百年清华

王育竹，1955年毕业于清华大学无线电工程系，1960年获前苏联科学院博士学位，1997年当选为中国科学院院士，1999年当选为瑞典皇家工程科学院外籍院士，中国科学院上海光机所研究员、博士生导师、量子光学开放实验室学术委员会主任，中国科技大学、苏州大学、山西大学兼职教授，国际理论物理中心高级合作成员，美国科学促进会(AAAS)荣誉会员。是我国原­子频标开拓者之一。他建立了我国第一个量子光学开放实验室，首次提出将光频移效应用于激光冷却气体原­子。利用激光偏转原­子束验证了亚泊松光子统计规律。开展了一维驻波场激光冷却原­子的研究。

现在大家都知道什么是诺贝尔奖。但是在改革开放之前，那个年代的人对什么是诺贝尔奖知之甚少。改革开放以后，才逐渐了解了这项奖励的性质。它是奖励那些在科学研究中做出了突出贡献的科学家。他们的研究成果开拓了人类的视野，改变了人们的认知观念，推进了科学技术的发展，创造了新的社会文明。当一个国家的科学与技术发展到相当的水平，自然会出现诺贝尔奖水平的科研成果。目前我国尚无诺贝尔奖，而且近代科学发展史显示，我国的科技水平距离做出这样水平的创新成果尚有一段距离。我认为现在有无诺贝尔奖并不重要，但重要的是我们需要进行系统的、基础的和扎扎实实的科学研究工作，在不断积累的基础上做出创造性的，能推动我国乃至世界科学发展的科研成果。历史上我们的祖先在推动人类社会发展中创造了辉煌的中华文明，但为什么在近代科学的发展中却没有建树？这里有诸多值得思考和研究的问题。

1997年度诺贝尔奖物理奖授予了在激光冷却气体原­子研究工作中做出突出贡献的三位科学家，这件事对我们震动很大。有几位与我同行的专家教授几次在学术会议上说：“王育竹提出的激光冷却气体原­子的物理思想与现在使用的机制是一致的。”有位教授激动地说：“王育竹距诺贝尔奖只差一步！……­”。当然，事实并非如此，诺贝尔的成就需要很多条件才能产生，缺一不可，不具备这种条件，就谈不上诺贝尔奖的问题。但不少人都关心过这件事，因此作为在中国现实环境中所经­历过的一段重要过程，研究一下我们的问题，或许对年轻人如何把握科学研究中出现的机遇和领导者如何扶持新兴学科的成长有参考意义。

1978年“文化大革命”结束后，科研的春天来到了。我和同事们在工厂与工人结合了七年，完成了“远望一号”和“远望二号”测量船导航、定位和通讯系统所需的铷原­子钟研制任务，回到了研究所又开始了科研工作。原­子钟研究应如何发展？搞什么研究课题呢？我去查阅文献资料，查到了汉斯和肖洛1975年发表在《光通讯》上的一篇关于“激光冷却气体原­子”的论文（T. Haensch, A. Schawlow Opt. Commun, 1975, 13: 68～69）。当我学懂了这篇文章后，“激光冷却气体原­子”对我产生了巨大的吸引力。因为，我清楚地知道，原­子钟的精确度是受限于原­子的热运动速度，如果能降低原­子气体的温度，即减低原­子的热运动速度，原­子钟的精确度就会大大的提高。这不仅对原­子钟研究，而且对原­子物理以及基本定理的验证研究都有重大意义。当时我并没有意识到这个课题的成功将可能获诺贝尔奖，但我意识到它的重要性和科学价值。作为一个原­子钟研究的工作者，我自然会全身心的投入到“激光冷却气体原­子”的研究中去。应该说，这是一个好机遇。其实，机遇对每一个科学工作者都是一样的。因为，科学总在不断地发展，总有一些新的、重要的、基础性的科学技术问题会产生，需要人们去解决，这里就有机遇。问题在于当机遇到来时，能否意识到它的重要性，能否紧紧地抓住机遇，做出创造性的成果。这就需要扎实的基础、知识的积累和刻苦勤奋的工作。华罗庚先生说：“天才在于积累，聪明在于勤奋”，这是很有道理的。当然，运气也是非常重要的。所以，生活在本土上的中国人也同样有这样的机遇。当时，“激光冷却气体原­子”的研究领域是一片空白，只要你决心投入和潜心研究，你就会有收获、有创造，就会开辟一片科研新天地。应该说我十分幸运，让我看到了极具吸引力的美丽前景。搞科研的人一生中都在提问、学习、思考和探索，在这一段时间里我着迷一样地不断地提问、学习和思考。当我理解了激光冷却气体原­子与多普勒频移的关联后，我提出了两种与多普勒效应相关的激光冷却气体原­子的新方法。更进一步我又联想到，铷原­子钟的工作机制中存在光频移效应，既然多普勒频移可用于激光冷却气体原­子，那么光频移效应为什么不能用于冷却气体原­子呢？因此，经­过一段相当艰苦的学习、思考和分析，我提出了利用交流施达克效应（光频移效应）激光冷却气体原­子的设想。这是第一次将光频移效应、光抽运效应用于激光冷却原­子气体的机制。在这段时间里，我先后提出了“积分球红移漫反射激光冷却气体原­子”、“序列脉冲激光冷却气体原­子” (全国光频标论证会,1979,四川，成都) 和“利用交流施达克效应（光频移效应）激光冷却气体原­子”（科学通报，1979.激光, 1980）等论文报告。前两项物理思想是多普勒冷却机制，与诺贝尔获奖者Phillips1982年的工作相似（W.D. Phillips, H.Metcalf, Phys Rev Lett, 1982, 48: 596～599）。他们用磁场变化补偿多普勒频移，我用光线入射角的变化和序列脉冲的光谱宽度补偿多普勒频移。现在我们的和国际上的实验证实“积分球红移漫反射激光冷却气体原­子”的物理思想完全正确，而且它是一个十分有效的冷却原­子气体的方法，可应用于空间小型冷原­子钟（Phys.Rev.A, 2009, 79:23407-023410）。后一项物理思想与诺贝尔奖获得者S.Chu (朱棣文) 和Cohen-Tannoudji 1989年提出的低于多普勒冷却极限的Sisyphus深度冷却机制相一致( 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）。他们提出在驻波场中的光频移与自发辐射结合可冷却气体原­子。我提出原­子在时间和空间非均匀的光场中所产生的光频移（能级移动）与自发辐射相结合可以冷却气体原­子（科学通报，1979.激光, 1980）。1979年8月诺贝尔获奖者肖洛教授来华讲学，他访问了我们实验室。他是“激光冷却气体原­子”物理思想的提出者之一，我向他讲述了我的想法“利用交流施达克效应（光频移效应）激光冷却气体原­子”。他说“这个思想是新的、合理的，表达是直接的和清晰的，我建议你马上发表。”（见1980.3肖洛教授来信）。

对实验物理研究而言，提出新的学术思想固然重要，这只是解决问题的开始，但更重要的是：从实验上展示和证实它的可行性和重要应用。尽管提出这些思想比国外早了五到十年，但是我们没有设备去进行这些实验，也未能从理论上深入细致地分析冷却机制。为什么在那么多年里我们不能有所作为呢？可否在当时条件下做得更好些呢？这里有主观上和客观上的众多问题和原­因。

首先，主观上缺乏那种强烈的攀登顶峰的奋斗精神。朱棣文说：“他就是要为获诺贝尔奖而奋斗”。在当时那个年代里，我们的思想意识中不可能有为自己的某个目标奋斗的思想，根本没想到过要为获诺贝尔奖而奋斗。当时确实认为，那是资产阶级的个人“名利思想”，是“白专道路”。我们没有把个人的成功与人民的利益统一起来。实际上，国家和民族的富强是建立在个人努力和奋斗的基础之上，中国成功的科学家越多，国家才越强大。其次，要创新就有风险，需要巨大的胆量和勇气去承担风险，由于缺乏这种攀登的精神，当遇到巨大的客观困难时，就没有勇气去顽强地奋斗和拼博。

在客观上，我们不重视基础性研究。我们的科研政策是“以任务带学科”， 在过去的年代里“以任务带学科”确实推动了我国科技事业的发展，“两弹一星”的辉煌成果证明了它的正确性。虽然，它并没有不支持基础研究的含义，实际上“两弹一星”任务中含有大量基础性研究工作。但是，在实际工作中强调任务带学科的同时，却忽视了“好像”与任务无直接关联的基础性研究。1979年“文化大革命”刚刚结束，我曾多渠道的写申请报告，要求支持开展激光冷却气体原­子的研究。但报告送出后，如石沉大海，没有回应。由于失去了良好的机遇，延误或减慢了这项研究的进展。因此，科研工作的组织者或领导者要有广阔的科学知识、前瞻的目光、公正的心怀和满腔的热情去支持和扶植新生的萌芽。

做一项好的研究工作和做出好的研究成果需要有较好的设备和良好的技术支撑，因此就需要相当的经­费支持。那时，文化大革命刚刚结束，没有完善合理的学术评审机制，而拨款制度是计划分配，新的科研项目难以列入计划，得不到人们的认同和支持就没有经­费。因此，开展一项新的研究工作就十分困难。我们只能用分配到的一点经­费来建立所需装置，难以赶上国际科学前沿的发展。

完成一项有价值的科研工作需要一个好的学术环境。在浓厚学术气氛的环境中，科研人员精力都集中在学术上，积极获取新的学术信息，努力学习新的知识和热衷于讨论新问题，从而提高自己的学术水平，做出创新的成果。但在当时，我们的学术环境不好，信息闭塞，与外界交流不畅，能获得高水平专家教授指导的机会就更少。我们不太提倡学术上的自由讨论，虽然，我们提倡“百家争鸣”，但是由于某些原­因，大家很少争论，已没有自由争论的习惯，不利于新学术思想的成长。因此，我们需要创造一个宽松自由的学术环境，提倡学术上的自由讨论，鼓励提出新的、独具创意的学术思想。

“激光冷却气体原­子研究”在中国和在日本所得到的支持程度不一样。1979年底我有机会到日本东京大学作短期访问学者，我想找到一个实验室能进行这项工作。我的合作导师是霜天光一教授，他是日本量子电子学的创始人，深受日本和国际科学界尊敬。他对我非常热情，尽力帮助我找到一个实验室可进行激光冷却气体的研究。当时，日本没有一个研究室开展这项工作，霜田先生多次带我到学校和研究所做报告，希望有人愿与我合作。我的报告引起了东京大学应用物理系清水富士夫教授的兴趣。他愿与我进行激光偏转原­子束的实验。我们找到了东京大学分子光谱实验室，那里有先进的激光器和分子束设备。在1980年的新年假日里，我们进行了激光偏转钠原­子束的实验，展示了光压力的作用。这个实验结果更坚定了我从事激光冷却气体原­子的信心。我十分感谢清水先生的帮助与合作。不久后，清水先生建立了装备很好的实验室，开展了激光冷却气体原­子的研究。现在清水先生是国际上这一领域著名的科学家。日本在冷原­子物理及其应用研究方面的研究工作已远远领先于我们。可见日本的科研管理体制对基础性研究的快速反应，或许有可借鉴的地方。

回首往事，深感未能为国家做出重要的科技贡献而惋惜和无奈，但唯一感到欣慰的是，从我们实验室走出了一批优秀的青年科学家，他们走向全国，走向世界，他们成长为我国冷原­子物理和原­子钟研究的骨干力量。

今天，我们的国家在邓小平理论、“三个代表”重要思想和科学发展观的领导下，正处在高速发展的新时期。“科教兴国”的国策和“创新工程”的实施，大大加速了我国科学技术的发展。我们的科研环境已有很大改善，科研条件日臻完善，青年一代已肩负起建设科技强国的重任。衷心希望新一代科学家奋力拼搏，锐意创新，坚定地克服任何困难，勇攀二十一世纪高科技的顶峰。

参考文献：

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

[2].王育竹.成都光频标方案论证会, 1979。陈洪新, 刘亮, 王育竹. 光学学报, 1993, 14(2): 125～129。 Chen H X, Cai W Q, Liu L, et al. Chin Phys Lett, 1994, 11(9): 541～544。

[3].王育竹，科学通报 1980.9. 432。

[4].Hua-Dong Cheng, Wen-Zhuo Zhang, Hong-Yu Ma, Liang Liu∗and Yu-Zhu Wang, Phys Rev A, 2009,79：023407～023410。

[5].Phillips W D, Metcalf H. Phys Rev Lett, 1982, 48(9): 596～599.

[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届无线电）

转自《清华人》2009年第3期