科學(xué)家楊學(xué)明每一步的選擇都有點“江湖豪氣”。
研究了近10年分子光譜學(xué)的他，決定轉(zhuǎn)向研發(fā)科學(xué)儀器，開啟化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)研究，因為“做了很多的分子光譜工作，沒有找到讓自己激動人心的方向”。
研發(fā)科學(xué)儀器，楊學(xué)明有他的底線——不能跟別人一樣，要研制世界上最先進的科學(xué)儀器、要找到最好的實驗方法，做真正對本領(lǐng)域發(fā)展有意義的事。
挑戰(zhàn)化學(xué)反應(yīng)中難以觀測的“圣杯”反應(yīng)量子共振，被質(zhì)疑、被否定，但他依然將其作為回國后獨立研究的堅定選擇。他說，這條路選對了。
他有自己堅持的科學(xué)信仰——人應(yīng)該挑戰(zhàn)自己的能力和極限。
中國科學(xué)院院士楊學(xué)明成功挑戰(zhàn)了許多人仰望的“高山”——研發(fā)新一代高分辨率和高靈敏度量子態(tài)分辨的交叉分子束科學(xué)儀器，揭示化學(xué)反應(yīng)中的量子共振現(xiàn)象和幾何相位效應(yīng)。而這也讓60歲的他獲得了2022年8月頒發(fā)的未來科學(xué)大獎“物質(zhì)科學(xué)獎”。
中科院大連化學(xué)物理研究所供圖
“敢闖的精神是他傳遞給我的”
《中國科學(xué)報》：您曾研究了近10年的分子光譜學(xué)，博士后期間決定轉(zhuǎn)向研發(fā)科學(xué)儀器，開始化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)研究。為什么會換“跑道”？在您看來，什么時候“換條路”是恰當(dāng)?shù)臅r機？
楊學(xué)明：在高分辨光譜研究方面我做了很多工作，但一直沒有找到特別大的興趣點，沒有找到讓我很滿意或是激動人心的工作，這樣走下去好像有點不對路。
在美國普林斯頓大學(xué)就讀時，我雖然很清晰地認定要走學(xué)術(shù)研究這條路，但不知道如何走。因為覺得走的路不太對，就想不如先換個方向。在普林斯頓大學(xué)做了一年多博士后之后，有了機會。
1993年春天，一個偶然的機遇，我得到了在加州大學(xué)勞倫斯伯克利國家實驗室李遠哲教授實驗室利用同步輻射光源開展化學(xué)動力學(xué)研究的機會。
這個研究計劃非常新穎，是要研制一套全新的交叉分子束儀器，利用當(dāng)時世界上最先進的第三代同步輻射光源開展化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)研究。而且這個計劃有充足的科研經(jīng)費（80多萬美金），這對我來說是一個千載難逢的機會。
我當(dāng)初的想法是，做幾年科學(xué)儀器研制工作，即使科學(xué)上沒有太大進展，做個好的工程師也不錯。
這是個轉(zhuǎn)折，我真正從分子光譜轉(zhuǎn)做分子反應(yīng)動力學(xué)。但這也并不是特別大的跨越，有了分子光譜的背景去做化學(xué)動力學(xué)，我有優(yōu)勢，因為我對分子體系的量子結(jié)構(gòu)有深刻的認識。
《中國科學(xué)報》：在一個研究方向上做了近10年，這時轉(zhuǎn)換方向是否太過冒險？
楊學(xué)明：轉(zhuǎn)研究方向肯定要冒一定風(fēng)險。但是分子光譜、氣相及表面化學(xué)動力學(xué)研究，一直是我最感興趣的方向。
事實上，我在美國開始讀博士不久，曾有機會轉(zhuǎn)換“跑道”。一開始我跟第一位導(dǎo)師做分子光譜研究，但后來他對該研究沒了興趣，也就沒有經(jīng)費繼續(xù)開展科研工作。當(dāng)時我讀了兩年多，感覺要讀不下去了。
那時，我后來的博士生導(dǎo)師Alec Wodtke教授，來到加州大學(xué)圣巴巴拉分?；瘜W(xué)系做助理教授，他當(dāng)時非常年輕，才28歲。Alec Wodtke教授到來的第一天，我就向他表達了希望跟他讀博士的想法。他當(dāng)時婉拒了我，但明白了我的心意后收下了我。
此番經(jīng)歷對我來說很重要，因為我遇到了一位年輕而有活力的老師，他真正激發(fā)了我對科學(xué)的興趣。這位老師很有想法，也有創(chuàng)造力，那種敢闖的精神是他傳遞給我的。從那時起，我覺得做科學(xué)就是要有一種敢于挑戰(zhàn)自我的極限精神。這樣的精神對于做好科學(xué)研究很重要。
所以，我的經(jīng)驗是，不要老盯著最有名的人，有時候跟著有活力的年輕老師反而可以學(xué)到更多，還可以與他一起成長和發(fā)展。
作為一名研究學(xué)者，那3年對我來說特別重要。我真正建立了獨立做研究的信心，開始嘗試和探索做一些難的、新的課題。
“沒有一流的科學(xué)儀器，很難產(chǎn)出一流的實驗成果”
《中國科學(xué)報》：化學(xué)反應(yīng)中的量子共振現(xiàn)象和幾何相位效應(yīng)被認為是化學(xué)動力學(xué)極難的挑戰(zhàn)，您能談?wù)勥x擇這個方向的初衷及研究心得嗎？
楊學(xué)明：這是我最喜歡的研究方向，也是我一生中最重要的研究方向。
研究化學(xué)反應(yīng)中的量子效應(yīng)，最根本、最難的是在量子水平上觀測到化學(xué)反應(yīng)中最詳細的信息，以及在實驗上實現(xiàn)高靈敏度和高分辨的探測。
這個過程中有具體的技術(shù)難點，還需要了解整個領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。我在尋找科學(xué)問題的方向上思考比較多，比如為什么做這個方向。
我剛進入共振態(tài)領(lǐng)域時沒有這個概念，跟許多著名科學(xué)家交流時，也很少有人就共振態(tài)概念給出一個非常好的圖景，它的化學(xué)反應(yīng)功能也比較模糊。共振態(tài)的概念究竟是什么？我想更清晰地研究它。
這是非常有挑戰(zhàn)性的方向，當(dāng)初有很多人反對，包括我的頂頭上司和老師，但我依然非常堅定。后來，我的工作也說服了很多科學(xué)家。
我的想法是，要在領(lǐng)域里做一些有特色的研究，不是說想超越別人，而是我找到這個問題，并對這個問題的研究有獨到的貢獻，這大概是我一輩子做研究的原則。
《中國科學(xué)報》：您認為做科研該有什么樣的精神？
楊學(xué)明：做科研，應(yīng)該要挑戰(zhàn)自己的能力和極限。
這是我從Wodtke教授那里得到的啟發(fā)。到現(xiàn)在我還記得，剛開始他就說，做科研的目標(biāo)，是在科學(xué)領(lǐng)域里有所突破。他想證明在美國做教授的五六年里，能不能真的做出點創(chuàng)新的東西，如果不成功，以后到加油站工作也行，有一種破釜沉舟的感覺。當(dāng)然，他現(xiàn)在做得非常成功。
我也是抱著同樣的想法，后來去臺灣地區(qū)“中研院”原子與分子科學(xué)研究所工作，想挑戰(zhàn)自己的極限。在這里6年，我建立了3套全新的科學(xué)儀器，同步輻射、通用型交叉分子束、氫原子探測，完全采用了3類不同的方法。這為我未來的研究工作打下了很好的基礎(chǔ)。
《中國科學(xué)報》：您認為自己能在科學(xué)上取得成就，主要因素是什么？
楊學(xué)明：做科研就要勇于挑戰(zhàn)未知。人很容易待在舒適區(qū)，但要真正做出一些有意義的研究，還是要挑戰(zhàn)不熟悉的領(lǐng)域、挑戰(zhàn)別人不敢挑戰(zhàn)的東西，雖然剛開始很困難。
舉個例子，我們在大連研制了大型極紫外自由電子激光科學(xué)研究裝置，這完全屬于物理領(lǐng)域，很少有從事化學(xué)研究的人敢做這樣的裝置。這時候我在大學(xué)時打下的物理基礎(chǔ)就發(fā)揮了重要作用，讓我敢于去做這件事。
膽子大一點，敢于去做！這件事情真的被我們做成了，當(dāng)然這里面有很多辛苦和困難，但我覺得最重要的還是要敢想敢做，特別是開拓新的研究方向。
人類的發(fā)展史也是如此，創(chuàng)新思想是第一位的。在整個科學(xué)發(fā)展的環(huán)境里，這方面我認為強調(diào)得還不夠。
《中國科學(xué)報》：我們需要做哪些工作來更好地推動科學(xué)儀器的發(fā)展？
楊學(xué)明：科學(xué)儀器是我做科學(xué)研究的一個重點。我很早就意識到，沒有好的科學(xué)儀器，對于做前沿實驗科學(xué)的人來說是很大的問題。因此，我一直希望發(fā)展研發(fā)最好的實驗儀器，解決研究領(lǐng)域中重要的科學(xué)問題。
我個人覺得，我們對科學(xué)儀器本身的重視程度還不夠，比較強調(diào)結(jié)果，主要以論文為考核指標(biāo)。但是沒有一流的科學(xué)儀器，很難產(chǎn)出一流的實驗成果。我們非常需要一批在各個領(lǐng)域能領(lǐng)先的科學(xué)儀器，這對于國家科技硬實力的發(fā)展尤其重要。
我們在很多領(lǐng)域只能跟著別人做，沒有真正掌握世界領(lǐng)先的實驗方法和發(fā)展最先進儀器的能力，導(dǎo)致很多“卡脖子”問題難以解決。
在科研經(jīng)費中，真正從事儀器開發(fā)的比例并不高，很大一部分經(jīng)費是購買國外儀器。我們應(yīng)該投入更多資源來支持本土研究團隊從事先進科學(xué)儀器的研發(fā)。
科學(xué)儀器本身就是一個產(chǎn)業(yè)，發(fā)展得好，對科學(xué)和技術(shù)的推動作用很大。從科學(xué)發(fā)展史上看，一些重大科學(xué)突破是建立在新的儀器和技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上的。
我很高興，國家已經(jīng)開始把科學(xué)儀器作為一個重要領(lǐng)域來發(fā)展了。
“能真正做一些重要事情的時間很短”
《中國科學(xué)報》：您遇到的最大挫折是什么？您如何看待科學(xué)和人生中的挫折？
楊學(xué)明：多年前，我患了心臟方面的疾病，對我來說是一個挫折。因為我覺得一直在一個快速道上往前沖，突然要停下來，感覺很不適應(yīng)，也感到人生其實不長，特別是能真正做一些重要事情的時間很短。以前我從來沒有這樣的想法。所以，我的一些想法變了，這件事也讓我有了更多的緊迫感，想去做一些更有意義的事情。當(dāng)然，我對很多事情更坦然了，也希望有更多時間思考科學(xué)和技術(shù)問題。
《中國科學(xué)報》：您未來的計劃是什么？
楊學(xué)明：首先，當(dāng)然是在交叉分子束科學(xué)儀器、化學(xué)反應(yīng)中的量子共振現(xiàn)象和幾何相位效應(yīng)領(lǐng)域繼續(xù)深挖，目標(biāo)是能夠真正形成系統(tǒng)性的研究成果，能完成相關(guān)方向的專著，系統(tǒng)和深入地總結(jié)一下我們的研究工作。同時也希望把我們的研究工作系統(tǒng)地寫入動力學(xué)教科書中。
其次，進一步推動重大科學(xué)平臺的建設(shè)發(fā)展。我們在國家自然科學(xué)基金委的資助下，在大連建立了獨特的極紫外自由電子激光裝置，它在很多科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)開始顯現(xiàn)出重要作用，進入了這個領(lǐng)域的國際前沿。未來我會更加積極地推動下一代極紫外和軟X射線自由電子激光技術(shù)的發(fā)展，推動我國在這一領(lǐng)域達到世界一流水平，并積極推動其在一些關(guān)鍵科技領(lǐng)域的應(yīng)用。
另外，還有一個方向是我一直特別希望做的，就是把分子束技術(shù)真正與表面化學(xué)研究結(jié)合起來，研究表面化學(xué)反應(yīng)的機理，真正在原子分子水平上研究表面化學(xué)動力學(xué)機理。特別希望它能夠幫助更多年輕人，并推動化學(xué)動力學(xué)領(lǐng)域達到更高的水平。
