“十年前，我的頭發(fā)還是黑的。”中國科學(xué)院院士、上海交通大學(xué)李政道研究所副所長丁洪在接受采訪時笑著說道。
2015年，丁洪領(lǐng)導(dǎo)的團隊利用在上海光源自主建設(shè)的“夢之線”，在砷化鉭中觀察到開放式的費米弧，提供了外爾費米子存在的實驗證據(jù)，得到了國際學(xué)術(shù)界的廣泛認(rèn)可和高度評價。
2016年，中國大陸第一個由科學(xué)家、企業(yè)家群體共同發(fā)起的民間科學(xué)獎項“未來科學(xué)大獎”正式開啟，單項獎金100萬美元，是當(dāng)時國內(nèi)獎金最高的科學(xué)大獎。丁洪是未來科學(xué)大獎科學(xué)家委員會首屆輪值主席，按照相關(guān)規(guī)定，這也意味著他在6年內(nèi)主動放棄了獲得這份大獎的機會。
在前不久舉行的未來科學(xué)大獎十周年慶典期間，丁洪接受了多家媒體的采訪。以下是主要采訪內(nèi)容。
丁洪。圖片由未來論壇提供
基礎(chǔ)物理是面向未來的應(yīng)用物理
問：你大概平均每10年有一個重大的成果，你是如何做到的？在此過程中形成了怎樣的科學(xué)品味？（注：丁洪及團隊于1996年在銅基高溫超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)贗能隙，2008年在鐵基超導(dǎo)體中觀察到s-波超導(dǎo)序參量，2015年在固體材料中發(fā)現(xiàn)外爾費米子，2018年在鐵基超導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)馬約拉納零能模）
丁洪：
原始的科學(xué)發(fā)現(xiàn)確實不容易做，有很多運氣成分。我第一個比較重要的突破是1996年在銅基超導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)贗能隙，這個工作就帶有一定的偶然性。
后面，我逐漸總結(jié)了一套方法論。首先，充分調(diào)研，確定值得做的科學(xué)問題。在此基礎(chǔ)上篩選我們有能力做的問題，進而合理規(guī)劃進度，在激烈的國際競爭中搶占先機。當(dāng)然，合作也十分重要。我是實驗物理學(xué)家，非常喜歡和理論物理學(xué)家交流。
舉個例子，我們決定做馬約拉納零能模的時候，很多人都不相信我們能做成。但我認(rèn)為這是一個值得研究的方向，也同美國麻省理工學(xué)院教授傅亮進行了溝通，得出了可能存在的結(jié)論。于是，我們團隊帶著做100次實驗只能成功1次的預(yù)期，開始了實驗。果然前12次實驗都失敗了，第13次才發(fā)現(xiàn)了一絲可能的跡象。后來反復(fù)驗證多次，終于確定了鐵基超導(dǎo)體中存在馬約拉納零能模，也開辟了一個新方向。
問：你關(guān)注的凝聚態(tài)物理屬于基礎(chǔ)物理范疇，在你看來，基礎(chǔ)研究將如何改變世界？
丁洪：
“有什么用”是我們經(jīng)常會被問到的一個問題。事實上，基礎(chǔ)研究一直在改變世界。未來也會如此。
剛發(fā)現(xiàn)電子的時候，連湯姆遜都覺得沒啥應(yīng)用價值，但現(xiàn)在用的所有半導(dǎo)體都是電子器件；如果沒有廣義相對論，GPS誤差會達(dá)到幾公里，根本無法導(dǎo)航；凝聚態(tài)物理所催生的晶體管，則是當(dāng)今信息時代的基石。
可見，基礎(chǔ)研究成果剛出現(xiàn)的時候，似乎沒什么用，但隨著我們對機理認(rèn)識加深，會慢慢找到應(yīng)用的路徑，應(yīng)當(dāng)把眼光放長遠(yuǎn)一點。
問：未來5~10年內(nèi)，凝聚態(tài)物理領(lǐng)域可能會在哪些方面取得重大突破？這些突破會帶來怎樣的影響？
丁洪：
我目前的工作主要包括兩方面，分別是拓?fù)淞孔佑嬎愫透邷爻瑢?dǎo)。兩者相輔相成，未來都會有巨大突破。
現(xiàn)在學(xué)界普遍認(rèn)為，未來20年可能出現(xiàn)通用量子計算機。屆時，如發(fā)現(xiàn)藥物分子、預(yù)測長期天氣變化、模擬宇宙運行規(guī)律等問題，都有可能變得更加容易。
量子計算機現(xiàn)在有幾條路線在同步進行，拓?fù)淞孔颖忍赜型幂^少的比特實現(xiàn)通用容錯量子計算。我們正在努力推進，希望能夠在5年內(nèi)做出世界上第一個拓?fù)淞孔颖忍亍?span style="display:none">wRw速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
高溫超導(dǎo)方面，目前機理還不清楚，無法用傳統(tǒng)的方法進行簡化和計算，同時材料延展性差，加工比較困難。但是隨著銅基超導(dǎo)體、鐵基超導(dǎo)體以及鎳基超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，我們可以通過研究這幾種材料中的共性和區(qū)別，理解高溫超導(dǎo)的機理。這不僅可以幫助我們尋找更多超導(dǎo)體，也有可能推動新物理的產(chǎn)生。
從應(yīng)用層面來說，醫(yī)院里使用的核磁共振就用到了超導(dǎo)材料。超導(dǎo)也是量子計算機的主要路線之一。此外，主流的磁約束可控核聚變必須借助磁場對其進行有效約束，目前只有高溫超導(dǎo)體才能產(chǎn)生如此高的磁場。據(jù)估計，可控核聚變有可能在未來20年內(nèi)實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，將對社會產(chǎn)生變革性的影響。非常值得期待。
問：室溫超導(dǎo)體有可能存在嗎？
丁洪：
室溫超導(dǎo)體完全是有可能存在的。現(xiàn)在最高的超導(dǎo)體是零下13攝氏度，但這是在高壓下實現(xiàn)的。難點主要在于如何在常壓下實現(xiàn)室溫超導(dǎo)。因為在這么高的溫度下，材料的晶格震動非常大，結(jié)構(gòu)就不穩(wěn)定，必須靠很大的壓力把它壓住。
之所以現(xiàn)在有一些烏龍事件，我認(rèn)為是因為研究者基本知識不扎實。超導(dǎo)有一個特性是抗磁性，但很多其他材料也有這個特性。室溫超導(dǎo)實驗很好做。有些人做實驗的時候把概念混淆了，以為出現(xiàn)抗磁性就是超導(dǎo)。事實上，這些放在預(yù)印本上的論文很快被證明是錯誤的。
學(xué)科邊界被打破
問：在科研之余，你參與規(guī)劃了“夢之線”“夢之環(huán)”“夢之城”三大科學(xué)工程。這些工作看似和物理學(xué)研究關(guān)系不大，為什么會投入這些工作？
丁洪：
我在美國待了18年，深刻感受到國家實驗室、大科學(xué)裝置等對科學(xué)研究的推動作用。我們做科研的最終目的，是擴展人類認(rèn)知邊界、推動人類文明進步。規(guī)劃“夢之線”“夢之環(huán)”“夢之城”，都可以起到這方面的作用。
回國后我首先提議在上海同步輻射光源建設(shè)一條世界領(lǐng)先的光束線站，也就是“夢之線”。“夢之線”直接促成了外爾費米子的發(fā)現(xiàn)，更為多個學(xué)科提供了強大的實驗平臺，幫助科學(xué)家們開展更深入的基礎(chǔ)研究。
“夢之環(huán)”是指在北京建設(shè)高能同步輻射光源，現(xiàn)在很快就要建成了。“夢之環(huán)”屬于“科學(xué)基建”，很多實驗都需要用到高能光源。我最近也到那里去了幾次，和幾位老先生一塊兒走隧道，他們非常感慨：“我們是在2009年提議的，一晃16年過去了。”
“夢之城”是正在建設(shè)中的懷柔科學(xué)城，已經(jīng)初具規(guī)模了。我作為主要科學(xué)規(guī)劃者之一，也推動了一系列交叉研究平臺的建設(shè)。
前面說到，我平均10年有一個重大的成果，我現(xiàn)在也在想，有沒有可能在人工智能（AI）的幫助下，縮短科學(xué)發(fā)現(xiàn)的時間。
問：你在科研中使用AI了嗎？AI給科學(xué)研究帶來了哪些影響？
丁洪：
目前主要是用來做一些查閱資料類的工作。過去，我們經(jīng)常會調(diào)研幾周時間后發(fā)現(xiàn)某個課題沒法做，再找別的方向。有了AI，只需要幾天甚至幾小時，就能得出結(jié)論。
很多人不知道，凝聚態(tài)物理不僅推動了近代科學(xué)的發(fā)展，也帶來了科學(xué)范式的變革。1972年，“凝聚態(tài)”一詞的提出者Philip W Anderson，把多年來對物理學(xué)研究的思考凝聚為3個單詞——more is different（多者異也）。Anderson認(rèn)為，當(dāng)時學(xué)界占據(jù)主流的“還原論”思想并不準(zhǔn)確。當(dāng)粒子數(shù)量增多，彼此之間相互作用時，會出現(xiàn)“全新的規(guī)律”，需要獨立研究。正是“多者異也”思想的出現(xiàn)，為復(fù)雜系統(tǒng)、跨學(xué)科研究，以及新興學(xué)科的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。
十幾年前，李政道研究所首任所長Frank Wilczek也說過類似的話——“a lot more is very different”。這其實是對大腦意識的一個思考，人類和貓都有神經(jīng)元，但人類的神經(jīng)元遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于貓，我們就表現(xiàn)得和貓完全不一樣。
人腦的進化非常慢，現(xiàn)在的人腦和1000年前的人腦相比幾乎沒變化。而AI的學(xué)習(xí)速度非常快，可能1000秒之后就不一樣了。我認(rèn)為，迭代和學(xué)習(xí)速度如此快的AI，能夠增強我們的創(chuàng)造力，未來將極大推動地球文明發(fā)展。
問：也有人說AI加速了學(xué)科融合，你是怎么看待的？
丁洪：
之所以有不同學(xué)科，主要在于人腦的容量有限。在第一次工業(yè)革命以前，知識總量有限，沒有人提“物理學(xué)家”“化學(xué)家”“生物學(xué)家”。歷史上知名的學(xué)者幾乎都是“博物學(xué)家”，比如古希臘的亞里士多德。
隨著科技的快速發(fā)展，人腦逐漸“裝不下”這么多知識了，學(xué)科分類隨之出現(xiàn)。但正如前面所說，“more is different”，獲取不同領(lǐng)域的知識，其價值絕不僅僅是兩者之和，而是平方甚至立方。融會貫通多個學(xué)科的知識后，很多原本無法理解的事情就能豁然開朗。
相對應(yīng)的，AI是“博物學(xué)家”，什么知識都裝得下，學(xué)科劃分也就沒那么重要了。在不久的將來，人們或許可以在AI的幫助下，在30歲前拿到幾個博士學(xué)位，而且是高質(zhì)量的學(xué)位。
沒有體會人生之美，就無法追求科學(xué)之美
問：你曾說過，沒有科研的生活不可想象，但人生也不可能只有科研，科研對你意味著什么？
丁洪：
沒有體會人生之美，就無法追求科學(xué)之美。做科研其實挺苦的。人不能一天到晚跑馬拉松，必須得休息，得享受生活，否則無法持續(xù)做科研。
除了凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究，我在關(guān)注其他領(lǐng)域的問題，如量子計算、天文學(xué)等。科研和大科學(xué)裝置規(guī)劃之外，我會做一些科普工作，業(yè)余時間也愛聽音樂。
此外，只做自己一畝三分地的事，有時候可能會陷在一個比較小的地方出不來。反而是做一些看似無關(guān)的事情時，能夠從當(dāng)前的狀態(tài)中出來，迸發(fā)出靈感。
問：你也非常重視科普，這是為什么？
丁洪：
我是2008年回國的，這十幾年間，中國的科學(xué)發(fā)展速度很快，甚至可以用驚人來形容。這得益于中國政府的大量投入，也得益于中國家長對孩子學(xué)習(xí)科學(xué)、從事科學(xué)的支持，這背后就是科普的力量。
從推動人類文明進步的視角來看，科普的重要性不亞于科研。
我希望可以通過科普，使得更多家長和孩子了解科學(xué)之美，從而讓科學(xué)的種子在年輕心靈中生根發(fā)芽。事實上，我有不少學(xué)生，就是因為在中學(xué)時聽過我的科普報告，走上了科學(xué)之路。
此外，科普也能激發(fā)更多人對科學(xué)的興趣與思考，最終樹立起熱愛科學(xué)、崇尚科學(xué)的社會風(fēng)尚，為未來科學(xué)的發(fā)展注入新的活力與靈感。
問：看來科研需要一定的松弛感，但現(xiàn)在大家普遍感覺科研圈非常內(nèi)卷，對此你怎么看？
丁洪：
卷有積極的一面，能夠促進社會發(fā)展，同時也有殘酷的一面。在我看來，有些內(nèi)卷其實毫無實際意義。
以乘坐地鐵為例，大家為了有座位，紛紛選擇前往終點站乘車，結(jié)果導(dǎo)致地鐵從始發(fā)站開始就人滿為患。不僅沒有提升出行體驗，反而造成了不必要的資源浪費和秩序混亂。如何避免此類無意義內(nèi)卷帶來的消耗，是需要我們認(rèn)真思考的。
問：當(dāng)下年輕人確實存在一些困境，比如學(xué)歷貶值，應(yīng)該如何應(yīng)對？
丁洪：
“學(xué)歷貶值”有一定合理性，這也和社會發(fā)展階段相關(guān)。過去，知識獲取的成本很高，比如有的書籍、論文，只能在知名大學(xué)的圖書館里才能看到。有了互聯(lián)網(wǎng)，尤其是AI出現(xiàn)后，人們能夠以更高效、便捷的方式獲取知識。由此，知識不再是少數(shù)人的“特權(quán)”，而變成一種可廣泛共享的公共資源，對個人能力的要求隨之提高。這對我們來說，需要主動求變，追求更高級的事情。
從職業(yè)發(fā)展和人生追求的角度來看，我認(rèn)為大致有三種境界。第一種境界是養(yǎng)家糊口，這是基礎(chǔ)；第二種境界是成為“大家”，這是很多人的奮斗目標(biāo)，必然很“卷”；第三種境界是做自己想做的事情，不被外界所擾。希望最終所有人都能達(dá)到最后這個境界。未來隨著AI等新技術(shù)的發(fā)展，可能工作也不再是謀生的手段了。
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