謝家麟:沒有終點的旅程
歸國
1951年9月20日,美國斯坦福大學物理系的留學生謝家麟登上了「克利夫蘭總統號」遊船,駛離舊金山,踏上幾年來日思夜想的歸國旅程。
謝家麟(攝於2012年2月)
船上有幾十名回國留學生,不料中途被移民局和聯邦調查局官員手持名單截留,被告知根據美國1918年的一項立法,美國政府有權禁止交戰國學習科技專業的學生離境,違者將被懲辦。大家憤怒不已,但也無能為力,最終有8名留學生只好重返美國,謝家麟也在其中。下船後,謝家麟氣憤地給白宮打電話以示抗議,不過他也意識到「這只是幼稚地浪費電話費而已」。為此他還寫了一首小詩:「峭壁夾江一怒流,小舟浮水似奔牛。黃河橫渡混相似,故國山河入夢遊。」
回美國後,謝家麟在俄勒岡州立大學執教了一年,之後回到斯坦福大學的微波與物理實驗室任助教。半年後,他被實驗室派到芝加哥麥卡瑞斯醫學中心,獨立負責研製一台當時世界上能量最高的醫用加速器,用它產生的高能電子束來治療癌症。經過兩年多的日夜忙碌,謝家麟帶領的研究小組克服了一個個技術難題,終於研製成功世界上第一台使用高能電子束治療癌症的裝置,在癌症治療領域產生轟動。從這個角度來說,此番滯留美國,壞事變成了好事。
回國後,謝家麟(右)在中科院物理研究所工作。圖為工作人員正在做微波實驗
1955年,就在這台裝置對一位患者進行臨床使用後不久,謝家麟接到美國移民局的來信,要他在做永久居民和限期離境之間做出選擇。謝家麟毫不猶豫地選擇了儘早回國。那一年,美國允許中國留學生離境,錢學森等一批之前同樣滯留美國的科技領軍人物,紛紛加入了歸國大潮。
1955年7月,謝家麟回國後進入近代物理研究所工作,這個研究所於1958年改為中國原子能研究所,1973年改為中科院高能物理研究所。
回國不久,他向所里建議,中國可向高能電子直線加速器方向拓展。第二次世界大戰後的上世紀50年代,直線加速器代表了微波技術的最高水平和最尖端科技,1955年國際上剛剛發表了全面描述這種加速器的論文。在得到批複後,謝家麟把目標擬定在30MeV(兆電子伏特)。
他帶領不到10個人的一個小組,開始研製可向高能發展的電子直線加速器。除他之外,小組裡都是剛出校門的年輕人,當時面臨的情況可以用兩個詞形容——「一無所知」和「一無所有」。他們遇到的困難非三言兩語能說清楚,謝家麟舉了個例子,在自製世界上功率最大一級的調速管時,需要使用氬弧焊這種特殊技術來密封高真空系統,但是當時找不到掌握這種較高要求焊接技術的工人,幸好他在美國動手做過此事,於是請來所里最好的焊工,手把手教授操作要點。
謝家麟的學生、高能物理研究所研究員裴國璽告訴本刊記者:「謝先生和別人最大的區別,大概在於他不僅能把握科學研究的大方向,也能關注到每一個細節,動手能力極強,總能在二者之間遊刃有餘。」
中國工程院院士葉銘漢記得,國內當時科研條件十分落後,開展30MeV直線加速器所需的尖端器材在國際上禁運,研製此類加速器所需的工藝遠遠超出當時國內的工業水平,技術和器材都難以實現。「西方國家和蘇聯都對我們禁運,我們僅有的參考資料是斯坦福大學發表的一篇科技論文和一張速調管的照片。」
於是,從自行研製各種微波元器件開始,謝家麟帶著一批學生從零開始,建造微波實驗室、調製器實驗室,開始了「要吃饅頭,先種麥子」的耕耘。經過8年奮鬥,我國首台可向高能發展的電子直線加速器於1964年建成。這台儀器的第一個實驗就是模擬核爆產生的輻射,以進行儀錶的校正和電子學硬化的研究,在我國「兩彈」的研製中發揮了重要作用。
據葉銘漢介紹,這台30MeV電子直線加速器如加以延長,就成為高能加速器,此項工作為後來建造北京正負電子對撞機奠定了相關的人才和技術基礎。
方向
「沒有謝家麟,就沒有今天的高能物理研究所,甚至沒有中國現在的高能物理學科的發展水平。」中科院高能物理研究所所長王貽芳告訴本刊記者。
高能物理屬於基礎研究的範疇,它是物理學的一個分支學科,研究比原子核更深層次的微觀世界中物質的結構性質,以及在很高的能量下這些物質相互轉化的現象,以及產生這些現象的原因和規律。許多基本粒子在大自然一般條件下不存在或不單獨出現,物理學家只有使用粒子加速器在高能相撞的條件下才能生產和研究它們。
近年來,由於大型強子對撞機(LHC)開撞,人們對高能物理以及對撞機有了更多的了解,但是在更多人的概念里,這些概念不啻為天書,更和眼前的國計民生沒有關係。「實際上它的研究結果直接奠定了人類今天的文明、文化和高生活質量的基礎,而作為高能物理、核物理基礎研究的手段,加速器是人類認識微觀世界的主要方式之一,高能物理及加速器的發展已經成為衡量一個國家科技發展水平的標誌之一。謝先生能夠獲獎,是中國高能物理界的一件盛事,會有更多的人關注我們的究竟在從事何種工作。」謝家麟的學生、高能物理研究所研究員高傑告訴本刊記者。
中國發展高能加速器的夢想源自上世紀50年代,前後幾次上上下下,一直沒能成功。直到1972年,由著名物理學家張文裕牽頭,謝家麟等18位科學家給周恩來總理寫信,建議建造一台高能加速器,開展高能物理實驗研究。當時身患重病的周總理批示:這件事不能再延遲了。
1973年初,在周總理的指示下,在原子能研究所一部的基礎上,中國科學院高能物理研究所成立。1977年11月,中央批准代號為「八七工程」的高能加速器的建造任務,53歲的謝家麟成為加速器總設計師。
此後加速器的建設進展並不順利,至1980年底,由於國民經濟調整,基建收縮,中央決定下馬「八七工程」,但批准可在位於北京市海淀區玉泉路的高能所,利用「八七工程」預支經費1.2億元的剩餘部分,進行較小規模的高能建設。
一時間,高能事業如何繼續發展這一嚴峻問題擺在人們面前。學界對建造何種加速器產生了爭論:是電子還是質子?慢加速還是快加速?強流還是弱流?能量高些還是低些?謝家麟廣泛徵求了外國科學家的意見,1981年,美國斯坦福直線加速器中心所長潘諾夫斯基提出了建造2.2GeV正負電子對撞機的建議,經過討論,一些人贊同了這個建議。最終,一個建造2.2GeV正負電子對撞機的方案浮出水面。
反對聲音不是沒有。當他徵求國外專家對建設方案的意見時,有人表示,「中國可能跳得太快」,「中國第一個高能加速器就做技術很難的對撞機,風險是否太大了?」而他堅信2.2GeV對撞機雖然難度大,但造價適合我國國情。他參與組織數十次研討,說服了持不同意見的同志,在研究所取得了一致認同。
回憶起當時的情景,中國工程院院士葉銘漢說:「當時國內外有不少好心人為我們擔憂,說我們好比站在鐵路月台上,想要跳上一輛飛馳而來的特別快車。如果跳上了就飛馳向前,從此走在世界前列,如果沒有抓住,摔下來就粉身碎骨。」最終,他們不僅跳上了這輛快車,且開得更快。謝家麟領導確定了北京正負電子對撞機高能物理和同步輻射「一機兩用」的方案,既為高能物理研究提供實驗裝置,又開創了我國同步輻射的應用研究。
1988年10月,北京正負電子對撞機實現對撞,中國進入了能夠進行高能物理實驗研究的科技先進國家之列,我國幾代物理學家的夢想終於實現。
育人
謝家麟一生桃李滿天下。在學生高傑眼裡,恩師身上有著永不衰竭的創新精神和無窮的自信。
高傑於1986年考取了謝家麟的博士研究生,他的博士論文是關於北京自由電子激光裝置的微波電子槍的理論與實驗研究。「里根時代『星球大戰』計劃中的武器之一就是基於直線加速器的自由電子激光器,當時只有美國掌握這種技術。」他的研究工作是從謝家麟到斯坦福大學直線加速器中心訪問時帶回的一張草圖開始的,他介紹:「除了理論設計,就是設計、畫圖紙、跑材料、找工廠、聯繫合作夥伴、安裝、實驗、失敗、再實驗、再失敗、再實驗……」經過努力,高能所的北京自由電子激光項目終於被國家定為「863」項目。
「這個項目在當時雖然很難,但是謝老覺得能做出來。他在斯坦福做過研究,知己知彼,他證明過自己不比外國人差,不怕美國這個對手。」高傑告訴本刊記者,「他的背景,特別是斯坦福大學的背景讓他具有了國際化的視野,北京正負電子對撞機就是採納了斯坦福直線加速器中心對撞機的技術,持續到今天仍然有效。而且他在國外有很好的人脈關係,斯坦福直線加速器中心的潘諾夫斯基所長給了中國很大幫助。」
1989年4月,高傑到巴黎法國國家科研中心直線加速器研究所工作,後來成為法國國家科研中心的終身研究員。1996年夏,他到中國高等科學與技術中心做為期三天的報告。高傑說,報告第一天,謝家麟騎著舊自行車趕到會場,讓他「有一種說不出的感動」。當年有記者問謝家麟為何回國,他說:「待在國外是『錦上添花』,回國服務是『雪中送炭』。」這句話一直在高傑心中回蕩。2004年底,高傑放棄了在法國的工作,回到中科院高能所工作。
他深深銘記謝家麟的一句話:「人千萬不能做『井底之蛙』。」「有時候一想起這話就一身冷汗。所謂『井底之蛙』,只能看到頭頂上一片天。如果是沒有覺醒的青蛙,會很可悲;如果是覺醒的青蛙,又很可怕。這句話在我的一生中有很大的警戒和推動作用。」高傑說。
2011年,謝家麟指導的最後一個博士生畢業,至今,他仍然堅持每周一到高能所上班。「看看報,了解一些科技前沿的動態。我老了,幹不了什麼大事,就做一些力所能及的小事。」他說。
謝家麟對科技前沿的關注令很多人驚訝。據高傑回憶,2005年3月的某個星期一上午,他接到謝家麟的一個電話。到了辦公室,謝家麟給他看了2004年底英國《自然》雜誌上關於激光等離子體加速實驗的三篇文章,這三篇文章所展示的實驗結果顯示了這一領域裡程碑式的進步和重要機遇。之後,根據謝家麟的建議,中國高等科學技術中心於2005年11月舉辦了第一屆激光等離子體加速研討會。在之後的5年里,高傑有兩位博士生成為高能所第一批在激光等離子體加速前沿技術方面的博士畢業生。「我很佩服他的科研布局,他總能關注到最新的領域,而且還能得以落實,讓中國的高能研究不會處於『一條腿長,一條腿短』的不平衡狀態。」高傑說。
1955年8月7日,由美國歸來的謝家麟到達北京,與分別8年的妻子范緒篯和兒子謝亞寧團聚
謝家麟的大兒子謝亞寧也在高能物理研究所任研究員。他告訴本刊記者,從小到大,父親沒有給過他什麼特殊指導,只是從小耳濡目染讓他對物理學產生了濃厚的興趣。「父親回國時我8歲,他用鐵片和其他材料搭成帶電機的汽車、起重機,還做過一個礦石收音機,我第一次從裡頭聽到廣播台的時候真是興奮。」在這樣的家庭環境下,謝亞寧的弟弟謝亞宏也畢業於北大物理系,如今任加州大學洛杉磯分校材料系副主任。
對於種種讚譽和獎勵,謝家麟並沒有太多激動。謝亞寧告訴本刊記者:「父親從不認為這是他一個人的成就。他認為,現代科學工程,不是一個人能完成的,需要成千上萬人的參與,是大家共同勞動的結果。」
謝家麟則謙遜地說:「我是很一般的人,既不十分聰明,也不十分能幹。我能獲獎,說明一個人不管資質如何,只要不斷努力,就能取得成績。這個獎雖然是頒給個人的,但我認為這是對我們整個加速器團隊的肯定,是對幾代人工作的褒獎。」
(部分內容參考謝家麟自傳《沒有終點的旅程》)
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