呢,认为这么困难的实验没有人能做出来。为什么有这么多人跟我一起合作?因为每一个实验的结果都对物理学有贡献。因为对物理学有贡献,所以世界上很多国家的政府鼓励它们的物理学家长期跟我合作。合作和援助是两回事情,合作对双方都有利益。那些物理学家愿意跟我合作,他们的政府愿意支持他们跟我合作,因为我们每一个实验都有很重要的贡献。我从来没有做过错误的实验。你要是经常做错误的实验,没有意义的实验,物理学家能推测出来的实验,那就没有意义了。作为一名科学家,什么是对您更大的回报?发现结果和理论匹配,还是发现结果和理论不匹配?对我来说,证明理论是没有什么意义的,当实验推翻了理论以后,你才可以有新的理论,一步一步向前走。理论是不可能推翻实验的,如果实验结果和理论不符合,那一定是理论错误了。您正在做的AMS实验发现了什么?:到现在(2015年8月)为止,这个AMS实验已经做了四年,总共收到680亿个宇宙线,可以精确地测量这个宇宙线现象。680亿,大大多于过去100年里面全球收集过的总和。现在我们所测量的每一个结果,都和以前100年测量过的不一样,已经开始改变人类对宇宙线的了解。:1970年代获得诺贝尔奖的时候,您在获奖感言中说“发展中国家经常过于强调理论科学,不太重视实验”,今天您还是这个看法吗?丁肇中:我在1976年拿诺贝尔物理学奖的时候,在我之前有杨振宁先生和李政道先生拿了诺贝尔奖,我是第三个拿诺贝尔奖的华裔血统的人。但我发现,诺贝尔奖除了中文,每种文字都有,所以我就决定用中文演讲。后来我就想着挑什么题目,我注意到,比方说《四书五经》或者《康熙字典》上,讲的绝大多数是人与人的关系。没有人,或者很少有人讲人与大自然的关系。我就想,这是怎么一回事?我注意到,很多成绩好的东方学生都喜欢学理论,学量子理论,我觉得这个对我来说不是最重要的。我也学过很多。对我来说,最重要的是物理实验。因为,再好的理论,没有实验的证明,都没用。同时,学实验的人一定要了解物理的理论。不过,不能信任理论物理,不能说理论物理学家说的物理就是真理。物理学家说的真理,经常被实验推翻。能告诉我您对理查德费曼(RichardFeinman,1918-1988年,美国理论物理学家)的理论的理解和如何证明他的理论吗?我第一个重要的实验,就是测量电子的半径。1960年代初期,哈佛大学有一个组,这个组的主持人叫FrankPipkin,是很有名的科学家。他做了一个实验,测量电子半径,发现电子是有半径的,是10-13厘米到10-14厘米。没多久,康奈尔大学有一个很有名的队伍也发现同样的结果。两个不同的实验得到同样的结果。可是,根据费曼、施温格(JulianSchwinger,19181994年,美国理论物理学家)还有一位日本物理学家叫朝永振一郎(1906-1979年)三人所开创的量子电动力学的重要假设,电子是没有半径的,半径是测量不到的。结果他测量出这个,就表示那些物理学家是错误的,1960年代初期的时候,这是一个非常重要的题目。那时候我刚拿了博士学位(1962年——编注),从来没有做过这种实验。那两组花了很多年做这个实验,我就一个人,决定到美国问他们(当时丁肇中供职于瑞士日内瓦欧洲核子研究中心——编注)。他们说你可以参加我们的组,不过我们没有理由支持你,因为你从来没有做过实验,别人也不了解你。后来,我到德国汉堡的德国电子同步加速器实验室(DESY),我就跟他们提出这个,那时候组织这个实验的人说欢迎你来,费用我们出,我就去了。去了以后,过了八个月,我完成了一个实验,证明结果找不到电子的半径,那时候测量电子半径小于10-14厘米。小于不是等于,就是电子是测量不了半径的。从那时开始,我记得大概是1966年、1967年的时候,有一个大型的国际高能物理会议,那两位做了报告,我做了第三个报告,因为那时候没有人知道我是谁,所以那两个人做了很长时间的报告,我的报告只有十分钟,就讲我的结果跟他们两个不一样,我的结果是电子是测量不了半径的。那时候,理查德费曼坐在里面,听了以后来找我了,从此以后我们经常有来往。那个实验的结果到今天看还是真的吗?:过去四十多年,我一直在找电子的半径,最初是10-14厘米,现在证明是小于10-17厘米,就是小了三个数量级。花了四十年,小了三个数量级,可是还是没有找到电子的半径。为什么别人相信我的实验?我做完以后,其他的人也证明我的实验是对的。所以证明一个实验是对的,和理论是没有关系的。在不同的时间、不同地点、不同方法下,别人能做出来跟你有同样结果的实验,那就证明你是对的。想到AMS在国际空间站的应用,您觉得很有成就吗?我并不认为这是一个很大的成就。虽然这是第一次把磁谱仪放到天上去,同时收到很多的数据。我告诉我们所有合作的人,在今后二十到四十年之内,不可能有人再放一个这么精密的仪器到天上去。第一,需要大量的国际协作,第二,需要很多的经费,第三,现在没有航天飞机,不可能把这么大的仪器载到天上去。所以,我们最重要的任务是,保持这个实验的结果是正确的。因为没有人可以来校对我们,没有人再可以放到天上去。所以每一个结果,通常有两个国家,有时候四个国家,同时分析。等这四个结果分析误差小于1%的时候,我在这四个里面选一个,然后发表。您能告诉我们AMS项目的融资情况吗?按照我们理解,2008年航天飞机计划被取消是资金出了问题。您能告诉我们您是如何挽救AMS项目的吗?:这个实验,很多国家都认为是非常重要的,所以从来没有经费的问题,从来没有碰到经费的问题。把这个实验放到天上需要航天飞机。航天飞机出过两次事情。第一次我记得是1978年的1月28日,第二次是2005年或者2004年2月。因为出了事情,当时美国宇航局的局长就说航天飞机,载人航天,或者国际空间站,都不重要。重要的是载人到火星上。宇航局局长就决定把所有空间站上的实验,包括生物实验、小型物理实验,都取消了。因为所有经费都来自美国宇航局,所以只能服从政府的命令。我认为这个决定是错误的。美国能源部就主持了评审委员会,能源部的人问我怎么办?我就跟他说,你最好的办法是组织一个委员会,请美国科学院的院士,包括诺贝尔奖获得者在内的第一流科学家来看,我们这个实验值不值得做。所以在2007年9月23日,在华盛顿有一个评审会,我请了我们所有国家最主要的科学家去参加。评审会很严格,我同事也请了美国国会的人去旁听。评审会后,美国能源部管科技的副部长就写了封信给宇航局局长说:世界上第一流的科学家认为,这是最重要的实验,虽然你不用航天飞机载我们到天上去,但我们能源部继续支持把这个实验完成。没多久,美国国会参议院、众议院的人慢慢就知道这件事。美国的《纽约时报》、《华盛顿邮报》上都有长篇报道讲宇航局这个决定。到2008年国会全体通过了一个法律,指定美国政府一定要增加一班航天飞机把我们的设备送到天上去。因为是全体通过,所以总统就在2008年10月15号签署了这个法律,就这样,我们很侥幸地把AMS载到天上去。(美国东部时间2011年5月16日上午,阿尔法磁谱仪由美国“奋进”号航天飞机送上国际空间站。——编注)未来,AMS项目第二阶段的资金仍然由美国提供支持吗?美国所花的钱是只到空间站,航天飞机的运输费、AMS的制造费,美国花的钱很少。还有很多资金来自中国大陆、中国台湾、意大利、德国、法国、瑞士等亚洲和欧洲国家和地区。仪器的制造不是美国出钱。美国能源部所出的是整个电子仪器系统的经费。到了天上以后,空间站每年大概要花费30亿美金,我们用的钱就很少了。:制造AMS的过程有很多国家和地区参与,我很好奇,您是如何确定中国大陆负责永磁,中国台湾负责这部分,德国负责那部分?这个问题很重要。要国际合作,最主要的是你选一个题目让大家都很有兴趣,有人认为很重要。我并没有权利控制项目经费,他们参加我的实验,最主要的是因为他们觉得我的实验很重要。我有一个习惯,对重要国家的贡献,在国际会议上,我就请它们国家的人来发表,我不会像很多科学家一样,所有的事情都由自己来发表。其实我很少参加国际会议,除了非常必要的情况我做个开幕式或闭幕式演讲以外。我叫每一个国家有贡献的人参加会议。仪器的选择上大致怎么做?比如说法国人认为这块地方该放这样的仪器,而德国人认为应该放另外的仪器。那我决定选谁呢?每一个国家都花了很多经费去研究这个仪器。最后只能选择一个,因为一个地方只能放一个东西。我们每三个月就开一次讨论会,不管你是大学教授还是国家实验室主任(我们队里还有包括大学校长等等,日内瓦大学校长以前也在我们组里),或者你是一个即将进来的研究生,任何人都可以发言。会议的日程我来决定,就是说我坐在前面,其余的人,每一个人都可以发言,发言可以很长也可以很短。只能讲科学技术,其他任何事情不能讲。我在上面听,我听懂了,就做一次决定,做了决定以后就不能改了。我没有听懂,大家可以讨论,讨论以后,我还是没有听懂的话,我就说下次开会再讨论,同时我去问懂行的人,因为我绝对不可能每个题目都懂。有任何一点怀疑的事情,我一定问别人。等我完全懂了以后,我就做一次决定。为什么大家现在继续一起合作,从来不离开?主要原因是到现在为止,还没有做过一个错误的决定。如果经常做错误的决定,别人就不跟你合作了。您认为在您的职业生涯中,您从来没有做过错误的决定?:到现在为止,还没有做过任何错的实验,可是这并不代表明天不会有,后天不会有,因为任何人的能力都是有局限的。比方说仪器是非常复杂的,因为它缩得很小。任何仪器都会有不正常的现象,最主要的是,要知道什么仪器有不正常的现象,什么时候有不正常的现象,这样你就可以把这一块的数据取消掉。假设仪器有故障而你不知道,那你就会做错误的事情,得出错误的结果。作为一名科学家,您认为,相信自己和相信您的团队哪个更重要?最主要的是你的小心谨慎,怀疑自己的能力。怀疑自己的能力,这是最重要的。了解清楚了以后,对我来说,我做一个决定以后,还没有改过的经验。当然,我比较侥幸,跟我合作的人确实是非常非常好的科学者,他们的贡献很重要。这个团队的成功绝对不是我一个人的成功。我们想问一些关于中国的问题和您对中国的印象。您曾经在德国汉堡的电子同步加速器实验室工作,现在还在欧洲核子研究中心工作,也曾经在中国生活过一段时间,这些地方的科学工作环境有哪些不同?:我在中国住还是小时候,那时候正处于二次大战,没有什么科学研究。我记得那时候,我父亲在重庆大学教书,后来在重庆兵工学校教书。我还记得他带我去看一个科学展览,所有的科学展览都非常非常简单,那时候大概七八岁,不过给我留了一个很重要的印象。中国的科学现在发展得怎样?应该怎么发展,我并不了解。因为我不住在中国大陆。不过我觉得,我离开中国大陆的时候(1948年丁肇中随父母离开大陆去了台湾),1948年,中国当时是非常非常落后的国家。可是从1948年到现在,有航天工程,有火箭,有空间站,同时中国航天的事情绝大多数是自己做出来的,我认为这是非常值得骄傲的事情。参与AMS项目的中国科学家怎么样?您对他们的贡献有怎样的印象?例如永久磁铁。中国科学家参加AMS做了非常重要的贡献。尤其是中国科学院电工研究所制造的磁铁,和航天部一院一起做出来的。在此之前,没有人做这么大的磁铁,直径1.1米,高0.8米,总共重约2.6吨。从来没有人把磁铁放到天上,因为依据指南针的原理,你把磁铁放到天上,一头向北一头向南,航天飞机马上就失去控制了。这是一个决定性的贡献,中国科学院高能无理研究所也参加了这快磁铁的制造。山东是您的故乡,你能说说山东大学的参与吗?它们对整个项目做了怎样的贡献?:山东大学所参加的是热传导系统。有一个很能干的教授程林,做的是传热系统。怎么样保持这个仪器的恒温?空间站每93分钟绕地球一周,白天的时候温度很高,晚上的时候温度很冷,可是白天晚上最多是93分钟,怎样保持恒温?这个主要是山东大学程林教授的团队和美国MIT、美国航天局还有中国台湾的中山科学院一起合作的。山东大学确实做了非常重要的贡献。:通过您的实验,您对山东以及参与永磁团队的成员有怎样的印象?科学在如何改变中国?我第一次再到中国是1975年,到现在有很大的进步。不但是高能物理,比方说在大亚湾核电站的王贻芳教授所做的中微子实验,这是个非常重要的实验,再比方说空间站。所以说是非常非常大的进步。据说,您工作之外很少参与社交活动,您不想把时间花费在没有参与您的研究的人身上,是真的吗?:因为我100%的时间花在实验上。空间站绕着地球每93分钟一周,没有白天晚上,没有礼拜六礼拜天,所以我很少能有私人来往。同时,这也是一个习惯。比方说,MIT有很多教授原来是我的学生,跟我学习,拿到博士学位,然后从副教授做到正教授,有的跟我40多年了,我从来不到他们家去的。有时候我请他们吃饭,就到我办公室吃,他们对工作有怀疑的时候,我就请他们来吃饭,一起讨论。所以一般没人愿意跟我吃饭,因为吃饭的时候就是讨论物理。

(原标题:中国实验室|丁肇中:过去四十多年,我一直在找电子的半径)


  • 支持

  • 高兴

  • 震惊

  • 愤怒

  • 无聊

  • 无奈

  • 谎言

  • 枪稿

  • 不解

  • 标题党
责任编辑:影

网友评论

本周排行

图片新闻

焦点关注